ZL08液壓裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【完整版】

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ZL08液壓裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要對ZL08輪式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在類比同類型裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中首先對鉸接式轉(zhuǎn)向進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，明確了轉(zhuǎn)向過程中的阻力。然后根據(jù)整機(jī)特點(diǎn)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行液壓元件的選取。整體設(shè)計(jì)完成后，對系統(tǒng)的壓力損失和溫升進(jìn)行了驗(yàn)算和校核。 該設(shè)計(jì)具有優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向流量穩(wěn)定，不隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化；在直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向泵卸載，能量損失小，效率較高；體積小，便于安裝等。 關(guān)鍵詞：裝載機(jī)，液壓轉(zhuǎn)向，鉸接式轉(zhuǎn)向， 壓力損失 THE DESIGN OF THE PRINCIPAL OF THE ZL08 WHEEL LOADER STEERING SYSTEM ABSTRACT This is the design.of the principal of the ZL08 wheel loader steering system In analogy with the same type of loader steering system ，a new type of hydraulic steering system has been come up. The design first analysis the kinematics and dynamics of articulated steering，cleared the resistance in process. Then based on the characteristics of the machine and the structure of the steering system, then select the components. The all design is completed, checked and verification the system pressure loss and temperature rise. The system has the advantage of stable turning flow, not change with changes in engine speed; when it goes along, the pump unload, it has high efficiency; and it is easy to install and soon. KEY WORDS: loader，hydraulic steering，articulated steering，the pressure loss 6 前　言 1 第1章 ZL08裝載機(jī)概述 2 1.1 ZL08裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能 2 1.2 ZL08的主要技術(shù)參數(shù) 3 1.3 ZL08轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用要求 4 1.4 裝載機(jī)簡史及國內(nèi)外發(fā)展情況 4 1.4.1裝載機(jī)簡史 4 1.4.2 國外裝載機(jī)目前水平及發(fā)展動(dòng)向 5 1.4.3 國內(nèi)裝載機(jī)目前發(fā)展水平及狀況 6 第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確定 8 2.1 典型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 8 2.1.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 8 2.1.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 9 2.1.3 電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 11 2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確定 11 2.2.1 ZL08裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 11 2.2.2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 12 第3章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析 16 3.1 鉸接式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 16 3.1.1 鉸接式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 16 3.1.2 鉸接式轉(zhuǎn)向的工作原理 17 3.2 鉸接轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué) 18 3.3 轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué) 19 3.3.1 轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 19 3.3.2 轉(zhuǎn)向過程的阻力 19 3.3.3原地轉(zhuǎn)向阻力矩 20 3.4 小結(jié) 21 第4章 液壓元件設(shè)計(jì)及選用 22 4.1 轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸 22 4.1.1 液壓缸的基本參數(shù) 22 4.1.2 液壓缸工作能力的計(jì)算 22 4.1.3液壓缸的運(yùn)動(dòng)計(jì)算 23 4.1.4強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 23 4.2 液壓泵的選用 26 4.2.1 泵的類型選擇 26 4.2.2 確定泵的壓力和流量 26 第5章 輔助裝置的選擇 28 5.1 油箱 28 5.1.1 油箱的設(shè)計(jì) 28 5.1.2油箱容量的計(jì)算 29 5.1.3 液壓油箱的外形尺寸 29 5.2 油管 30 5.2.1 管路設(shè)計(jì)的要求 30 5.2.2 油管類型的選擇 30 5.2.3 管道的計(jì)算 31 5.3 液壓閥 33 5.3.1液壓閥選用原則 33 5.3.2 恒流閥 33 5.4 濾油器 35 第6章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能 36 6.1 壓力損失的驗(yàn)算 36 6.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 36 結(jié)　論 38 參考文獻(xiàn) 39 致 謝 41 前　言 裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械。20世紀(jì)60年代以前的裝載機(jī)，其功率和結(jié)構(gòu)遷都一般均不大。近年來，無論在結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)、材料和輪胎等方面均有了改進(jìn)和提高。裝載機(jī)不僅可以進(jìn)行鏟、挖、裝、運(yùn)、卸及平整作業(yè)，而且可以更換工作環(huán)境，作為起重機(jī)或叉車等機(jī)械使用。在工程施工和礦山開采等部門中作用日益重要。 作為世界裝載機(jī)生產(chǎn)的主要制造基地，中國裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀可以說能夠較為全面的反映全球裝載機(jī)行業(yè)的走勢。作為中國工程機(jī)械行業(yè)最具代表性的產(chǎn)品之一，裝載機(jī)受到人們的廣泛關(guān)注。國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國家基建規(guī)模及資金投入的增大，促進(jìn)了我國裝載機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。生產(chǎn)企業(yè)由1980年的20家增至現(xiàn)在的100余家，初步形成了規(guī)格為0.8-18t約28個(gè)型號的系列產(chǎn)品，并已成為工程機(jī)械主力機(jī)種，因此對裝載機(jī)行業(yè)進(jìn)行研究有著十分重要的意義。 裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系是用來控制行駛方向的。