履帶式液壓挖掘機行走裝置的設計【含CAD圖紙、說明書】

履帶式液壓挖掘機行走裝置的設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,履帶式,液壓,挖掘機,行走,裝置,設計,cad,圖紙,說明書,仿單 摘 要 在國民經(jīng)濟建設中，特別是城市建設，土木工程，水利建設，道路建設，機場建設，采礦，碼頭建設，改良耕地和工程機械正在發(fā)揮越來越重要的作用。盡管有各種各樣的建筑機械，但它們基本上可分為動力裝置，行走裝置和工作裝置。挖掘機行走裝置的主要功能是提供驅動挖掘機所需的驅動力?？蚣埽凶哐b置和懸架是組成挖掘機行走裝置的重要組成部分，因此挖掘機可以正常工作。本設計著重分析了挖掘機行走裝置中底盤的設計，并且附帶了一部分動力部分的設計。 本文在詳細設計履帶裝置的基礎上，設計了支重輪、驅動輪、托鏈輪、導向輪四帶一輪的結構，分析設計的各個輪并對部分關鍵部件進行了設計和檢查。 關鍵詞：挖掘機；行走裝置；張緊裝置； ABSTRACT In the construction of national economy, especially the urban construction, civil engineering, water conservancy construction, road construction, airport construction, mining, port construction, improvement of cultivated land and engineering machinery is playing a more and more important role. Although there are all kinds of construction machinery, they can be divided into power devices, walking devices and working devices. The main function of the excavator walking device is to provide the driving force needed to drive the excavator. Frame, walking device and suspension are important components of the excavator walking device, so the excavator can work normally. This design focuses on the design of the chassis in the excavator walking device and the design of part of the power part. In this paper, on the basis of the detailed design crawler device, design the roller, driving wheel, chain wheel, guide wheel four round structure, analysis and design of each wheel and part of the key components for the design and check. Keywords: excavator; Walking device; Tensioning device; Four-wheel area 目 錄 引 言 4 第一章、緒論 5 1.1本課題的意義和目的 5 1.2國內外小型挖掘機的發(fā)展 5 1.3設計要求 6 1.4液壓挖掘機概述 7 1.5液壓挖掘機的主要性能特點 7 1.6履帶式液壓挖掘機的基本組成 8 第二章、履帶行走裝置的整體設計 12 2.1行走裝置的選型 12 2.2履帶式行走裝置的各部分的功用及結構布置 12 2.3履帶 15 2.4行走裝置牽引力計算 18 2.5驅動輪的設計 24 2.6支重輪的設計及計算 26 2.7拖鏈輪的設計 27 2.8導向輪的整體設計 28 2.9履帶張緊裝置設計 28 2.10行走架的設計 29 第三章、液壓系統(tǒng) 31 3.1液壓系統(tǒng)概述 31 3.2行走裝置液壓馬達 31 3.3液壓系統(tǒng)原理圖 34 第四章 行走裝置減速器 35 4.1減速器方案的選擇 35 4.2傳動方案的選定 35 4.3減速器傳動比 35 4.4行星齒輪計算 36 4.5減速器結構的設計 40 第五章、總結 42 參考文獻 43 致 謝 44 引 言 近年來挖掘機發(fā)展迅速，應用于各個方面的基礎建設。我國中型挖掘機市場十分廣闊，恰好迎接新時代建設事業(yè)，是我國工程機械中相當重要的一種機械。挖掘機可以減輕繁重的工作壓力、提高工作效率、增快建設速度、增強工程質量。隨著近年來的發(fā)展，挖掘機已經(jīng)在工業(yè)建設方面有了舉足輕重的地位。由于互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，三維仿真技術的發(fā)展，挖掘機在各個方面的性能大幅提升。  第一章、緒論 1.1本課題的意義和目的 該挖掘機適用于各種建設工程，工作條件一般比較惡劣。