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中期匯報表
學生姓名
XX
專 業(yè)
XX
學 號
XX
設計（論文）題目
微型液壓挖掘機行走機構設計
畢業(yè)設計（論文）前期工作小結
在做前期工作的時候不了解挖掘機的整個生產過程，所以在圖書館找了關于挖掘機的書籍，了解其組成以及其設計所應該注意的方面。最后先從圖紙開始，一部分一部分對挖掘機的每個組件進行了解并畫出其總裝圖。
指導教師意見
簽名：
年 月 日
2
微型液壓挖掘機行走機構設計
Design of walking mechanism of micro-hydraulic excavator
摘 要
人類歷史不斷前進人才不斷的伴隨著人類科學的進步與發(fā)展，工程機械在人類生活的各方各面都起到了很大的作用。與此同時，人們在遇到不同問題時，對所需要用的工程機械的大小、性能的有著各種各樣的要求，各種性能參數也決定其應該工作的環(huán)境。工程機械在我國社會主義生產中占據了舉足輕重的位置，它在很大程度上減少了原始落后的生產工具給我們帶來的各種不便。同時，它在現今全球經濟的飛速發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。本設計中挖掘機的行走裝置是在整個機械部分起到支撐的作用，它承受了機械的自重與挖掘機進行挖掘時所產生的反力。液壓挖掘機行走裝置使挖掘機平穩(wěn)的支撐在地面進行工作，這同時也是挖掘機在工作場地進行位置移位的重要裝置。行走裝置設計的嚴謹與否很大程度上影響挖掘機的機動性、爬坡能力、轉彎能力、接地比壓以及挖掘機的穩(wěn)定性等。
[關鍵]履帶式；爬坡功能；行走機構；張緊裝置；穩(wěn)定性
Abstract
Human history forward continuously along with the progress and development of human science, engineering machinery in parties every human life has played a big role. At the same time, when people encounter different problems, there are various requirements for the size and performance of the engineering machinery needed, and various performance parameters also determine the environment in which it should work. Engineering machinery plays an important role in China's socialist production. It greatly reduces the inconvenience brought to us by primitive and backward production tools. At the same time, it has played an important role in the rapid development of the global economy. In this design, the walking device of the excavator plays a supporting role in the entire mechanical part, and it bears the counterforce generated by the self-weight of the machinery and the excavator during excavation. The hydraulic excavator walking device enables the excavator to work smoothly on the ground, which is also an important device for the excavator to shift its position in the work site. The rigor of the design of the walking device is largely
Keywords caterpillar; Climbing function; walking institutions; tensioning devices; stability
38
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本課題背景意義及目的 1
1.2 液壓挖掘機的基本類型和主要特點 1
1.3 液壓挖掘機的發(fā)展概況 2
1.3.1 國外液壓挖掘機目前水平 2
1.3.2 國內液壓挖掘機發(fā)展概況及趨勢 2
1.4 本次設計內容概況 3
2液壓挖掘機的履帶行走裝置構造 4
2.1 綜述 4
2.2液壓挖掘機履帶式行走裝置的結構和構造 4
3 履帶各部分的設計與選型 5
3.1 履帶的設計 5
3.2 驅動輪的設計 12
3.3 支重輪托鏈輪的設計 15
3.3.1 支重輪的設計 15
3.3.2 托鏈輪的設計 17
3.4 導向輪和張緊裝置的設計 18
