編號無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 鉆機履帶底盤底架設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)學(xué) 號： 0923053 學(xué)生姓名： 陳 嬋 指導(dǎo)教師： 屠德剛 （職稱：高級工程師 ） （職稱： ）2013年5月25日39無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 鉆機履帶底盤底架設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械92 學(xué) 號： 0923053 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日無錫太湖學(xué)院信 機系 機械工程及自動化 專業(yè)畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書一、題目及專題：1、題目 鉆機履帶底盤底架設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 錨固鉆機面世后，在建筑、地質(zhì)、鐵路、公路和水利等各行業(yè)施工領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。如長江三峽工程、北京十三陵水庫、龍灘電站、大朝山電站、小灣電站、成昆鐵路、南昆鐵路、達萬線、株六復(fù)線、京珠高速公路、元墨高速、大保高速、襄十高速等。這些新設(shè)備和新機型的不斷推出，為錨固工程施工提供了有力的設(shè)備保障。但以往的錨固鉆機都沒有行走功能，這對于在平地施工或有條件提供平地的施工場地而言是一大損失，增加了工人的勞動強度，移位對孔也及為不便，大大拖延了工期。而與此同時，過外的鉆探機械，包括國內(nèi)的一些品種的鉆探機械都已經(jīng)采用了輪式或履帶式底盤，增加了鉆機的移動功能，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。而履帶底盤技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟；另為了工作量適合畢業(yè)設(shè)計，故重點負責鉆機的履帶底盤設(shè)計和底架設(shè)計。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求：1. 履帶底盤設(shè)計要求 應(yīng)有較大的驅(qū)動力，使鉆機在濕軟或高低不平等不良地面上行走時具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能； 在不增大行走裝置高度的前提下使鉆機具有較大的離地間隙，以提高其不平地面上的越野性能； 行走裝置具有較大的支撐面積或較小的接地比壓，以提高鉆機穩(wěn)定性； 在鉆機斜坡下行時不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高鉆機安全性； 行走裝置的外形尺寸應(yīng)符合道路運輸?shù)囊螅?在鉆機作業(yè)時需要用專門支腿支撐，以確保鉆機穩(wěn)定性和安全性。2. 底架設(shè)計要求 有足夠的強度，保證對桅桿組件的支撐； 有可以變角機構(gòu)。角度范圍-1090； 有支撐機構(gòu)； 有滑移機構(gòu)，滑移行程600mm，滑移油缸支撐力>6869N； 有安裝桅桿組件的結(jié)構(gòu)； 有與底盤連接的結(jié)構(gòu)； 要充分考慮減小設(shè)計尺寸； 要求結(jié)構(gòu)簡單。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械92 班 姓名 陳 嬋 五、開始及完成日期：自2012年11月7日 至2013年5月25日六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教研室主任學(xué)科組組長研究所所長簽名 系主任 簽名 2012年11月7日摘 要鉆機主要是適應(yīng)旋噴工法的逐步推廣而研制而成的。采用履帶底盤行走裝置，通過不同模塊的組合，可以適合定噴、擺噴、旋噴等施工工藝；單重、雙重、三重旋噴等各種施工要求。可用于各類軟地基加固、高層建筑地下室的防滲處理、大江大河堤壩的整治、鐵路公路橋墩的加固等。鉆機的底架組件的主要作用是：支撐組件、存放物品和負責整機的行走。鉆機的行走包括直行和轉(zhuǎn)向。