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河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題
目
ZL50裝載機(jī)總體及行星變速箱
設(shè)計(jì)（第二排行星架）
學(xué) 科 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)094
姓 名： 張 維
指 導(dǎo) 教 師： 王少雷
摘要
Zl50裝載機(jī)是我國輪式裝載機(jī)系列中的中型產(chǎn)品，該機(jī)是一種較大型的以裝卸散狀物料為主的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于礦山、基建、道路修筑、港口、貨場、煤場等地進(jìn)行裝載、推土、鏟挖、起重、牽引等作業(yè)。
本設(shè)計(jì)的步驟簡單如下：1.對(duì)裝載機(jī)的總體進(jìn)行分析，確定總體參數(shù)；2.牽引計(jì)算，確定出各檔及各檔傳動(dòng)比；3.對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行整體布置，并繪出總體布置圖；4.變速箱的設(shè)計(jì)，這是本設(shè)計(jì)中最主要的部分，確定傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)傳動(dòng)簡圖，配齒計(jì)算，得出齒圈、行星輪、太陽輪的齒數(shù)，并驗(yàn)算其合理性。然后進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)；5.對(duì)離合器，軸、軸承的設(shè)計(jì)及選擇。
此設(shè)計(jì)中，主要任務(wù)是設(shè)計(jì)變速箱及第二行星排，設(shè)計(jì)中采用了行星式動(dòng)力換擋變速箱，它具有3個(gè)離合器和3根軸，且軸安裝在殼體內(nèi)，使變速箱結(jié)構(gòu)簡單、便于維修。變速箱具有兩個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)后退檔，可以產(chǎn)生三個(gè)速度。
關(guān)鍵詞： 裝載機(jī) 液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 行星式動(dòng)力換擋變速箱
T
ABSTRACT
The loader ZL50 iswheel type and it is more bigger among the series made in our country.It is suitable for loading discharging materials and it applies for mine、capital contuction、road builing 、port、field、coalfield and carries loading 、pushing dust 、diging rising weight
The design of the simple steps are as follows: 1.the overall loader analysis , to determine the overall parameters; 2. traction calculation, determine the gear and the gear ratio; 3 .to loader for the overall layout, and draw the overall layout; 4.design of gearbox ,and it is the design of the main parts determination of design, transmission ratio, transmission diagram, gear tooth number calculation, the ring gear, a planet wheel, sun wheel, and check the rationality. Then the design of the clutch gear; 5. design and selection of shaft, bearing.
In my design, I adopt counter shaft power shift transmission’s construction is simple and maincenance is easy .the transmission has two forward and one reverse gear ,it can provide three speeds
KEY WORDS: lorder liquid engine driving system
Hydraulic torque conventer power shift gearbox
目錄
第1章 前言········································································· 1
第2章 總體設(shè)計(jì)·································································· 2
2.1 概述··········································································· 2
2.2 選擇確定總體參數(shù)··························································· 2
2.3 裝載機(jī)底盤部件型式設(shè)計(jì)·················································· 11
第3章 牽引計(jì)算································································ 22
3.1 柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入與輸出特性曲線······················· 22
3.2 確定檔位及各檔傳動(dòng)比···················································· 28
3.3 運(yùn)輸工況牽引特性曲線···················································· 31
3.4 求出各檔最高車速并分析牽引特性······································· 33