道路的日常維護導致景觀有序推進，社區(qū)建設項目逐步增多，市政工程不斷升級。農田建設正在機械化，挖掘小挖應用的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。 使用鏟斗，推土機，液壓破碎機和其他工作設備后，可用于挖掘，裝載，清潔和粉碎。大型挖掘應用的市場環(huán)境正在擴大，并顯示出強勁的可預見的市場前景。 底盤設計的優(yōu)劣決定了整機的性能，合理的底盤設計是成功完成整個設計任務的重要保證。 1.2國內外小型挖掘機的發(fā)展 目前，中國挖掘機雖然比推土機等其他工程機械起步晚，但近年來發(fā)展迅猛，如以廣西玉柴為首的國內小型挖掘生產企業(yè)中，由山河情報，江西南特，山東臨沖，杭州筠連組成的小型挖掘隊已形成規(guī)模。未來的發(fā)展將長期受到兩大組成部分的影響。國內電力需要時間才能與進口電力競爭，而國內液壓部件需要付出巨大努力才能替代進口液壓部件。為適應市政建設和農田建設的需要，開發(fā)了斗容量小于0.25立方米的國外挖掘機。此外，中型和小型挖掘機的數(shù)量通常更加多樣化，并配備各種工作裝置 - 除挖掘機和挖掘機外。它還配備有起重，抓斗，平坡鏟斗，裝載鏟斗，耙齒，擠壓錐，麻花鉆，電磁卡盤， 振動器，推土機，沖擊鏟，裝配叉，高空作業(yè)平臺，卷軸和鏟斗以滿足各種施工需求。同時，正在開發(fā)特殊的低壓，低嗡嗡聲，以及水下和水陸兩用挖掘機等特殊挖掘機。 國外挖掘機注重采用新技術，新工藝，新結構，加快標準化，系列化和推廣。國外有許多生產制造挖掘機的公司，例如日本的日立、神鋼、小松、加藤、石川島久保田、竹內、長野，韓國的斗山、現(xiàn)代，美國的卡特、凱斯、山貓和歐洲的立渤海爾、JCB、特雷克斯、沃爾沃等等。我國挖掘機的生產技術目前與國外有著相當大的差距。 總之，目前國外挖掘水平和目前國外挖掘的發(fā)展水平可以說是逐步完善，越來越好，其功能的可靠性，即使駕駛室的外觀和質感與國內汽車相當，操作的流暢性和舒適性也不需要詳細描述。 目前，國外挖掘機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在： 以一機多能為目標的多功能化； 以提高操作性能為目標的智能化； 以節(jié)能為目標的功率模式控制； 基于動態(tài)設計分析的可靠性設計; 以人為本的駕駛室設計；基于電子技術的自動監(jiān)控系統(tǒng)的研制。 1.3設計要求 主要任務是挖掘，裝載，整地，起重等。 中型挖掘機相較于大型挖掘機小巧靈活，傾向于具有不止一級的能量，并配備各種工作裝置。 由于這臺機器的特性貼近人們，除了耐磨性，可靠性和運行效率的設計要求外，除此之外，以下幾點也相當重要： 1.機械操作過程中不得與周圍人員，物體碰撞，要求穩(wěn)定性好。 2.保持低噪音，低振動和低噪音。 3.能夠快速適應周圍環(huán)境。 4.盡可能擴大使用功能，可以安裝各種配件，應該成為一般工程機械。 易于操作，任何人都可以在學習后盡快操作 在設計液壓挖掘機行走裝置時，必須滿足以下幾點： 1.滿足使用要求，滿足經(jīng)濟要求，滿足勞動保護要求，滿足技術要求，滿足機器的結構和性能要求，滿足某些部件的磨損要求; 2.在不增加行走裝置總高度的前提下，行走裝置應有大的離地間隙，以便挖掘機能在不平坦的地面行走，傳遞性能好。努力提高機器對各種操作條件和操作要求的適應性; 3.降低挖掘機的地面壓力或增加承載面積以提高挖掘機的穩(wěn)定性。當挖掘機下坡時，不會出現(xiàn)超速現(xiàn)象，在挖掘過程中不會滑落，提高了工作的安全性和可靠性; 4.行走裝置的挖掘機外形尺寸應符合道路運輸要求，外形美觀; 5.每個組件或組件的性能應該協(xié)調一致。不要盲目追求某一部分的最佳表現(xiàn)，否則可能導致整體表現(xiàn)惡化或造成薄弱環(huán)節(jié); 6.正確處理繼承與創(chuàng)新之間的辯證關系，采用成熟的技術，進行深入的理論分析，進行必要的科學實驗，勇于創(chuàng)新。  1.4液壓挖掘機概述 履帶式液壓挖掘機是使用液壓系統(tǒng)提供動力來實現(xiàn)各種工程的實用機械。還可更換多種工作裝置，由于其接地率低，爬坡能力強，牽引力大，靈活性強，操作平穩(wěn)，操作和控制方便等特點，廣泛應用于土石方施工項目。據(jù)統(tǒng)計，有超過52%的工程都需要中型履帶式液壓挖掘機來完成。 圖2-1 挖掘機整體外形結構組成 1.5液壓挖掘機的主要性能特點 液壓挖掘機由分動箱驅動或直接由液壓泵驅動。由液壓油管，液壓驅動電機或液壓缸組成的液壓系統(tǒng)和先導閥組驅動各種執(zhí)行機構（包括工作裝置，旋轉裝置和行走裝置）。實現(xiàn)各種挖掘機作業(yè)操作。機械式挖掘機是一個復雜的傳動系統(tǒng)，通過發(fā)動機直接驅動齒輪，鋼絲繩，鏈條和其他傳動部件。驅動每個致動器以實現(xiàn)挖掘機的各種工作行為。與機械挖掘機使用的機械傳動相比， 液壓傳動具有許多優(yōu)點： 1）整機布局緊湊，結構簡單，機器重量小。 液壓挖掘機比機械挖掘機小40％至60％。 2)生產率高，挖掘力大。 3）越野性能好，步行速度穩(wěn)定，地面壓力低，牽引力大，爬坡能力強，機動性好。 4）液壓系統(tǒng)采用高壓變量，傳動簡單，性能優(yōu)越，運行平穩(wěn)，操作和控制方便。 