（20102010 屆）屆） 本科生畢業(yè)設(shè)計資料本科生畢業(yè)設(shè)計資料 題題 目目 名名 稱稱 ： ： 履履帶帶式推土機式推土機 學學 院（部）：院（部）： 機機 械械 工工 程程 學學 院院 專專 業(yè)業(yè)： ： 機械機械設(shè)計設(shè)計制造及其自制造及其自動動化化 學學 生生 姓姓 名：名： 班班 級級： ： 機機設(shè)設(shè) 064 學號學號 指指導導教教師師姓名：姓名： 職職稱稱 講師講師 最最終評終評定成定成績績： ： 湖南工業(yè)大學教務處湖南工業(yè)大學教務處 全套全套圖紙圖紙，加，加 153893706 2010 屆屆 本科生畢業(yè)設(shè)計資料本科生畢業(yè)設(shè)計資料 第一部分第一部分 設(shè)計說設(shè)計說明明書書 （2010 屆）屆） 本科生畢業(yè)設(shè)計本科生畢業(yè)設(shè)計 履帶式推土機的設(shè)計 學學 院（部）：院（部）： 機機 械械 工工 程程 學學 院院 專專 業(yè)業(yè)： ： 機械機械設(shè)計設(shè)計制造及其自制造及其自動動化化 學學 生生 姓姓 名：名： 周勇周勇 班班 級級： ： 機機設(shè)設(shè) 064 學號學號 06410200213 指指導導教教師師姓名：姓名： 李睿李睿 職職稱稱 講師講師 最最終評終評定成定成績績 2010 年 摘摘 要要 推土機在土石方工程中被廣泛應用，推土工作裝置是其承受工作載荷的主要部件， 并將載荷傳遞至機體，受力情況非常惡劣。在復雜多變的工作外載荷作用下，分析計 算推土工作裝置在不同工況、不同部位危險點的應力分布，是設(shè)計推土機工作裝置所 必需的。 本文進行了推土機的總體設(shè)計、推土機重心計算、推土機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。本 次設(shè)計工作裝置采用固定式直傾推土鏟，雙液壓缸提升。根據(jù)任務書設(shè)計了鏟刀和推 土板的主要尺寸，并使用 CAD 制圖軟件，更直觀的將設(shè)計體現(xiàn)出來。 本設(shè)計選擇 了危險工況和計算位置進行了強度校核， 并借助計算機選取危險截面進行了有限元 分析，對結(jié)果進行了對比分析。經(jīng)過校核，該結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，滿足使用要求。穩(wěn)定性 分析中，是在切土作業(yè)和坡道運行中進行的分析。并根據(jù)受力情況對液壓缸進行設(shè)計， 得出相應的缸體尺寸。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：推土機；工作裝置；液壓缸；強度校核；CAD 制圖 - 1 - ABSTRACT Bulldozers, works in the wide application of earth-moving equipment, which working device load to bear the main components, and load transfer to the body, the force is very poor. In the complex and ever-changing work loads, the analysis blade equipment in different conditions. Dangerous point in different parts of the stress distribution is designed bulldozers work necessary for the device. This article was the overall design of bulldozers, bulldozers gravity calculations, bulldozer structure design. This design work of device used fixed straight inclined Dozer, dual hydraulic cylinder elevated. According to the task of spade and book design a blade of main dimensions, and use CAD software, more intuitive design.The design chosen the dangerous working conditions and calculate the position of strength check, and the use of computer selected dangerous cross-section of the finite