ZL05微型轮式装载机总体设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告
一、课题介绍
1.课题名称：
ZL05微型轮式装载机总体设计
2.课题背景：
⑴    设计课题的意义
ZL系列轮式装载机是一种高效率的工程机械，具有结构先进，性能可靠，机动性强，操纵方便等优点。广泛应用于矿山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，货场，电站以及其他工业部门，进行装载、推土、铲挖、起重、牵引等多种作业。对加快工程建设速度减轻劳动强度提高工程质量降低工程成本都发挥着重要作用，因此近几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到迅速发展，成为工程机械的主导产品之一。
为适应工程施工，市政建设及农用水利工地的砂石、灰土等各种散装物料的装运需要，提出设计小型轮式装载机的任务。
⑵ 设计课题的目的
轮式装载机总体设计是机械制造，机械设计和机械电子（机电一体化）等专业的一个重要的教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高学生的机构分析与综合的能力，机械构造设计的能力，机电一体化系统设计能力，掌握实践生产过程自动化的设计方法。通过设计把有关课程（机械原理，机械设计，理论力学，材料力学，液压与气动技术，工程材料，材料成型，自动控制理论，测试技术，数控技术，微型计算机原理及应用，自动机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合的加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切的结合起来。

轮式装载机总体设计是机械设计及机械制造专业和机械电子专业的学生一次比较完整的整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机械产品设计的基本方法和步骤。通过设计使学生能熟练的应用有关参考资料，计算图表，手册，图册和规范；熟悉有关国家标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基础技能训练。
⑶ 轮式装载机的发展现状
1）国外轮式装载机的发展现状
1 新产品不断推出
近年来，轮式装载机以围绕提高效率、降低成本为核心，继续向大型化、微型化发展，不断推出新产品，加速更新换代。
卡特彼勒公司90年代初推出Cat966F轮式装载机，时隔1年又推出Cat980F轮式装载机，它增加了斗容和功率。改善了性能、提高了可靠性。不久又推出更大的Cat994轮式装载机，根据物料体积质量不同而选配l8～ 30m3的铲斗，机重170t；装有涡轮增压后冷的Cat3516型柴油发动机牵引力大、加速性能好；加长的工作动臂增加了卸载高度，能对载重量218t的大型自卸汽车装载。
马拉松•勒图尔勒(Marathon Letourneau)公司1990年和1994年在LI100的基础上分别推出LI400和LI800型轮式装载机。l998年9月在美国塔克癣(Tucson)召开的Longding 2000年会上，该公司宣布正在开发的斗容20．4m3的L1350型轮式装载机将于21世纪初投放市场，供载重量150～200t自卸汽车装载。 [资料来源：Doc163.com]
德雷塞(Dresser)公司90年代初推出4000型轮式装载机，斗容10～30m3、机重151．8t，采用模块结构的传动系统，大功率、敏感按钮控制的液压系统．z型单摇臂工作装置。优化的整体结构和湿式盘式制动器，具有自动调节和自动密封性能。
目前，全世界约有400台(功率大于750kw)大型轮式装载机应用在露天矿山和建筑工程，与大型自卸汽车配套使用。在发展大型轮式装载机的同时，微型轮式装载机以机动灵活、效率高、多功能和价格低廉赢得市场，发展甚快。如：日本古河公司生产的FL30-1型轮式装载机斗容0．34m3、机重2．3t；小松公司的WA30-1型斗容0．34rn3、柴油机功率20kW；丰田织机公司的斗容0．17m3、机重1t等这些微型装载机适用于建筑工地和地下矿山挖沟、平地、堆料等。
2 新结构不断涌现
2．1 工作机构
卡特技勒公司推出组合式八杆机构。从地面到整个举升高度范围内具有平行移动的特点。它将快速连接器和塔架式机构设计成整体式工作装置，通过快速更换不同的辅助机构完成装卸、堆垛、扫雪、平地、清扫路面、推土、吊装、搬运和地表钻孔等作业，实现一机多能，减少用户设备投资。
德雷塞公司开发Z型单臂工作机构并与高压液压系统相结台，为铲斗提供更大的掘起力；缩短装载工作循环，增加铲斗装满系数，大幅度提高劳动生产率。由于铰点少、杆件少，便于维修保养，降低维修费用。
2．2 传动机构
以卡特彼勒公司为代表的轮式装载机采用液力机械传动系统，其自动动力换档变速箱自动选择档位传动比，使换档在变速箱最佳效率点进行。该公司最近推出的STIC(转向变速集成)系统，将转向和换档功能集成于一操纵手柄上，使操纵更加省力、轻便，换档更加平稳，可大幅度提高生产率。