按轉(zhuǎn)向能源分類，可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系合動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。機(jī)械轉(zhuǎn)向系是一種傳統(tǒng)形式，也是以人力作為轉(zhuǎn)向能源，通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。中型以上的工程機(jī)械，使用這種類型的轉(zhuǎn)向系是十分費(fèi)力的。為了提高轉(zhuǎn)向操縱的靈活性和輕便型，必須采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。目前，國內(nèi)外用得最多的是液壓助力式的轉(zhuǎn)向系。系統(tǒng)中與轉(zhuǎn)向器相連的是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，利用液壓缸伸縮來偏轉(zhuǎn)車輪或鉸接車架，以達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。這種系統(tǒng)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)，而且液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于維修并降低維修成本。 液壓轉(zhuǎn)向系是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞力和運(yùn)動(dòng)的，工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)，工作靈敏度高，液壓傳動(dòng)能使動(dòng)力更直接、迅速地傳遞到所需要的位置。液壓系統(tǒng)壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，尺寸小，可吸收外來的沖擊，又起減震作用，對沖擊載荷具有良好的適應(yīng)性。因此，在工程機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用。 第1章 ZL08裝載機(jī)概述 1.1 ZL08裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能 裝載機(jī)是一種有較高作業(yè)效率的鏟運(yùn)機(jī)械，作業(yè)范圍廣，功能多，主要用于對松散的堆積物進(jìn)行鏟、裝、運(yùn)、挖等作業(yè)，還可以用來推土、整理、刮平場地以及進(jìn)行牽引作業(yè)等，通過換裝不同的工作機(jī)具后，還可以進(jìn)行挖土、起重以及裝載物料等作業(yè)。因此，裝載機(jī)被廣泛用于城建、礦山。鐵路、公路、水電、油田、國防以及機(jī)場建設(shè)等工程施工中，對加速工程進(jìn)度，保證工程質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，提高工作效率以及降低施工成本等都具有極為重要的作用。 圖1-1 ZL08裝載機(jī)實(shí)體圖 ZL08輪式裝載機(jī)主要由柴油機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)系統(tǒng)、防滾翻及落物保護(hù)裝置、駕駛室、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣儀表系統(tǒng)、車架、覆蓋件、操縱系統(tǒng)等13個(gè)部分與系統(tǒng)組成。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1.按照大型裝載機(jī)的設(shè)置進(jìn)行加工制造，采用鉸接式車架，全液壓操作，具有轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活，便于狹窄場地工作。 2.工作裝置采用z型反轉(zhuǎn)六連機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。 3.在前后車架中心有一個(gè)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，使車架圍繞中心上下擺動(dòng)，因此有良好的通過性，適應(yīng)在崎嶇不平的路面行駛和作業(yè)。 4適用于砂石廠，磚廠，水泥廠，耐火廠，冶礦廠，煤礦廠等散松料的裝卸，一機(jī)可代替12-15個(gè)勞動(dòng)力工作，是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型裝載機(jī)。 1.2 ZL08的主要技術(shù)參數(shù) ZL08裝載機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示 表1-1 ZL08裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 單位 整機(jī)質(zhì)量 3500 kg 額定載荷 800 kg 斗 容 0.4 m 最大卸載高度 2350 mm 最小卸載高度 960 mm 軸 距 1830 mm 輪 距 1300 mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 3600 mm 最高速度 21 km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)型號 490tf 額定功率 29 kw 外型尺寸 451815502550 mm 1.3 ZL08轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用要求 ZL08輪式裝載機(jī)按照大型裝載機(jī)等設(shè)置進(jìn)行加工制造，采用鉸接式車架，全液壓操作，具有轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活。 裝載機(jī)的車架并不是單一的整體，而是由前后兩個(gè)車架組成，中間用垂直銷軸連接起來，故稱鉸接轉(zhuǎn)向。鉸接轉(zhuǎn)向是通過兩轉(zhuǎn)向油缸推動(dòng)前后車架繞銷軸轉(zhuǎn)過一定角度而實(shí)現(xiàn)的，因此也叫做“折腰”轉(zhuǎn)向。鉸接式裝載機(jī)的車架因由前后車架組成，所以，一般軸距較大，盡管如此，由于車身曲折角度較大，所以仍可獲得較小的轉(zhuǎn)向半徑。 完整轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用于改變車輛的行駛方向和車輛保持穩(wěn)定的直線行駛。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞直接影響車輛行駛的安全性和操縱性，因此對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下要求： 1.來自路面不平度所引起的震動(dòng)應(yīng)盡可能被衰減而不致傳到方向盤上。然而這種衰減又不可達(dá)到駕駛員喪失路感的程度。 2.轉(zhuǎn)向時(shí)，左右轉(zhuǎn)向輪軸線的延長線和后軸的延長線應(yīng)相交于一點(diǎn)。 3.轉(zhuǎn)向系應(yīng)有合適的剛度，使車輛對微小的轉(zhuǎn)向修正也有快捷的反應(yīng)。 4.當(dāng)放松轉(zhuǎn)向盤時(shí)，車輪應(yīng)能自動(dòng)回到直行位置，并能穩(wěn)定在這個(gè)位置上。 1.4 裝載機(jī)簡史及國內(nèi)外發(fā)展情況 1.4.1裝載機(jī)簡史 我國現(xiàn)代輪式裝載機(jī)起始于20世紀(jì)60年代中期的Z435型。該機(jī)為整體車架，后橋轉(zhuǎn)向。經(jīng)過幾年的努力在吸收當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的輪式裝載機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)成功了功率為162kw的鉸接式裝載機(jī)，定型為Z450（后來的ZL50），并于1971年12月18日正式通過專家鑒定。就這樣誕生了我國第一臺(tái)鉸接式輪式裝載機(jī)，從而開創(chuàng)了我國裝載機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展的歷史。ZL50型裝載機(jī)具有液力機(jī)械傳動(dòng)，動(dòng)力換擋，雙橋驅(qū)動(dòng)，液壓操縱，鉸接式動(dòng)力轉(zhuǎn)向等現(xiàn)代式裝載機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，為當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平，冶基本上代表了我國第一代輪式裝載機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。該機(jī)在總體性能方面具有動(dòng)力性好，崛起力大，機(jī)動(dòng)靈活，操縱方便，作業(yè)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。 1978年，天工所根據(jù)機(jī)械部的要求，制定出柳工Z450為基礎(chǔ)的我國輪式裝載機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)。制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，保留用Z代表裝載機(jī)，而L取代4代表輪式。