element analysis, and cooperate the results of the analysis. After checking the rational design of the structure, its meet the requirement. Stability analysis, is cutting jobs and ramp runs in the analysis. And according to the force on the hydraulic cylinder design, draw the appropriate dimensions. Key words: bulldozers; working device; hydraulic cylinders; check strength; CAD software - 2 - 目目 錄錄 第第 1 1 章章 緒論緒論1 1.1 推土機概述1 1.1.1 履帶式推土機介紹 1 1.1.2 推土機的應用2 1.1.3 我國推土機產(chǎn)品的發(fā)展前景2 1.1.4 推土機總體設(shè)計的任務3 1.2 課題任務3 1.3 課題背景和設(shè)計意義3 第第 2 2 章章 推土機總體方案設(shè)計推土機總體方案設(shè)計5 2.1 各個機構(gòu)的選擇5 2.1.1 動力裝置5 2.1.2 傳動機構(gòu)5 2.1.3 行走機構(gòu)6 2.1.4 工作裝置6 2.1.5 液壓系統(tǒng)6 2.2 推土機總體參數(shù)選擇6 2.2.1 推土機重量和接地比壓6 2.2.2 推土機的行走速度7 2.2.3 鏟刀的垂直壓力和比壓入力7 2.2.4 鏟刀的提升高度和切削深度7 2.2.5 推土機生產(chǎn)率7 第第 3 3 章章 推土機重心計算推土機重心計算9 4.1 重心位置分析9 4.2 重心位置的確定9 第第 4 4 章章 推土機工作裝置設(shè)計推土機工作裝置設(shè)計11 4.1 工作裝置結(jié)構(gòu)類型11 4.2 工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定12 4.2.1 鏟刀的高度和寬度12 - 3 - 4.2.2 推土板角度參數(shù)的選擇12 4.2.3 推土板曲率半徑14 4.2.4 推土板直線部分及擋土板尺寸15 4.2.5 頂推架于臺車架的鉸點位置15 4.2.6 鏟刀鋼板厚度15 4.3 推土機工作裝置的強度計算15 4.3.1 土壤的切削性能15 4.3.2 推土機受力分析16 4.3.3 推土機作業(yè)阻力計算18 4.4 推土機鏟刀的強度計算20 4.4.1 計算位置的確定（第一計算位置）20 4.4.2 超靜定計算20 4.4.3 斜撐桿強度計算27 4.5 第三位置計算28 4.5.1 頂推架的強度計算28 4.5.2 鉸銷軸強度計算29 第第 5 5 章章 推土機的穩(wěn)定性計算推土機的穩(wěn)定性計算31 5.1 推土機切土作業(yè)的穩(wěn)定性31 5.2 推土機坡道運行的穩(wěn)定性32 5.2.1 縱向穩(wěn)定性32 5.2.2 橫向穩(wěn)定性33 第第 6 6 章章 液壓缸設(shè)計液壓缸設(shè)計34 6.1 系統(tǒng)壓力的確定34 6.2 計算油缸尺寸34 結(jié)論37 參考文獻38 致謝39 1 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 推土機概述推土機概述 1 1. . 1 1. .1 1 履履帶帶式式推推土土機機介介紹紹 （1 1）. .歷歷史史介介紹紹 履帶式推土機是由 美國人 Benjamin Holt 在 1904 年研制成功的，它是在履 帶式拖拉機前面安裝人力提升的推土裝置而形成，當時的動力是蒸汽機，之后 又先后研制成功由天然氣動力驅(qū)動和汽油機驅(qū)動的履帶式推土機，推土鏟刀也 由人力提升發(fā)展為鋼絲繩提升。隨著技術(shù)的不斷進步，目前推土機動力已經(jīng)全部 采用柴油機，推土鏟刀和松土器全部由液壓缸提升。推土機除履帶式推土機外， 還有輪胎式推土機，它的出現(xiàn)要比履帶式推土機晚十年左右。我國生產(chǎn)推土機， 是新中國成立以后才開始的。 （2 2）. .推推土土機機分分類類 按行走方式，推土機可分為履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機附著牽引力大， 接地比壓小 (0.04 一 0.13MPa)，爬坡能力強，但行駛速度低。輪胎式推土機行駛 速度高，機動靈活，作業(yè)循環(huán)時間短，運輸轉(zhuǎn)移方便，但牽引力小，適用于需經(jīng) 常變換工地和野外工作的情況 。 按用途可分為通用型及專用型兩種。通用型是按標準進行生產(chǎn)的機型，廣泛用于 土石方工程中。