1、中 国 矿 业 大 学本 科 生 毕 业 设 计全套图纸加 153893706姓 名： 学 号： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 装载机防爆装置及底盘结构设计 专 题： 指导教师： 职 称： 教授 二零一一年 六 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 机电 专业年级 机自 07-7 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ： 2011 年 3 月 10 日毕业设计日期： 2011 年 3 月 1 日至 2011 年 6 月 20 日毕业设计题目：装载机防暴装置及底盘结构设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：一、题目内容：设计井下装载机防爆装置及底盘结构：车架
2、整体结构和前后驱动桥及防爆装置的设计。二、设计指标：底盘宽度小于 2.2m；发动机功率为 55KW；防爆净功率大于 50 kW；发动机采用经过防爆处理后的柴油机，配置进气防爆、尾气防爆与尾气水洗、排气管采用外套水冷装载；档位 2+1； 档速度 16km/h；档速度 24 km/h；倒档速度为 16km/h。三、具体毕业设计要求及工作：完成总体结构设计：底盘总体和防爆装置设计；绘制装配图、绘制各零件工作图，折合零号图 3.5 张；英文翻译 3000 字。编写设计说明书一份；院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；
3、研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建
4、议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况回 答 问 题提 出 问 题 正 确基 本正 确有 一般 性错 误有 原则 性错 误没 有回 答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本次设计的内容为装载机防爆装置及底盘设计，分为转向装置设计，车架设计，主传动设计，差速器设计，半轴设计，最终传动设计以及轮边制动设计。其中主传动采用单级主传动，锥齿轮采用 35螺旋锥齿轮，所以主传动的结构和锥齿轮的基本参数及几何参数的计算是本次设计的重点。设计完后
5、又对主传动的各部分进行受力分析和校核。另外对装载机的行走系、传动系、制动系以及防爆系等结构和原理进行了分析，同时按设计条件，对它们的结构和尺寸进行了设计。本次设计差速器选择普通差速器，半轴采用全浮式，最终传动采用轮边行星减速器，车架为两点铰接车架，后车架采用摆动式车架。关键词：装载机； 防爆； 主传动； 差速器； 轮边减速器ABSTRACTThe design of the content explosion-proof equipment and chassis loader design， Including the steering device design，frame design，
6、the main transmission design， the differential design， axle design，final design and drive wheel brake design . Among those,The main drive single-stage main transmission,bevel gear used 35bevel gear. So the structure of main transmission and calculation of geometric parameters and basic parameters of
7、 bevel gear are focal point of this design. After the design of main drive，I analyze the force and check strength in all parts of the main driving . And I analyze the structure and principles of walking system，drive system，braking system and proof system of wheel Loaders. And according to design con
8、ditions，I designed the structure and size of their.In this design，the differential used ordinary differential， axle used full floating axle，final drive used wheel-side planetary reducer，the frame type used two hinged frame,the rear frame used swing frame .Keywords: Loader; explosion-proof; main driv
9、e; differential; wheel reducer目 录1 绪论 .11.1 引言 .11.2 国外装载机的发展现状及趋势 .21.2.1 国外装载机的发展现状 21.2.2 发展方向 51.3 国内装载机的发展现状及趋势 .61.3.1 现状分析 61.3.2 发展趋势 71.4 井下装载机特点及发展现状 .81.4.1 井下装载机的特点 81.4.2 井下装载机的发展现状 91.5 本章小结 102 结构分析 .102.1 车架的结构 .102.1.1 铰链式车架组成及特点 102.1.2 铰链式车架的铰销结构 132.2 驱动桥的结构 .142.2.1 驱动桥的组成及作用 14
10、2.2.2 井下装载机对驱动桥的要求 152.2.3 主传动 162.2.4 差速器 172.3 井下装载机的转向系 .202.3.1 井下装载机对转向系的要求 202.3.2 铰接转向机构的组成及结构 212.4 井下装载机的制动系统 .212.4.1 总述 212.4.2 井下装载机对制动系统的总要求 212.4.3 半轴制动器 212.4.4 卡式圆盘制动器 222.5 防爆系统 .232.5.1 防爆装置的结构设计 232.5.2 防爆装置的主要部件的结构及作用 242.6 本章小结 253 整车结构及参数的选择 .253.1 整车的基本参数设定 .253.2 基本结构确定 .263.