3.4.1 導向輪的設計 18
3.4.2 張緊裝置的設計 20
3.5 “四輪一帶”安裝尺寸 22
4 液壓挖掘機行走能力的設計與計算 24
4.1 履帶式行走裝置牽引力計算 24
4.1.1 土壤的變形阻力 24
4.1.2 坡道阻力 24
4.1.3 轉彎阻力 25
4.1.4 履帶運行的內阻力 26
4.2 爬坡能力校核 27
4.3 原地轉彎能力校核 28
4.4 接地比壓驗算 28
4.5 行走減速機和液壓馬達的選取 30
4.6 接地長度、軌距校核以及最小離地間隙的確定 32
結論 34
致謝 35
參考文獻 36
1緒論
1.1 本課題背景意義及目的
自從改革開放開始，我國的科學技術與信息技術得到了迅猛的發(fā)展，各種行業(yè)都產生了翻天覆地的變化。與此同時，工程機械行業(yè)也同樣得到了相應的發(fā)展。各行各業(yè)都在奮起拼搏、開拓創(chuàng)新。這使得工程機械種類不斷增加、性能不斷完善。
在國民經濟建設的許多行業(yè)根據其性能不同各類挖掘機發(fā)揮著各自的作用，如道路維修、交通運輸、水利電氣工程、農田改造、礦山挖掘以及現代化軍事工程等等行業(yè)的機械化施工中。據不完全統(tǒng)計，一般工程中約有1/3的土石方量、露天礦山中4/5的采挖量都是通過挖掘機完成的。
與國外相比，國內挖掘機在使用與創(chuàng)新方面還是存在較大差距的。我們進行微型液壓挖掘機的創(chuàng)新設計是迫在眉急的，這將為國內挖掘機行業(yè)的發(fā)展提供極大的幫助，并為我國挖掘機行業(yè)在國際挖掘機行業(yè)中取得共奪得話語權。挖掘機在各類施工作業(yè)中都發(fā)揮著重要作用，把此次微型液壓挖掘機行走機構設計好，一方面可以增加我們的知識水平，同時也為我們在就業(yè)中提供莫大的機會。同時，此次設計也是我們檢驗平時學習是否踏實、知識體系是否全的機會，對于我們有著非常重要的意義。
1.2 液壓挖掘機的基本類型和主要特點
挖掘機的型號與結構方式多種多樣，由于挖掘機的工作原理與過程、用途甚至構造特點等都有所不同，我們可以根據這對其進行劃分。
按工作過程可分為周期作業(yè)和連續(xù)作業(yè)兩類,即本課題的單斗挖掘機以及多斗挖掘機。
按照用途劃分，單斗挖掘機都有建筑型、采礦型、和剝離型等。
按照動力裝置劃分，挖掘機有通過電驅動的、通過內燃機驅動的甚至兩種一起的復合驅動等。
按照傳動方式劃分，挖掘機分為機械傳動式、液壓傳動式和混合傳動式這三種傳動方式。
同時液壓挖掘機也擁有下列各種不同的主要特點:
(1)通過使用液壓技術極大地完善了挖掘機的技術性能，不僅使挖掘機的挖掘力增大、同時也把挖掘機的牽引力變大，并使其傳動性能更穩(wěn)定，工作效益提高，結構布局更加完善，節(jié)約更多的空間。
挖掘機在工作通過行走轉臺回轉以及工作裝置這三個部分來完成預期的工作。這其中動作最多且經常運行的是回轉和工作裝置這兩種不斷循環(huán)重復的運動。機械挖掘機由于其結構比較復雜，所以完成以上這幾個動作對機械會產生很大的慣性力和沖擊載荷從而影響機械的壽命。但是采用液壓驅動挖掘機就不會因這些過程而影響壽命，這也極大程度的簡化了結構。
(2)同時液壓系統(tǒng)的存在特有防止過載的能力，可以使液壓挖掘機使用起來更加安全，減少操作的困難程度。
(3) 采用液壓傳動可以使生產過程標準化，系統(tǒng)化和通用化,便于工廠進行生產并增加其年產量增加更多的收益降低生產所需的成本。
1.3 液壓挖掘機的發(fā)展狀況
1.3.1 國外液壓挖掘機發(fā)展水平
由于美國，德國，日本這些工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機發(fā)展歷史比較早，挖掘機產品種類比較多，挖掘機科技水平比較高。同時他們也是是液壓挖掘機的主要輸出國家，他們的產品在各個市場都占有很大的比重。
當前，大型化、微型化、多能化和專用化越來越成為國際上液壓挖掘機所發(fā)展與前進的方向。在國外各國關于挖掘機將更多的精力集中于新技術、新工藝、新結構和新材料等高新科技方向，加快了挖掘機產業(yè)標準化，通用化的趨勢。
1.3.2 國內液壓挖掘機發(fā)展水平以及趨勢
為了追趕國際挖掘機行業(yè)發(fā)展水平，我國己現已完成了挖掘機的生產系列化。同時我國也堅持自主研發(fā)開發(fā)出了許多新類型挖掘機，學習與引薦他國挖掘機積極研究帶有自己國家特色的新產品。
單斗液壓挖掘機在使用性能、技術指標甚至經濟方面都占據一定的的優(yōu)勢，外國發(fā)達國家在此挖掘機的研究與實踐方面都投入了很大的精力。在現在的挖掘機發(fā)展前景中，人們更多的將單斗液壓挖掘機改善其動力與傳動等方面以此來達成高效益收成。同時液壓挖掘機在各種行業(yè)中都得到廣泛的應用，成本在不斷地減少，標準化和模塊化的不斷提升也為液壓挖掘機的發(fā)展提供了很多方便。這些不同方面的進步也為挖掘機的生產提供了可靠依據。同時機電一體化的發(fā)展也為機械作業(yè)的提高、減少噪音、便于維修和適應各種場合等方面帶來便利。同時，放眼，液壓挖掘機有以下的趨勢:
(1)大型化與微型化同頭并進。
??(2)節(jié)能技術的了積極普遍的采用。
??(3)挖掘機可靠性得到提高并延長其使用壽命。
??(4)工作裝置結構不斷完善，工作適應場地不斷擴大。
??(5)動力由內燃向電力方向發(fā)展。
??(6)液壓系統(tǒng)不斷完善，液壓元件精度適應范圍的到提高。