專用型用于特定的工況下，有采用三角形寬履帶板以降低接地比壓的 濕地推土機和沼澤地推土機、水陸兩用推土機、水下推土機、船艙推土機、無人駕駛 推土機、高原型和高濕工況下作業(yè)的推土機等。 我國目前生產(chǎn)的主要是通用型推土機、濕地型推土機以及適應西部大開發(fā)達高原 型推土機。經(jīng)歷了 20 多年的穩(wěn)步發(fā)展，目前我國推土機行業(yè)已形成從 59kW(80 馬力， 山推的 SD08 推土機，在 5.12 汶川地震中，由俄羅斯米-26 直升機吊起到施工現(xiàn)場) 到 309kW(420 馬力，為山推近年來開發(fā)的 SD42 推土機，主要出口到俄羅斯，另據(jù)山 推內(nèi)部消息，2009 年山推將開發(fā) 520 馬力的推土機納入科研計劃)規(guī)格齊全的產(chǎn)品系 列。而且還出現(xiàn)了根據(jù)不同作業(yè)工況的需要，采用不同配置模塊的變型產(chǎn)品，基本上 滿足了國內(nèi)土石方工程對推土機產(chǎn)品的需求。 （3 3）. .結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和原原理理 履帶式推土機主要由發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、電氣部分、駕駛室和機 罩等組成。其中，機械及液壓傳動系統(tǒng)又包括液力變矩器、聯(lián)軸器總成、行星齒 2 輪式動力換擋變速器、中央傳動、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動器、終傳動和行走系統(tǒng) 等。 動力輸出機構(gòu)以齒輪傳動和花鍵連接的方式帶動工作裝置液壓系統(tǒng)中工作泵、 變速變矩液壓系統(tǒng)變速泵、轉(zhuǎn)向制動液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)向泵；鏈輪代表二級直齒齒輪傳 動的終傳動機構(gòu)（包括左和右終傳動總成）；履帶板包括履帶總成、臺車架和懸 掛裝置總成在內(nèi)的行走系統(tǒng)。 1 1. .1 1. .2 2 推推土土機機的的應應用用 推土機采用機械傳動或帶液力變矩器的液力機械傳動系統(tǒng)，也有少數(shù)采用液 壓傳動系統(tǒng)。 推土機是填埋場應用最為廣泛的機械。 主要功能是將垃圾從卸車地點推到填埋位置，配合壓實機作業(yè)并兼有壓實效果， 特別是在雨季由于垃圾含水量大承載能力下降壓實機作業(yè)往往非常困難，就更需要推 土機來作業(yè)協(xié)助垃圾壓實。為保證雨季填埋場的作業(yè)可持續(xù)進行推土機的機械性能， 必須要考慮所選用的推土機要能夠保證在較濕的垃圾上行走，并進行作業(yè)選擇履帶較 寬的濕地型。 推土機是必要的，國內(nèi)現(xiàn)有多家機械制造廠可生產(chǎn)濕地型推土機，所 有廠家的技術(shù)資料應不難得到下面只以山推工程機械股份有限公司產(chǎn)品為例作一介紹： 其中的一些性能特點在選購任何廠家的產(chǎn)品時可參考比較衛(wèi)型推土機，飛輪功率額定 轉(zhuǎn)速操作質(zhì)量山推環(huán)衛(wèi)型推土機系列產(chǎn)品是山推工程機械股份有限公司，根據(jù)中國國 情和我國城市生活垃圾散碎雜等具體情況，研制開發(fā)的是按照市場需求并經(jīng)多次改進 反復試驗生產(chǎn)的技術(shù)成熟，性能優(yōu)異的經(jīng)濟型推土機。變型機種按適用范圍可分為環(huán) 衛(wèi)型推土機環(huán)衛(wèi)型推土機環(huán)衛(wèi)型推土機主要適用于垃圾場的填埋平整壓實堆積等工作 也可用于牽引。 1.1.3 我國推土機產(chǎn)品的發(fā)展前景我國推土機產(chǎn)品的發(fā)展前景 （1 1）. .開開發(fā)發(fā)小小型型推推土土機機 與北美、西歐和日本市場相比，中國小型推土機市場無論是銷量，還是小型 推土機與重型推土機銷售總量中所占的比重，都有相當大的差距。推土機行業(yè)必 須借這次機遇，努力滿足這一新市場的需求。據(jù)有關(guān)雜志介紹，目前小型機市場 已進入成長期， 2008-2012 年前后進入成長期后期和成熟期前期， 2020 年前后 進入成熟期。 所以，推土機行業(yè)的有關(guān)企業(yè)，應從戰(zhàn)略角度著眼，決不能忽視小型產(chǎn)品的 未來市場。但，在中國這樣的發(fā)展中國家開發(fā)小型工程機械產(chǎn)品，其定位一定要 準。應該用不同的技術(shù)、針對不同用戶群來解決定位準的問題。應首先開發(fā)滿足 發(fā)達地區(qū)廣大農(nóng)村市場的低端產(chǎn)品。而高端產(chǎn)品更多應考慮未來用戶的需求。 3 （2 2）. .