11、2.1 行走系 263.2.2 传动系统 263.2.3 转向系统 283.2.4 制动系统 283.2.5 防爆系统 293.3 减速比确定 .303.4 本章小结 .314 结构及参数设计及校核 .314.1 主传动齿轮基本参数设计： .314.1.1 螺旋锥齿轮的计算载荷的确定 314.1.2 齿数选择 324.1.3 从动轮基本参数设计 324.1.4 法向压力角 n.334.1.5 齿面宽 b.344.1.6 齿高参数 344.1.7 齿的中点螺旋角 m 和螺旋方向 .344.1.8 理论弧齿厚 354.1.9 齿侧间隙 Cn .354.1.10 齿轮的几何参数 364.1.11 螺
12、旋锥齿轮的强度计算 374.2 圆锥直齿轮差速器设计 .404.2.1 行星齿轮齿数的选择 404.2.2 差速器锥齿轮的齿数 404.2.3 行星轮球面半径的确定 404.2.4 差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定 .414.2.5 压力角 .414.2.6 行星齿轮安装孔直径 及其深度 L 的确定 414.2.7 差速器的几何尺寸计算 424.2.8 差速器的强度计算 444.3 轮边减速器的设计 .454.3.1 选择行星轮式减速器的传动类型 454.3.2 个齿轮齿数的选择 464.3.3 齿数的选择 464.3.4 齿轮材料及加工精度的选择 474.3.5 齿轮模数的计算
13、 474.3.6 啮合参数的计算 484.3.7 几何尺寸的计算 484.3.8 装配条件验算 494.4 轴承和花键选择设计 .504.4.1 主传动中的轴承选择 504.4.2 轮边减速器滚针轴承计算 524.4.3 花键的选择 534.5 半轴设计 .554.5.1 半轴的计算扭矩 554.5.2 半轴杆直径的计算 554.5.3 强度验算 564.6 防爆装置设计 .564.6.1 柴油机的启动方式 564.6.2 配套零部件的选择 564.6.3 废气箱水容量的计算 574.7 本章小结 .575 总结 .585.1 小结 .585.2 展望 .59参考文献 .59翻译部分 .62英
14、文原文 .62中文翻译 .68致 谢 .79中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 引言今年来，我国煤炭事业高速发展，之所以能够高速发展，是应为煤炭开采的不断现代化。而井下开采的无轨化，是矿山开采的现代化标志，所以无轨化开采设备是矿山机械研究的一项重要课题。目前，在煤矿井下需要将破碎下来的煤和岩石装入矿车或输送机中运走，因此就必须进行装载作业，装载作业是掘进过程中最繁重和最费工时的工序，其劳动量约占掘进循环劳动量的 40%70%。因此装载工作效率会直接影响到采煤的生产效率。采用机械装载，对减轻煤矿职工劳动强度、提高掘进效率、降低费用具有十分重要的意义。我国从上个世纪
15、 70 年代中期开始使用井下装载机以来，目前已拥有两千多台井下装载机。但由于井下装载机工作环境十分恶劣，任务繁重，且机器的有效使用效率还很低，生产效率并不高。另外，在井下特殊环境对装载机也有特殊的要求，所以设计出高效、安全的井下装载机，无疑是对加快采掘速度，提高采煤效率，降低采煤成本，改善劳动条件将起着十分重要的作用。由于井下的空间狭小、低矮而且易爆等因素，对井下的装载机也有特出的要求。因此井下装载机要具有低矮、机动、灵活、安全、防爆、简单、牢固、维修性能好等特点才能适应井下的特出环境。在装载机的机械部分已经比较成熟了，因为在地面上很多轮式装载机也具有机动、灵活等特点，只要将要将装载机的机体稍
16、微修改就可以应用于井下使用，比如将驾驶室降低，将封闭的驾驶室改为开放式的以将降低装载机的高度。但由于井下通风条件太差且易燃易爆，所以要求对井下的装载机要进行防爆改装以及尾气净化处理，这也是比较难的一部分。因此有很多的井下装载机采用以电源为直接能源，这种装载机虽然防爆效果比较好，但工作的时候总要拖着一根电缆，影响了装载机的灵活性和机动性。所以人们希望能够解决柴油装载机的防爆问题，使之即能够满足井下对装载机低矮、机动、灵活的要求，又能够解决好安全防爆以及尾气的净化问题。本次毕业设计的题目是装载机地盘及防爆装置设计，主要设计装载机的车架铰接部分，驱动桥的主传动及轮边减速制动部分还有装载机的防爆部分。