這是我國裝載機(jī)發(fā)展史上的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該標(biāo)準(zhǔn)制定出來后按當(dāng)時(shí)行業(yè)進(jìn)行分工，柳工，廈工制造ZL40以上的大型輪式裝載機(jī)，成工，宜工制造ZL30以下的中小型輪式裝載機(jī)。逐步形成了柳工，廈工，成工和宜工的當(dāng)時(shí)裝載機(jī)四大骨干企業(yè)。 到70年代末八十年代初，我國裝載機(jī)制造企業(yè)已經(jīng)增加到20多家，初步形成了我國裝載機(jī)行業(yè)。到目前為止，我國輪式裝載機(jī)已發(fā)展到第三代，但是基本的結(jié)構(gòu)仍然是由ZL50演變而來的。第二代變化不大，第三代變化稍大一些，2001年我國裝載機(jī)銷售已突破3萬臺(tái)，居世界裝載機(jī)市場前列。因此，目前我國已成了世界上的裝載機(jī)產(chǎn)銷大國。 1.4.2 國外裝載機(jī)目前水平及發(fā)展動(dòng)向 輪式裝載機(jī)以圍繞提高效率，降低成本為核心，繼續(xù)向大型化，微型化發(fā)展，不斷推出新產(chǎn)品，加速更新?lián)Q代。微電子技術(shù)的突破性進(jìn)展為輪式裝載機(jī)的自動(dòng)控制，狀態(tài)監(jiān)控及狀態(tài)監(jiān)測及視線范圍內(nèi)遙控技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制噴油系統(tǒng)，變速箱自動(dòng)控制換擋，性能參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)測均取得了重大進(jìn)展，在視線內(nèi)遙控作業(yè)已進(jìn)入實(shí)用階段，從而改善了性能，提高可靠性，增加生產(chǎn)能力，降低油耗，取得了更大的經(jīng)濟(jì)效益。 卡特彼勒公司為代表的輪式裝載機(jī)采用液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其自動(dòng)動(dòng)力換擋變速箱自動(dòng)選擇檔位傳動(dòng)比，使換擋能在變速箱最佳效率點(diǎn)進(jìn)行，該公司最近推出的STIC（轉(zhuǎn)向變速集成）系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)向和換擋功能集成于一操縱手柄上，使操縱更加省力方便，換擋更加平穩(wěn)，可大幅提高生產(chǎn)率，卡特彼勒輪式裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)用負(fù)載傳感式溢流閥，使液壓泵在負(fù)載壓力下溢流，降低系統(tǒng)壓力，提高了液壓原件壽命。工作裝置液壓系統(tǒng)采用舉開限位裝置和下放自動(dòng)定位裝置，避免了機(jī)械限位時(shí)液壓缸行程終了產(chǎn)生高壓和沖擊；液壓的蓄能器能吸收沖擊載荷，并對整機(jī)的縱向搖擺起阻尼作用；液壓缸導(dǎo)向套處有三重密封，防止泄漏和防塵。新型輪式裝載機(jī)司機(jī)室的設(shè)計(jì)充分考慮了人的生理需求，對儀表位置排列，操縱手柄和踏板，司機(jī)座椅，能見度，防噪和隔振，溫度調(diào)節(jié)等均符合人機(jī)工程學(xué)，使司機(jī)在舒適，輕松，安全環(huán)境下操做，提高工作效率。德雷塞（Dresser）公司090年代處推出4000型輪式裝載機(jī)，都容10-30立方米、機(jī)重151.8t，采用模塊結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)，大功率敏感按鈕控制的液壓系統(tǒng)，Z型單搖臂工作裝置，優(yōu)化的整體結(jié)構(gòu)和溫式盤式制動(dòng)器。具有自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)密封性能。日本小松公司W(wǎng)A系列中小功率（小于125kw）為代表的輪式裝載機(jī)采用新型集中式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)橋。它將主傳動(dòng)制動(dòng)器和行星輪式傳動(dòng)都集中在橋的中部，橋殼斷面變化連續(xù)平緩，內(nèi)應(yīng)力分布合理，從根本上防止因傳感結(jié)構(gòu)橋殼在輪邊支撐軸段應(yīng)力集中斷裂。輪端采用浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，安裝簡便，有自動(dòng)補(bǔ)償功能，密封性好。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，基本零件少，工藝性好，可靠性高。 國外裝載機(jī)發(fā)展的總體趨勢：以人為本的設(shè)計(jì)思想得到充分體現(xiàn)，普遍采用了操縱力極小的電液比例控制技術(shù)，集中潤滑技術(shù)等。在大噸位的裝載機(jī)上還裝了電視監(jiān)控系統(tǒng)。司機(jī)室設(shè)計(jì)更加人性化，轎車化，空調(diào)及音響設(shè)備一應(yīng)俱全。懸浮式座椅上下前后隨意調(diào)節(jié)，以滿足操作者不同體態(tài)的要求。讓人感到操作這些設(shè)備是一種享受。 1.4.3 國內(nèi)裝載機(jī)目前發(fā)展水平及狀況 中國作為世界裝載機(jī)生產(chǎn)的主要制造基地，裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展異常迅速。 2006年中國裝載機(jī)行業(yè)總銷量為129793臺(tái)，比2005年的112527臺(tái)增加了15.3%，凈增了17266臺(tái)，其凈增量超過中國裝載機(jī)行業(yè)八五以前任何一年的總銷量，又是紅紅火火的一年。 2007年1-11月，裝載機(jī)主要26家企業(yè)累計(jì)銷售143794臺(tái)，同比增加34397臺(tái)，增幅為31.4%。然而，裝載機(jī)是典型的微利產(chǎn)品，金融危機(jī)對該行業(yè)的沖擊在各類工程機(jī)械中可謂最大，對于行業(yè)面貌來講，就是小企業(yè)的紛紛出局。當(dāng)熱凡事都有兩面性，對于行業(yè)來講，現(xiàn)在也是技術(shù)升級的最好契機(jī)。由于良莠不齊的小型企業(yè)淘汰，使得大型企業(yè)的市場份額相應(yīng)擴(kuò)大，在一定程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量水平，也對行業(yè)總體技術(shù)水平的提高起到了積極影響。 中國裝載機(jī)工業(yè)在發(fā)展的同時(shí)，一些問題也日益顯露出來，特別是行業(yè)進(jìn)入門檻極地，價(jià)格惡性競爭導(dǎo)致企業(yè)盈利能力下降，營銷理念缺失，市場難以擴(kuò)展，產(chǎn)品質(zhì)量可靠性差，此外，產(chǎn)品及組織結(jié)構(gòu)老化制約行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和品質(zhì)的提高。 因此，中國裝載機(jī)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢，在產(chǎn)品研發(fā)上體現(xiàn)差異戰(zhàn)略和成本領(lǐng)先戰(zhàn)略，繼續(xù)加強(qiáng)行業(yè)以企業(yè)國家級技術(shù)和高校及科研院為主體的科研開發(fā)體系建設(shè)。打造價(jià)值鏈營銷，加強(qiáng)品牌建設(shè)，提升品牌價(jià)值，只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。 第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確定 2.1 典型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但所有的轉(zhuǎn)向系都有三部分組成：轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。 1.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出軸的運(yùn)動(dòng)傳遞給轉(zhuǎn)向臂，轉(zhuǎn)向臂偏轉(zhuǎn)車輪而改變車輛的行駛方向。 2.轉(zhuǎn)向器的功用是將方向盤的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 3.轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的功用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向器所必需的操縱力。 轉(zhuǎn)向系按使用的能源不同可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。 2.1.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件。 