盡盡快快完完善善和和解解決決適適應應西西部部高高原原地地區(qū)區(qū)作作業(yè)業(yè)的的關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù) 1、采用功率恢復型的增壓技術(shù)。 2、熱平衡技術(shù)。 3、防風沙技術(shù)的應用。 4、自救防護設(shè)備及機具的配置。 5、低溫預熱系統(tǒng)的采用。 6、多自由度推土裝置的開發(fā)應用。 1.1.41.1.4 推土機總體設(shè)計的任務推土機總體設(shè)計的任務 根據(jù)所要設(shè)計的推土機的主要用途、作業(yè)條件、制造情況等全名正確的確定影響 整機性能的主要參數(shù)、各總成的型式，并進行合理的布置。 總體設(shè)計包括以下內(nèi)容： （1）根據(jù)設(shè)計任務，選擇機型及各總成結(jié)構(gòu)型式，確定總體布置方案。 （2）確定整機主要性能參數(shù)。 （3）按總體性能要求，確定各總成主要參數(shù)及相互之間的關(guān)系。 （4）進行必要的總體計算。 （5）繪制整機尺寸鏈圖及總圖。 （6）輔助系統(tǒng)設(shè)計。 總體設(shè)計對整機性能起決定性的作用，因為整機性能的好壞，不僅取決于的各 總成本身性能的優(yōu)略，而且更重要的是與他們之間的協(xié)調(diào)有關(guān)。組成整機的各總成之 間的聯(lián)系又相互制約。在總體設(shè)計中，如果對整機缺乏總體考慮，那么即使各總成的 造型與設(shè)計是好的，是先進的，但組合在一起不一定能取得良好的的效果。因此在總 體設(shè)計中，各總成要相互協(xié)調(diào)，不能片面強調(diào)某一局部，必須從整機出發(fā)全面考慮， 從而獲得較高的經(jīng)濟技術(shù)指標。 1.21.2 課題任務課題任務 本設(shè)計題目進行推土機鏟斗的設(shè)計，主要工作有：設(shè)計工作裝置的結(jié)構(gòu)形式和尺 寸，設(shè)計鏟刀高度、鏟刀寬度、推土板角度參數(shù)、曲率半徑，頂推架與臺車架鉸點位 置，然后進行鏟斗的強度計算，最后進行鏟斗的三維設(shè)計。 1.31.3 課題背景和設(shè)計意義課題背景和設(shè)計意義 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，競爭無處不在，現(xiàn)在對學生的要求越來越高，不僅對學生 的理論要求提高了，而且對學生的動手能力的要求也有所提高，而這次的畢業(yè)設(shè)計就 是對學生的理論實踐能力的一次提高。 本次設(shè)計主要完成鏟刀結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要查閱很多相關(guān)資料和深入思考問題，這對 4 專業(yè)能力的提升有很大幫助。 在這次的設(shè)計中，應用了結(jié)構(gòu)力學的知識，提高學生對軟件的應用能力。 第二章第二章推土機總體方案設(shè)計推土機總體方案設(shè)計 5 2.12.1 各個機構(gòu)的選擇各個機構(gòu)的選擇 推土機總體結(jié)構(gòu)包括動力裝置、傳動機構(gòu)、行走機構(gòu)、工作裝置、液壓系統(tǒng)、電 氣系統(tǒng)和駕駛室等。 2.1.12.1.1 動力裝置動力裝置 推土機的工作特點是在戶外連續(xù)作業(yè)，且阻力時常變化，宜選取 12 小時功率作 為發(fā)動機裝車的標定功率，轉(zhuǎn)速在 18002000r/min 之間，功率為 120kw，速度適應 系數(shù)應在 1.351.55 的范圍內(nèi)。 選用斯太爾 WD615T1-3 六缸四沖程柴油發(fā)動機，額定功率 120kw，最大輸出 扭矩 840Nm。 2.1.22.1.2 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu) 采用發(fā)動機液力變矩器變速器中央傳動最終傳動的路線。 （1）液力變矩器 推土機功率 120kw，屬大型推土機，應選液力機械傳動。液力機械傳動所選變 矩器應有較大的工作變矩系數(shù)和啟動變矩系數(shù)，以及較大的最高效率較寬的高效率范 圍，而且穿透性應比較小。 選用 YJ380 型單級單相三元件液力變矩器，循環(huán)圓直徑 380 mm，變矩系數(shù) 2.38，最高效率 86%。該變矩器使推土機輸出力的大小能自動適應外負載的變化，并 保證超載運行時發(fā)動機不熄火。 （2）變速器 變速器要求結(jié)構(gòu)緊湊，換檔平穩(wěn)，換檔時無需切斷動力。 采用行星齒輪式動力換檔變速器，速度的切換通過手操作液壓控制閥實現(xiàn)，前進 后退各三檔，采用強制潤滑。 （3）中央傳動和最終傳動 采用一對螺旋圓錐齒輪傳動，將動力分左右兩部分。