第4章 總體布置································································ 35
4.1 總體布置草圖的基準(zhǔn)······················································· 35
4.2 各組成部件的位置························································· 35
4.3 計(jì)算平衡重·································································· 39
4.4 橋荷的分配································································· 40
4.5 驗(yàn)算輪胎載荷······························································· 42
4.6 總體布置圖·································································· 43
第5章 行星式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)········································ 43
5.1 傳動(dòng)比的確定 ······························································ 44
5.2 傳動(dòng)簡圖設(shè)計(jì) ······························································ 45
5.3 配齒計(jì)算 ··································································· 47
5.4 離合器設(shè)計(jì)·································································· 53
5.5 齒輪設(shè)計(jì)····································································· 56
5.6 軸的設(shè)計(jì)····································································· 59
5.7 軸承的選擇計(jì)算····························································· 64
第6章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小節(jié)··························································· 66
參考文獻(xiàn)············································································68
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告····································································· 69
附：英文翻譯
英文原文
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計(jì)題目：ZL50裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)及行星變速箱設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人：張維
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說明
結(jié)果
第1章前言
第1章前言
ZL50輪式裝載機(jī)是一種較大型的以裝卸散狀物料為主的工程機(jī)械，因其具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。
ZL50輪式裝載機(jī)是高效率、用途廣泛的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于建筑、礦山、道路、水電和國防建設(shè)等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，不僅對(duì)松散的堆積物料可以進(jìn)行裝、運(yùn)、卸等作業(yè)，還可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度挖掘工作。
ZL50輪式裝載機(jī)屬于ZL系列，采用輪式行走系，液力機(jī)械傳動(dòng)系，鉸接式車架工作裝置采用液壓操縱。此類裝載機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好、轉(zhuǎn)向靈活、生產(chǎn)率高、操縱輕便等特點(diǎn)，一般后橋布置為擺動(dòng)橋，增加了整機(jī)的穩(wěn)定性，所以該機(jī)的安全性好。
ZL50輪式裝載機(jī)為四輪驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，作業(yè)時(shí)以全輪驅(qū)動(dòng)，空車運(yùn)輸時(shí)，為防止寄生功率，僅用前輪驅(qū)動(dòng)，因此后橋的傳動(dòng)可以用嚙合套脫開。ZL50裝載機(jī)采用液壓與液力機(jī)械傳動(dòng)，具有變速平穩(wěn)、傳動(dòng)比大、作業(yè)效率高和無級(jí)變速等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。其變速器采用行星齒輪變速器，換檔操縱為液壓式。ZL50裝載機(jī)的主要特點(diǎn)：采用雙渦輪變矩器、具有兩個(gè)前進(jìn)檔一個(gè)倒退檔的雙行星傳動(dòng)動(dòng)力換檔變速器，以及能實(shí)現(xiàn)脫起動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)熄火轉(zhuǎn)向，排氣制動(dòng)的“三合一”機(jī)構(gòu)。
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設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說明