5）采用液壓先導伺服控制和各種自動監(jiān)控系統(tǒng)，使駕駛員操作簡單，靈活準確，便于理解和掌握各機構的工作情況。密封的駕駛員外表美觀，室內噪音低。駕駛室的下部配備了減震裝置，以減少駕駛室的振動。 6）液壓挖掘機可用于替代各種類型的作業(yè)設備，如反鏟挖土機，挖掘機，抓斗，液壓剪，液壓錘等操作裝置。動臂和斗桿可以加長或縮短，以使挖掘機滿足各種工作環(huán)境的操作要求。 7）液壓挖掘機鏟斗實用相較于其他種類更加穩(wěn)定可靠。該功能使液壓挖掘機適用于選擇性采礦作業(yè)，并可清理和清理工作表面。這對于挖掘大型鏟斗機尤為重要，可以通過分配礦石來選擇礦石。提高采礦回收率，減少工作面輔助設備，降低采礦成本。這也是使用大型或巨型液壓挖掘機取代礦山采掘機械鏟的重要原因。 1.6履帶式液壓挖掘機的基本組成 根據(jù)挖掘機的整體結構，履帶式液壓挖掘機分為工作裝置，上轉臺機構和步行 裝置三大部分。根據(jù)各部分的功能，履帶式液壓挖掘機主要分為： 1、液壓傳動系統(tǒng) 2、控制系統(tǒng) 3、回轉裝置 4、行走裝置 5、工作裝置 6、金屬結構件的骨架 圖2-2 中型液壓挖掘機部件組成 1．6．1工作裝置 反鏟裝置是施工過程中最常用的作業(yè)裝置，與其他作業(yè)裝置有關。 主要有以下優(yōu)勢： 1）更適合于地面平面下的開挖工作，大部分土方施工屬于這種類型的作業(yè)，也是一種更安全的施工方法; 2）工作時，鏟斗的挖掘機向下，有利于整機的平衡與穩(wěn)定。 3）作業(yè)區(qū)域整機下，挖掘和卸載作業(yè)有利于控制; 4）與運輸車輛處于同一高度的停車場，方便裝卸車輛，并可設計大角度的斗式結構。 利于鏟斗卸凈。 反鏟作業(yè)裝置主要用于挖掘土方工程和下面的土方工程。在反鏟作業(yè)裝置布置的設計中，應考慮諸如平臺高度，運輸高度和偏轉角度等因素。 1.6.2動力裝置 作為施工常用的自行式土石方作業(yè)工程機械，液壓挖掘機往往在現(xiàn)場粉塵狀況下工作，環(huán)境溫度變化較大，變載條件下工作。不利于維護和維修。這就要求挖掘機動力裝置要穩(wěn)定，安全，可靠，耐用，而且動力性好，經(jīng)濟性好。柴油驅動是液壓挖掘機最常用的動力驅動模式。與其他電廠柴油發(fā)動機相比，它具有高熱效率，低燃料消耗率（比汽油發(fā)動機低約20％ - 約40％），工作穩(wěn)定可靠，耐用性好。可以滿足挖掘機施工工作環(huán)境苛刻，可變載荷的工作要求。 電力系統(tǒng)主要分為柴油機和動力裝置，設備，消聲器，油箱潤滑系統(tǒng)，油箱，冷卻裝置及其管道等。柴油發(fā)動機安裝在機器的后部并縱向排列。 1.6.3回轉裝置 回轉裝置是用于支撐或放置液壓挖掘機部件的支撐部件，除了底盤部件之外的所有部件都布置在上部。包括柴油機總成，工作總成，液壓系統(tǒng)部件總成，駕駛室總成和配置等，所以旋轉裝置必須有足夠的空間和承重能力。當挖掘機進行回轉運動時，回轉裝置上的部件在回轉工作時會產生非常大的轉動慣量。由于挖掘阻力的反作用，旋轉裝置也將受到較大的力和力矩，同時考慮到載荷和沖擊的突然變化，它也必須承受較大的動載荷。因此，旋轉裝置的作用力非常復雜和不好，其結構形式，剛度和強度應滿足工作要求?；剞D裝置包括回轉環(huán)和回轉齒輪。目前斜盤式液壓馬達旋轉減速機的結構不斷完善，集成了常閉式制動閥和啟停式過載閥。反向閥等部件大大提高了液壓挖掘機回轉裝置的綜合性能，常用于液壓挖掘機上。 1.6.4液壓系統(tǒng) 由于液壓系統(tǒng)的存在，柴油機的動力可以通過液壓泵轉換成液壓能。然后，能量通過液壓油管路，閥門和液壓管路傳輸?shù)揭簤焊缀鸵簤厚R達。驅動行走裝置，旋轉裝置，工作機構等輔助裝置，液壓挖掘機的結構和工作條件決定其運動更為復雜。 隨著液壓系統(tǒng)的傳輸，機械能轉化為液壓能，然后機械能轉化為能量轉換。工作單元液壓系統(tǒng)采用開放式液壓系統(tǒng)。開放式液壓系統(tǒng)是指液壓泵通過各種類型的控制閥沿著路線從儲罐向致動器泵送壓力?；赜屯ㄟ^換向閥流回油箱，封閉系統(tǒng)直接連接到執(zhí)行機構的回油口15 I。為了滿足挖掘機工作裝置的要求和挖掘機的直行需要，液壓油泵和執(zhí)行機構之間的關閉周期，雙泵雙回路變量液壓系統(tǒng)常用于中小型液壓挖掘機。 1.6.5行走裝置 作為整個液壓液壓挖掘機的結構支撐，行走裝置承擔整個機器的所有部件的重量和挖掘機工作裝置上的挖掘作業(yè)阻力的轉換形式（拖拽阻力或扭矩作用） 。 允許挖掘機在工作臺上穩(wěn)定工作。當挖掘機需要在工作現(xiàn)場或長距離移動時，行走裝置是整個機器的移動平臺，具有路面和非道路車輛的大部分特征。液壓挖掘機行駛裝置結構一般為履帶式結構和輪胎式結構，還有其他形式，例如步行式，浮動式和水陸用途，鏈輪，履帶，行走裝置，張緊器，行走架和推土機。在下面的章節(jié)中將重點討論履帶裝置設計參數(shù)和典型條件下的受力分析和計算。 2.6.6電氣與電子控制系統(tǒng) 液壓挖掘機電子電氣系統(tǒng)主要包括電源電路，柴油機電路控制，數(shù)字儀表，操作電氣控制系統(tǒng)，車載電器配件等組成。挖掘機電氣控制系統(tǒng)集成了機電液控信息控制技術，使挖掘機的智能超控水平和整機性能大大提高?