17、也正是这些部分决定了，这种装载机能否很好地在井下使用。所以如果能够处理好这些部分的设计要点，对井下装载机的发展以及我国的煤炭开采事业都有很大的帮助。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页1.2 国外装载机的发展现状及趋势由于轮式装载机的技术不断进步、性能不断提高、应用范围不断扩大，使用可靠性、机动性和装载坚硬物料的适应性得到人们的共识，已成为露天矿和地下矿的主要物料的装运机械。目前国外开发的一些大型轮式装载机，具有结构先进、性能优越、自动化水平高等特点。以后的装载机也将向效率更高、造价更低、维修更方便、舒适性更好地自动化、智能化方向发展。1.2.1 国外装载机的发展现状1.2.1
18、.1 工作机构图 1- 1 CAT 多用途装载机卡特彼勒公司推出的组合式八杆机构，从地面到整个取胜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。沃尔沃公司在其 L500-L220D 等 D 系列装载机上推出了该公司的专利产品扭矩平行连杆机构（TP ） ， 在铲斗的整个举升循环中可提供更大的倾翻力矩以及举升能力，这保证装载机不仅在配用铲斗时，而且在配用叉、吊等其它工作装置时都具有优良的作业性能。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第
19、3 页1.2.1.2 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，内应力分布合理，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
20、好。该结构设计合理、基本零件少、工艺性好， 性能好、可靠性高。图 1- 2 小松装载机结构总图1.2.1.3 转向机构J.I 凯斯公司推出的 21 系列轮式装载机的前后主机架采用钢板铰接，采用折腰式动力转向系。转向中的随动过程是通过加力器内部反馈得以实现的；在发动机熄火后，转阀相当于一个手摇泵仍可实现整机的转向；转向角度可达40。卡特彼勒公司 950G 上配用的转向变速集成系统称为命令控制系统（CCS），由液压回路与机械反馈系统构成。转向时，方向盘转动的角度直接与车身铰接角度连接起来，其特点是方向盘转动半圈即可转向，可提供更快和更精确的控中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页制。
21、据称，该系统在一个台班（8h）工作时间内可使转向圈数从 1 万转减少到1 千转，极大地减轻司机的操作疲劳，增加舒适性。图 1- 3 斯凯装载机主机架示意图1.2.1.4 驾驶室图 1- 4 人性化驾驶室近几年来国外装载机的设计和制造进一步体现了以人为本的理念，要为司机提供一个更加舒适的环境，以达到他们称之为全自动化型的境地。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、温度调节等均符合人机工程学，使司机在舒适、轻松、安全环境下操作，提高工作效率。且大中型装载机驾驶室普遍采用翻车保护机（ROPS ）和落物撞击保护机构（FOPS），
22、室内安装空调装置；采用防尘、减震和隔离材料；按人机工程学设计的司机座椅可全方位调节，有的已达轿车座椅的舒适程度，座椅右侧还设计有摆放饭盒、水瓶及其它物品的中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页地方，司机台上安装 AM/FM 立体声盒式磁带收录机，有的还安装网络电话等，极大地提高了作业的舒适性。1.2.2 发展方向1.2.2.1 微电子技术、信息技术的普及和应用由于计算机技术的不断普及，将来由计算机来控制发动机管理系统将是装载机的一个重要的发展方向。它能及时地根据装载机的工作负荷要求调节发动机的输出功率，使装载机更有效地利用发动机的动力，减少动力损失，节约燃料，减少废气排量和噪声；