通過左右轉(zhuǎn)向離合器再將動 力傳給最終傳動，最終傳動為二級直齒輪減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，承受力強，是推土機 的主要受力部件。 （4）轉(zhuǎn)向機構(gòu) 采用多片濕式轉(zhuǎn)向離合器，利用彈簧壓緊，手操縱（與制動器聯(lián)動）油壓助力壓 縮，液壓分離；采用濕式帶抱式腳踏油壓助力轉(zhuǎn)向制動器，以轉(zhuǎn)向器從動鼓作為制動 鼓。 2.1.32.1.3 行走機構(gòu)行走機構(gòu) 行走機構(gòu)由臺車、平衡梁和四輪一帶(托輪、鏈輪、支重輪、引導輪和履帶) 6 組成。臺車通過平衡梁與機架間半剛性聯(lián)接，支撐推土機前部幣量。臺車張緊液壓缸 起張緊履帶的作用，緩沖彈簧起緩和沖擊的作用。履帶為密封潤滑型耐磨損，摩擦系 數(shù)低，使用壽命長。 2.1.42.1.4 工作裝置工作裝置 推土鏟可根據(jù)不同的使用土況配置角鏟、直傾鏟、U 形鏟和環(huán)衛(wèi)鏟。后工作裝 置可配置單齒松土器、三齒松土器、工業(yè)絞盤、拖式鏟運機、拖式振動壓路機等，并 可根據(jù)用戶需要改裝成吊管機和焊接工程車，這些工作裝置均為液壓驅(qū)動、結(jié)構(gòu)簡單、 連接方便。 采用液壓操縱式直傾鏟刀，鏟刀可以在液壓缸的作用下強制入土，在較硬土質(zhì)條 件下正常作業(yè)，保證作業(yè)質(zhì)量，操作輕便，易于控制。工作裝置布置在推土機前端， 主要包括推土鏟刀、頂推架、水平撐桿、斜撐桿和控制推土鏟刀起落的液壓缸。 直傾式鏟刀的推土板采用中部為圓弧段，上部為擋土板，下部為直線段的復合型 推土板，推土板斷面結(jié)構(gòu)為半開式。推土板側(cè)邊與推土機縱軸方向夾角一般為 57 度。 2.1.52.1.5 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)分為變速變矩液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和工作裝置液壓系統(tǒng)。變速液壓 系統(tǒng)由變速泵、變速閥等組成，用于推土機的前進、后退和變速換擋，使推土機換擋 平穩(wěn)、可靠、省力。轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向閥等組成，用于推土機的轉(zhuǎn)向和制 動，使推土機轉(zhuǎn)向制動靈活可靠。工作裝置液壓系統(tǒng)由工作泵、控制閥和液壓缸等組 成，用于推土機工作裝置的提升、下降和保持，作業(yè)效率高。 2.22.2 推土機總體參數(shù)選擇推土機總體參數(shù)選擇 推土機的總體參數(shù)包括重量、速度、牽引力等。初選時，一般按經(jīng)驗公式或相似 法則來確定，然后通過總體計算來校核總體性能。如果計算結(jié)果不夠理想，必須對某 些參數(shù)做適當?shù)男薷?，以獲得良好的總體性能。 2.2.12.2.1 推土機重量和接地比壓推土機重量和接地比壓 推土機的重量總體性能影響很大，他是衡量發(fā)動機功率利用的一個重要參數(shù)。 此款推土機的使用重量是 173850N，其發(fā)動機額定功率是 120Kw，所以其比重 量約是 1.45。 推土機的接地比壓 q 是使用重量與履帶接地面積 F 之間的比值按下式計算： s G q= （2.1） Lb Gs 3 102 式中：推土機的使用重量（KN）; s G 7 L履帶接地長度（m） ； b履帶板寬度（m） ； 其中，是 173.85kN，L 為 2.43m，b 為 0.51m。 s G q=68KPa 51 . 0 43. 2102 85.173 3 履帶式推土機的接地比壓一般在 60KPa 左右。 2.2.22.2.2 推土機的行走速度推土機的行走速度 推土機前進時 13 檔的速度分別為 03.8Km/h,3.86.6 Km/h，6.610.6 Km/h。后退時 13 檔的速度分別為 04.9 Km/h，4.98.5 Km/h，8.513.6 Km/h. 2.2.32.2.3 鏟刀的垂直壓力及比壓入力鏟刀的垂直壓力及比壓入力 鏟刀的垂直壓力 p 是以推土機在油缸的作用下，抬頭失穩(wěn)極限情況下確定的，其 計算公式如下： P=（N） （2.2） s G 1 l l 式中：推土機使用重量（N） ； s G 、鏟刀切削刃及整機重心至傾翻點水平距離；l 1 l 為 17385N, 、分別為 3.5m，1.2m，所以有如下： s Gl 1 l P=17385N=42255N 2 . 1 5 . 3 比入壓 q 是鏟刀單位支地面積的垂直壓力。q 按下式計算： q3.4MPa F p 5 10 F切削刃接地面積（） 。 2.2.42.2.4 鏟刀的提升高度和切削深度鏟刀的提升高度和切削深度 此款推土機鏟刀的提升高度為 1095，鏟土深度為 545。 