結(jié)果
第2章
總體設(shè)計(jì)
2.1 概述
2.2選擇確定總體參數(shù)
2.3裝載機(jī)底盤部件型式選擇
第3章 牽引計(jì)算
3.1柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入與輸出特性曲線
3.2確定裝載機(jī)的檔位數(shù)及各檔傳動(dòng)比
3.3 裝載機(jī)的運(yùn)輸工況的牽引特性曲線
3.4求出各檔最高車速,分析裝載機(jī)的牽引性能
第四章、總體布置
第五章 行星式動(dòng)力換檔變速箱設(shè)計(jì)
5.1傳動(dòng)比的確定
5.2傳動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)
5.3配齒計(jì)算
5.4離合器設(shè)計(jì)
5.5 齒輪設(shè)計(jì)
5.6軸的設(shè)計(jì)
5.7軸承的選擇計(jì)算
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 概述
總體設(shè)計(jì)是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械的總設(shè)想?？傮w設(shè)計(jì)的成敗關(guān)系到整部機(jī)械的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，直接決定了機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗。
總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)的進(jìn)行，在接受設(shè)計(jì)任務(wù)以后，應(yīng)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究。收集國內(nèi)外同類機(jī)械的有關(guān)資料。了解當(dāng)前國內(nèi)外裝載機(jī)的使用、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研情況，并進(jìn)行分析比較，制定總的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)保證保證所設(shè)計(jì)機(jī)型符合的方針、政策。在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性好，壽命長。制定總則之后，便可以編制設(shè)計(jì)任務(wù)書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計(jì)的成功。
裝載機(jī)總體參數(shù)的選擇就是對(duì)裝載機(jī)主要性能提出總體的要求，作為整機(jī)和總體設(shè)計(jì)的依據(jù)。
總的設(shè)計(jì)原則：
1．遵守“三化”：零件標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、部件
2．采用“四新”：新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。
3．滿足“三好”：好制造、好使用、好維修。
裝載機(jī)總體參數(shù)主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)功率，載重量，裝載機(jī)自重，車速，牽引力，鏟起力，軸距，輪距，最大卸載高度，最小轉(zhuǎn)向半徑，輪胎尺寸，整機(jī)外形尺寸。
2.2選擇確定總體參數(shù)
目前，裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)中有計(jì)算法、類比法及綜合運(yùn)用計(jì)算等三種設(shè)計(jì)方法，限于我們的條件，我們的設(shè)計(jì)采用計(jì)算法和類比法綜合運(yùn)用的方法，比較法就是參考國內(nèi)外已有的同類型機(jī)種的參考尺寸，結(jié)合我們要設(shè)計(jì)的機(jī)型的具體要求，參照確定其參數(shù)尺寸。
總體參數(shù)的確定包括以下內(nèi)容：
2.2.1確定軸距和輪距
1．軸距是裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)中的主要尺寸，一般是用比較法初步選取，然后通過繪制總布置，才能準(zhǔn)確地選定軸距。軸距L的主要影響以下三個(gè)方面的性能：
（1）軸距增大，有利于提高整車的縱向穩(wěn)定性。軸距增加還可以減少裝載機(jī)在行駛中之前后顛覆，提高行駛平穩(wěn)性，減少司機(jī)疲勞。
（2）軸距增長如其它條件不變時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎半徑增加。
（3）軸距增長，相應(yīng)的車架、傳動(dòng)軸等都要增長，所以裝載機(jī)自重增加。
此外，軸距的改變，還會(huì)影響車架受力和整機(jī)的通過性。
2．大部分裝載機(jī)前后輪距相同，且前后輪用相同的輪胎。
（1）輪距增加，可提高整機(jī)橫向穩(wěn)定性，但最小轉(zhuǎn)彎半徑將增加，影響機(jī)動(dòng)性。
（2）輪距增加會(huì)造成鏟斗斗寬的增加。因?yàn)樵谧鳂I(yè)中要保護(hù)輪胎不被碰傷，一般鏟斗要比輪胎寬50――100mm（單側(cè)），所以輪距增加，鏟斗寬度相應(yīng)加寬，這樣就降低單位斗刃長度上的插入力。
綜上所述，參考同類產(chǎn)品初選：
軸距 3300mm 輪距 2200mm
2.2.2初選輪胎:
裝載機(jī)多在松軟、潮濕或干硬不平的地面上工作，為了降低接地比壓，增加輪胎支承面積，改善附著性能和緩沖性能，多采用低壓寬基輪胎。在國外，寬基輪胎多采用無內(nèi)胎輪胎，它工作安全，散熱性好，壽命較長。必要時(shí)其內(nèi)部還可注入氯化鈣溶液，以增加裝載機(jī)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性和附著性能。輪式裝載機(jī)的輪胎費(fèi)用占整機(jī)費(fèi)的10%—15%，占裝載機(jī)使用費(fèi)用的25%—50%，因此，正確的選擇輪胎，延長輪胎的使用壽命，對(duì)降低生產(chǎn)成本，具有重要的意義。