圖2-1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系示意圖 1-轉(zhuǎn)向盤 2-轉(zhuǎn)向軸 3-轉(zhuǎn)向萬向節(jié) 4-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸 5-轉(zhuǎn)向器 6-轉(zhuǎn)向搖臂 7-轉(zhuǎn)向拉直桿 8-轉(zhuǎn)向節(jié)臂 9-左轉(zhuǎn)向節(jié) 10、12-梯形臂 13-右轉(zhuǎn)向節(jié) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系的工作原理：車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤、安全轉(zhuǎn)向柱帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器中的齒條橫向移動(dòng)，轉(zhuǎn)向齒條通過左右轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)連同車輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向結(jié)束后，轉(zhuǎn)向盤回位，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪恢復(fù)直線行駛位置。 2.1.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向是利用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力為能源驅(qū)動(dòng)油泵，油泵產(chǎn)生高壓油液通過加力器控制車輪轉(zhuǎn)向，以使轉(zhuǎn)向操縱省力。 圖2-2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向原理圖 (a) 車輛直線行駛時(shí) (b) 右轉(zhuǎn)彎行駛時(shí) (c) 左轉(zhuǎn)彎行駛時(shí) 1-油箱 2-溢流閥 3-齒輪油泵 4-進(jìn)油道量孔 5-單向閥 6-安全閥 7-滑閥 8-閥作用柱塞 9-閥體 10-回位彈簧 11-轉(zhuǎn)向螺桿 12-轉(zhuǎn)向螺母 13-縱拉桿 14-轉(zhuǎn)向垂臂 15-動(dòng)力缸 工作原理：閥體9的內(nèi)圓面上有三道環(huán)槽，環(huán)槽A是進(jìn)油環(huán)槽，與發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的齒輪油泵3相通；環(huán)槽D、E是回油環(huán)槽，與油箱1相通；在環(huán)槽A、D間有油道與動(dòng)力缸15中活塞左側(cè)L腔相通；在環(huán)槽A、E間有油道與動(dòng)力缸15中活塞右側(cè)R腔相通?；y7上有兩道環(huán)槽；B是動(dòng)力缸R腔進(jìn)、排油環(huán)槽；C是動(dòng)力缸L腔進(jìn)、排油環(huán)槽。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)各處充滿油液，當(dāng)滑閥7在閥體9中移動(dòng)時(shí)，可使動(dòng)力缸活塞桿在L、R兩腔油壓差推動(dòng)下來回運(yùn)動(dòng)，以起轉(zhuǎn)向助力的作用。 車輛直線行駛時(shí)，滑閥7靠裝在閥體內(nèi)的回位彈簧10和反作用柱塞8保持在中間位置。由油泵輸送來的油液通過量孔4自進(jìn)油孔進(jìn)入閥體9的環(huán)槽A，然后分成兩路：一路流過環(huán)槽B和D，另一路流過環(huán)槽C和E。兩路油流最后匯合經(jīng)回油孔道流回油箱。這樣油泵的負(fù)載很小，只需克服管路阻力。油壓都處于低壓狀態(tài)，因此這種形式稱為常流式液力動(dòng)力轉(zhuǎn)向，即車輛不轉(zhuǎn)向時(shí)，操縱閥保持油路相通。 在車輛向右轉(zhuǎn)彎（b）時(shí)，駕駛員需使方向盤連同右旋螺紋的轉(zhuǎn)向螺桿11順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)向輪受路面阻力最初轉(zhuǎn)向垂臂和轉(zhuǎn)向螺母保持不動(dòng)。駕駛員一經(jīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，與轉(zhuǎn)向軸成一體的滑閥和左旋螺桿便克服回位彈簧和反作用柱塞一側(cè)的壓力而向右移動(dòng)。這時(shí)環(huán)槽A與C，B與D分別連通，而環(huán)槽C與E，A與B則分別隔絕。因而動(dòng)力缸中活塞左側(cè)L腔與進(jìn)油道相通，形成高油壓區(qū)，而活塞右側(cè)R腔與回油道相通，形成低油壓區(qū)。 在油壓差推動(dòng)下，活塞向右移動(dòng)，轉(zhuǎn)向螺母12向左運(yùn)動(dòng)，而縱拉桿則與活塞同向移動(dòng)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。由于油壓很高，因此車輛轉(zhuǎn)向主要靠活塞推力，從而大大減小駕駛員作用在方向盤上的轉(zhuǎn)向力。 在方向盤和螺桿做順時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)中，上述的液壓加力作用一直存在。 當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)過一定角度而保持不動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向螺桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿加于螺母的向左作用力消失，螺母也不能再繼續(xù)相對于螺桿向左移，但在油壓差作用下，螺母仍將帶動(dòng)螺桿和滑閥一起繼續(xù)左移，直到滑閥回復(fù)到圖（a）所示的中間位置。 這時(shí)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)停止工作，轉(zhuǎn)向輪便不再繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。 在車輛向左轉(zhuǎn)時(shí)，（c）圖所示，滑閥右移，改變油路，動(dòng)力缸加力方向相反。 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，利于改善轉(zhuǎn)向操作感，但液體流量的增加會(huì)加重泵的負(fù)荷。為了克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力矩，駕駛員需要加于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力矩，比起機(jī)械轉(zhuǎn)向系時(shí)所需的轉(zhuǎn)向力矩小得多。 2.1.3 電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系是一種新型式的轉(zhuǎn)向裝置。它是利用蓄電池能量轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生推力。由于不直接使用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，所以大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失，且不需要液壓管路，便于安裝。電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系集液壓式和機(jī)械式的優(yōu)點(diǎn)于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝自由度大，無需油壓管路系統(tǒng)。適用于小型輕載機(jī)械。 電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系由電控單元、電源、電機(jī)、轉(zhuǎn)向齒輪機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳感器等組成，具有節(jié)能、不直接消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率的優(yōu)點(diǎn)。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵，并采用計(jì)算機(jī)控制的方式，所以轉(zhuǎn)向助力泵不必經(jīng)常工作。 2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確定 2.2.1 ZL08裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定地保持車輛直線行駛，并根據(jù)要求靈活地改變行駛方向。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是： 工作穩(wěn)定可靠---液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，因?yàn)檗D(zhuǎn)向操縱是否可靠，對車輛行駛的安全性影響極大。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮零件承受路面對其作用的交變沖擊載荷，以保證機(jī)構(gòu)和零件有足夠的強(qiáng)度和壽命。 除了保證發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí)已能正常轉(zhuǎn)向外，還應(yīng)考慮在發(fā)動(dòng)機(jī)或油路發(fā)生故障時(shí)，有應(yīng)急轉(zhuǎn)向的措施。對液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，在考慮方案時(shí)就應(yīng)盡量避免系統(tǒng)的振動(dòng)問題。 