2.2.52.2.5 推土機生產(chǎn)率推土機生產(chǎn)率 影響推土機生產(chǎn)率的因素主要有每鏟最大推土量 V,推土作業(yè)生產(chǎn)率，平地作 t Q 業(yè)生產(chǎn)率。 p Q 1 每鏟最大推土量 V: V= （2.4） 0 2 2tg hHB g g m K 8 式中：推土板寬度（m） ，取 0.2m； g B 推土板高度（m） ，取 1.149m； g H h 平均切土深度（m） ，取 0.545m； 土的自然坡度角，??； 0 0 30 土地的充盈系數(shù)，取 1.0。 m K 所以 V=1.0=0.063 0 2 302 545. 0149. 12 . 0 tg 3 m 2 推土作業(yè)生產(chǎn)率: t Q =(/h) （2.5） t Q T KKVK yni 3600 3 m 式中：推土機作業(yè)時間利用系數(shù)，取 0.90； i K 推土板土量損漏系數(shù)，取決于運輸距離 L, =1-0.005L； n K n K 坡度作業(yè)影響系數(shù)，取 0.7； y K T一個推土周期循環(huán)時間（s） ，取 T=+2+ （2.4） 1 1 v l 2 2 v l 4 21 v ll 1 t 2 t 3 t 式中： 切土距離，取 10m； 1 l 運土距離，取 50m； 2 l 、分別為切土、運土、返回的速度（m/s）,分別取 0.8 1 v 2 v 4 v m/s、1.6 m/s、4 m/s; 推土機掉頭時間，取 10s； 1 t 換擋時間，取 4s； 2 t 鏟刀下落時間，取 1s。 3 t 所以 T=84s 推土作業(yè)生產(chǎn)率=1.28 /h t Q 84 90 . 0 7 . 075 . 0 063 . 0 3600 3 m 第三章第三章 推土機重心計算推土機重心計算 9 3.13.1 重心位置分析重心位置分析 推土機的中心位置主要是指縱向的位置，橫向一般分布在推土機縱軸中心線上， 重心的高度在滿足離地間隙要求的情況下，為提高穩(wěn)定性，應盡量降低。 影響重心位置有兩個：一個是總體布置是否合理；另一個是作用在鏟刀上的外載 荷的變化。推土機在各種工況作業(yè)時，地面對鏟刀反力的大小和方向是影響接地比壓 的重要因素。顯然不可能要求在任何情況下推土機接地比壓均勻，并使得壓力中心保 持在接地中心上，因此只能找出一個對推土機總體性能影響最大而又經(jīng)常遇到的工況， 滿足上述要求，這是推土機重心合理布置的基本要求。 3.23.2 重心位置的確定重心位置的確定 1 理論分析：為了使液壓推土機鏟刀具有良好的的強制入土的性能，重心入土以 強制入土為基本情況。此時，要求接地比壓均勻，壓力中心位于接地重心上。如圖 3- 1： 圖 3-1 重心位置的確定 以驅(qū)動輪中心線與地面交點 O 為坐標原點，建立坐標系。重心位置距 O 點為 l， 地面對履帶支反力的合力 N 距 O 點為接地長度的一半，即 L/2。 由=0 得： N= （3.1） Zg G z P 由=0 得： N=0 (3.2) 0 M g Gl z Pl 2 L 10 則 =+=1.46ml 2 L 2 1 L l Gg Pz 從上式可見，推土機重心的確定，以入土工況為基本工況是，必須將重心布置在 接地中心之前，其前超量為。重心位于接地重心之前，使鏟刀強制入土性 2 1 L l Gg Pz 能提高，入土力大，不易抬頭。 第四章第四章 推土機工作裝置設(shè)計推土機工作裝置設(shè)計 11 4.14.1 工作裝置結(jié)構(gòu)類型工作裝置結(jié)構(gòu)類型 推土機的工作裝置也稱鏟刀，它包括推土板，頂推架，鏟倒升降機構(gòu)等。 推土板的橫向結(jié)構(gòu)外形為直線型，直線型推土板切削力大，但推土板兩側(cè)有土遺 漏現(xiàn)象。推土板前土形成的時間較長，因此它主要用于短距離土的剝離和運輸。如圖 4-1： 圖 4-1 直線型固定式鏟刀 推土板縱向外形結(jié)構(gòu)為復合型，下面直線段，上面為圓弧段。如圖 4-2 所示： 圖 4-2 推土板結(jié)構(gòu)外形 推土板斷面結(jié)構(gòu)為斷開式，如圖 4-3 所示： 圖 4-3 推土板斷面結(jié)構(gòu)型式 推土板側(cè)邊與推土板從軸方向的夾角是。推土板兩側(cè)輪廓為直角外形。 0 5 0 7 推土機的外形對減少推土機在作業(yè)時的能量消耗，提高作業(yè)效率有很大關(guān)系。合 12 理的推土板外形土的切削阻力較小，土屑沿推土板面向上滑移時，摩擦功消耗較小， 并且土屑再向上滑移的同時，向推土板的前方滑落，容易形成較大的土塊。 設(shè)計推土板外形是要考慮以下因素： （1）土屑在推土板上緣易向前翻落，不應越過刀背向后翻落。 （2）推土板前積累土體要多。 （3）土屑沿推土板前面上升時變形小。 （4）推土板卸土干凈，不易粘著濕土。 