，F(xiàn) 機電液一體化綜合控制技術在世代挖掘機的開發(fā)和應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1）通過互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)不在場監(jiān)視并且能處理各種突發(fā)情況。 2）發(fā)動機的電子節(jié)氣門控制通過主控制器MC（主控制器）實現(xiàn)。柴油機智能控制，液壓泵功率匹配和功率模式，運行模式，自動怠速等此外，發(fā)動機采用高壓共軌噴油系統(tǒng)。 現(xiàn)在用挖掘機進行通訊和監(jiān)控。 3）融合GSM / CDMA技術，互聯(lián)網(wǎng)技術和GPS技術的遠程智能控制和通信技術 該技術實現(xiàn)了挖掘機的遠程通訊和運行監(jiān)控和調整。 43 第二章、履帶行走裝置的整體設計 2.1行走裝置的選型 履帶式行走裝置是應用最廣泛的液壓挖掘機。履帶行走裝置的主要優(yōu)點是： 雙速行走電機是目前液壓挖掘機最為廣泛使用的電機，另外除特殊用途各式各樣的底盤也趨于相同。由于挖掘機一般在山區(qū)和丘陵等艱苦環(huán)境工作并且發(fā)生故障時維修不易，因此，履帶式挖掘機已經(jīng)逐漸成為最為廣泛使用的挖掘機類型。 圖 3-1履帶行走裝置結構圖 1—驅動輪；2、4—剛性懸架；3—托鏈輪； 5—支重輪；6—張緊裝置；7—導向輪；8—履帶。 2.2履帶式行走裝置的各部分的功用及結構布置 履帶式行走裝置的功能是支撐整個機體和機器的質量。其主要作用是獲取機械行駛所需要的牽引力，并且緩和行走過程中產生的各種沖擊與振動。 履帶式行走裝置的結構主要為：履帶、緩沖裝置、托鏈輪、支重輪、驅動輪等等，是兩個結構完全相同的部件，他們分別安裝在挖掘機的兩側。 2.2.1驅動輪 驅動輪的最基本要求就是在銷套受到磨損時不能出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，必須保證嚙合平穩(wěn)。履帶挖掘機等工程機械大多為后輪驅動，這樣可以使行駛更加平穩(wěn)，減少一定的功率損耗，也可以縮短履帶張緊段。驅動輪高度hk和直徑尺寸Dk與其離地間隙和離去角也有密切關系。 圖3-2 驅動輪的典型結構 2.2.2支重輪 支重輪的主要作用是支撐整個挖掘機，通常由各式各樣的螺釘固定在輪架方面。同時，支重輪可以保證機械沿著履帶方向正常型式，不得出現(xiàn)脫軌等嚴重情形。支重輪由于常常受到巨大載荷，防止各種沖擊應當適當調節(jié)履帶的節(jié)距來保證挖掘機平穩(wěn)運行和正常工作。 一般的履帶式挖掘機每側都會有數(shù)個支重輪，增加支重輪數(shù)量會引起直徑減少，但能夠使接地壓強更加均勻，減小履痕。 1 2 3 4 5657 8 9 圖3-3支重輪的典型結構及其組成 1—螺塞；2—端蓋；3—軸；4—軸套； 5—浮動油封；6—浮動油封環(huán)；7—O形圈；8—銷 2.2.3導向輪 導向輪可以增加與地面的接觸，減小壓強，使得履帶正常運轉，方向盤的大部分輪子是肩環(huán)在中間用作導向，通常由光滑面制成的。導向輪中間擋肩環(huán)兩側坡度應該漸漸變小。 雖然導向輪直徑越大越可以減小沖擊，但由于履帶結構空間有限，一般選擇適中的即可，如比驅動輪低20-50mm。使軌道的上部可以根據(jù)其重量向前推移。如果希望挖掘機的轉向能力得到加強，則應當減小導向輪與支重輪間的距離。為了保證履帶運行的平穩(wěn)，導向輪與支重輪間的距離應當是履帶節(jié)距的三倍以上。導向輪的結構如圖所示： 圖3-4 導向輪的典型結構及其組成 1—輪體；2—浮動油封；3—浮動油封環(huán)；4—螺栓；5—墊圈； 6—銷；7—連接板；8—密封圈；9—滑軌；10—軸套；11—螺塞 2.2.4張緊裝置 緩沖裝置的主要功能是保持軌道在一定程度上的密封性。保證履帶張進并且能夠正常工作。同時，當障礙物或軌道卡在引導輪之前的硬物體如石頭上時，可以允許履帶過緊，避免損壞挖掘機，回到正常路面后導向輪恢復到原來的位置。張緊裝置的典型結構及其組成如圖2-5所示： 圖3-5 張緊裝置的典型結構及其組成 1—張緊油缸；2—彈簧；3—限位套4—支承座； 5—螺母；6—螺釘；7—組合墊圈；8—加油工具 2.2.5拖鏈輪 托鏈輪能夠減小履帶下垂，因為他可以將履帶上部托起。桶輪凸緣的上平面高度與ht1和0.5Dt的總和等于或大于驅動輪0.5的圓周半徑，防止綠帶下垂，容易斷開連接。托鏈輪的位置尺寸lt2≈0.4L，。托鏈輪的結構及其組成如圖2-6所示： 圖3-6 托鏈輪的典型結構及其組成 1—端蓋；2—螺塞；3—螺釘；4—墊片；5—軸套； 6—輪體；7—浮動油封；8—浮動油封環(huán)；9—端蓋；10—軸 2.3履帶 履帶是挖掘機行走裝置的重要組成部分。挖掘機履帶根據(jù)材料可分為鋼軌和橡膠履帶。鋼履帶是最常用的挖掘機履帶，因為它相較于挖掘機橡膠履帶有著耐磨性好，維護簡單和經(jīng)濟性好等等有點，而在小型液壓挖掘機中使用橡膠履帶，以保護路面不受損壞。 圖2-1 組合式履帶示意圖 2.3.1履帶的設計 由設計已知條件，斗容量，那么整機質量 1.履帶寬度： 式中：表示整機質量，t； 表示履帶長度尺寸系數(shù)，取1.4（1.25--1.5）。 2. 軌距： 式中：表示整機質量； 表示履帶長度尺寸系數(shù)，取0.75（0.75--0.85）。 3.履帶接地長度： 式中：表示軌距長度系數(shù)，取1.55（1.20--1.70）。 4.