操縱輕便靈活---對工程機(jī)械來說，操縱輕便靈活，不僅時(shí)間請駕駛?cè)藛T的疲勞所必需的，而且是提高生產(chǎn)效率的一個(gè)重要因素。 使用經(jīng)濟(jì)耐久---液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組合和元件的選擇，對能量利用、系統(tǒng)成本以及機(jī)構(gòu)的壽命影響很大。 2.2.2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系是用來控制行駛方向的。中型以上的工程機(jī)械采用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向，可以提高轉(zhuǎn)向操縱的靈活性和輕便性。該系統(tǒng)是利用液壓缸伸縮來偏轉(zhuǎn)鉸接車架，以達(dá)到轉(zhuǎn)向目的。這種系統(tǒng)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、而且液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于維修。 根據(jù)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用要求和整機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，選用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)思路。現(xiàn)擬定如下幾種設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行比較。 方案一： 圖2-3液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖（1） 1-轉(zhuǎn)向缸 2-轉(zhuǎn)向閥 3-轉(zhuǎn)向器 4-溢流閥 5-轉(zhuǎn)向泵 此系統(tǒng)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)試方便，但轉(zhuǎn)向泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，因此轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性較差，液壓系統(tǒng)無良好的卸荷元件，系統(tǒng)功率損耗較大。 方案二： 圖2-4液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖（2） 1-轉(zhuǎn)向缸 2-轉(zhuǎn)向閥 3-轉(zhuǎn)向器 4-蓄能器 5-轉(zhuǎn)向溢流閥 6-轉(zhuǎn)向泵 此系統(tǒng)的特點(diǎn)是：直線行走時(shí)，液壓泵向蓄能器提供油，使蓄能器儲(chǔ)存壓力能，要連續(xù)轉(zhuǎn)向時(shí)，有蓄能器和液壓泵同時(shí)向轉(zhuǎn)向缸供油，使轉(zhuǎn)向速度較高，從而提高轉(zhuǎn)向的靈敏性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，液壓泵供油量相應(yīng)減少，但蓄能器可以適當(dāng)補(bǔ)油，保證了一定的轉(zhuǎn)向速度。但因蓄能器體積較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，安裝上較為困難。 方案三： 圖2-5 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖（3） 1-轉(zhuǎn)向缸 2-轉(zhuǎn)向閥 3-轉(zhuǎn)向器 4-恒流閥 5-轉(zhuǎn)向泵 此系統(tǒng)是一種穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，而且效率相對較高的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 比較上述三種液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，選定方案三為本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向方案，對其工作原理進(jìn)行分析。 1.當(dāng)方向盤不動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向泵5輸出的液壓油經(jīng)恒流閥4及轉(zhuǎn)向閥2流回油箱。由于轉(zhuǎn)向閥處于中位，轉(zhuǎn)向缸1的前后腔壓力相等，因此，前后車架保持在一定的相對位置上。 2.當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，隨著方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向閥2的閥芯產(chǎn)生一定的位移，液壓油經(jīng)恒流閥，轉(zhuǎn)向閥后進(jìn)入液壓缸一側(cè)，使車架轉(zhuǎn)向。隨著車架的相對偏轉(zhuǎn)，與車架相連的隨動(dòng)桿便帶動(dòng)搖臂向前或向后回轉(zhuǎn)，在搖臂的推動(dòng)下，傘形齒輪，齒條和螺母也隨著向上、向下擺動(dòng)，從而轉(zhuǎn)向閥的滑閥回到中間位置。轉(zhuǎn)向缸停止進(jìn)油，轉(zhuǎn)向即停止。此時(shí)，前后車架保持在一定的角度位置上，完成了轉(zhuǎn)向過程。 3.不斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，車架的轉(zhuǎn)向角也不斷變化，方向盤的轉(zhuǎn)角越大，轉(zhuǎn)向缸的行程越大，車架的轉(zhuǎn)向角也就越大。 4.轉(zhuǎn)向過程中的工作壓力取決于道路的狀況。 14 第3章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析 3.1 鉸接式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3.1.1 鉸接式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ZL08輪式裝載機(jī)采用鉸接式車架裝載機(jī)的車架并不是單一的整體，而是由前后兩個(gè)車架組成，中間用垂直銷軸連接起來，故稱鉸接轉(zhuǎn)向。鉸接轉(zhuǎn)向是通過兩轉(zhuǎn)向油缸推動(dòng)前后車架繞銷軸轉(zhuǎn)過一定角度而實(shí)現(xiàn)的，因此也叫做“折腰”轉(zhuǎn)向。鉸接式裝載機(jī)的車架因由前后車架組成，所以，一般軸距較大，盡管如此，由于車身曲折角度較大，所以仍可獲得較小的轉(zhuǎn)向半徑。 如以相同斗容的裝載機(jī)進(jìn)行比較，鉸接式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向半徑為后輪轉(zhuǎn)向式裝載機(jī)的70﹪，這樣大大的減小了裝載機(jī)調(diào)車行駛的路程和時(shí)間。因轉(zhuǎn)向半徑小，機(jī)動(dòng)性能好，裝載機(jī)可在非常狹窄的場地作業(yè)。 一般將銷軸布置在軸距的中點(diǎn)，這時(shí)前后輪轉(zhuǎn)向半徑相同，避讓障礙容易，且前后輪軌跡相同，前輪為后輪壓實(shí)地面，減小在松軟地面上的滾動(dòng)阻力。工作裝置與前車架鉸接在一起，它可以隨前車架一起擺動(dòng)，作業(yè)中易于對準(zhǔn)作業(yè)方向，作業(yè)機(jī)動(dòng)靈活。因軸距較長，行車時(shí)縱向顛簸小，可以減少駕駛員的疲勞。但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性較低。 3.1.2 鉸接式轉(zhuǎn)向的工作原理 圖3-1 鉸接式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖 1-轉(zhuǎn)向控制閥 2-轉(zhuǎn)向油缸 3-隨動(dòng)桿 4-轉(zhuǎn)向油泵 5-安全閥 6-轉(zhuǎn)向油缸 7-轉(zhuǎn)向機(jī) 1 直線行駛 方向盤在中間位置，轉(zhuǎn)向控制閥1中的滑閥保持在中間位置，來自轉(zhuǎn)向油泵4的油液經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥空流回油箱，轉(zhuǎn)向油缸6處于鎖閉狀態(tài)，保持前車架成一直線，裝載機(jī)直線行駛。 2 轉(zhuǎn)向行駛 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，轉(zhuǎn)向機(jī)中的滑閥帶動(dòng)螺桿移動(dòng)消除間隙，來自轉(zhuǎn)向油泵4的壓力油經(jīng)過轉(zhuǎn)向控制閥分成兩路，分別進(jìn)入右轉(zhuǎn)向油缸的后腔和左轉(zhuǎn)向油缸的前腔，使右轉(zhuǎn)向油缸兩銷軸距離縮短，左轉(zhuǎn)向油缸兩銷軸距離伸長，使裝載機(jī)右轉(zhuǎn)向。此時(shí)，兩油缸的另一腔的油液通過油管和轉(zhuǎn)向控制閥流回油箱。前車架相對后車架轉(zhuǎn)動(dòng)后使隨動(dòng)桿3后移，則帶動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)中的齒扇轉(zhuǎn)動(dòng)，并推螺母上升，又使轉(zhuǎn)向閥恢復(fù)中間位置。