4.24.2 工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定 4.2.14.2.1 鏟刀的高度和寬度鏟刀的高度和寬度 （1） 鏟刀的高度鏟刀支地，沿地面垂直方向量出的高度稱為鏟倒高度 g H g H 鏟倒高度取決于發(fā)動機的額定功率，可按以下經(jīng)驗公式確定： =（220275） （） (4.1) g H 3 eH N 式中:發(fā)動機的額定功率（KW） eH N =233=1149 （4.2） g H 3 120 (2) 鏟倒寬度 鏟刀切削刃外廓寬。推土機鏟刀必須有自身開辟道路的能力， g B 因此鏟刀寬必須大于行走裝置每邊 2535。 當鏟刀高度確定后，也可以根據(jù)經(jīng)驗公式確定鏟刀的寬度： =（2.53） （4.3） g B g H =31149=3416 g B 4.2.24.2.2 推土板角度參數(shù)的選擇推土板角度參數(shù)的選擇 推土板的形狀對減少推土機作業(yè)過程中能量消耗， 提高作業(yè)效率有很大關(guān)系。 合理的推土板外形，土的切削阻力較小，土屑沿推土板面向上滑移時，摩擦功消耗較 小，并且土屑在向上滑移的同時，向推土板前面翻落，容易形成較大的土堆；不合理 的推土板外形，使土的切削阻力增加，土屑在向上運動及向前翻滾時雜亂擠出，這樣 就加大了土屑間摩擦力，增加了能量的消耗。對于同樣的土，當切削面積相等時，推 土板外形稍有改變，切削阻力就隨之改變，所需的頂推力也就不同。推土板角度參數(shù) 包括切削角 ，后角 ，刀刃尖角 ，前翻角 ，擋土板安裝角 ，推土板斜 k Z 裝角 ，擋土板垂直面傾斜角 。推土板各角度如圖 4-4 所示。 13 圖 4-4 推土板角度參數(shù) （1）切削角的選擇 切削角 是鏟刀支地，刀片與地平面間夾角， 越小土的切削阻力就越小，由 于推土機正常作業(yè)時，必須保證后角 大與 30。因此 過小不僅使 得不 （2）后角的選擇 后角 是刀片后端斜面與地平面的夾角，若 （0.80.9）Ho,通常取 Rg= Ho。 K 4.2.44.2.4 推土板直線部分及檔土板尺寸推土板直線部分及檔土板尺寸 15 固定式鏟刀推土板采用下部為直線段的復合形推土板，下部直線部分用來安裝刀 片，直線部分等于刀片寬度。 取 a=0.15Hg=172.35180mm 推土板垂直高度根據(jù)總 尺寸確定。 4.2.54.2.5 頂推架于臺車架的鉸點位置頂推架于臺車架的鉸點位置 頂推架鉸接在臺車架上，其鉸點位置影響鏟刀升降機構(gòu)的運動，它與鏟刀升降高 度、頂推架長度等參數(shù)有關(guān)。 頂推架鉸點位置對臺車架的受力狀況影響很大(尤其當鏟刀受到偏載及橫向力時， 太靠前則臺車架發(fā)生較大形變，太靠后則推土機易前翻)，為了使鉸點反力均衡的(縱 向和橫向)傳至臺車架和八字架上，避免臺車架受力過大發(fā)生形變，鉸點位置一般選 在八字架與臺車架聯(lián)接中點的附近。 4.2.64.2.6 鏟刀鋼板厚度鏟刀鋼板厚度 推土板及頂推架均是鋼板焊接部件，鋼板厚度由剛度和強度條件確定。取鋼板 的厚度為 22。 4.34.3 推土機工作裝置的強度計算推土機工作裝置的強度計算 4.3.14.3.1 土壤的切削性能土壤的切削性能 表表 1 幾種土壤的粘聚力幾種土壤的粘聚力 C 和重度和重度 0g 粘土 亞粘土 亞砂土塑性土壤 的種類 C/MPa 0g /(KN/m) C/MPa 0g /(KN/m) C/MPa 0g /(KN/m) 硬性 0.1021.50.0621.50.0220.5 半硬 0.0621.00.0421.00.01520.0 低塑 0.0420.50.02521.00.0119.5 塑性 0.0219.50.01519.00.00519.0 高塑 0.01190.0118.50.00218.5 流動 0.005180.00518.00.0018.0 表表 2 2 土壤的自然坡度角土壤的自然坡度角 砂石 粘土 種類 狀態(tài) 碎石礫石 粗砂中砂細砂肥土貧土 輕亞 粘 土 種植 土 干 354030383545504040 濕 454032353035403035 飽和 253527252015302025 16 表表 3 3 土對鋼和土對土的摩擦系數(shù)土對鋼和土對土的摩擦系數(shù)、 1 2 土壤名稱 1 2 砂土和亞砂土 0.8 0.35 中質(zhì)亞粘土 1.0 0.50 重質(zhì)亞粘土 1.2 0.80 土壤內(nèi)摩擦角=，土與鋼的摩擦角。 