本文主要是在一組已知參數(shù)的基礎(chǔ)上，參考大量成熟產(chǎn)品的設(shè)計方案，進行履帶底盤及底架的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計，設(shè)計各個零件，并對整個組件的結(jié)構(gòu)進行合理的布置。最后，在理解設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，編制了主要零部件的工藝。關(guān)鍵詞：鉆機；底架組件；工藝；履帶底盤Abstract Drilling Rig is produced for the sake of the work method-revolve with spray. they are joined by the track fleeting. Pass the combination of the different mold piece, it can suit the craft of construction to settle to spray, put to spray, the revolve to spray the etc.; it can suit the every kind of construction request of, such as single, double, three times etc. It can be used to reinforce the various soft foundations, to handle the leakage of ground floor of high layer building, to renovate the embankment of the big river, to reinforce the railroad, highway, abutment etc. The frame is made of top frame, inside frame, descend frame and flank frame. The function of the frame is to prop up whole machine, deposit the goods and move whole machine. It can go straight and turn around. On base of a set of given parameters and reference of mature products , this paper mainly design the structure and parameters of pretrial and Frame module, design necessary parts and arrange the whole discreteness propel . In the end , workout the craftwork of producing technical of typical parts after totally understanding of its design desire . Keywords: Drilling Rig; Frame module; craftwork; pretrial目 錄摘 要IVAbstractV目錄V1 概述11.1 鉆機主要用途：11.2 主要特點：11.3 鉆機主要性能：21.4 鉆機的工作原理22 履帶底盤設(shè)計42.1 方案論證42.2 履帶底盤的介紹42.3 設(shè)計要求42.4 履帶行走裝置的設(shè)計因素52.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計62.5.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計62.5.2 零部件的設(shè)計72.6 設(shè)計計算112.6.1 主機行走裝置計算112.6.2 履帶張緊機構(gòu)有關(guān)計算162.6.3 驅(qū)動輪組件的設(shè)計173 底架設(shè)計263.1 底架的介紹263.2 設(shè)計要求及步驟263.3 底架架的設(shè)計263.3.1 底架設(shè)計準則263.3.2 焊接工藝的說明273.4 支腿機構(gòu)的設(shè)計283.4.1 支腿機構(gòu)的介紹283.4.2 設(shè)計要求283.4.3 支腿油缸的相關(guān)計算294典型零件工藝編制325 設(shè)計心得35致謝36參考文獻37鉆機履帶底盤底架設(shè)計1 概述鉆機總圖如下：圖1.1 鉆機總圖鉆機的每部分的名稱如下： 1回轉(zhuǎn)器 2卷揚機組件 3主塔 4副塔 5扶正器 6天車滑輪 7底架 8電氣柜 9液壓系統(tǒng) 10履帶底盤 11孔口裝置1.1 鉆機主要用途：鉆機主要是為了適應(yīng)旋噴工法的推廣而研制而成的。