履帶板寬： 式中：表示履帶平均接地比壓，Pa； 表示履帶板寬，m； 表示履帶高度，m； 表示履帶接地長度，m； 表示挖掘機整機質量，t。 根據(jù)國家標準規(guī)格選用。 5.底盤總寬： 6.導向輪與前段支重輪的間距： 式中：間距尺寸系數(shù)，??； 標準化履帶節(jié)距，本設計依照國家標準規(guī)格，取。 6. 驅動輪與履帶底盤后端支重輪間距： 式中：間距尺寸系數(shù)，取。 7. 相鄰兩支重輪間距： 式中：支重輪間距尺寸系數(shù)，取。 8. 單邊支重輪數(shù)量： 9. 履帶兩端支重輪間距： 10. 底盤最小離地間隙： 為了保證提高底盤，同時使挖掘機工作更加穩(wěn)定，重心應盡可能降低，取。 12回轉轉臺離地高： 式中：離地高度尺寸系數(shù)，取。 表3-1 履帶行走裝置基本尺寸系數(shù)（單位：） 履帶長度 3950 軌距 2100 底盤最小離地間隙 370 履帶板寬 450 底盤總寬 2550 履帶接地長度 3255 支重輪間距 308 單邊支重輪數(shù)量 9 爬坡能力 2.3.2.?履帶板結構的選擇 標準化的履帶板主要單、雙、三筋這三種。三筋式履板強度與剛度較高，承載能力相當大，并且由于筋的特點可以使轉向更加簡單，因此主要用于小型礦山機械。三筋板上具有特殊的清泥孔可以保持挖掘機正常運轉。當鏈輪通過驅動輪時，軌道齒上的泥漿可以通過齒輪齒自動去除。相鄰的兩個軌道板由重疊部分組成，以防止高應力被困在軌道板之間。 2.4行走裝置牽引力計算 2.4.1 發(fā)動機功率的確定 根據(jù)經(jīng)驗公式估算： 因為柴油機功率應當完全符合機械需要的動力要求，取發(fā)動機功率為 2.4.2 反鏟最大挖掘力 式中：表示反鏟挖掘時最大挖掘力，； 反鏟鏟斗挖掘阻力系數(shù)，取。 2.4.3 挖掘機行進最大轉彎力矩： 式中：履帶行走裝置轉彎系數(shù)，取； 履帶摩擦系數(shù)，不良路面取。 2.4.4履帶平均接地比壓： 式中：表示履帶平均接地比壓，； 表示履帶板寬，； 表示履帶高度，； 表示履帶接地長度，； 表示挖掘機整機質量，。2.4.5土壤的變形阻力 土體變形的阻力是由履帶引起的土體變形引起的。土壤變形阻力計算如下： （3-8） 式中：——土壤變形阻力，； ——運行阻力比，?。? ——挖掘機重力，。 表3-2 運行比阻力 地面種類 運行比阻力 地面種類 運行比阻力 瀝青公路 0.03～0.04 野路 0.09～0.12 石砌公路 0.05～0.06 深砂、沼地、耕地 0.10～0.15 堅實土路 0.06～0.09 所以： 2.4.6坡度阻力 式中：坡度阻力，； ——坡度角，。 2.4.7轉彎阻力 履帶行走裝置的轉彎阻力相當復雜，本設計簡單認為其在轉彎過程的弧線可以近似看為折線運動，則其運動過程可以簡化為如圖所示： 那么，其繞中心點的旋轉力矩為： 式中：履帶接地比壓，； 轉彎摩擦系數(shù)。 因此，單條履帶轉彎力矩： 式中：挖掘機整機質量，； 接地長度，。 本設計行走裝置為雙履帶，因此轉彎阻力矩為： 可以由經(jīng)驗公式得： 最大摩擦因數(shù) 表3-3 履帶行走裝置轉彎時與支撐面間最大摩擦因數(shù) 取附加阻力系數(shù)，行走裝置運行轉彎阻力為： 2.4.8履帶運行的內阻力： （1） 驅動輪與履帶間的嚙合阻力： 式中：履帶行走張緊力，； 嚙合效率，常取 （2） 驅動輪與導向輪軸頸間的摩擦阻力： 當挖掘機向前行駛且驅動輪正向旋轉如圖所示，在點處的摩擦阻力為： 式中：； ，； ，； ，； 。 當挖掘機向前行駛且驅動輪反向旋轉如圖所示，在點處的摩擦阻力為： 通常，，所以，因此挖掘機行走時一般靠后面輪子驅動。 （3） 履帶軸銷間內摩擦阻力： 履帶節(jié)距為，驅動輪齒數(shù)。每塊履帶板轉動角度為度，則每塊履帶板摩擦做功為： 式中：履帶行走所受拉力，； 內摩擦因數(shù)，??； 履帶軸頸外徑，。 則內摩擦阻力為： 因此，每條履帶板及軸銷間的內摩擦阻力經(jīng)換算為： （4） 支重輪內部摩擦阻力為： 式中：履帶上總質量，； 支重輪銷軸外徑，； 支重輪滾動摩擦系數(shù)，； 支重輪銷軸內摩擦系數(shù)，取0.1； 綜上所述，每條履帶行進內阻力可表示為： 初始時，履帶行走裝置內阻力可表示為： （5） 挖掘機常常在惡劣環(huán)境下工作，啟動時受慣性力作用。 （6） 履帶運行風載阻力： 式中：挖掘機所受風壓，?。? 挖掘機迎風面積，本設計取。 綜上所述，坡道阻力和轉彎阻力占比較大，尤其是液壓挖掘機的阻力大于履帶式履帶式起重機的機械阻力，且不能同時進行的。所以，在坡道上應該考慮挖掘機直道行走，而直到上應考慮轉彎狀況。 所以， 爬坡時： 轉彎時： 式中：牽引力，； 運行阻力，； 坡度阻力，； 風荷載阻力，； 轉向阻力，； 慣性阻力，； 內阻力，； 因此，牽引力取值，則每條履帶的牽引力 為履帶牽引效率，取。 2.4.9牽引力校核 為了保證挖掘機在坡道上的運行，應計算出粘附力，即牽引力必須小于軌道與地面之間的粘附力。 公式：—粘著系數(shù)為0.9。 —地面附著力，； —整機重量，； —坡度角，。 表3-4 履帶和地面間的附著系數(shù) 地面情況 平履帶 具有尖筋的履帶 地面情況 平履帶 具有尖筋的履帶 公路 土路 不良野路 0.3~0.4 0.4~0.5 0.3~0.4 0.6~0.8 0.8~0.9 0.6~0.7 難以通過的斷絕路 結冰的堅實道路 0.2~0.3 0.15~0.3 0.5~0.6 0.3~0.5 所以： 所以，滿足設計要求。 