??(7)機電一體化程度及范圍不斷提高。
??(8)挖掘量以及工作效率不斷調高。
??(9)人機工程學在設計中占據了很高的比重。
1.4 本次設計內容概況
1.4.1畢業(yè)設計的內容
具體設計任務是對微型液壓挖掘機的行走裝置的設計、“四輪一帶”以及行走能力的校核，包括：
(1) 微型液壓挖掘機的行走機構的總體設計。
(2) 行走裝置四輪一帶機構的結構設計與布置。
(3) 挖掘機的行走機構詳細接地比壓的分析和設計。
(4) 馬達的驗算和選取及馬達原理的認識和研究。
1.4.2畢業(yè)設計的要求
（1）了解微型液壓挖掘機行走機構的工作原理、設計步驟與設計方法。
（2）對所設計的挖掘機行走機構進行總體方案論證。
（3）挖掘機行走機構中各部件的主要參數進行選擇與設計計算。
（4）編寫說明書1.5萬字以上，外文翻譯4000漢字以上。
（5）完成總裝圖及零件圖紙總共3張A0圖紙。
2 液壓挖掘機的履帶行走裝置構造
2.1 綜述
挖掘機按其行走的方式不同分為各種不同類型的挖掘機，例如通過履帶行走、利用齒輪行走甚至兩種都運用的方式。液壓挖掘機在運轉過程中也應滿足適當的要求：
(1) 挖掘機底盤應該足夠高方便跨越大型障礙物方便完成各種方位的操作。
(2) 履帶應選擇大面積的履帶以及較輕的機身重量來讓挖掘機運行的更加平穩(wěn)。
(3)?工作人員應該進行合理的機械操作以此來保護自己自身的人身安全。減少不必要的損失。
(4)?挖掘機應考慮道路對機械自身的要求。
履帶式行走裝置是挖掘機應用最為普遍的一種形式，其突出的優(yōu)點是:牽引力大，接地比壓小，越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力強，且轉彎半徑小，機動靈活。
缺點:微型液壓挖掘機行動緩慢，使用消耗成本高，機器壽命短，易破壞路面只適合在工程允許范圍內進行工作，轉換場地時需要其他的運輸工具。
2.2 液壓挖掘機履帶式行走裝置的結構和構造
履帶式行走裝置如圖所示。由“四輪一帶”(即引導輪、支重輪、托鏈輪、驅動輪、履帶)、張緊裝置，行走機構、行走架和推 m土裝置(選用)組成。
行走架在履帶行走機構中主要起到支撐整個挖掘機結構的作用，他分別包括底架、履帶架以及橫梁。一般他們都是由采用16Mn材料的鋼板焊接設計而成得到。雖然一方面行走架連接了回轉機構但是同時他也可以根據其特有的結構組成劃分為組合式和整體式兩種不同的結構。
組合式行走架是由如圖(圖2.2- 2)框架式的結構組成的底架以及類似工字形狀的鋼或焊接的箱形梁組成的。兩側履帶架孔中，履帶架下部都有存在的敞開的“門”狀的平面，同時兩端為了便于安裝驅動輪、導向輪和支重輪，型架的兩端呈現“又”。這樣可以使安裝的過程變得更加簡單。
這種結構的優(yōu)點是當我們因挖掘機平衡變差甚至有較高的接地比壓時我們不用特意去改變挖掘機的結構整體，而只需要改換更寬的橫梁以及加長的履帶架來完成安裝長度以及寬度有所要求的履帶需求。同時它的缺點也很明顯因其履帶截面削弱太多導致其剛性交叉很容易產生生裂縫。
在挖掘機的移動過程中，驅動輪通過驅動力矩產生力，從而帶動履帶在支重輪下的移動同時因機器自重的原因履帶不會脫離機體從而旋轉，導向輪在束縛著履帶不讓其脫離并將履帶在鋪設在地面上。從而通過整個動作液壓挖掘機完成其使用履帶向前持續(xù)移動。
同理挖掘機轉向時，由于液壓聚供油行走馬達的存在，這樣安裝在兩個履帶上面的憂油路控制就可以很方便的實現液壓挖掘機的轉向甚至就地轉彎的動作，以此來達到適應各種地形的轉向操作。
3 履帶各部分的設計計算與選型
3.1 履帶的設計
惡劣的工作條件對挖掘機要求非常高，不僅要求挖掘機的材料的性能要好，同時質量減輕以成本。也要處理其運行過程中所產生的動量載荷，同時防止液壓挖掘機與地面的吸合力。最后為了節(jié)約資源我們應減少行進過程中的阻力。次單斗液壓挖掘機適用范圍比較小，在道路建設以及小范圍小空間內進行工作。橡膠履帶的選擇可以對施工過程進行很小的破壞，不易影響到周圍居民，行動速度快、平穩(wěn)性好、牽引力大以及對地面壓力小同時也有利于提高機器的壽命等優(yōu)點。因此本機履帶主要采用橡膠材質，但如果是在惡劣的環(huán)境下工作推薦采用以鋼材料為主的履帶以適應工作環(huán)境。
由上可知挖掘機的履帶按組成方式可以分為整體式和組合式兩種。整體式是指履帶各部件直接形成一個整體，履帶自身占據整個行走機構的主要部分。履帶是通過一個一個履帶節(jié)組裝而成的，這樣整個挖掘機從研發(fā)到批量生產其周期就會變短，利于挖掘機的組裝與生產以及節(jié)約成本。然而其也有很大的缺點例如銷孔間隙較大、容易沾染泥沙、磨損比較大。整體式主要應用在機械式挖掘機中以及高速車輛中。
現如今液壓挖掘機更多采用的是組合式履帶。如圖所示，它分別是由履帶板、鏈動節(jié)、履帶銷軸和銷套四個部分組和而成。左右鏈軌節(jié)9、10 與銷套5 通過緊配合連接，履帶銷軸4 插入銷套為了使其運轉靈活因此他們兩者之間存在固定，并且其兩端分別與另外兩個鏈軌節(jié)孔進行緊配合。鎖緊履帶銷 與鏈軌節(jié)孔的存在為履帶的安裝與拆卸提更了便利因為他們的配合比較輕松。采用組合式履帶節(jié)距小、轉動性好、移動速度快并且各結構之間的硬度比較大。因此選擇組合式履帶。
3.1.1 履帶尺寸的計算
履帶寬度b的初步確定:
b=(0.9~ 1.1)x209* (3.1-1)
式中：
M---- 裝載機的整機質量，由設計要求可知這里取M=6t.