23、同时可使发动机长期在额定点工作，增加发动机的使用寿命。向计算机管理及故障诊断、监控系统方向发展计算机管理监控系统能连续管理/ 监控装载机的数十项参数，具有故障诊断和报警功能，能记录、处理装载机作业的各种信息，并能用液晶显示器显示部件的工作状态，尤其在遇到突发或紧急情况时很容易显示，并以听觉与视觉相结合的报警信号提醒司机注意，有的还能提示故障排除的方法和程序。电子自动换挡变速控制系统能从发动机油门、变矩器、变速箱收集的各种数据加以处理，然后产生一种电信号，使变速箱在适当的时候换挡，可进一步减少停车时间，缩短作业循环，降低燃油消耗达 15%提高作业效率、作业经济性。随着科技的不断发展，大量的微电子
24、技术都将和装载机的整体机构相结合，提高工作效率，提高操作的舒适性！1.2.2.2 动臂及工作装置结构的改进近年来装载机的工作装置已不再采用单一的 Z 型连杆结构，新型的连杆机构将不断的堆出。新的结构将可更大的承受扭矩载荷，具有卓越的可靠性、耐用性，工作装置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料，可配用多种工作装置。这保证装载机不仅在配用铲斗时，而且在配用叉、吊等其他工作装置是时都具有优越的作业性能。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页图 1- 5 垂直升降工作机构1.2.2.3 强化辅助操作近年来，国外装载机公司已经或者正在研制一些能够帮助司机更有效地进行操作的辅助操作系统，用
25、计算机编制作业循环就是其中的一种。轮式装载机上安装的电子计算机可编制作业循环程序，使铲装作业自动化或部分自动化。人机工程学的研究与应用已进一步改进和简化了司机的操作，卡特彼勒公司研制了一种用于工程机械操作的选择控制系统，称为直观控制系统。该系统可按司机的期望对机器进行直观控制，例如，转动控制手柄时铲斗就翻斗，当将手柄拉向操作者身边时动臂便会向操作者身边移动。安装这种系统后从来没学过操作装载机的人可在两三个作业循环后学会操作。1.3 国内装载机的发展现状及趋势1.3.1 现状分析我国的各生产厂家没有自己的优势产品，没有自身的关键技术及强有力技术创新队伍，主导产品性能差，档次低，生产成本高，企业负
26、担重！3t 以下的装载机 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。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页3t 级的装载机在国内的生产厂家比较多，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，采用点换挡变速箱，使 3t 级装载机技术上有新的突破。图 1- 6 徐工集团
27、的装载机6t 以上的装载机是国内潜在市场最大的产品，98 年以来大多数长产厂家均开发了 ZL60 装载机，但由于受传动件的制约，多数厂家都选择柳州合资生产的箱或桥和上柴或斯太尔的发送机，整机的可靠性上得到很大的提高，给国内大吨位的装载机带来了发展机遇。目前，装载机的主要关键技术还掌握在外国人手里，是阻碍我国装载机发展的一大因素。1.3.2 发展趋势国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水
28、平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。细化系统结构。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计等。利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备 FOPS&ROPS 功能，驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，方向盘 座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页降低噪音和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，降低装载机噪声和排放的工作已迫在眉睫，现在许多大城市已经制定机动车的噪声