2.5驅動輪的設計 驅動輪的主要性能是使齒輪嚙合穩(wěn)定。由于銷套的磨損，軌道在拉伸時仍能很好地嚙合。因此，驅動輪由具有更高淬透性和較高熱靈敏度的材料制成。輪齒的熱處理為中頻淬火，回火，硬度一般為HC55～58。 驅動輪主要包括齒形的設計，驅動輪尺寸的確定以及強度校核。 圖3-2 驅動輪示意圖 2.5.1驅動輪的齒形設計 驅動輪的齒形有凸形、直形和凹形。目前，采用兩種履帶式工程機械。 一般來說，對驅動齒輪形狀的要求如下： 1、減小沖擊力。 2、減小齒輪磨損。 3、保證挖掘機正常工作。 2.5.2驅動輪主要參數(shù)的確定 （1） 驅動輪節(jié)距應與履帶間節(jié)距相同，，履帶銷套直徑： （2） 驅動輪常選取奇數(shù)齒數(shù)，故本設計選取 （3） 驅動輪節(jié)圓直徑： （4-1） 式中：驅動輪節(jié)圓直徑，； 履帶節(jié)距，； 嚙合齒數(shù)，。 （4）驅動輪齒根圓直徑為： （5）驅動輪齒頂圓直徑為： 式中：齒頂圓尺寸系數(shù)，取0.165。 （7） 強度校核 根據(jù)機械零部件校核公式對其強度進行驗算，需要滿足以下條件： 式中：驅動輪輪齒寬度，?。? 履帶鎖緊銷外徑，查標準得； 輪齒擠壓應力需用強度，，取 經(jīng)校核檢驗，符合強度要求。 2.6?支重輪的設計及計算 支承輪的設計主要包括支承輪的尺寸確定和強度校核。 2.6.1支重輪外形尺寸的選擇 挖掘機的重量通過支撐輪傳遞到地面。當工件不均勻時，往往會受到?jīng)_擊，載荷輪的載荷較大。因此需要可靠的輪輞密封和耐磨性。 目前，國內有兩種結構，主要為直形和肩形。支撐輪體分為兩部分，軸兩端有密封軸圈。 圖3-6支重輪示意圖 2.6.2確定支重輪個數(shù) 根據(jù)上述條件，本設計每側履帶支重輪的數(shù)量為8個，通常有以下要求： 式中：為履帶節(jié)距； 為支重輪間距 相鄰兩支重輪間距： 因此，本設計根據(jù)國家標準選擇支重輪的型號為：支重輪。 2.7拖鏈輪的設計 支撐輪用于支撐上軌道，防止軌道側滑。如圖6-1所示 其結構如圖6-1所示。 圖3-3拖鏈輪示意圖 表3-6托鏈輪的結構尺寸/mm 安裝尺寸 外形尺寸 配合尺寸 特性尺寸 浮封表號 浮封膠圈表號 軸承型號 A B D C 7010AC 96 50 290 150 50 80 82 120 本設計托鏈輪為4個，左右各兩個。 2.8?導向輪的整體設計 導向輪的典型結構及其組成如圖7-1所示： 圖3-4 導向輪示意圖 導向輪的作用是使履帶能夠正常繞轉，而中間擋肩環(huán)具有一定的導向作用，防止履帶跑偏或者脫軌。本設計選取能和171型履帶相配合的導向輪，依據(jù)國家標準對應的導向輪，最大外圓直徑為，中間擋肩環(huán)寬度，高度為28。 軸的基本尺寸為60。 2.9?履帶張緊裝置設計 張緊裝置的主要功能是確保履帶板的適當?shù)牧?。張緊裝置上的緩沖彈簧可以有效減小因沖擊力引起的履帶和驅動輪磨損 緩沖彈簧應該能在履帶上形成預緊力。如果履帶在雜物卡入其中時，彈簧應該有一定的預壓縮量，來保證各個零件的正常運行。因此，它的主要效果是：不能因為外界沖擊力而影響齒輪系的嚙合。 圖3-5 張緊裝置示意圖 2.10行走架的設計 行走架由底架和履帶架構成，由于其是承重結構，因此需要用高強度材料制成，如16Mn。 行走架一般分為如圖所示兩種類型。履帶式起重機通常采用“開門”部分，其下部為開口，導向輪、支重輪、驅動輪均安裝在履帶架上。 圖3-11組合式行走架 圖3-12整體式行走架 組合式行走架主要由于剛性差，質量大，制造較復雜等缺點在日常生活中不實用，但其有點是可以通過簡單的改裝便可以加寬橫梁和增長履帶。 整體式行走架在目前的液壓挖掘機被廣泛采用，因為它具有結構簡單，剛性強，質量小等等優(yōu)勢。這種結構可以通過工廠流水線生產以降低成本，支重輪的數(shù)量一般可以裝填5-9個之多。 1．懸架 懸架的主要作用是將機重傳遞到支重輪，進一步傳送到履帶，而履帶和支撐輪的沖擊力通過齒條傳遞給齒條。這種懸架可以保持駕駛室的穩(wěn)定，具有一定的緩沖作用。 工程機械底盤常采用以下兩種：剛性與非剛性。剛性底盤用于重工業(yè)或農業(yè)中需要承載巨大沖擊的機械，如：挖掘機、推土機等等。因為這些機器通常在運行期間不運行，并且它們只能在短距離的短距離內運行。半剛性懸掛在履帶式推土機中得到了廣泛的應用。它通過彈性元件將零件的一部分傳遞到支撐輪。半剛性底盤的結構主要為臺車架和彈性元件。 2．臺車架 臺車架的結構應當具有相當?shù)膹姸?，因此一般為各種橫板焊接而成的矩形框架，用于加強縱梁。挖掘機產生的巨大沖擊可以由此結構削減一部分。在縱向梁的前側和左側上、內側焊接有用于引導車輪支撐的導向條。彈簧箱也焊接在縱梁的上平面上，以便安裝張緊彈簧。斜支撐墻焊接在平臺框架的內表面上。 3. 彈性平衡元件 彈性平衡元件一般采用如圖所示的機構，因為在半剛性懸架上的元件結構簡單，可以大幅度減小沖擊。固定支架3用螺釘安裝在左右框架的前部。橡膠塊4放置在支撐件V形槽的左右兩側。2為活動支架可以放置在3固定支座上的橡膠塊。平衡梁1用鋼板焊接。它是一個帶有魚腹形梁的空心梁。在活動支架的全面兩端分別放置，中心梁與框架前部的橫梁鉸接。 4．機架 履帶式站架有兩種型式：全梁式和半橫梁式。機架是用后橋箱使其成為一個完全封閉的框架，它的前部大梁寬而窄，并焊接有元寶形衡量，平衡梁與銷軸相鉸接。 