裝載機(jī)的輪胎應(yīng)根據(jù)輪胎所受負(fù)荷，作業(yè)場地情況和運(yùn)輸距離來選擇。它除了滿足一定的承載能力外，還需要有很好的耐磨、抗穿刺性、牽引性、散熱性和緩沖性能。對(duì)于常在松軟地面上作業(yè)的裝載機(jī)，為了發(fā)揮其牽引力，要求輪胎有較好附著性能，應(yīng)采用牽引型輪胎，其特點(diǎn)是輪胎表面溝槽寬度大于凸起花紋的寬度（二倍以上），能使花紋壓入軟土中，產(chǎn)生比較大的抓土能力?；y呈“八”字形或“人”字型，具有較好的自動(dòng)排除溝槽中泥土的能力，它的橡膠層薄，散熱快，因此可在較高的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)。
輪式裝載機(jī)在礦山、碎石廠作業(yè)時(shí)，輪胎外側(cè)最易受損傷，為了保護(hù)輪胎，或?qū)⑼獠刻ゼ绮糠旨雍瘢驅(qū)⑼鈧?cè)半個(gè)胎面作成光胎面，采用耐切割的膠料，以提高抗切割性能。對(duì)于用在礦山碎石硬路面作業(yè)的裝載機(jī)，要求輪胎具有耐磨和抗穿刺的能力，應(yīng)采用巖石型輪胎，其特點(diǎn)是凸起花紋的寬度大于槽寬，橡膠層厚，花紋深，不易被尖刀刺穿或切割，使其在巖石等硬地面作業(yè)時(shí)使用壽命長。但其散熱差，不宜作長距離或高速行使。
綜上所述，參照同類產(chǎn)品，初選輪胎規(guī)格為23.5—25 越野寬基輪胎
輪胎最大寬度為:615mm
輪胎最大外直徑為:1627mm
充氣壓力:前輪0.28—0.32MPa 后輪0.27—0.29MPa
2.2.3初定斗寬和斗型:
鏟斗的設(shè)計(jì)要求是：
1．鏟斗是直接用來切削，收集，運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)銷率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求。
2．鏟斗是在惡劣的條件下工作，承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削，所以要求鏟斗具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要耐磨。
3．根據(jù)載重物料的容重，鏟斗有多種形式。鏟斗可做成帶齒和不帶齒的兩種，斗齒的作用是在鏟斗插入料堆時(shí)，減少鏟斗與料堆的作用面積，使插入力作用在斗齒上，破壞物料結(jié)構(gòu)，因而帶齒的斗尖有較大的插入堆料的能力，適宜于鏟裝礦石和堅(jiān)實(shí)物料。齒型的選擇應(yīng)考慮插入阻力和耐磨兩個(gè)因素，并且要便于更換。尖齒（長而窄）插入力較強(qiáng)，但不耐磨；鈍齒（寬而寬）則較耐磨，然而插入阻力大，一般輪式裝載機(jī)多用前者，履帶式多用后者。斗齒的數(shù)目視斗寬而定，一般平均齒距在150—350mm間較合適，實(shí)驗(yàn)證明，斗齒過密，齒間易嵌料，插入阻力反而增大。斗齒有整體式和分體式兩種，中小型裝載機(jī)多用前者，大型裝載機(jī)由于作用條件惡劣，斗齒磨損厲害，則常用分體式?；君X與鏟斗刃一般均以螺栓或鉚釘連接，齒尖則以水平銷固定在基本齒上，這種連接方式，水平受力小，且不易脫落，并易于更換。
鏟斗是裝鏟物料的工具，它的斗型和結(jié)構(gòu)是否合理，直接影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率。在設(shè)計(jì)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)之前，首先要確定鏟斗的幾何形狀和尺寸，因?yàn)樗c連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有密切聯(lián)系。
圖2-1鏟斗
圖2-1所示是一個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的鏟斗，底板上的主切削刃和側(cè)板上側(cè)刀刃2均由耐磨材料制成；在鏟斗的上方有擋板3把斗后壁加高，以防止斗舉高以保護(hù)斗底，并加強(qiáng)斗的剛度。
直線型刀刃適宜用于裝載輕質(zhì)和松散小顆粒物料，并可利用刀刃作刮平、清理場地工作；V型刀刃便于插入堆料，有利于改善作業(yè)裝置的偏載，適宜于鏟裝較密實(shí)的物料。由于它的斗刃突出，影響卸載高度。
綜合以上分析，并參考同類機(jī)型本設(shè)計(jì)選用直線型切削刃，帶斗齒。鏟斗底壁長L=707mm。
斗寬B=輪距+輪胎寬+2a=2240+615+2×（50~100）
=2955~3055mm
a——鏟斗外側(cè)突出輪胎的尺寸，通常取50~100mm
2.2.4計(jì)算作業(yè)阻力：
裝載機(jī)在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)的作業(yè)阻力主要有：鏟斗插入料堆的插入阻力、提升動(dòng)臂時(shí)的掘起阻力、翻起轉(zhuǎn)斗時(shí)的轉(zhuǎn)斗阻力矩。
1.掘起阻力
掘起阻力是當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，利用動(dòng)臂舉升或轉(zhuǎn)斗時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的垂直反作用力。作用在斗齒后100mm處.鏟起阻力同樣受到物料的塊度、松散性、容積比重、溫度、濕度、物料之間及物料與斗壁之間的摩擦影響。最大的鏟起阻力發(fā)生在鏟斗剛剛開始提升的時(shí)刻，隨著動(dòng)臂的提高，鏟起阻力逐漸減小。
鏟起阻力可用下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：
N=2.2BKτcosψ
式中ψ——?jiǎng)颖坶_始提升時(shí)，鏟斗忍運(yùn)動(dòng)方向與地面垂直線之間的夾角，初算時(shí)可取為30°—40°。
Kτ——鏟斗開始提升物料時(shí)的剪切阻力（KN/m3）剪切阻力需通過實(shí)驗(yàn)確定，如對(duì)于塊度100—300mm的已松散巖石（花崗巖），如參考書[Ⅰ]表2—4所示；已松散巖石的平均剪切阻力可定為35KN/m2。
考慮本機(jī)工作情況及鏟斗形狀、尺寸等因素，各值選取如下：
lZa=707mm=0.707m B=2940mm=2.94m
Kτ=35KN/m ψ=30°
代入上式計(jì)算掘起阻力N：
N=2.2×0.707×2.94×3500×cos30o
=12.969KN
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)的工作阻力受作業(yè)對(duì)象（物料性質(zhì)、粒度大小、料堆高度等）、地面條件、鏟斗結(jié)構(gòu)和司機(jī)操作水平等因素的影響，其變化很大，因而采用公式計(jì)算的方法很難得到確切的工作阻力值，往往誤差較大，一般僅用于設(shè)計(jì)專用裝載機(jī)，在已知各系數(shù)值的前提下用作設(shè)計(jì)依據(jù)，或作為通用裝載機(jī)的設(shè)計(jì)參考。