29、和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在该地区的销售。广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。最大限度地简化维修尽量少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提高司机排除问题的方法。1.4 井下装载机特点及发展现状1.4.1 井下装载机的特点地下采矿设备的无轨化，是当代矿石开采现代化的标志。机动、灵活、高校、多能、使用范围广的铲运机是无规采矿的主体设备，它在世界各国的地下矿山得到广泛的应用。由于井下的空间狭小、低矮而且易爆等因素，对井下的装载机也有特出的要求。因此井下装载机要具有低矮、机动、灵
30、活、安全、防爆、简单、牢固、维修性能好等特点才能适应井下的特出环境。图 1- 7 工的矿用装载机中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页1.4.2 井下装载机的发展现状1.4.2.1 先进的发动机技术CAT 公司 2003 年开发的 ACERT 技术是一个降低燃烧排放新系统，其核心的四个系统是空气管理系统、燃油系统、电子系统和后处理系统。ACERT 技术更加能够满足今天的严格排放规则。它是一个长久的方案。该方案给用户提供一个最佳选择，在不改变发动机的性能就可以满足 EPA 排放法规。载有 ACERT 技术发动机不需要另外的后处理就可以达到 Tier 3 或Stage A 排放标准。
31、MTI 与加拿大联邦政府合作计划在 2006 年中期装配完成世界上第一台Hm70 柴油一电动混合动力 LHD 之后送 CANMET-MMsL 实验矿山进行试验与优化。柴油一电动混合车辆包括两个动力源，发动机与电动机，还包括发电机。当起动与低速以下行驶时，发动机效率低。因此关闭，仅由电动机驱动。常规行驶时，发动机作主动力源，由动力分离装置将动力分成两路，一路驱动发电机发电，产生的电力驱动电动机运转；另一路将直接驱动车轮。因此能使发动机一直保持在最佳状态，动力性能好，废气排放低，而且电能来源是发动机，只需加油即可。目前混合动力汽车已到实用阶段，但混合动力 LHD 仍在试验之中。1.4.2.2 多功
32、能工作装置地下矿山路面维修是一项花费很大的工作，如果把井下的废岩石运到露天去破碎，然后又把破碎的岩石运到井下来修路，花费很大。如果把地下装载机的铲斗换成破碎机，利用地下装载机的液压系统来控制破碎机，就可以解决这个问题。MT1 公司就开发了这类液压破碎机，这不仅充分发挥地下装载机的作用，提高了地下装载机的利用率，而且还可以节约许多运输费用。除了换下铲斗装上破碎机之外，还可以换上其它一些附件作压路机和平地机使用。1.4.2.3 安全的制动系统Rham 公司在 2005 年推出一种新型低矮型 20HDMk7 地下装载机，该机的一个最大特点是采用了极安全的制动系统。此安全系统采用了三个独特的制动系统。
33、(1)静液压行车制动。弹簧加载液压泵中位控制杠控制的闭式液压回路关闭主油泵流向轮边油马达的流量自动减少，马达减速。再施加制动力使车辆制动住。正常使用的话，没有制动摩擦热产生。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页(2)机械行车制动。液压油作用到全部浸在油中的车辆油马达制动器而使车辆制动。(3)弹簧施压的紧急制动。当操作停车制动开关或主油路胶管出现故障或发动机因某种原因停止工作时，液压油从弹簧施压的车辆油马达制动器中排出产生制动。1.4.2.4 自动化开采目前地下硬岩采矿的焦点仍集中在自动化的研究。因为它对矿山安全与生产有明显的效果。因此仍是地下采矿发展方向之一。从 2001 年
34、以来，最有意义的进步就是 Caterpillar 公司的 MINEGEM 系统和 Sandvik 司的 AUTOMINE 系统。这两个系统都利用激光扫描仪，扫过驾车经过的墙壁并与机械矿井地图进行比较以确定他的位置，这些装载机同样都有交通管理系统，当司机在屏幕上看到所有机器工作时，此交通管理系统就可以知道另外机器在什么地方工作。自动化矿山(Automine)配置任务控制系统 (McS)键盘，鼠标与表示自动化操作实时平面图形的 MCS 显示屏，为了远距离操作铲斗装载，脚踏板控制油门和制动器，左手控制板有转向操纵杆，机器停车按钮和电源开关，在右手控制板上有控制 LHD 大臂和铲斗的操纵杆。扩音器位于