方向盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)上述過程，轉(zhuǎn)角不斷加大，如方向盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向控制閥也停止移動(dòng)，轉(zhuǎn)向油缸處于鎖閉狀態(tài)，則保持一定的轉(zhuǎn)向角。反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，與上述過程相反，則使裝載機(jī)向左轉(zhuǎn)向。 3.2 鉸接轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué) 圖3-2 計(jì)算鉸接式裝載機(jī)轉(zhuǎn)向半徑示意 圖3-2為鉸接式輪式裝載機(jī)在水平地面上穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的簡圖。它與偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向有根本區(qū)別，在轉(zhuǎn)向時(shí)是通過前后車架繞鉸銷相對轉(zhuǎn)過一定角度，是前后橋也相對轉(zhuǎn)過同一角度，而前輪相對于前車架，后輪相對于后車架沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，每一橋上兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)平面始終是保持平行的。過前后軸線作垂直地面的平面，此兩平面的交線即為轉(zhuǎn)向軸線，則裝載機(jī)各輪繞此軸線作無側(cè)滑地滾動(dòng)。所以此種轉(zhuǎn)向不需要轉(zhuǎn)向梯形，也避免偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)車輪等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只用簡單的“折腰”辦法就可達(dá)到轉(zhuǎn)向之目的。 由圖3-2可知前外側(cè)車輪轉(zhuǎn)向半徑為： R前外=B/2+AO (3-1) AO=AC/sina (3-2) AC=(1-k)L+kLcosa (3-3) R前外=B/2+L/sina(1-k+kcosa) (3-4) 由圖可知后外側(cè)車輪轉(zhuǎn)向半徑： R后外=B/2+DO (3-5) DO=ED/sina (3-6) 3.3 轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué) 3.3.1 轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 鉸接式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，是由地面的附著情況和滾動(dòng)阻力所決定的。在轉(zhuǎn)向油缸力的作用下，前后車架的夾角發(fā)生改變，此時(shí)前后車架均向阻力較小的方向運(yùn)動(dòng)。 鉸接式裝載機(jī)在平坦的地面上，它的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為由以下兩種運(yùn)動(dòng)合成：每一車架圍繞著自身橋的垂直對稱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；依靠一車架對另一車架拉緊，而使輛車架靠近的移動(dòng)。這時(shí)它們的運(yùn)動(dòng)阻力最小。 3.3.2 轉(zhuǎn)向過程的阻力 車架鉸接點(diǎn)位于軸距中點(diǎn)的裝載機(jī)，當(dāng)沿著直線或一定的曲率半徑行駛時(shí)，后輪沿著前輪所壓實(shí)的車轍運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的滾動(dòng)阻力較小，轉(zhuǎn)向阻力矩也較小。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤通過液壓傳動(dòng)改變前后車架夾角時(shí)，裝載機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)向和脫離轉(zhuǎn)向區(qū)段（圖3-3），它在每個(gè)瞬時(shí)是圍繞不同的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)輪子在地面上的軌跡再也不是直線或同心圓，而是每個(gè)輪子都有自己的軌跡。此時(shí)后輪滾動(dòng)阻力系數(shù)增大，例如它在松軟土壤上轉(zhuǎn)向行駛時(shí)與后輪行駛在被前輪壓實(shí)土壤上的情況相比較，后輪的滾動(dòng)阻力增加約為一倍，這時(shí)轉(zhuǎn)向力在克服壓實(shí)和堆積土壤的附加損失，因此轉(zhuǎn)向阻力增大。 圖3-3 轉(zhuǎn)向過程中車輪軌跡 3.3.3原地轉(zhuǎn)向阻力矩 鉸接式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向阻力矩M與轉(zhuǎn)向角a的函數(shù)關(guān)系可用圖3-4示出的曲線來定性說明。裝載機(jī)原地轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的全部阻力，由轉(zhuǎn)向油缸發(fā)出的轉(zhuǎn)向力來克服。 當(dāng)接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)，使前后驅(qū)動(dòng)橋間構(gòu)成封閉的運(yùn)動(dòng)鏈，它是由最終傳動(dòng)、半軸、差速器、主傳動(dòng)、萬向節(jié)傳動(dòng)和分動(dòng)箱組成。在轉(zhuǎn)向過程中，一車架對另一車架拉緊，產(chǎn)生兩驅(qū)動(dòng)橋靠近的移動(dòng)，在消除封閉運(yùn)動(dòng)鏈內(nèi)的間隙后，產(chǎn)生該傳動(dòng)鏈的扭緊、輪胎和土壤的變形，最后超過附著力而使輪胎相對土壤的滑動(dòng)。 當(dāng)車架圍繞自身上某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩車架上的輪子由于差速器的作用有可能向不同方向旋轉(zhuǎn)，然而輪子的旋轉(zhuǎn)是在土壤的切反作用力的作用下產(chǎn)生的，而此切反作用力隨著封閉傳動(dòng)的扭轉(zhuǎn)角的增加而增大，該力引起土壤的剪切和輪胎的切向變形。 圖3-4 鉸接式裝載機(jī)原地轉(zhuǎn)向 –––––多年的熟荒地 ———已耕地 1-接一驅(qū)動(dòng)橋 2-接兩驅(qū)動(dòng)橋 3.4 小結(jié) 對鉸接式裝載機(jī)轉(zhuǎn)向過程的研究可得以下兩點(diǎn)結(jié)論： 1. 鉸接式裝載機(jī)轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)與偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向有著根本區(qū)別。 2. 當(dāng)裝載機(jī)在任何路面條件下原地轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向角增大，轉(zhuǎn)向阻力矩也增大。 最后指出，現(xiàn)在尚沒有較完善的計(jì)算鉸接式裝載機(jī)轉(zhuǎn)向阻力矩的方法，前面所講的只作為對轉(zhuǎn)向阻力矩的定性分析，所以在具體設(shè)計(jì)中還應(yīng)參考同類型機(jī)種的轉(zhuǎn)向油缸尺寸及系統(tǒng)壓力，進(jìn)行比較設(shè)計(jì)。 20 第4章 液壓元件設(shè)計(jì)及選用 4.1 轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸 液壓缸是液壓挖掘機(jī)中的執(zhí)行元件，它的功能就是把液體壓力能轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能或者擺動(dòng)的機(jī)械能。在ZL08輪式裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用的是雙作用單桿活塞缸，其結(jié)構(gòu)上基本可以分為缸筒和活塞桿組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分。在設(shè)計(jì)時(shí)參考同類型機(jī)種的轉(zhuǎn)向油缸尺寸及系統(tǒng)壓力，進(jìn)行比較設(shè)計(jì)。 4.1.1 液壓缸的基本參數(shù) 參見表4-1，選用XG-63雙作用液壓缸 表4-1 XG系列雙作用液壓缸的型號和技術(shù)參數(shù) 產(chǎn)品型號 公稱壓力/MPa 缸徑/mm 桿徑/mm 行程/mm 推力/KN XG-63 10 63 22 205 31.2 XG-E70 12.5 70 32 283 48.1 4.1.2 液壓缸工作能力的計(jì)算 根據(jù)負(fù)荷和工作裝置油缸鉸點(diǎn)布置，以及液壓系統(tǒng)的分析計(jì)算確定油缸所需的推力和支力。 計(jì)算公式： 油缸大腔面積： S1=pD/4 (cm) 油缸小腔面積： S2= p(D-d)/4 (cm) 額定大腔推力： P=Sp (N) 額定小腔推力: P=Sp (N) 最大大腔支承力: P=S p (N) 最大小腔支承力: P"=S p1 (N) 計(jì)算結(jié)果為：S1=31.17 cm S2=27.37 cm P=31.17 KN P=27.37KN P=37.4 KN P"=32.84 KN 4.1.3液壓缸的運(yùn)動(dòng)計(jì)算 1 活塞運(yùn)動(dòng)速度 V=Q/S1 (m/s) V=Q/S2 (m/s) 2 全程時(shí)間 t=h/ V (S) t=h/ V (S) 計(jì)算結(jié)果為： V=0.02m/s V=0.023m/s t=102.5s t=89.13s 4.1.4強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 缸筒壁厚的校核 (1)當(dāng)時(shí)，按薄壁孔強(qiáng)度校核。 （4-1） (2)當(dāng)，按第二強(qiáng)度理論校核。 （4-2） 式中：—缸筒試驗(yàn)壓力（缸的額定壓力時(shí)，；缸的額定壓力時(shí)，）； —缸筒材料的許用拉應(yīng)力； —缸筒內(nèi)徑； —缸筒壁厚； 活塞桿強(qiáng)度校核： 活塞桿的強(qiáng)度一般情況下時(shí)足夠的，主要是校核其穩(wěn)定性。 活塞桿的穩(wěn)定性校核： 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受得力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。活塞桿的穩(wěn)定性可按下式校核。 （4-3） 式中：—安全系數(shù)，一般取2-4。本文取3 當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時(shí)，有 （4-4） 當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時(shí)，且取20-120，則 （4-5） 式中：—安裝長度； —活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，； —柔性系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取85； —支撐方式或安裝方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取1； —活塞桿材料的彈性模量；其材料45鋼，2.1106 kgf/cm —活塞桿橫截面慣性矩； —活塞桿橫截面積； —材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)數(shù)值；本文??； —系數(shù)，本設(shè)計(jì)取1/5000； 壁厚校核： 其壁厚為5mm, 缸筒內(nèi)徑為63mm。材料為無縫鋼管，其為105Mpa。由于 δ/D=5/63＜1/10 所以按式（4-1）進(jìn)行校核。 缸的額定壓力P=10Mpa,所以=15，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為： 所以轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸壁厚滿足要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長比 而 因此用式（4-5）進(jìn)行校核： 將其數(shù)值帶入（4-3）中得： 其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。到此，對液壓缸進(jìn)行了全面的校核，都符合強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的要求，可以使用。 4.2 液壓泵的選用 4.2.1 泵的類型選擇 ZL08液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓泵為整個(gè)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供能量，它將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，驅(qū)動(dòng)液壓缸移動(dòng)，使車輛轉(zhuǎn)向。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)，參見【2】表3-6，比較齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵的技術(shù)性能、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，選用葉片泵。 在液壓系統(tǒng)中，葉片泵得到了廣泛的應(yīng)用。葉片泵輸出流量均勻、脈動(dòng)小、噪聲小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，吸油特性不太好、對油液中的污染也比較敏感。 4.2.2 確定泵的壓力和流量 1.泵的工作壓力 泵的工作壓力應(yīng)根據(jù)液壓缸的最高壓力來確定，即 （4-6） 式中 —執(zhí)行元件的最高工作壓力，本設(shè)計(jì)取10； —進(jìn)油路和回油路的總壓力損失（），對于節(jié)流調(diào)速和較簡單的油路可?。?.2-0.5）；對于進(jìn)油路設(shè)有調(diào)速閥和較復(fù)雜的系統(tǒng)，可?。?.5-1.5）。本處取2。 代入數(shù)據(jù)： =10+2=12 根據(jù)產(chǎn)品樣本查出，選用額定壓力為12的液壓泵。 2.泵的輸出流量 泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來確定，即 ≥K （4-7） 式中 —系統(tǒng)的系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取1.1-1.3（管路長取大值，管路短取小值）。本設(shè)計(jì)取1.2. —執(zhí)行元件實(shí)際需要的最大流量（L/min）。 代入數(shù)據(jù)： ≥K=1.23=3.6L/min 查【3】表2-103 ZYB系列轉(zhuǎn)向葉片泵的型號和技術(shù)參數(shù)，根據(jù)以上算得的壓力和流量選用ZYB-3.2葉片泵。該泵的基本參數(shù)為：最高工作壓力壓力Pn=14,排量q0=3.2ml/r,轉(zhuǎn)速范圍600-4000r/min,控制流量3.8L/min。 40 第5章 輔助裝置的選擇 5.1 油箱 5.1.1 油箱的設(shè)計(jì) 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還啟著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有許多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計(jì)等。 圖5-1 油箱簡圖 1—液位計(jì) 2—吸油管 3—空氣過濾器 4—回油管 5—側(cè)板 6—人孔蓋 7—放油塞 8—地腳 9—隔板 10—底板 11—吸油過濾器 12—蓋板 液壓泵通過2將油箱中的油液吸到泵中；3保證大氣中的塵埃，雜質(zhì)不進(jìn)入油箱，并且有通氣孔與大氣連接，從而保證液壓泵能正常吸油；液壓系統(tǒng)中的油液通過4流回油箱；10可阻擋沉淀雜質(zhì)進(jìn)入吸油管；11阻擋氣泡進(jìn)入吸油管；12用于固定液壓泵等裝置，并防止外界環(huán)境中的贓物進(jìn)入油箱。 油箱設(shè)計(jì)的要求： 1.油箱應(yīng)具有足夠的容量，液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油面應(yīng)保持一定的高度以防液壓泵吸空。但為了防止系統(tǒng)中油液全部流回油箱時(shí)溢出油箱，油面不能太高，一般不應(yīng)超過油箱高度的80%。 2.吸油管與回油管之間的距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)，以增加油液的循環(huán)距離，并使它有充分的時(shí)間沉淀，排出氣泡，同時(shí)也有利于油液的冷卻。 3.吸油管必須插在油液中，并在它的底端安裝過濾器，以使液壓泵吸入情節(jié)的油液。吸油管與回油管端部應(yīng)制成45度，距箱底應(yīng)大于兩倍管徑，距箱壁應(yīng)大于三倍管距。 4.為使漏到蓋板上的油液不至于流到地面上，油箱側(cè)壁應(yīng)高于蓋板（10-15）mm。 5.為了排凈存油和清洗油箱，油箱底板應(yīng)有適當(dāng)斜度；放油閥也應(yīng)安裝在箱底的最低處。 6.油箱底應(yīng)設(shè)底腳，底腳高度一般為（150-200）mm，以利通風(fēng)散熱和排出箱內(nèi)油液。 7.為了防止油液被污染，注油孔上要加裝濾網(wǎng)；通氣孔上必須裝空氣過濾器。 8.油箱內(nèi)壁應(yīng)涂耐油防銹涂料，以免生銹。 5.1.2油箱容量的計(jì)算 確定油箱容量的方法有兩種：一種時(shí)估算法，另一種是近似計(jì)算法。估算法一般應(yīng)用于不要求準(zhǔn)確計(jì)算的液壓系統(tǒng)的油箱容量，本設(shè)計(jì)采用估算法來計(jì)算油箱所需的油量。 油箱所需要的容量： （5-1） 式中 —油箱的有效容積； —系數(shù)；對于高壓系統(tǒng)一般取6—12； —液壓泵的額定流量（L/min）。取3.8 L/min。 代入數(shù)據(jù)： =（6-12）3.8=22.8-45.6L＝２７Ｌ 5.1.3 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長、寬、高）為1：1：1---1：2：3。確定油箱容積為27L，則油箱的外形尺寸確定為315，315，315。 5.2 油管 5.2.1 管路設(shè)計(jì)的要求 1.管子有足夠的強(qiáng)度和韌性，以保證在規(guī)定的壓力和溫度下傳遞適當(dāng)?shù)牧黧w而不至于破裂，同時(shí)要求管子要能耐腐蝕，以防油液污染變質(zhì)。 