因此： b=(0.9~1.1)x209x=
根據計算的需要，這里我們取履帶寬度為b=400mm
履帶支撐面長度可以通過以下公式計算的
Lo=* = (1.25~1.5) x = (3.1-2)
同理這里取=2500mm。
式中：
----履帶長度經驗系數。
由前式所得的應下面公式的要求:
(3.1-3)
式中：
----支撐面長度，;取2500mm
----履帶軌距， ;取1900mm。
----附著系數，;
----滾動阻力系數，;
----根據《工程機械底盤構造與設計》可知;
(3.1-4)
因此由上式可知上述履帶的寬度以及支撐面的長度選擇合適，所以取:
，。
3.1.2 履帶板結構的選擇
??挖掘機的覆帶板的型號各種各樣，但是為了完成上面所規(guī)定的的標準，所以此挖掘機采用輕質量并高強度而且簡單方便操作成本低的軋制履帶板。履帶板的筋數各不相同分別有一個、雙個以及三個。單筋履帶由于其板筋比較高所以便于需要較大的牽引力的作業(yè)工況，推土機的履帶板筋主要是單筋。雙筋履帶與單筋相反板筋相比下較短但其方便與進行經常轉向的作業(yè)，因其良好的剛度所以多應用于挖掘裝載機以及大型礦用液壓挖掘機上。三筋履帶板與雙筋履帶板相同都為短筋如圖所示。但由于其板筋數目的增加致使履帶板的強度和剛度更高，支撐能力更強，挖掘機上所采用這種板筋。由圖可知筋履帶板分布有四個連接孔，中間兩個主要起到清除污泥的作用。當挖掘機進行移動的時候驅動輪的齒輪會因與履帶板的連接過程中會自動清除纏在履帶上的淤泥。兩履板中特有的連接部分可以有效的阻止礫石進入履帶板之間的部分。
?
3.1.3 履帶節(jié)距
??節(jié)距的減少可以有效地減少驅動輪和導向輪所受到沖擊，同時履帶運轉的更平穩(wěn)可以提高履帶的使用壽命并節(jié)省作業(yè)時間，但并不是越小越好其也受到鏈軌結構尺寸的限制。履帶節(jié)距及其使用范圍見下表。
履帶節(jié)距，隨自重的增大而線性增大，通常為:
=(17.5～23)*=(17.5～23）*=（154～202）mm
所以由上表可知此設計節(jié)距選取173mm.
3.1.3 履帶強度的計算
3.1.3.1履帶的計算工況
機器在斜坡上工作時，一邊的履帶其因土壤環(huán)境不同其所傳遞的最大驅動力也各不相同，因此:
(3.1-6)
因此：
式中:?
----附著系數，取
----斜坡施工時其分布在一側的分配系數。
3.1.3.2履帶總成結構形式如圖3.1-3所示
其中節(jié)距為173mm的履帶總成聯系尺寸如下表,履帶板的總成聯系尺寸：
??由此設計對挖掘機的要求，本挖掘機采用組合式履帶。此挖掘機主要是通過履帶板、履帶銷、銷套以及螺栓等之間相互作用而組成。履帶在使用過程中不斷磨損但其他方面的損失可以忽律不計因此本設計主要對履帶銷的剪切強度進行計算:
（3.1-7）
式中: ----帶銷直徑;
因此：
覆帶銷和銷套的材質因需要所以分別采用與采用,履帶板為便于設計，所以材料采用.