通過不同模塊的組合，可以適合定噴、擺噴、旋噴等施工工藝；單重、雙重、三重旋噴等各種施工要求。可用于各類軟地基加固、高層建筑地下室的防滲處理、大江大河堤壩的整治、鐵路公路橋墩的加固等。1.2 主要特點：鉆機適應(yīng)性能好，可以對鉆機配套不同模塊，不同鉆具?？梢愿鶕?jù)不同的需要配置成性能價格比最優(yōu)的鉆機來投入施工，并且可以不斷更新模塊，來解決不同的旋噴工藝。鉆機在某些軟土層施工時，鉆孔和旋噴可一次完成；旋噴提升時，在旋噴深度不高于副塔高度時（14 m），不用拆卸鉆桿，可一次旋噴成樁。在復(fù)雜地層應(yīng)配引孔機。鉆機采用全液壓技術(shù)：鉆機移位和轉(zhuǎn)向、動力頭變速、鉆具提升和鉆機起塔，均采用液壓控制，操作方便靈活，維護省時、省力。鉆機采用雙卷揚機，應(yīng)用電動控制，大大降低了勞動力，提高了生產(chǎn)效率。履帶行走裝置的驅(qū)動力大（通常每條履帶的驅(qū)動力可達機重的35%-45%），接比壓?。?0-150kPa），因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大的可達100%），且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。1.3 鉆機主要性能：（1） 表1-1 成孔參數(shù)10旋噴成孔單 重雙 重三重樁徑(m)0.4 0.60.6 1.50.8 1.6深度(m)50（可根據(jù)用戶需要，提供各種鉆具）（2） 動力頭： 最大輸出扭矩：2500 Nm; 輸出轉(zhuǎn)速(正反)：020 r/min (旋噴工藝，無級調(diào)速)18 ，45，57，108，126，150 r / min; 升降速度：正常鉆進：1.6 2.6 m / min （有級） 旋噴提升：0 500 mm / min (旋噴工藝，無級調(diào)速)提升力 ：25 KN（3） 動力： 表1-2電動機參數(shù)型 號Y200L-6 Y132M1-6 Y90L-6功 率 22 kW 4 kW1.1 kW轉(zhuǎn) 速970 r / min 960 r / min 910 r / min （4） 卷揚機提升力（采用雙卷揚） 20 KN 5 KN（5） 移動能力越野高度：300 mm 縱向移動：600 mm 橫向移動：400 mm（6） 外形尺寸(長寬高mm)施工尺寸：5250320016200運輸尺寸：641023002950（7） 整機重量：8000KG1.4 鉆機的工作原理鉆機的工作以及部件組成的認識：整臺設(shè)備的動作有：主塔的起塔、回轉(zhuǎn)器的加壓提升、回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)運動、履帶行走、卷揚的起吊、支腿油缸；所有的這些動作是由多個不同型號性能的油缸和馬達實現(xiàn)，而油缸和馬達動作的控制則是由所設(shè)計的液壓系統(tǒng)（操控抬）實現(xiàn)。利用電器原理（電器柜）控制設(shè)備中的泵站給系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速和動力支持，卷揚機組幫助實現(xiàn)更大范圍的作業(yè)！所有這些設(shè)備合理的布局在底架上，然后整體置于履帶底盤上，實現(xiàn)“行走”。所以整臺設(shè)備的生產(chǎn)核心在于液壓系統(tǒng)和電器原理的設(shè)計以及相對成熟的裝配工作。整臺鉆機的工作理念是利用（40Mpa）高壓水（水泥漿等）沖擊巖石，對巖石進行粉碎作業(yè)。高壓直線水柱經(jīng)過回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)形成高壓的螺旋水柱進行更大壓力更大空間的作業(yè)，旋噴鉆機因此而得名！部件間的連接：電器柜與電動機（泵站）連接，對其進行工作控制；泵站油路連接液壓操縱臺實現(xiàn)整個液壓系統(tǒng)的控制；利用油管連接各個組件油缸或者馬達實現(xiàn)各個規(guī)定的動作（即每一個部件的動作都是由相應(yīng)的油缸實現(xiàn)）；整個液壓油路的供油和回油由油箱實現(xiàn)；當工作的高度很大時，可連接安裝主副塔架，利用卷揚機組和天車滑輪進行鉆桿的調(diào)用安裝。另外卷揚機組則用于調(diào)用鉆桿和一些輔助性的物品，提高了效率。2 履帶底盤設(shè)計2.1 方案論證根據(jù)現(xiàn)代成熟技術(shù)，有兩種行走裝置方案：履帶式和輪胎式行走方式與履帶式液壓挖掘機行走裝置相比較，輪胎式行走裝置的輪胎式行走裝置的主要特點是：（1）機動性高，行走迅速，工作效率高；（2）要求地面平整、堅實，以免輪轍過深，路面的情況很容易影響鉆機的穩(wěn)定性。