2.插入阻力
插入阻力是裝載機(jī)鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的水平反作用力。它是由下列各項(xiàng)阻力組成，鏟斗前端的水平切削刃和兩側(cè)壁切削刃上的阻力；鏟斗底側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗底外表與料堆之間的摩擦阻力；這些阻力與物料性質(zhì)、料堆高度、鏟斗插入料堆深度和鏟斗結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究得到的下列公式，可用來計(jì)算確定總的插入阻力。
（N） 參考書[I]P31
式中：
對(duì)于松散程度較好的物料：
塊度＜300mm時(shí)，
塊度＜400mm時(shí)，
塊度＜500mm時(shí)，
如物料松散程度較差，上述各值增大20～40%；
對(duì)于細(xì)粒料（如礫石等）；K1=0.45～0.5；
對(duì)于小塊細(xì)料：K1=0.75 ； B-鏟斗寬度（cm）；
由任務(wù)書知 K1=1.1
K2——物料種類（容積比重）的影響系數(shù)：由[Ⅰ]表1-2，取K2=0.12
K3——散狀物料堆高度影響系數(shù)。由[Ⅱ]表1-3，取K3=1.0
K4——考慮鏟斗形狀的系數(shù)，一般在1.1-1.8之間,取K4=1.25
對(duì)于前刃不帶齒的斗，K4取最大值，本機(jī)取K4=1.25由此得
=1.1×1.12×70.71.25×299×1.0×1.25
=10148（公斤）≈99.45KN
2.2.5裝載機(jī)的使用重量:
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)要發(fā)揮大的插入力,必須要求機(jī)器有足夠的自重,增加附著性能.但機(jī)器自重的增加,將會(huì)導(dǎo)致裝載機(jī)運(yùn)行阻力增大動(dòng)力性能變差,材料和燃料消耗增加,輪胎壽命縮短,以及造價(jià)提高.對(duì)于一般土壤,如附著重量過大,當(dāng)其比壓超過某一極限而破壞土壤結(jié)構(gòu)時(shí)甚至使附著性能反而變壞.因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證一定附著牽引力的前提下盡量使機(jī)器的自重降低,具有同極作業(yè)能力和壽命的機(jī)器,其自重越小,往往說明其總體布置,材料利用和部件設(shè)計(jì)的合理性,一般可用單位自重功率或單位斗容自重來反映,它是機(jī)械技術(shù)性能的重要比較指標(biāo)之一。
裝載機(jī)是在行進(jìn)中插入料堆的,如不計(jì)慣性影響裝載機(jī)在水平地面欲克服插入阻力PT所需要的牽引力為 = 牽引力Pkp的最大值受地面附著條件限制,可列出下式: ≤
式中: —附著力 =·Φ
—裝載機(jī)附著重量 Φ—附著系數(shù)(查表)
由上兩式可求得裝載機(jī)為克服最大插入阻力PTmax所必需之附著重量：
對(duì)于全輪驅(qū)動(dòng),附著重量為裝載機(jī)自重 PTmax=即=99.28/0.75=133KN
參考同類機(jī)型選取176.4KN(自重為18噸）
2.2.6確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率:
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率（飛輪功率）消耗兩部分：牽引功率和驅(qū)動(dòng)液壓泵功率。
1.牽引功率是由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)行駛的功率?？砂聪率接?jì)算：
N1=PkVT/270η(馬力)
式中： Pk——額定輪緣切線牽引力
VT——裝載機(jī)插入料堆的理論作業(yè)速度；
取3—4km/h，這里取3.5km/h。
η——傳動(dòng)系總效率，機(jī)械傳動(dòng)0.85-0.88，液力機(jī)械傳動(dòng)0.6—0.75，這里取0.7
Pk=PH+Pf PH= ψH Pf=f
式中：——裝載機(jī)空載附著重量，取176.4KN
ψH——額定附著重量利用系數(shù)，它是相應(yīng)于額定滑轉(zhuǎn)率時(shí)的附著重量利用系數(shù)輪式裝載機(jī)取ψH0.45—0.55之間，取0.5。
f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，依參考書[Ⅰ]表1—2取f=0.04
則：Pk=176.4×0.5+176.4×0.04
=95.256KN=9.72(噸)
N1=（9525.6×3）/（270×0.7）=151.2（馬力）
2.驅(qū)動(dòng)液壓泵功率：
裝載機(jī)用的柴油機(jī)工作條件惡劣，負(fù)載大，應(yīng)選用按一小時(shí)功率標(biāo)定的工程機(jī)械用柴油機(jī)，如選用車用柴油機(jī)，因它是按15分鐘標(biāo)定功率的，建議將其功率降低10~20%使用。
裝載機(jī)上所用的油泵有：作業(yè)泵（供工作裝置液壓缸用）、轉(zhuǎn)向泵（供轉(zhuǎn)向液壓缸用）、變速泵（供動(dòng)力換檔速箱和變矩器冷卻用）等。
裝載機(jī)不同工況，驅(qū)動(dòng)液壓泵所需功率是不同的。
當(dāng)裝載機(jī)作直線行駛、工作裝置不動(dòng)作時(shí)，作業(yè)泵，轉(zhuǎn)向泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，計(jì)算時(shí)作業(yè)泵和轉(zhuǎn)向泵的空載壓力（一般取500KPa）、變速泵取工作壓力計(jì)算，此時(shí)驅(qū)動(dòng)液壓泵所需功率很小。
當(dāng)裝載機(jī)邊走邊操縱斗動(dòng)作時(shí)，作業(yè)泵工作壓力高，流量大，驅(qū)動(dòng)油泵所需功率大。
作業(yè)泵的計(jì)算壓力應(yīng)取多大需視不同機(jī)型而異。
驅(qū)動(dòng)油泵功率，一般N2=0.2Ne,Ne=N1+N2,即Ne=N1/0.8=151.2/0.8=189(馬力)。
選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)：6135Q-1 柴油機(jī)
額定功率 ：220馬力
2.2.7最大卸載高度和相應(yīng)的卸載距離：
最大卸載高度是根據(jù)裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和它相配合作業(yè)的運(yùn)輸車輛來確定。