查表可得的剪切強度:
所以，<[],此種型號的強度設計滿足要求。
3.1.3.3 校核軌鏈節(jié)的抗拉強度
不同材質的履帶其驗算方面是有所不同的。履帶板易在銷孔的最小處發(fā)生斷裂因此應該驗算其拉伸應力:
（3.1-8）
式中:
----履帶銷套半徑，;
----履帶銷半徑,;
----履帶板一端的各銷孔寬度之和，。
----需用拉伸應力,
因此：
因此，此設計的履帶的拉伸應力滿足要求。
3.2 驅動輪的設計
驅動輪在整個行走機構主要提供動力來驅動挖掘機的行走，所以齒輪與履帶間的配合以及齒輪傳動 的平穩(wěn)性，同時采用這種設計可以有效地防止因磨損而導致之間的配合失敗。履帶的驅動輪處于整個履帶的后部這種設計可以減少消耗和維修所需要的成本。
設計驅動輪主要關注的是齒形，驅動輪尺寸和強度的校核。
3.2.1 驅動輪的齒形設計
驅動輪在整個行走裝置主要提供動力來驅動挖掘機的行走，所以齒輪與履帶間的配合以及齒輪傳動 的平穩(wěn)性，同時采用這種設計可以有效地防止因磨損而導致之間的配合失敗。
根據齒面的形狀其主要分為凸形，直線形以及凹形這三種?，F在的生產科技水平下我們主要采用的是后面兩種。
驅動輪通過液壓馬達以及變速箱傳遞牽引力驅動挖掘機行走。同時由于齒輪與履帶之間的的相互作用力導致兩者之間存有磨損減少了機械的使用壽命。所以為了減少損失我們通常選擇容易淬取的鋼材例如50,。 這種材料可以進行中頻淬火以及低溫回火以此讓硬度應達至滿足我們設計所需要的強度。
照常情況下我們對驅動輪的齒形有以下要求:
??1)齒形應方便與履帶進行嚙合，減少機械運行過程中所受到的沖擊力;
??2)齒面與履帶之間所產生的應力應該減小以節(jié)約成本;
??3)當履帶在操作頻繁時節(jié)距會不斷增大。此齒形應保重履帶與驅動輪之間一直可以正常工作。
??選取如圖所示采用的是單圓弧一直線配合而成的齒形。
3.2.2 驅動輪主要參數的確定
驅動輪的節(jié)距可以由前面所求的履帶的節(jié)距確定，其值也應該是=173mm。伴隨著履帶板數目的增加，這使得機械在運行過程中更加平穩(wěn)，接觸應力變得更小，磨損量變得更小。但同時這也造成了一部分問題列如驅動輪直徑增大，整個底盤結構變得不合理協(xié)調。為了便于處理履帶所沾染的泥土，我們通常取齒數為奇數。因此由表格可知本設計選取齒數Z=23。齒數奇數的選擇不僅可以起到去除泥土的作用同時也可以減少磨損，延長使用壽命。同時我們取名義齒數。
由設計可知驅動輪節(jié)圓半徑：
（3.2-1）
驅動輪的節(jié)圓直徑為：
履帶銷套直徑：
則驅動輪齒根直徑為：
驅動輪齒頂圓直徑：
齒谷半徑為：
谷齒距離為：
3.2.2.1 彎曲強度計算
由上可知其受最大彎曲應力所帶來的限制，因此取，便于計算這里我們假設扭矩只存在一個齒傳遞。
經推算驅動輪輪齒抗彎強度為：
（3.2-2）
式中：----齒高
式中：
----抗彎截面系數其中為驅動輪的寬度，取
----許用彎曲用力。
因此：
式中： ----許用彎曲用力
因此，驅動輪的彎曲強度滿足要求。
3.2.2.2 擠壓應力計算
由前面推論可知驅動輪輪齒齒面擠壓強度:
（3.2-3）
式中： ----驅動輪輪齒寬度，;
----履帶銷外套直徑，;
----需要擠壓應力，
因此：
因此，由上所求的擠壓強度符合設計要求。
3.3 支重輪托鏈輪的設計
3.3.1 支重輪的設計
類似于驅動輪的設計支重輪也主要是關于外形和強度方面的校核。
3.3.1.1 支重輪外形尺寸的選擇
支重輪主要起到支撐整個挖掘機的作用，在地面凹凸不平時其首當其沖經常受到沖擊。因此支重輪磨損比較嚴重。支重輪處在履帶與機架之間經常裸露在空氣中所以經常接觸塵土以及泥。所以支重輪應該密封，材質剛度要高。支重輪為了達到剛度要求經常采用用35Mn或者50Mn這兩種材料。由于其結構簡單但是其軸承數量比較多，為了便于長時間使用需要使用浮動油來阻止塵埃進入。
過往由于缺少交流支重輪的種類型號比較多，但現在挖掘機規(guī)格統(tǒng)一后一般都采用如圖所示的結核形式。這種形式結構比較簡單，便于打造，但機械運轉所需要的軸向力就會變小。支重輪的一端被焊接在在履帶架上。支重輪輪體由兩段連接而成同時其突起的邊緣也可以有效防止履帶脫落，防止其進行偏移。支重輪內裝有軸套，其主要是錫青銅合金組成不僅耐磨而且可以承受很大的沖擊力。
在支重輪軸兩端裝分別裝有浮動油封。浮動油封結構較簡單，密封功能比較好同時是由兩個相同的油封環(huán)組成，一個固定在軸座上另一端裝在槽里。機構運轉是密封圈因擠壓使其很好的與機構嚙合而起到嚙合的作用。潤滑油的存在不僅減少了軸套之間因為運轉所產生的摩擦力同時也可以防止塵埃進入支重輪的間隙內。