2.管子尺寸的選取要適當(dāng)。在一定的流速下若管子的內(nèi)徑偏小，則流速較高，壓力降和摩擦損失較大，效率低。管子內(nèi)徑大，流速低，壓力降小，效率高，但材料和成本等方面會(huì)造成浪費(fèi)，因此對管子內(nèi)徑的選擇得進(jìn)行必要的計(jì)算。 3.對于吸油管，阻力要小，盡量通暢，密封要好，防止液壓泵吸空或產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。 4.回油管的尺寸必須大些，防止排油背壓大。液壓元件本身的泄油管一般與回油管分開，單獨(dú)通回油箱，以免產(chǎn)生背壓和虹吸。 5.管子盡量短，彎曲角盡量小，接頭很配件盡量小。 6.為減小壓力損失和泄漏，高壓油管和超高壓油管應(yīng)靠近工作機(jī)構(gòu)；管道各處應(yīng)避免斷面的局部擴(kuò)大和縮小，避免急劇彎曲。 7.管道的最高處應(yīng)設(shè)有放氣裝置，用以放掉系統(tǒng)中的空氣。 8.與法蘭和聯(lián)結(jié)處的管子必須是直的，以保證聯(lián)結(jié)牢固可靠。此直線段的長度一般可取管子直徑的2-3倍。 5.2.2 油管類型的選擇 對各種不同類型的管道進(jìn)行比較。 1.紫銅管性質(zhì)柔軟，裝配時(shí)便于彎曲，前度較低，能承受的工作壓力不超過（6-10）Mpa，價(jià)格較貴，抵抗振動(dòng)能力差，所以盡量不用或用于流量不大的中、低壓液壓系統(tǒng)中。 2.黃銅管性質(zhì)柔軟，裝配時(shí)彎曲不如紫銅管方便，可承受較高的壓力。因黃銅管直徑小，適用于流量不大的中、低壓液壓系統(tǒng)中。由于銅是貴重材料，又抗震性差，一般盡量不用。 3.銅管能承受高壓，耐油，抗腐蝕和剛性都較好，價(jià)格便宜，但不易彎曲，多用于高壓、大功率、裝配空間不受限制的情況下；中高壓系統(tǒng)用無縫鋼管；低壓系統(tǒng)用焊接鋼管。 4.橡膠軟管用于兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)部件間的聯(lián)結(jié)，能夠吸收液壓沖擊和震動(dòng)。但彈性變形較大，容易引起運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作滯后和爬行，因此對于精密的液壓系統(tǒng)應(yīng)采用硬管聯(lián)結(jié)。 5.尼龍管加熱后可以隨意彎曲成形，冷卻后又能固定成形，并能觀察管內(nèi)油流的情況，目前大都在低壓管道中使用。 6.塑料管價(jià)格便宜，裝配方便，但承壓能力低，只適用于回油路和卸油管等低壓管路系統(tǒng)。但因容易老化變質(zhì)，應(yīng)用較少。 分析各種管路的優(yōu)缺點(diǎn)，針對本次設(shè)計(jì)選用無縫鋼管。 5.2.3 管道的計(jì)算 對管道的計(jì)算主要是計(jì)算管子的內(nèi)徑和管子的壁厚，以保證能滿足液壓系統(tǒng)的流速和壓力的要求。 1.計(jì)算管子內(nèi)徑 管子內(nèi)徑的計(jì)算公式為： （5-2） 式中 —管子的內(nèi)徑（mm）； —管內(nèi)流過的最大流量（）； —允許流速（）。 推薦允許流速可按表5-1選取。 表5-1 常用管路的允許流速 名稱 流速 液壓泵吸油管 1-2 壓油管 中、低壓 2-4 高壓 5-6 回油管 1.5-2.5 閥內(nèi)通道和縮口 6 安全閥口或溢流閥口 30 值得注意的是，在選管子內(nèi)徑是，應(yīng)當(dāng)滿足壓油管、吸油管和回油管的適當(dāng)要求。 3. 計(jì)算管子壁厚 管子壁厚的計(jì)算公式為： （5-3） 式中 —管內(nèi)工作壓力； —油管內(nèi)徑； —油管材料許用應(yīng)力。無縫鋼管=105MPa 注意：油管的內(nèi)外徑都是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，因此計(jì)算出的內(nèi)徑和壁厚應(yīng)查閱有關(guān)手冊，按標(biāo)準(zhǔn)選取。 4.吸油管尺寸的計(jì)算 吸油管內(nèi)徑的計(jì)算： —吸油管內(nèi)流過的最大流量取為0.002； —允許流速，參照表5-1可選用1.8. 代入數(shù)據(jù)得： 通過查表，其標(biāo)準(zhǔn)值可選28mm。 吸油管壁厚的計(jì)算： —吸油管的工作壓力，取10Mpa； —管子的內(nèi)徑，取30mm； —吸油管的需用壓力，對于鋼管來說=105MPa； 代入數(shù)據(jù)得： = =1.33mm 通過查【1】表6-2，可選其標(biāo)準(zhǔn)值1.5mm。 綜合計(jì)算所得的吸油管的內(nèi)徑和壁厚，通過查表可選用公稱通徑為28mm，鋼管外徑為31mm的鋼管。 5.回油管尺寸的計(jì)算 回油管內(nèi)徑的計(jì)算： —回油管內(nèi)流過的最大流量取為0.002； —允許流速，參照表5-1可選用2.5. 代入數(shù)據(jù)得： 通過查表，其標(biāo)準(zhǔn)值可選20mm。 吸油管壁厚的計(jì)算： —回油管的工作壓力，取10Mpa； —回油管的內(nèi)徑，取20mm； —吸油管的需用壓力, 105MPa。 代入數(shù)據(jù)得： ==0.95 mm 通過查表，可選其標(biāo)準(zhǔn)值1mm。 綜合計(jì)算所得的回油管的內(nèi)徑和壁厚，通過查表可選用公稱通徑為20mm，鋼管外徑為22mm的鋼管。 5.3 液壓閥 5.3.1液壓閥選用原則 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中選擇合適的液壓閥，是使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良，安裝、維修方便，并保證該系統(tǒng)正常工作的重要條件。除按照系統(tǒng)功能需要選擇液壓控制閥的類型以外，還要考慮各個(gè)閥的額定壓力、通過流量、安裝形式、動(dòng)作方式、性能特點(diǎn)等。 5.3.2 恒流閥 轉(zhuǎn)向系中恒流閥是一種結(jié)構(gòu)特殊、用途專一的專用閥，它在轉(zhuǎn)向系中主要有以下功能： 1.使液壓泵通往轉(zhuǎn)向閥的流量基本穩(wěn)定在一定數(shù)值上，不使供給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高低而發(fā)生太大的變化，以達(dá)到良好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。 2.在恒流閥內(nèi)設(shè)有先導(dǎo)安全錐閥，使整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有足夠克服阻力的能力，又能保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作安全可靠。 圖5-2 恒流閥的結(jié)構(gòu)圖 1、2、12-螺栓 3、15-O形圈 4-主閥彈簧 5-導(dǎo)閥座 6-錐閥 7-導(dǎo)閥彈簧 8-彈簧座 9-調(diào)壓絲杠 10-鎖緊螺母 11-閥蓋 13-閥體 14-節(jié)流孔板 16-管接頭 17-恒流閥芯 工作原理如下：液壓泵輸出油經(jīng)管接頭16進(jìn)入閥體13，通過節(jié)流孔板14向轉(zhuǎn)向閥輸出。油液經(jīng)過節(jié)流孔板14的小孔后，在A腔及B腔產(chǎn)生壓力差，A腔的壓力通過恒流閥芯17上的作用在該閥芯右端，B腔的壓力通過螺栓1上的阻尼孔作用在閥芯17的左端。由于A腔的壓力高于B腔壓力，因此閥芯17向左移動(dòng)，直到向左的液壓推力與彈簧力平衡。當(dāng)液壓 泵輸出油過多時(shí)，A腔與B腔的壓力差逐漸增大，因而將閥芯17更向左移，位移增大，直至A腔與C腔連通。這時(shí)，有一部分油液通過滑閥17與C腔之間的縫隙進(jìn)入C腔，然后回到油箱。這樣，通過節(jié)流孔板14的流量便減少了.液壓泵供油量越大，則恒流閥17的開口越大，分流到C腔的油液也就越多，從而使進(jìn)入轉(zhuǎn)向閥的流量穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。反之，當(dāng)液壓泵輸出油量小到一定數(shù)值時(shí)，則恒流閥芯17右移，將分流油液切斷，使液壓泵的油全部輸往轉(zhuǎn)向閥。 當(dāng)轉(zhuǎn)向負(fù)載增加到某一數(shù)值時(shí)，B腔壓力升高，并通過阻尼孔傳遞到D腔，推開錐閥6，D腔的油液通過錐閥回油。因B、D兩腔間有阻尼孔，所以形成了壓力差，使恒流閥芯17的兩端壓力差更大，液壓泵的輸出油液通過C腔溢流，保護(hù)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 5.4 濾油器 濾油器在液壓系統(tǒng)中，濾除外部混入或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)部產(chǎn)生的液壓油中的固體雜質(zhì)，使液壓油保持清潔，延長液壓元件的使用壽命，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。濾油器的過濾精度用過濾掉的雜質(zhì)顆粒大小表示，一般可分粗濾油器、普通濾油器、精濾油器及特精濾油器四種。參見【1】表6-47選用紙質(zhì)濾油器，網(wǎng)孔30-72μm，過濾精度5-30μm，用于要求過濾質(zhì)量高的液壓系統(tǒng)中，過濾效果好，精度高，但易堵塞，無法清洗，需常換紙心。 參閱【1】表6-56，選用的紙質(zhì)濾油器為ZU-A1010S，其技術(shù)參數(shù)為：通徑10μm，流量10L/min,壓力1.6MPa,原始壓力損失≤0.07MPa,最大允許壓力損失0.35 MPa，過