第三章、液壓系統(tǒng) 3.1液壓系統(tǒng)概述 挖掘機液壓系統(tǒng)主要有以下兩種： (1)分功率變量系統(tǒng)。 (2)全功率變量系統(tǒng)。 定量系統(tǒng)的發(fā)動機功率取決于外部負載的最大值，而可變系統(tǒng)則基于平均外部負載。 定。定量系統(tǒng)所需的功率與同級挖掘機工作速度相同，比變量系統(tǒng)的值高30％?40％。平均功耗只能達到60％左右，變量液壓系統(tǒng)在變量調節(jié)范圍內可達到100％效率理論。另外，功率利用率越低，系統(tǒng)熱量越嚴重，組件的故障和內部故障就越嚴重。因此，就節(jié)能和可靠性而言，應該使用可變系統(tǒng)311。就分數(shù)功率可變系統(tǒng)而言，全功率可變系統(tǒng)的功率被充分利用，系統(tǒng)產生的熱量較少。由于兩工作泵的流量是相等的，所以很容易確保左右軌道的軌道速度彼此相等以實現(xiàn)穩(wěn)定的直線行駛運動。 其次，由于工作裝置的各個部件根據(jù)復合運動的要求布置在不同的電路中，所以很容易實現(xiàn)協(xié)調的復合運動。特別是，當一個回路的負載非常大時，由于兩個泵通過相同的流量，可以實現(xiàn)更快的運行速度。但是，單純依靠上述調整機制來實現(xiàn)各部分動作的完全協(xié)調仍存在很大困難，并且在重新循環(huán)中需要更復雜的附加調整機制。 液壓系統(tǒng)設計的步驟： 1） 明確液壓液壓系統(tǒng)使用要求，進行負載特性分析。 2） 設計液壓系統(tǒng)方案。 3） 計算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)。 4） 繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖。 5） 選擇液壓元件。 6） 驗算液壓系統(tǒng)性能。 7） 液壓裝置結構設計。 8） 繪制工作圖。 3.2行走裝置液壓馬達 液壓馬達作用是將液壓能轉換為實現(xiàn)連續(xù)回轉運動機械能。液壓馬達可分為高速小扭矩馬達（轉速高于500）和低速大扭矩液壓馬達（轉速低于500）。高速液壓馬達的基本形式有齒輪式、螺桿式、葉片式、軸向柱塞式等，優(yōu)點是轉動慣量小、便于啟動和制動、調節(jié)靈敏度高等，但缺點是輸出轉矩很小，拖動低速負載時需加設減速裝置。低速液壓馬達通常采用徑向柱塞式、葉片式、擺線式等，其特點是排量大、轉速低、輸出轉矩大，可直接與其拖動的工作機構連接而不需要減速裝置，但其體積較大。 每轉排出的工作液體恒定的液壓馬達為定量馬達；可以通過變量機構實現(xiàn)排量調節(jié)的液壓馬達，稱為變量馬達。 在不計算效率損失的情況下，液壓馬達的流量隨其轉速的增加而增大；而外部負載的大小隨著液壓馬達工作壓力的大小成正比的變化。一般液壓馬達可以在小于等于最大轉矩或最高轉速下正常工作，但不推薦同時在兩者的峰值下工作。 驅動輪扭矩： 式中：單條履帶牽引力，； 驅動輪節(jié)圓半徑，。 液壓馬達最大輸出扭矩： 根據(jù)挖掘機行走速度可以確定驅動鏈輪轉速范圍： 式中：行駛速度，，； 驅動輪節(jié)圓直徑，。 那么， 行走馬達排量： 式中：回油背壓，； 最大負重轉矩； 液壓馬達工作壓力。 液壓馬達機械效率 行走馬達最大流量： 式中：液壓馬達容積效率。 液壓馬達輸出功率： 式中：驅動輪節(jié)圓半徑，； 履帶最小行走速度； 行走機構效率，常取； 單條履帶牽引力，。 本設計選用的馬達型號為。 表4-1變量液壓馬達的技術參數(shù)表 最大允許流量 最大輸出回轉速度 最大減速比 最大使用輸出扭矩 最高使用壓力 液壓馬達最大行程容積 液壓馬達軸制動扭矩 3.3液壓系統(tǒng)原理圖 當行走操作閥動作時，PG右側節(jié)流后油的回油通道被關閉，油壓上升，是SQ閥往下移動，此時若有其他動作時，PG左側節(jié)流后油的回油動作被關閉，油壓上升，使TS閥往左移動，這樣P2泵的油通過TS閥給左右行走供油，P1泵給其他動作供油。 第四章 行走裝置減速器 4.1 減速器方案的選擇 行星齒輪減速器與普通齒輪減速器相比，主要有以下有點： 1) 體積小、質量輕、結構緊湊、傳動功率大、承載能力高； 2) 傳動效率高，工作可靠； 3) 傳動比大； 4) 運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力強。 因此，考慮到各個方面的原因，本設計選用行星齒輪減速器。 4.2 傳動方案的選定 行星減速器主要有以下最為經(jīng)典的三種傳動形式： 1） 高速馬達和定軸行星混合式行走減速機構 2） 低速大轉矩馬達和一級定軸齒輪減速機構 3） 斜盤式軸向柱塞馬達和雙行星排減速機構 圖4-1 軸固定行星減速器 4.3 減速器傳動比 運動學方程為： 式中：對應太陽輪轉速； 對應齒輪圈轉速； 對應行星架轉速； 特性參數(shù) 連續(xù)方程： 解得： 4.4 行星齒輪計算 1）行星排的正確嚙合與傳動，需要滿足以下四個配齒條件： ①傳動比條件； ②同心條件； ③裝配條件； ④相鄰條件。 