以日本小松公司WA系列中小功率(小于125kW)为代表的轮式装载机采用新型集中式结构的驱动桥。它将主传动制动器和行星轮式终传动都集中在桥的中部，桥壳断面变化连续、平缓，内应力分布台理，从根本上防止因传统结构桥壳在轮边支承轴段应力集中断裂。轮端采用浮动密封结构，安装简便，有自动补偿功能，密封性能良好。该结构设计合理、基本零件少、工艺性好、性能好、可靠性高。
马拉松•勒图尔勒公司的轮式装载机采用柴油机一发电机一电动轮传动，比液力机械传动系统简单。在整个作业中柴油发动机以恒定转速运转，减少燃油消耗，延长发动机寿命；无变速箱、传动轴等许多部件，提高了传动效率，操作维修方便，费用低；独立电动牵引马达为固态控制，反应迅速，减少车轮打滑和轮胎过渡磨损；设置了电动缓行器，不用工作制动停机，装料对位准确；整机重心低，行驶稳定性好，可靠性高。 [来源：http://Doc163.com]
2．3 液压系统
德雷塞公司轮式装载机液压系统用传感器接受柴油机转速信号，当转速下降时柱塞式变量泵便自动增加转向系统流量，以保持恒定的转向速度，在最大挖掘工况时可减少流量，减慢液压元件动作，以保持液压系统的动力平衡，减少液压系统热损耗，节省功率。卡特彼勒轮式装载机转向液压系统用负荷传感式溢流阀，使液压泵在负载决定压力下溢流，降低系统压力，提高了液压元件寿命。工作装置液压系统采用举升限位装置和下放自动定位装置，避免了机械限位时液压缸行程终了产生高压和冲击；装设的蓄能器能吸收冲击载荷，并对整机的纵向摇摆起阻尼作用；液压缸导向套处有三重密封，防止泄漏和肪尘。
2．4 司机室
新型轮式装载机司机室的设计充分考虑了人的生理需求，对仪表位置排列、操作手柄和踏板、司机座椅、能见度、防噪和隔振、温度调节等均符台人机工程学，使司机在舒适、轻松、安全环境下操作，提高工作效率。如卡特彼勒轮式装载机的司机室设有微机监控装置和可调悬挂式座椅，先导液压阀操纵铲斗控制手柄及流量放大转向系统等，使操作轻便、灵活，采用防滚翻保护结构(ROPS)和落体撞击保护结构(FOPS)符台ISO标准要求。
3自动化水平不断提高
微电子技术的突破性进展为轮式装载机自动控制、状态监测及视线范围内遥控技术的发展创造了条件。柴油发动机自动控制喷油系统、变速箱自动控制换档、性能参数和状态监测均取得重大进展，在视线内遥控作业已进入实用阶段，从而改善了性能，提高了可靠性，缩短了停机时间，增加了生产能力，降低了燃油消耗，取得了更大的经济效益。

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3．1 柴油发动机自动控制喷油系统
卡特彼勒Cat994D型装载机采用了Cat3516B型柴油发动机，装有HEUI型电控喷油系统，根据外载荷有效控制功率和转速，发动机喷油泵随调速器动作，精确地对燃油进行调节、加压和供油，降低初始喷油速率，减少NO 和HC，噪声小，燃油效率高。
3．2 变速箱自动控制换档
日本川崎重工公司的KLD97ZⅢ型轮式装载机采用自动控制换档的变速箱，可按装载机运转工况自动选择最佳档位，用微机控制离台器，从而简化操作、提高作业效率、减少冲击，实现平稳换档；电子控制装置、传感器等使用可靠，一旦控制系统发生故障，可用手动换档，不影响工作。
3．3 设备状态监测
卡特彼勒开发的电子监控(EMS)系统对轮式装载机主要系统出现故障或潜在问题提出警告和显示，有三种不同的警告级别和信号，每种信号表明系统的状态和司机应采取的适当措施。
3．4 机载电子称重系统
目前，许多大型轮式装载机都装设机载电子称重系统，能清楚地显示出需再装的物料量，从而使心中有数，以防止过载或欠载，减少无效跑车次数，节省作业时间，提高生产效率。并可对质量累计计算显示仪表以彩色数码显示，清楚明了，校准简便，误差为±3％以内。
2）国内轮式装载机的发展现状 [资料来源：Doc163.com]
在今后相当长的时间内，轮式装载机仍将是工程建设机械中最重要的机种之一，国内年需求量持续稳定地保持在一较高水平，但国内装载机生产厂家也在急剧膨胀，竞争更趋激烈，各生产厂家纷纷开发新产品，来迎接市场的挑战。
①3t以下装载机
3t以下产品主要以ZL10、ZL15、ZL16为代表，还有一些利用拖拉机底盘改装的小型装载机，主要与日益增多的农用运输车辆配套使用。主要零部件均采用一般性能及质量的发动机、驱动桥、变速箱、液压件。技术较先进的静液压传动产品，液压件国内不易配套，产品成本居高不下，制约了该类产品在国内的发展。
②ZL30装载机
ZL30装载机主要生产厂家有成工、常林、徐工、宜工、山工等。该产品零部件配置较零乱，生产厂家具有自制的桥箱，风格各具特色，质量及性能上相对稳定，技术先进性一般。徐工最近开发的ZL30F装载机，采用电换挡变速箱，使3t级装载机技术上有了新的突破。
③ZL40／ZL50装载机
ZL40／ZL50装载机，主要装载机生产厂家均拥有该产品。第一代产品几十年来沿续至今，全国几乎使用同一套图纸，有些技术力量薄弱的厂家，仍把其当作主导产品推向市场。第二、三代产品主要是对工作装置进行优化，改变外观造型。如柳工ZL40B／ZL50C、徐工ZL40E／ZL50E。第四代产品是在第三代的基础上，进一步优化整机的性能及配置，电控箱、湿式制动器等新技术得到应用，并形成了各企业的专有技术及专利技术，使产品以崭新的面貌推向市场。