35、机器上以提供声频反馈到操作站。1.5 本章小结本章主要讲述了国内外装载机及井下装载机的发展现状及趋势，以及我国现在井下装载机发展所遇到和必须解决的问题。同时阐述了本次课程设计的意义、用途、性能和特点。2 结构分析2.1 车架的结构2.1.1 铰链式车架组成及特点车架是行走系的骨架，也是整车的骨架。地下装载机的主要部件是通过车架固定其位置的。车架的结构形式应满足其强度、刚度、耐久性及相互位置的中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页精度的要求。为此车架一般由一定厚度焊接性能好、高强度低合金钢板（16Mn）焊接而成。图 2- 1 铰接车架车架由前车架和后车架组成。前车架主要安装前桥、
36、工作装置、多路阀等一些液压元件；后车架主要安装副车架、后桥动力装置、传动装载，大部分液压元件和电气元件驾驶室及操作元件。这两个车架是通过上下两个垂直铰销相连。铰链式车架的特点是允许前后车架在水平内有 40左右的相对转角，从而减少地下装载机的转弯半径。铰链式车架，轴距尺寸加大，对整机的稳定性有所提高连接前后车架的铰链点一般布置在轴距的中点，是前后轮转向半径相等，转向时前后轮的轨迹重合，可减少转向时的滚动阻力。2.1.1.1 摆动车架结构后车架纵轴线上有两个带衬套的前后两个纵向销孔，前后销通过摆动架上前后两个孔插入后车架相应销孔中，后桥通过 8 个螺栓安装在摆动架的安装面上。摆动车架可以绕纵向轴线
37、销轴左右摆动，从而使两侧的车轮可以横向摆动一个高度，用限位块限制角度为10.有了摆动架，地下装载机在不平的路面上行驶时，两侧车轮可以保证能同时接触地面，改善车轮的附着条件。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 12 页图 2- 2 CY-6 型井下装载机摆动车架结构示意图1、后桥； 2、前衬套；3 、前销；4、安装面；5、后销；6、后衬套图 2- 3CY-5 型井下装载机三点式中心摆动铰接结构示意图1、后车架下铰；2 、后车架上铰；3、前车架上铰；4、连杆；5 、前车架下铰2.1.1.2 三点中心摆动铰链结构前后车架通过三个较销和一个连杆相连，其较销上均为球形自位轴承。前后车架不仅可以
38、在水平方向转动，而且还可以在垂直方向摆动。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 13 页2.1.1.3 稳定性分析通过实验和计算均可得出，在一定工况下地下装载机的一个后轮可能与地面不接触 ，但这是中心摆动式的地下装载机仍然处于稳定工作状态。而类似工况下，车桥摆动地下装载机将在不稳定状态下工作，甚至最不稳定而达到倾翻极值。而且地下装载机的动态稳定性要比静态稳定性差。2.1.2 铰链式车架的铰销结构目前地下装载机车架的铰销广泛采用球铰式和圆锥轴承式两种。2.1.2.1 球铰式由于井下的作业条件很恶劣，上下铰接体受力很大，受力状况很复杂，上下铰接体很容易损坏。因此国外的设计者对上下铰接体设计
39、十分重视，不断改进。目前比较好的结构一般具有结构简单、强度高、装配方便、使用维修费用低等特点。 1234567上 铰 销下 铰 销前 车 架 后 车 架图 2- 4 球铰销结构简图1、垫片；2、密封；3、球碗；4、球头；5、铰销； 6、油嘴；7、挡板2.1.2.2 圆锥轴承式圆锥滚子轴承较销结构由于采用圆锥轴承使前后车架偏转更灵活，既能承受水平力，又能承受垂直力，垫片用来调节轴承预紧力，但结构复杂成本高。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 14 页图 2- 5Caterpillar 井下装载机铰销结构1、调整垫片；2、密封圈；3、销轴；4&5 、单列锥轴承；6 、压盖；7、垫圈；8、