根據(jù)上述要求，所需最大卸載高度Hmax可由下式確定：Hmax=H1+△H=H1+0.193B=H1+0.2B [Ⅰ] P42
式中： H1——運(yùn)輸車輛車箱離地面高度（mm）；
B——車箱寬度（mm）
為了保證裝于運(yùn)輸車輛中的物料在運(yùn)輸過程中不撒落地面，要求物料在車箱中堆高的自然傾角α≤30o；為了使鏟斗能把物料均勻地卸在車箱里，要求鏟斗卸料時(shí)，（其卸載角α3≥45o）其斗刃離車箱壁不小于B/3。必須的卸載距離S由下式計(jì)算：
S=B/3+△b
式中： △b——根據(jù)安全作業(yè)，卸載時(shí)裝載機(jī)前端與運(yùn)輸車輛之間所保持的必要距離，
取△b≥200~400mm
參考同類機(jī)型及輪胎式裝載機(jī)基本參數(shù)，取Hmax=3090mm，S=1130mm
2.2.8檔位和車速的確定:
輪式裝載機(jī)各檔速度推薦取下列數(shù)值：
前進(jìn)Ⅰ檔速度取3~4km/h，對(duì)于液力機(jī)械傳動(dòng)，它是相應(yīng)于變矩器最高效率ηmax工況時(shí)的理論作業(yè)速度。超過以上速度駕駛員來不及操縱，反而延長鏟斗裝滿時(shí)間，增加駕駛員疲勞，降低生產(chǎn)效率。
前進(jìn)Ⅱ檔即運(yùn)輸檔——由于裝載機(jī)車架一般均非彈性懸掛，車速不宜過高，最高車速小于40km/h。
倒檔——為縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，一般要求作業(yè)時(shí)的回程速度比前進(jìn)速度高25~40%，。
本機(jī)為ZL50裝載機(jī)，為較大型裝載機(jī)，故參考河北宣化工程機(jī)械廠同類產(chǎn)品取二后一：
前進(jìn)Ⅰ檔 0—11.5km/h
前進(jìn)Ⅱ檔 0—35km/h
倒檔 0—16.5km/h
2.3裝載機(jī)底盤部件型式選擇
2.3.1傳動(dòng)形式選擇:
裝載機(jī)所采用的傳動(dòng)系統(tǒng)基本上有四種形式：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、靜壓傳動(dòng)和電動(dòng)輪裝載機(jī)。
本機(jī)為ZL系列產(chǎn)品，故參照同類產(chǎn)品，選用液力機(jī)械傳動(dòng)系。它與機(jī)械傳動(dòng)相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 使車輛具有自動(dòng)適應(yīng)性；當(dāng)外載荷突然增大時(shí)，可隨外載荷變化而自動(dòng)調(diào)整車速，而且可減少變速箱檔位，簡化變速箱結(jié)構(gòu)與操作。車輛自動(dòng)地減速，避免外載荷的繼續(xù)增大。
（2） 變矩器能吸收作業(yè)時(shí)傳給傳動(dòng)系的沖擊，根據(jù)試驗(yàn)，其應(yīng)力峰值可以機(jī)械降低4倍以上，故可延長零件壽命。
（3） 裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)換檔位次數(shù)較多（V型作業(yè)，每一循環(huán)至少要換檔四次），液力機(jī)械傳動(dòng)因一般均配以動(dòng)力換檔變速箱，可在不停車情況下?lián)Q檔，操作輕便，動(dòng)力換檔時(shí)間短（一次僅0.5~0.7），生產(chǎn)率高。而機(jī)械傳動(dòng)換檔要切斷動(dòng)力，換檔一次1.0~1.5s，操作繁重，駕駛員容易疲勞，而主離合器極易磨損。
（4） 可以在保持一定插入力的同時(shí)，舉升動(dòng)臂或轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，以減少鏟掘阻力，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間；機(jī)械傳動(dòng)的裝載機(jī)在裝載較密實(shí)的土壤物料時(shí)，插入料堆時(shí)?？繎T性力，需要切斷動(dòng)力（脫開離合器，否則往往引起發(fā)電機(jī)熄火），因而無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂舉升和轉(zhuǎn)斗，作業(yè)阻力大，使生產(chǎn)率降低。
（5） 由于裝載機(jī)所用變矩器的可透性小，當(dāng)運(yùn)行阻力變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小，而且當(dāng)外阻力大迫使車速降低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍能保持較高轉(zhuǎn)速，則作業(yè)油泵流量不變，工作裝置作業(yè)速度不受影響。
2.3.2行走裝置的選擇：
裝載機(jī)行走裝置應(yīng)根據(jù)它的作業(yè)條件與對(duì)象、作業(yè)效率與成本，以及駕駛員的工作條件來選型。
目前用的行走裝置分輪胎式和履帶式兩大類。本機(jī)為ZL系列產(chǎn)品選用輪式行走系,其特點(diǎn)如下：
1．輪胎式裝載機(jī)的接地比壓和整機(jī)重心均比履帶式高，通過性和穩(wěn)定性較差，不適宜在松軟土質(zhì)和坡道地區(qū)作業(yè)。履帶式裝載機(jī)則因接地比壓低，在松軟土質(zhì)上附著性能好，單位插入力比輪胎式裝載機(jī)大，重心低、穩(wěn)定性好，特別適宜在潮濕、松軟地面，工作量集中，不需要經(jīng)常轉(zhuǎn)移和地形復(fù)雜地區(qū)作業(yè)。
2．輪胎式裝載機(jī)在碎石、硬路面作業(yè)時(shí)，因輪胎有緩沖作用，對(duì)機(jī)器沖擊振動(dòng)較小，可延長機(jī)器壽命，減輕駕駛員疲勞，隨著輪胎性能得到進(jìn)一步改善，有可能進(jìn)一步向大型化發(fā)展。履帶式裝載機(jī)在這種作業(yè)條件工作時(shí)，碰到石塊，機(jī)器要產(chǎn)生跳動(dòng)，振動(dòng)大，履帶磨損很快，而且機(jī)器受振動(dòng)后，緊固件易松動(dòng)，駕駛員容易疲勞，因而履帶式裝載機(jī)的斗容量一般不大于4.5m3，容易再大的履帶式裝載機(jī)因振動(dòng)太大，工作條件惡劣，進(jìn)一步發(fā)展受到限制。