而鉆機的工作環(huán)境一般都非常惡劣；（3）整機的重量變輕，穩(wěn)定性不夠高。而鉆機在工作時受力很大，需要極高的穩(wěn)定性。相較于輪胎式行走裝置，履帶式行走裝置的接地比極低，可以在淤泥、沼澤等各種惡劣環(huán)境中工作，而這些地點都是鉆機的一般工作環(huán)境；同時作業(yè)時能使用液壓支腿支撐，使整機穩(wěn)定性得以很大提高。同樣履帶式行走機構(gòu)機動性高，靈活性好。綜上所述，選用履帶式行走裝置。2.2 履帶底盤的介紹履帶式行走裝置由“四輪一帶”（即驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶），張緊裝置，機架等組成。履帶設(shè)備運行時，驅(qū)動輪在履帶的緊邊驅(qū)動段及接地段（支撐段）產(chǎn)生一個拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出，由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷動履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使履帶設(shè)備借支重輪沿著履帶軌道向前運行。液壓傳動的履帶行走裝置，依靠4個支腿油缸來實現(xiàn)支撐. 履帶設(shè)備轉(zhuǎn)向時由安裝在兩條履帶上、分別由兩臺液壓泵供油的行走馬達（用一臺油泵供油時需采用專用的控制閥來操縱）通過對油路的控制，很方便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)履帶設(shè)備在各種地面、場地上運動。履帶行走裝置的特點是，驅(qū)動力大（通常每條履帶的驅(qū)動力可達機重的35%-45%），接比壓?。?0-150kPa），因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大的可達100%），且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。固在工程機械、礦山機械、建筑機械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是在大中型自行式機械中得到普遍的應(yīng)用，如挖溝機、挖掘機、樁工機械、鉆機等機械。2.3 設(shè)計要求因為底盤裝置兼有鉆機支撐和運行兩大功能，因此液壓步履機構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：（1）應(yīng)有較大的驅(qū)動力，使鉆機在濕軟或高低不平等不良地面上行走時具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能； （2）在不增大行走裝置高度的前提下使鉆機具有較大的離地間隙，以提高其不平地面上的越野性能； （3）行走裝置具有較大的支撐面積或較小的接地比壓，以提高鉆機穩(wěn)定性； （4）在鉆機斜坡下行時不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高鉆機安全性； （5）行走裝置的外形尺寸應(yīng)符合道路運輸?shù)囊螅唬?）在鉆機作業(yè)時需要用專門支腿支撐，以確保鉆機穩(wěn)定性和安全性；（7）相關(guān)的設(shè)計參數(shù)要求為：外形尺寸3800mm200mm650mm離地間隙280mm載重量7.5t（包括工作載荷），現(xiàn)綜合考慮設(shè)計時采用8t行使速度20m/min爬坡能力252.4 履帶行走裝置的設(shè)計因素影響履帶式鉆機行走性能的因素很多，若考慮不周到，設(shè)計不合理，將會出現(xiàn)行走及轉(zhuǎn)向困難、加速性能差等問題，大大影響鉆機的使用性能。影響履帶式工程鉆機性能的一般有以下幾種因素。（1） 地面對履帶的運行阻力地面對履帶的運行阻力是指地面變形造成的運行阻力，其大小和履帶接地比壓、車輛質(zhì)心位置及地面情況等因素有關(guān)。因鉆機一般都要在比較惡劣的地面上施工作業(yè)，所以在選運行比阻力系數(shù)的時候，應(yīng)充分考慮全各種工作環(huán)境，選取合適的阻力系數(shù)。（2） 內(nèi)阻力內(nèi)阻力主要指由行走機構(gòu)內(nèi)部的摩擦力造成的行走阻力。一般的履帶式行走機構(gòu)都是由驅(qū)動機構(gòu)、履帶、支重輪、導(dǎo)向輪、托鏈輪或托鏈板等組成。在行走時，這些機構(gòu)之間的摩擦必定會產(chǎn)生一定的內(nèi)部阻力，這種阻力一般主要有五部分組成： 履帶板繞過導(dǎo)向輪和驅(qū)動輪時，履帶銷子與履帶銷套間相對轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力。