40、螺钉2.2 驱动桥的结构2.2.1 驱动桥的组成及作用井下装载机的驱动桥是井下装载机的重要组成部分。它主要由主传动、差速器、轮边减速器、制动器、桥壳和半轴等部件组成。主传动的作用是增大扭矩和改变扭矩的传递方向；差速器是使驱动车轮在转向或不平路面上行驶时，左右驱动轮以不同角速度旋转；轮边减速器进一步增大从半轴输出的扭矩；制动器用于地下装载机工作制动；驱动桥壳把装载机的重量传递到车轮，并将作用在车轮上的各种力传到车架，同时驱动桥壳又是主传动、差速器和车轮传递装置的外壳，半轴则是从差速器将扭矩和转速传递到轮边减速器。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 15 页图 2- 6 驱动桥结构组成1
41、&2、主传动器；3&4 、差速器；5、半轴；6、桥壳；7&8、终传动器；9、驱动轮2.2.2 井下装载机对驱动桥的要求（1）合理分配主传动及论辩减速器的传动比，以保证机器的最佳传动性和经济性，井下装载机作业行驶速度低，牵引力大，因此要救有较大的传动比，一般在 1238（2）驱动桥各部件在工作可靠性并保证一定使用寿命的条件下应力求做到重量轻、体积小和保证所要求的离地间隙。（3）井下装载机是在井下工作，路面条件差、弯道多。因此要求左右车轮差速与扭矩分配，即转弯时，左右驱动轮与地面的附着系数不等时，能使装载机发出充分的牵引力。（4）由于井下装载机经常在坡道上作业与运行，因此要求制动器制动可靠、性能稳
42、定、寿命长、以维护。（5）要求结构简单、修理保养方便、制造容易。（6）工作平稳、无噪声、工作可靠、故障少。中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 16 页2.2.3 主传动图 2- 7 配不同差速器的主传动结构图1、有限打滑差速器（不带弹簧） ；2、NO-SPIN 差速器；3、有限打滑差速器（带弹簧） ；4、普通差速器单级主传动结构简单，质量小，成本低，使用简单，但主传动比 不能太0i大，一般 3.66.87。因为进一步提高 将增大从动齿轮直径，从面减少离地0i 0i间隙和使从动齿轮热处理复杂。单级主减速器有螺旋锥齿轮、双曲线面齿轮两种形式。螺旋锥齿轮传动，制造简单，工作中噪声大，对齿合
43、精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便使工作条件急剧变坏，伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将轴承顶紧，提高支撑刚度，增大壳体刚度。双曲面齿轮传动与螺旋锥齿轮传动不同之处，在于主、从动轴线不相交而有一偏移。当双曲面齿轮尺寸和螺旋锥齿轮尺寸想当时，双曲面有更大的传动比，当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比螺旋锥齿轮有较大直径，较高的齿轮强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度，当传动比和主动中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 17 页齿轮尺寸一定时，双曲线从动锥齿轮直径比相应的螺旋齿轮为小，因而离地间隙较大。图 2- 8a-螺旋锥齿轮：；b-双曲面齿轮双曲面齿轮副
44、在工作过程中，除了有沿齿高方向的侧向滑动之外，还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，并使其工作安静平滑。然而纵向滑动可使摩擦损失增大，降低传动效率，因此偏移距不应过大。双曲面齿轮传动齿面间大的压力和大的摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死。因此，双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和避免齿面烧结的特殊润滑油。双曲面齿轮和螺旋锥齿轮的优缺点比较列于下表：表 2- 1 双曲面齿轮与螺旋锥齿轮的优缺点比较因此，在这里主传动伞齿轮都采用螺旋齿轮。2.2.4 差速器井下装载机一般采用四轮驱动行星刚性桥。它在行驶时，由于多种原因导致车轮行程不同，即在转向或直线行驶时，左、右侧车轮行程产生差异。如果用一根整轴以相同的转速驱动两侧车轮，必然会引起车轮在行驶中产生滑移或滑转现象，导致车轮磨损加剧，功率损失增加，转向困难，操纵性变坏。因而桥中一定要设置差速器。目前井下装载机常用的差速器有三种结构形式 ：一是