3．輪胎式裝載機(jī)，自重輕，行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，作業(yè)循環(huán)時(shí)間短，作業(yè)效率高。能擔(dān)負(fù)中等距離（<1000m）的運(yùn)輸，成本低于履帶式裝載機(jī)。轉(zhuǎn)移工地時(shí)靠自身進(jìn)行，不損傷地面，轉(zhuǎn)移速度。其修理費(fèi)用低，并且修理（更換輪胎）迅速，使機(jī)器停工時(shí)間短。履帶式裝載機(jī)在上述各方面均不如輪胎式，它的運(yùn)輸距離如超過30m，作業(yè)成本將明顯增加，轉(zhuǎn)移場地是需平板車托運(yùn)，其行走裝置修理費(fèi)時(shí)，修理費(fèi)用也高。
綜上所述，在一般作業(yè)條件，輪胎式裝載機(jī)具有較明顯優(yōu)點(diǎn)，因而得到比較廣泛的應(yīng)用，它在裝載機(jī)中占比重越來大。
2.3.3傳動(dòng)系部件的選擇:
1．選型：
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)牽引力和車速的變化范圍大，并且變化急劇、頻繁，工作條件苛刻，因而對(duì)變矩器提出以下要求：
（1）變矩器的變矩系數(shù)B應(yīng)盡可能大。B越大，則變矩器變矩性能越好，即可減少變速箱擋位，簡化其結(jié)構(gòu)和操縱。 B=K0iη，
式中：K0—最大變矩系數(shù)
iη—變矩器最高效率ηmax所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比
（2）希望最高效率ηmax高，即高效范圍要寬，同時(shí)希望變矩器高效率范圍要寬。高效范圍一般以η≥75%的速比幅度來衡量，即d=iA／iB，式中：iA〉iB，均為效率η=75%的速比。由于裝載機(jī)作業(yè)工況變化范圍大，希望d≥2.4。
（3）透過性：要求變矩器在低、中速比范圍內(nèi)可透性要小，則當(dāng)運(yùn)行阻力增大，迫使車速降低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低不多，以保證油泵功率和作業(yè)速度。裝載機(jī)用變速箱要求在低速比區(qū)域有一定的負(fù)透量，使在鏟裝物料接近結(jié)束時(shí)，變矩器吸收功率減少，及時(shí)把部分功率讓給作業(yè)油泵，減少發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，提高發(fā)電機(jī)功率利用。推薦可透性系數(shù)小于1.3。但在高速比，正可透性應(yīng)很大，使泵輪吸收較小功率。則當(dāng)變速箱掛空擋時(shí)，發(fā)電機(jī)功率不會(huì)被變矩器本身無益的損耗掉。
（4）結(jié)構(gòu)簡單，可靠和便于制造。
上述這些要求往往是相互矛盾的，無法同時(shí)滿足，因而須綜合比較各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行選型。
目前較廣泛采用的還是以單極單相向心渦輪變矩器為主。
它的主要優(yōu)點(diǎn)有較高的效率（一般可達(dá)90%以上），在中、低速區(qū)有不大的可透性，而在高速區(qū)則正可透性很大；結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，因而工作壽命較長。
缺點(diǎn)就是K0值不大（一般在3左右）高效區(qū)不寬。
為改善上述不足，可采用單級(jí)多相（雙相、三相）變矩器，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且由于存在自由輪機(jī)構(gòu)，工作可靠性下降。為提高K0值，擴(kuò)大高效區(qū)，國產(chǎn)ZL系列裝載機(jī)均采用了雙渦輪液力機(jī)械變矩器，它的二個(gè)渦輪可隨著外載荷的變化而自動(dòng)換檔，其變矩系數(shù)K0=4左右，高效區(qū)d=3.4以上，因而可簡化變速箱的結(jié)構(gòu)和操作改善了作業(yè)性能，從而提高整機(jī)的生產(chǎn)率，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，最高效率較上述為低（僅80%左右）。
綜上所述并參考河北宣化工程機(jī)械股份有限公司同類產(chǎn)品，初選變矩器為單級(jí)四元件（雙渦輪）液力變矩器。
2.有效直徑的確定：
選擇好液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)后，即可進(jìn)行變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配計(jì)算，用以確定變矩器的有效直徑D。確定變矩器的有效直徑D的原則是，保證變矩器在正常工作范圍內(nèi)，渦輪軸上的平均功率最大，以提高車輛的作業(yè)率和行駛速度。發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器匹配的總要求是：1、使裝載機(jī)具有最高的生產(chǎn)率。2、在保證上述前提下經(jīng)濟(jì)性要好，即每卸載1立方米物料的油耗要低。
根據(jù)ZL裝載機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，一般認(rèn)為裝載機(jī)應(yīng)以部分功率與變矩器匹配，原因有三： 1一般認(rèn)為裝載機(jī)扣除20%~40%的功率與變矩器匹配較合適，它保證了裝載機(jī)在一定插入力前提下，當(dāng)作業(yè)液壓泵在最大工作壓力下工作時(shí)，發(fā)電機(jī)仍能保持叫高轉(zhuǎn)速。而在其余發(fā)電機(jī)接近額定轉(zhuǎn)速以提供工作裝置足夠的作業(yè)速度，使發(fā)電機(jī)平均輸出功率大，經(jīng)濟(jì)性好。2根據(jù)裝載機(jī)的工作特點(diǎn)，一般認(rèn)為裝載機(jī)作業(yè)循環(huán)的大部分時(shí)間是依靠機(jī)器在運(yùn)行過程中配合以工作裝置的動(dòng)作而進(jìn)行的。如在產(chǎn)掘位置工況下，要求裝載機(jī)同時(shí)具有大的插入力和鏟掘力，所需發(fā)電機(jī)功率最大；而在鏟斗裝滿后，裝載機(jī)需再進(jìn)行中把鏟斗提升到所需的卸載高度。也需牽引與鏟斗配合此時(shí)裝載機(jī)換向頻繁運(yùn)距又短往往要求提供較大的牽引功率用于加速和較大的液壓泵功率。3.對(duì)于小型裝載機(jī)其對(duì)象多以裝卸松散物料為主作業(yè)方式主要采用一次鏟裝法，插入和轉(zhuǎn)斗并同時(shí)工作，行駛和鏟斗動(dòng)作配合進(jìn)行所占的作業(yè)時(shí)間較少，作業(yè)地面一般較好，經(jīng)常用做輔助作業(yè)，轉(zhuǎn)移工地機(jī)會(huì)少，因而要求較好的牽引力和動(dòng)力性能，匹配時(shí)變矩器的吸收功率可選取大一些。