根據《工程機械底盤構造與設計》P213 表確定支重輪的所有相關尺寸如下表所示:
確定支重輪個數：
軸間距：
（3.3-1）
得：
履帶上最后的支重輪與驅動輪輪軸之間的距離：
（3.3-2）
得
由于考慮到履帶的支撐面寬度以及其他的因素，支重輪的個數應為6個。
3.3.1.2 支重輪的強度計算
為了選取合適的接觸應力以減少支重輪的損失，公式如下：
（3.3-3）
式中： ----支重輪輪緣寬度，
----支重半徑，
----支重輪個數，
因此兩者之間的應力符合設計。
3.3.1.3 支重輪軸的校核
??挖掘機在翻越障礙物時其中一端的支重輪會承受整個機器的重量因此對其進行校核是非常關鍵的。這里軸的直徑取。
（3.3-4）
式中： ----支重輪軸最大彎矩
----抗彎截面系數。
式中：
----需要彎曲強度，支重輪軸采用 鋼，。
因此：
所以輪軸符合設計要求。
3.3.1 托鏈輪的設計
托鏈輪的主要作用是支撐履帶，在其運行過程中減少其受到的沖擊，并防止履帶發(fā)生偏移而影響運行。與上面的支重輪相像，但其所受到的載荷更小，且不易磨損，尺寸可以選擇較小的。
與支重輪相同其也是固定在履帶架上。輪內因耐磨軸套可以有效的減少磨損，延長托鏈輪的使用壽命。另一方固定在輪體上，并裝有浮動油封。其結構如圖所示。
根據設計所選擇托輪的尺寸如表所示:
3.4 導向輪和張緊裝置的設計
3.4.1 導向輪的設計
3.4.1.1 導向輪的參數設定
導向輪主要用于幫助履帶的旋轉防止履帶脫離和偏離機架。同時導向輪也扮演著支重輪的角色，減少支重輪所受到的沖擊力。
導向輪表面平整，中間擋肩環(huán)主要用來導向，最外圍類似于支重輪用來連接履帶及支撐作用，同時他們的輪面大多比較平整，中間有擋肩環(huán)作為導向用，兩側的環(huán)面則能支撐軌鏈起類似于支重輪溝的作用。
圖3.4-1 導向輪組件
由機器整體聯系可知，導向輪聯系尺寸如表所示
3.4.1.2 導向輪軸的強度計算
40或45鑄鋼為輪體的主要材料，為了達到設計要求表面淬火硬度要達到HRC45以上。輪軸材質的選擇因其需要各不相同不同通常為40/40Cr鋼。由于導向輪不經常轉動因此需要使用滑動軸承軸。
選擇機械倒擋時可以有效的計算導向輪的彎曲應力的。整機所允許的附著驅動力為，為了便于計算將導向輪上的履帶看作平行，因此導向輪軸的計算載荷為：。
其中：
----需要彎曲強度，。
因此：
由上可得，輪軸的彎曲應力整體符合設計要求
3.4.2 張緊裝置的設計
在履帶受到沖擊時，張緊裝置中的緩沖彈簧回縮以吸收振動來保證履帶與機架之間的配合并延長機械的使用壽命。液壓張緊裝置在液壓挖掘機中經常使用到，如圖所示為液壓張緊裝置。彈簧在連接過程中留有適當的間隙從而便于緩沖。履帶緊時其可能功能損失應在其中注入潤滑用的油。
如上圖所示為液壓張緊裝置，第一個圖為液壓缸活塞直接頂彈簧的方式，此種結構比較簡單但其在機械中占據的空間比較大外; 第二個圖所展示的是液壓缸活塞處于彈簧中間的類式，這種結構的優(yōu)點是雖然減少了不必要的空間，但其結構變得復雜。
3.4.2.1 緩沖彈簧的選擇
緩沖彈簧在安裝時應該留有適當的空間便于使履帶完成張緊。在機械的行動過程中緩沖彈簧的存在可以加緊履帶銷與驅動輪之間的嚙合防止履帶與驅動輪之間發(fā)生脫落便偏移的現象。同時緩沖彈簧有效的減少了履帶所受到的沖擊力，保護履帶不受夾進雜物而損壞機器，減少履帶的壽命。
彈簧的計算參數如下：
緩沖彈簧預緊力：
（3.4.2-1）
取
緩沖彈簧最終完成工作時的壓縮力：
考慮到履帶與驅動輪能夠不脫離，因此其工作行程為：
（3.4.2-2）
式中： ----驅動輪齒頂圓直徑，
----驅動輪齒頂圓直徑,
因此：
3.4.2.2 圓柱螺旋壓縮彈簧的設計
開始放在前端的滑動張緊裝置的系數查書可知,: 旋繞比 大概為4 ，為了便于計算這里取，彈簧為了達到強度設計要求應選取熱軋鋼，牌號
其具體性能數據如下：
切變模量：
彈性模量：
建議硬度范圍：
建議溫度范圍：
所要的曲度系數：
（3.4.2-2）
為了便于安裝與設計先取緩沖彈簧的中徑D= 120mm,同時取彈簧絲直徑d=40。材質為60CrMnA 的彈簧經查找資料得其許用切應力的數值為710MPa。
根據《機械設計》P386
（3.4.2-3）
式中： ----緩沖彈簧最終完成工作時的最大壓縮力；
----曲度系數
----旋轉比；
----許用切應力
由上式可得根據上值可取彈簧鋼絲標準直徑，此時，，為標準值