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④ZL60及6t以上装载机
6t以及6t以上的装载机，这是国内潜在市场最大的产品，1998年以前大多数生产厂家均开发了ZL60装载机，但由于受传动件的制约，ZL60装载机没能成功地推向市场。在1999年北京国际工程机械博览会上，各厂家推出了新一代ZL60装载机，多数厂家选择柳州ZF合资生产的箱或桥，液压元件也有新配置，发动机可选用斯太尔或上柴6121(Cat3306)，整机可靠性得到很大提高，给国内大吨位装载机带来发展机遇。
⑷ 产品在生产中的作用及使用范围
ZL05装载机是一种单桥驱动、整体车架、机械传动的小型装载机。该机适用于市政工程、城市环卫、公路养护、车站码头、中小煤矿等单位装载松散物料。可与翻斗车、轻型汽车、中小型拖拉机和农用汽车配套使用，可明显提高工作效率，降低工人劳动强度，而且使用、维修简单、方便，价格低廉。
3.工作内容和要求：
⑴题目的内容
①总体参数的确定，总体布置。
②工作装置及液压系统设计。
③典型零部件设计、选取。
④整机合理性分析。
⑵工作量
①译文6000字。
②开题报告。
③说明书20000字。
④4张A0图。
⑤读参考文献15篇以上。
⑥程序设计及典型零件工艺分析。 [资料来源：http://Doc163.com]
4.课题的重点和难点：
ⅠZL05轮式装载机的结构组成
①传动系统。
②工作液压系统。
③工作装置。
该机工作装置由铲斗、动臂、摇臂和拉杆构成，安装在车架的支架上。
④其他。
（1）该机采用了增加前桥桥荷和整机配重的措施，明显地增加了前轮的附着力。
（2）与全液压装载机相比，该机结构简单，操作容易，维修方便、价格低廉。
ⅡZL05轮式装载机的主要技术参数：
额定装载质量(kg)：                500
额定斗容量(m3)：                  0.25
最大卸载高度(mm)：           大于1900
相应卸载距离(mm)：            大于800
轴距(mm)：                       1540
轮距(mm)：                       1150 [版权所有：http://DOC163.com]
最小离地间隙(mm)：                245
车速(km／h)：   前进：   V1=1.9, V2=4.4
                     V3=5.97, V4=7.1
                     V5=13.9, V6=22.2
            后退：   VR1=4.58
掘起力（KN）：                    1100
最大牵引力（N）：                 9000
发动机额定功率(kW)：               15
机重（kg）：                      1800 [来源：http://www.doc163.com]
5.可能用到的主要知识和技能：
机械原理，机械设计，理论力学，材料力学，液压与气动技术，工程材料，材料成型，自动控制理论，测试技术，数控技术，微型计算机原理及应用，自动机械设计等本科期间学到的课程。
6.需要自学的知识和技能：
SolidWorks,AUTOCAD,CATIA等绘图仿真软件。
二、    工作计划
2006.02——2006.03              调研，译文，开题报告
2006.04.01——2006.04.15         总体布置及草图
2006.04.15——2006.05.01         总体设计，总装图
2006.05.01——2006.05.15         零部件设计，说明书
2006.05.15——2006.06.01         绘图，论文
2006.06.01——2006.06.20         修改，完善图纸、论文，准备答辩
三、参考文献

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[1] 刘慧斌，装载机工作装置优化设计方法的研究，硕士，浙江大学，2000.
[2] 吉林工业大学工程机械教研室.轮式装载机设计.北京：中国建筑工业出版社，1982.
[3] 李建成.矿山装载机设计.北京：机械工业出版社，1989.
[4] 高梦熊.地下装载机结构设计与使用.北京：北京冶金工业出版社，1987.
[5] 王国彪，杨力夫.装载机工作装置优化设计.北京：机械工业出版社，1996.
[6] 机械设计手册联合编写组.机械设计手册.北京：化学工业出版社，1982.
[7] 房斌，张文中，胡其颖.ZL05装载机.徐州：徐州工程机械集团公司，1997.
[8] 赵昱东.国外轮式装载机的新进展. 马鞍山：马鞍山矿研究院，2000.