對(duì)于本機(jī)有時(shí)要進(jìn)行配合鏟裝，故取發(fā)電機(jī)功率80%與變矩器配合，再扣除其余輔助裝置所消耗的10%，故變矩器的吸收功率為70%。
變矩器有效直徑D的計(jì)算公式如下：
參考書 [Ⅰ]P15
式中 λ*B——相應(yīng)于變矩器最高效率工況的泵輪力矩系數(shù)；
M e——輸入變矩器的發(fā)電機(jī)扭矩值（kgm）；
ne——相應(yīng)于M e值的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）；
γ——變矩器液體重度(kg/m3)。
在變矩器選定后，已知其原始特性，確定發(fā)動(dòng)機(jī)在變矩器最高效率工況時(shí)輸入變矩器的力矩和轉(zhuǎn)速，即可確定出D值，應(yīng)由基型系列型譜選擇。
由參考書圖八所示的柴油機(jī)曲線和變矩器原始特性曲線可得各參數(shù)值：
=×（1-30%）
=71×0.7=49.7kg.m
nB =2200r/min
λ*B1γ1=36.5×10-4
λ*B2γ2=32×10-4
則
取 D=320mm，所以變距器的有效直徑為320mm。
2. 裝載機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式、主傳動(dòng)、輪邊減速和變速箱的選擇：
（1）驅(qū)動(dòng)方式：
輪式裝載機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋作為底盤傳動(dòng)系的主要組成部分，其功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩進(jìn)一步增大，以適應(yīng)車輪為克服阻力所需要的扭矩，同時(shí)改變扭矩的方向以便傳遞給車輪。本機(jī)采用全輪驅(qū)動(dòng)，以利用整機(jī)重量作為附著重量，使?fàn)恳Φ靡猿浞职l(fā)揮，但當(dāng)裝載機(jī)需轉(zhuǎn)移工地，在路面作長距離行駛時(shí)，傳動(dòng)系內(nèi)部將產(chǎn)生功率循環(huán)，加速了輪胎的磨損，為此，一般均在變速箱內(nèi)裝有脫橋機(jī)構(gòu)，以使裝載機(jī)在好路面行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)單橋驅(qū)動(dòng)。但這需要增設(shè)操縱機(jī)構(gòu)，使變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，現(xiàn)代不少裝載機(jī)為簡化結(jié)構(gòu)均無脫橋機(jī)構(gòu)。這對(duì)于采用低壓輪胎，經(jīng)常在不好的地面工作，而較少轉(zhuǎn)移工地長距離行駛的裝載機(jī)是可行的。
（2）主傳動(dòng)：輪式裝載機(jī)的主傳動(dòng)一般為單級(jí)傳動(dòng)，差速器一般為普通錐齒輪減速器。主傳動(dòng)構(gòu)造：一對(duì)螺旋錐齒輪
主傳動(dòng)的功用：采用錐齒輪傳動(dòng)，主動(dòng)輪小，被動(dòng)輪大，交角為90%，用來減速增扭和改變傳力方向。
主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上注意：
Ⅰ、為保證齒輪的正確嚙合，大小錐齒輪各嚙合間隙及軸承間隙應(yīng)能進(jìn)行調(diào)整。
Ⅱ、為保證傳動(dòng)有較好的嚙合精度，要求齒輪有較好的剛度，采取小齒輪不懸臂大齒輪加支撐螺栓的措施來保證之。
Ⅲ、 由于工作條件差，齒間相對(duì)滑動(dòng)大，需要很好的潤滑和冷卻，采用飛濺潤滑，油是粘度較大之專用潤滑油。
（3）輪邊減速：輪式作業(yè)機(jī)械的輪邊減速大多采用單排行星傳動(dòng)，由于載荷有三個(gè)行星齒輪分擔(dān)，每個(gè)齒輪上所受的力較小，故可采用較小的模數(shù)和齒寬以減小尺寸，重量亦較外嚙合圓柱齒輪為輕。太陽輪、齒圈、行星架所受各力除構(gòu)成一扭矩外，相互平衡沒，軸的變形很小，容易實(shí)現(xiàn)全齒嚙合而不致象外嚙合那樣出現(xiàn)局部偏載現(xiàn)象。由于制造和安裝誤差，幾個(gè)行星輪受載不均勻，為改善這一狀況，太陽輪常做成浮動(dòng)式而不加軸承，從而可利用軸的彈性變形，調(diào)節(jié)各行星輪的載荷分配，但此時(shí)，太陽輪軸上實(shí)際受有附加彎矩為改善進(jìn)一狀況，把齒圈也做成浮動(dòng)式，利用齒圈的浮動(dòng)，改善行星輪的載荷分配，這樣幾個(gè)行星輪作用到太陽輪上的徑向載荷可以相互平衡，使太陽輪只受扭不受彎。
（4）變速箱：
變速箱有人力換檔和動(dòng)力換檔兩種，前者結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)效率較高，但由于操縱繁重，換檔時(shí)需切斷動(dòng)力而費(fèi)時(shí)，不適合裝載機(jī)頻繁、快速換檔的要求。除少數(shù)小型裝載機(jī)或用拖拉機(jī)底盤改型的裝載機(jī)外，目前以很少采用。裝有液力變矩器的裝載機(jī)一般均采用動(dòng)力換檔變速箱，這種變速箱有二種結(jié)構(gòu)型式：定軸式和行星式齒輪變速箱。二者的比較如表2-1：
表2-1 定軸式和行星式齒輪變速箱的比較
比較項(xiàng)目
定軸式變速箱
行星式變速箱
結(jié)構(gòu)與加工效率
簡單，零件加工精度要求一般嚙合齒數(shù)越多，效率越低
復(fù)雜，零件加工精度要求較高、傳動(dòng)效率可以比較高
外形尺寸和重量
齒輪模數(shù)較大；重量較大；變速箱橫向尺寸較大。
受力分散，齒輪模數(shù)可減少；軸基本不受徑向力，齒輪、軸
承工作條件好；重量略輕；輸出入軸同軸線，結(jié)構(gòu)緊湊，可用較小尺寸得到較大傳動(dòng)比；但檔位多時(shí)軸向尺寸較大。
扭矩容量
換檔用摩擦片直徑小，片數(shù)多受結(jié)構(gòu)和通用性限制，扭矩容量要增加很大有困難
采用較大直徑的摩擦片作為換檔制動(dòng)器，所需片數(shù)少，扭矩容量容易做得大
工作可靠性
回轉(zhuǎn)油缸多離合器油壓受離心力影響，操縱油路需經(jīng)旋轉(zhuǎn)密封，易發(fā)生故障
采用制動(dòng)器，不產(chǎn)生離心力，也無需旋轉(zhuǎn)密封，作用可
靠
零件數(shù)和通用程度
零件數(shù)多，但通用零件較多
齒輪軸類零件多，隨檔位數(shù)增多零件總數(shù)相對(duì)減少
維修
方便，便于檢查
拆卸檢查不便
成本
價(jià)格較低
造價(jià)較高
定軸式變速箱由于結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，