2） 根據(jù)已知傳動比范圍，由機械設計手冊查表 選擇如下傳動比方案： 排數(shù) 太陽輪齒數(shù) 行星輪齒數(shù) 齒圈齒數(shù) 行星輪數(shù)目 第Ⅰ行星排 12 33 78 3 第Ⅱ行星排 18 30 78 3 4.4.1 行星齒輪模數(shù)計算與確定 由已計算的數(shù)據(jù)驅動輪的扭矩 則太陽輪的輸入轉矩為： 查表選取太陽輪和行星輪的材料為，淬火處理，加工精度為6級，查表得.內齒輪采用，調質處理，加工精度為7級，。 根據(jù)公式得許用接觸應力： 則初步中心距為： 下面由中心距估算模數(shù)得： 因此，取標準模數(shù)：。 1）第Ⅰ行星排的中心距： 3） 第Ⅱ行星排的中心距： 因此，兩行星排均不需要角度變位。 4.4.2 各行星齒輪幾何尺寸計 ① 第一排行星齒輪的幾何尺寸 1）太陽輪幾何尺寸 為了方便直觀表達，此處省略了計算過程。 項目 代號 計算結果/ 分度圓直徑 60 齒頂高 7.1 齒根高 4.15 齒全高 11.25 齒頂圓直徑 74.2 齒根圓直徑 51.7 節(jié)圓直徑 60 基圓直徑 26.38 齒頂圓壓力角 40.54° 2） 行星輪幾何尺寸 項目 代號 計算結果/ 分度圓直徑 165 齒頂高 2.9 齒根高 8.35 齒全高 11.25 齒頂圓直徑 170.8 齒根圓直徑 148.3 節(jié)圓直徑 165 基圓直徑 155 齒頂圓壓力角 24.84° 3） 內齒圈幾何尺寸 項目 代號 計算結果/ 分度圓直徑 390 齒頂高 6.12 齒根高 4.15 齒全高 10.27 齒頂圓直徑 377.76 齒根圓直徑 398.3 節(jié)圓直徑 390 基圓直徑 366.48 齒頂圓壓力角 14° ② 第二排行星輪的幾何尺寸 1）太陽輪幾何尺寸 項目 代號 計算結果/ 分度圓直徑 90 齒頂高 7.1 齒根高 4.15 齒全高 11.25 齒頂圓直徑 104.2 齒根圓直徑 81.7 節(jié)圓直徑 90 基圓直徑 84.57 齒頂圓壓力角 35.75° 2）行星輪幾何尺寸 項目 代號 計算結果/ 分度圓直徑 150 齒頂高 2.9 齒根高 8.35 齒全高 11.25 齒頂圓直徑 155.8 齒根圓直徑 133.3 節(jié)圓直徑 150 基圓直徑 140.95 齒頂圓壓力角 25.22° 3）內齒圈幾何尺寸 項目 代號 計算結果/ 分度圓直徑 390 齒頂高 6.12 齒根高 4.15 齒全高 10.27 齒頂圓直徑 377.76 齒根圓直徑 398.3 節(jié)圓直徑 390 基圓直徑 366.48 齒頂圓壓力角 14° 4.5減速器結構的設計 4.4.1齒輪軸的設計計算 按照扭轉強度條件初步估計軸頸： 式中：系數(shù)值，取（范圍：）； 軸傳遞功率，（取液壓馬達輸出功率）； 軸的轉速。 故考慮多方面因素，取軸頸，因此扭轉切應力為 式中：該軸傳遞扭矩； 抗扭截面系數(shù)。 且，故滿足要求。 4.4.2軸承的選用及校核 行星輪Ⅰ用軸承、銷套和螺栓連接在行星架Ⅰ上，下面進行其強度校核： 式中：當量動載荷，； 溫度系數(shù)，取1； 計算指數(shù)，滾子軸承； 軸承轉速，； 使用壽命。 ，滿足設計要求，因此選用圓錐滾子軸承30206。 第五章、總結 本次設計參考了多方面資料，對中型液壓挖掘機行走裝置進行了設計。 履帶型行走裝置相比于輪式行走裝置有著眾多的優(yōu)點，本文主要進行了四代一輪和工作載荷的設計，完成了行走裝置。 雖然設計的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在同學們的共同努力下，再加上老師的悉心指導，我終于順利地完成了這次設計任務。本次設計鞏固和深化了課堂理論教學的內容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運用所學過的知識和理論的能力，是我獨立分析、解決問題的能力得到了強化。通過本次設計我學到了很多東西，不但包括一些設計的方法，更重要的是，我學會了如何獨立思考，解決問題。在設計中，會不斷地遇到問題，這是就要我們去想辦法解決，讓我們去查資料，查手冊。在這次畢業(yè)設計中，我學會的一個解決問題的重要方法就是查設計手冊。 參考文獻 [1]李建功 機械設計[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2007.5 [2]《機械工程手冊》(拖拉機)和（汽車)，機械工業(yè)出版社，1978年。 [3]同濟大學、西安冶金建筑學院、哈爾濱建筑工程學院主編《工程機械底盤制造與設計》，北京：中國建筑工業(yè)出版社 [4]同濟大學主編.《單斗液壓挖掘機 》，北京：中國建筑工業(yè)出版社 [5]原思聰 主編.《機械工程CAD技術》，陜西科學技術出版社，2004 [6]閻季常 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[17]Planetary Gear Jrain Analyses The mechenisms conference and interns-tional symposium on gearing and transmissions 1972. 致 謝 人生哪有那么多四年，同學的鼓勵、老師的教導、領導的栽培讓我大學生活即將完美結束。在此，我要特別感謝金老師對我的指導，從選題立意到修改完善金老師對我的幫助特別大。金老師學識淵博，為人嚴謹，是我今后學習與生活中最好的榜樣。 感謝父母、朋友的關心鼓勵讓我完成此次設計。 感謝栽培我的延邊大學，愿她永遠年輕。 楊朝陽 2018年5月