2 arctan 11 arctan 表表 4 4 各種土壤的切削比阻力各種土壤的切削比阻力及刀刃入土比阻力及刀刃入土比阻力（MPaMPa） b K y K 土級別 土的名稱 b K y K 砂、砂質(zhì)上、中等濕度的松撤粘土、種植土 枯質(zhì)土、中綱砂礫、松散軟粘土 巒實枯土質(zhì)、中等鉆土、松散粘土、軟泥炭 合碎石成卵石的枯土、雹濕枯土、中等堅實煤炭、 合少量雜質(zhì)的石礫堆積物 中等頁巖、得于枯土、堅實而硬的黃土，軟石膏 0.010.03 0.030.06 0.060.13 0.130.25 0.250.32 0.25 0.6 1.0 1.4 表表 5 5 履帶行走機構(gòu)在各種地面的滾動阻力系數(shù)履帶行走機構(gòu)在各種地面的滾動阻力系數(shù)和附著系數(shù)和附著系數(shù)f 支撐面種類 滾動阻力系數(shù) f附著系數(shù) 鋪砌的路面 0.050.60.8 干燥的土路 0.070.80.9 柔軟的砂質(zhì)路面 0.100.60.7 細砂地 0.100.450.55 收割過的草地 0.100.70.9 開墾的田地 0.100.120.60.7 冰雪凍結(jié)的道路 0.030.040.2 4.3.24.3.2 推土機受力分析推土機受力分析 推土機作業(yè)受力分析是強度計算的依據(jù)，就是確定外載荷，踏實工作裝置提升機 構(gòu)的工作依據(jù)，而且為工作裝置、履帶臺車架等零部件強度計算提供載荷依據(jù)。 （一） 鏟刀自重 g G 液壓推土機靠油缸力使鏟刀強制入土，所以鏟刀不必太笨重，鏟刀自重在強 g G 度及剛度允許的情況下，可適當減輕。可以用經(jīng)驗公式確定鏟倒自重： =（0.180.21）（N） （4.4） g G S G 推土機的使用重量。 S G 所以有：=173850.18=31293N g G （二） 鏟刀提升力計算 鏟刀提升力是指提升裝置的提升作用力，當鏟刀遇到大障礙物，鏟刀提不起來， 17 而鏟刀提升機構(gòu)供給的提升力足以使推土機繞履帶接地最前端（A 點）傾翻。 以拖拉機為脫離體，拖拉機受力有：拖拉機使用重量 GT,頂推架絞點支反力 和，提升力，按內(nèi)力平衡，、分別和、大小相 Xc Zc Sy Xc Zc SyXcZcSc 等，方向相反。 圖 4-5 鏟刀提升力計算受力圖 =0 得 GT+XmZS=0 A M A l c c 1 l y 1 r 得 Sy=S= （4.5） y 1 1 r lZcmXcGTlA 以鏟刀為脫離體，鏟刀受力有：土的反力 Px 和 Pz,鏟刀自重 Gg，頂推架絞點 C 的反力 Xc 和 Zc，提升力 Sy,此時與地平面成 角。 =0 得 X=Xc=Px+Sycos Fx c =0 得 Z=Zc= o M c l lGgXcmSyrlg)( 0 將 X和 Z值代入式，得 c c Sy= （4.6） 11 10 11 ()(lg) coscos S A G l lPx llGg ll rllr ll 式中：推土機使用重量 S G Px土的反力 Gg鏟刀自重 提升力與地面夾角 Sy 力與作用線距離 0 r 18 l、lg-見圖示 1 l Sy= 00 45cos7 . 0121545cos330033001474 12153100330033872121533001264883300900169360 =120860N 考慮動載荷的鏟刀提升力： = （4.7） 1 SSyKd 式中: -動載系數(shù)，查表取 1.4 d K 故=169200N 1 S 4.3.34.3.3 推土機作業(yè)阻力計算推土機作業(yè)阻力計算 以推土機在水平地面勻速行駛，鏟刀以最大切土深度進行作業(yè)，當切土結(jié)束提升 推土鏟的瞬時所產(chǎn)生的最大作業(yè)阻力作為 計算工況，其作業(yè)阻力主要有：切線切削 阻力 Pq，鏟刀前積土的推移阻力 Pt，刀刃與土壤摩擦阻力 Pm1 和土屑沿鏟刀上升 時的摩擦阻力的水平分力 Pm2， (1)切線切削阻力 Pq 設(shè) Pq 的作用點在鏟刀刃前， 作用方向沿鏟刀切削角底邊并與推土機前進方向 相反，則: Pq = B （4.8） 6 10 p h 1 b k 式中：B- 推土板的寬度 （3.416m） - 切削比阻力，查表 4 取=0.05（MPa） b k b k -推土產(chǎn)平均切削深度（m） p h 圖 4-6 推土鏟平均切屑計算 =（）sin=sin p h sin m h 2 B m h 2 B 19 =0545sin=0.248m 2 416 . 3 0 10 故=3.4160.2480.0542358 N q P 6 10 鏟刀前積土的推移阻力 t P = (4.9) t P t G 2 式中：土與土之間的摩擦系數(shù)，查表 3 取 0.5 2 推土鏟前積土重量 t G = （4.10） t G 0 2 tan2 )( p hHB 式中：土的重度（N/） ，查表 1 得=21N/ 3 m 3 10 3 m B推土鏟的寬度（3.416m） H推土鏟的高度（1.149m） 推土鏟平均切屑深度（0.248m） p h 土壤的自然坡度角，查表 2 得取 0 0 40 故=21=34701N t G 3 10 0 2 40tan2 )248 . 0 149. 1 (416 . 3 故=34701N0.5=17351N t P (3)刀刃與土壤摩擦阻力： 1m