根據《機械設計》P383 表16-5,彈簧的實際工作條件和類比同類產品的相關參數可取彈簧圈數 根據《機械設計》P383 表16-5,彈簧的實際工作條件和類比同類產品的相關參數可取彈簧圈數
根據《機械設計》普通圓柱螺旋彈簧尺寸系列()表16-5及普通圓柱螺旋壓縮彈簧的結構尺寸計算公式表16-4得彈簧系數:
彈簧工作圈數：
彈簧中徑：
彈簧內徑：
彈簧外徑：
彈簧節(jié)距：
彈簧自由度：
取標準規(guī)格自由度
由于緩沖彈簧是兩端固定，故彈簧的許用長細比為：
彈簧實際長細比：
顯然彈簧的穩(wěn)定性滿足要求。
3.5 “四輪一帶”安裝尺寸
驅動輪放置于機械后面雖然增加了機械的運行時間但他可以產生較大的牽引力，并節(jié)約能源節(jié)約成本。選擇合適的接近角以及離去角可以有效的提高其在遇到障礙時的行走能力。
在導向輪與驅動輪的空間位置確定的情況下，減少接近角與離去角都會引起接地長度的增大。同時，支重輪履帶轉彎角的變化也會引起傳動效率的降低。為了便于計算當、都小于時履帶的接地長度可以取張緊輪、導向輪的之間的空間距離。由統(tǒng)計數據可知實接近角與離去角一般取值都比較小，分別都分布在以及這兩個范圍。支重輪的存在可以加大履帶的接地面積，使運行更加平穩(wěn)，所以為了達成這一目的，第一個個支重輪應該接近導向輪同時最后一個支重輪應該接近驅動輪。為了保證機構的平穩(wěn)運行，支重輪應分布在合理的位置以防止影響其他機構的運行。托鏈輪的主要作用是支撐履帶，在其運行過程中減少其受到的沖擊，并防止履帶發(fā)生偏移而影響運行。與上面的支重輪相像，但其所受到的載荷更小，且不易磨損，尺寸可以選擇較小的。最后，托鏈輪的存在也有利于履帶的轉動減少其能量消耗。各部件在機架上的排布如上圖所示通常：
取260
4液壓挖掘機行走能力的設計計算與校核
4.1 履帶式行走裝置牽引力計算
挖掘機在行走過程中所需要克服阻力比較多，其中比較多的是土壤變形、坡道以及轉彎所引起的阻力。
牽引平衡方程為:
（4.1-1）
式中：----為驅動輪的扭矩
----為驅動輪的半徑
----履帶的牽引力
----運行時各阻力之和
4.1.1 土壤的變形阻力
履帶在土壤中行走時由于其受到土壤所帶來的擠壓應力阻止機械向前運動，其中土壤履帶所受到的壓力如下面公式所示的關系：
（4.1-2）
式中： ----為土壤的比壓
----受壓表面下陷的深度
----使受壓表面下陷的比壓，這個數值因土壤種類的改變而有所不同。
雖然土壤在變形過程中受到各種力，但是可采用簡化為：
（4.1-3）
----稱運行阻力，此值與道路種類息息相關，由下表可知
挖掘機主要工作場景是野路、深砂、沼地等，因此由上表可知其運行比阻力選
4.1.2 坡道阻力
坡道阻力是機械在上坡途中機械因自身重量對機械產生的重力向下從而阻止機械行動。根據本設計取坡角為同時取坡度阻力為
（4.1.2-3）
式中： ----挖掘機的自重
4.1.3 轉彎阻力
履帶式運行裝置在進行轉彎動作時為各種阻力困擾例如履帶與地面間的阻力等。但為了便于計算我們通常取第一個阻力進行研究，因為第一項阻力最大也是最重要的。
履帶板與地面之間的相互作用力主要因履帶板與地面的接觸面積有很大關系。在挖掘機運行和施工時主要是回轉機構和工作機構兩部分對挖掘機施重。所以為了便于計算履帶上的比壓可以看成履帶的全部與地面接觸。因此，履帶的轉彎運動可看作如圖所示的行走方式。2、3、4都發(fā)生動作3處為轉彎動作。
由上圖可知設履帶寬度為，長度為，則一條履帶繞中心點o轉動時的力矩可表示為：
（4.1.3-4）
式中： ----比壓（）
----履帶與地面的摩擦系數，通常取
根據上式可知履帶轉彎阻力矩為：
（4.1.3-5）
式中：
G-----挖掘機的重
L----履帶的接地長度，所以帶入數值可得挖掘機的原地轉彎時的牽引阻力為
（4.1.3-6）
因為一般雙履帶的尺寸為，同時履帶板又受到履帶板刮土時所產生的阻力因此：
（4.1.3-7）
式中：----轉彎時履帶板側面邊刮土的附加阻力系數。
最終求得整機原地轉彎的牽引阻力為：
（4.1.3-8）
4.1.4 輪帶運行的內阻力
機械在運行的過程中不僅受到外界所帶來的阻力同時機械的內部之間也產生相互之間的作用力不利于機械的運行，所以其內部所產生的阻力公式為：
式中：
----履帶銷軸的摩擦阻力。
----支重輪的摩擦阻力
----導向輪的摩擦阻力
----驅動輪的摩擦阻力
根據所得的公式可以求得履帶的內阻力：
（4.1.4-9）
挖掘機行走過程中主要受到坡度阻力以及轉彎阻力，他們在阻力中占據很大的比重。在本設計中液壓挖掘機比機械式的更不容易完成轉彎動作。
目前大多數履帶式液壓挖掘T與機重G取下列比例，即：
（4.1.4-10）
初步取：
4.2 爬坡能力校核
履帶行走裝置最大的優(yōu)點便是爬坡能力強大可以翻越很多特殊場地。為了滿足要求本次設計取爬坡能力為
挖掘機爬坡時需要克服下列幾種阻力即:
挖掘機自重在斜坡方向的分力：
（4.2-1）
式中：
----挖掘機自重；
----坡度角；
運行阻力：
（4.2-2）
履帶的內阻力：
（4.2-3）
由上式可知最大牽引力T應該大于或等于這些阻力之和，所以：
（4.2-4）
（4.2-5）
則
求解得和
代入原式求解得到是正確的解，?是增根，檢驗附著力與牽引力之間的聯系，所以：
式中：
----地面附著系數
由上式可知其小于最大牽引力 ,因此挖掘機在爬的時候履帶容易原地不動，因此不能實現爬坡。
為了使挖掘機可以爬坡，假設讓克服運行阻力的牽引力與地面附著力相等并求解此時可以爬過的角度
所以：
解上式得：
（增根）
由上式可知此角度符合設計要求，即為挖掘機可以實現爬坡能力的最大角。
4.3 原地轉彎能力的校核
原地轉彎的行走阻力由下面的公式求得：8085 1176
（4.3-1）
式中： ----轉彎阻力系數，取。
由上述結果可知挖掘可以在尋常路面實現原地轉彎，因此符合設計要求。
4.4 接地比壓運算
履帶式挖掘機行走的功能與穩(wěn)定性很大程度上決定了其可以承載重量的多少。挖掘機在平穩(wěn)的地面運動時可以近似的取其重心為支撐面的中心，因此:
或 （4.4-1）
式中： P----履帶平均接地比壓；
M----挖掘機工作質量；
g----重力加速度；
L----履帶接地長度；
b----履帶寬度；
因此：
挖掘機可不可以通過什么軟度的地面上行走主要取決于挖掘機與地面之間的相互作用力。由圖可知挖掘的重力主要作用在兩條履帶上，因此假設一條履帶上承受挖掘機的重力為P， 偏心距為e,則履帶兩端的最大最小比壓分別為
（4.4-2）
以下為推導過程：
由于 則：
由則：
則由（1）得到：
由（2）得到：
則得到：
偏心距的不同比壓分布也各不相同，偏心距取0,則比壓呈矩形；但是當偏心距為e/6比壓呈三角形，因此其比壓值為：
最小比壓：
最大比壓： (4.4-3）
由上可知這些比壓滿足設計要求
4.5 行走減速機液壓馬達的選取
由速度v以及驅動輪節(jié)圓直徑可以得出減速機的主要數據。
減速機輸出扭矩：
式中：
T----一側最大牽引力
---- 一側驅動輪機械效率
減速機輸出扭矩：
或
減速機傳動比：
1.由減速機的傳動比選取減速機規(guī)格；
2.減速機規(guī)格確定時其馬達容量就會確定；
3.減速機轉動比ig：
式中：
P----系統(tǒng)壓力
qm----馬達排量
----馬達機械效率；
----減速機機械效率。
由上面幾個數據可以推導出液壓馬達的各個參數：
式中：
Mm----馬達輸出扭矩
式中：
----馬達轉速。
式中：
----馬大排量。
4.6 接地長度、軌跡校核以及最小離地間隙的確定
由前述可知履帶接地長度可以用導向輪與驅動輪兩者之間的距離取代。挖掘機行動的平穩(wěn)性與行走功能好壞都受到接地長度與規(guī)矩的影響。因此為了保重整機的運行正常應該選擇合理的接地長度。由于工作環(huán)境的差異并不是整個履帶都與地面進行接觸所以存在最大接地比壓，最大接地比壓為:
有上述可知較小的L/B反而會加大以及降低其行走功能。挖掘機運轉過程主要解決滾動以及轉彎阻力，同時轉彎阻力的公式為：
式中： ----履帶板對地面的摩擦系數。
因此可以知道，區(qū)別常值的L/B值會增大轉彎阻力，阻礙轉彎性能。因此為了保重整機的運行正常應該選擇合理的L/B值。
原地轉彎能力的分析可以檢驗校核L/ B的比值。
式中：
----履帶板修正系數,b為履帶板寬度;
G----整機機重;
T----行走最大牽引力；
S數值的不同也影響著機械的轉彎功能：當時,機械轉彎失去轉彎功能;?當時,機械轉彎恢復轉彎功能;但當時機械可以完成很好的轉彎動作。因此對于L/B的值的選擇具有嚴格的要求:
根據本設計前述數據得b=0.4m;B=1.9m;G=6000*9.8=58800;L=2.5m
因此L/B的值滿足此設計的要求。
離地間隙的數值不同也會對機械產生非常大的影響列如影響機械運行以及穩(wěn)定性等。
因此對于離地間隙也有要求：
式中：
h----最下離地間隙
G----為整機質量
5 參考文獻
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