這種阻力與履帶銷子直徑、履帶銷與銷套間的摩擦系數(shù)有關(guān)。 支重輪處的摩擦阻力。這種阻力與支重輪外徑、支重輪直徑、支重輪傳到履帶板的重力及支重輪和輪軸間的摩擦系數(shù)有關(guān)。 導(dǎo)向輪處的摩擦阻力。這種阻力與導(dǎo)向輪軸和軸承間的摩擦系數(shù)、導(dǎo)向輪軸徑及導(dǎo)向輪滾道直徑有關(guān)。 驅(qū)動輪處的摩擦阻力。這種阻力與驅(qū)動輪軸承的摩擦系數(shù)、驅(qū)動輪軸直徑、驅(qū)動輪節(jié)圓直徑及履帶緊邊拉力有關(guān)。 托鏈輪或托鏈板處的摩擦阻力。這種阻力主要與托鏈輪或托鏈板所支撐的履帶板的重量及接觸面積和摩擦系數(shù)有關(guān)。內(nèi)阻力一般要占行走阻力的16%左右，所以設(shè)計時應(yīng)給予充分的考慮。（3） 坡阻力坡阻力是指車輛爬坡時由于自重的分力造成的行走阻力。一般的施工工地都凸凹不平，這就要求履帶式鉆機必須要具備一定的爬坡能力。坡阻力公式為F=mgsina，可以看出坡阻力的大小主要由該車的爬坡度及自重決定，并且與二者成正比。該阻力一般要占到整個行駛阻力的60%左右，是影響履帶式鉆機行駛性能的最主要因素。（4） 轉(zhuǎn)彎阻力轉(zhuǎn)彎阻力主要有以下兩種情況： 原地轉(zhuǎn)彎阻力。原地轉(zhuǎn)彎阻力是指兩側(cè)履帶同時反向轉(zhuǎn)向時所產(chǎn)生的阻力，這種阻力主要與垂直載荷和摩擦阻力的比例系數(shù)、履帶接地長度及軌距有關(guān)。 單側(cè)履帶轉(zhuǎn)向阻力。單側(cè)履帶轉(zhuǎn)向阻力是指履帶一側(cè)制動，另一側(cè)單邊轉(zhuǎn)向時所產(chǎn)生的阻力。這種阻力主要與流動阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)、履帶接地長度及軌距有關(guān)。另外，這兩種阻力的大小也與整車的質(zhì)心有關(guān)，若機械質(zhì)心落在履帶架的中心（既履帶接地比壓均勻分布），這時的轉(zhuǎn)彎阻力要比履帶接地比壓非均勻分布時小一些，所以在轉(zhuǎn)彎時應(yīng)盡量使整車質(zhì)心落在履帶架的中心。（5） 風阻力風阻力的大小主要與車輛的迎風面積、結(jié)構(gòu)的充實率及風速有關(guān)。對于中大型的履帶式工程車輛，因其牽引力比較大，而風阻力一般都很小，只占到牽引力的0.1%左右，所以風阻力可以只作為參考因素。（6） 慣性阻力。慣性阻力是由車輛起動時的加速度造成的行走阻力，其大小主要與自重和起動加速度有關(guān)，并且與其成正比。對于一些行駛速度慢和不要求快速起動的工程車輛，此因素也可以只作為參考因素。因此，在設(shè)計履帶式工程車輛的行走機構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)具體的工作條件，全面充分考慮各種阻力，并進行詳細認真的計算，以便設(shè)計出合理的傳動機構(gòu)和選出合適的行走減速機。2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計2.5.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計履帶式行走裝置由“四輪一帶”（即驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶），張緊機構(gòu)、機架等組成?？傮w設(shè)計應(yīng)考慮到的因素有： 結(jié)構(gòu)緊湊； 足夠的支撐強度； 工作平穩(wěn)，使用壽命長； 底盤上放置的各組件的尺寸和重量等等。根據(jù)現(xiàn)有的成熟技術(shù)，最后定出履帶底盤的總體結(jié)構(gòu)布局如圖2.1：圖2.1 履帶底盤2.5.2 零部件的設(shè)計（1） 張緊機構(gòu)：張緊機構(gòu)是履帶底盤里的重要部件。張緊機構(gòu)使履帶保持一定的張緊度，但必須要有個度，不能過松或太緊。履帶過松將增加行走裝置的沖擊載荷和附加功率消耗，或發(fā)生脫軌掉鏈等故障，過緊會增加功率消耗并加速磨損。張緊裝置有兩種類型：一種是螺桿式張緊裝置，二是液壓式張緊裝置。張緊機構(gòu)的設(shè)計要求應(yīng)包括以下幾方面：1）緩沖彈簧應(yīng)有必要的預(yù)緊力，防止車輛正常行使時因履帶跳動而使張緊輪后移；2）緩沖彈簧應(yīng)有必要的彈性行程，防止行走機構(gòu)遇障礙而使零件過載；3）張緊機構(gòu)有一定的調(diào)節(jié)行程，方便因履帶過松時取下一塊履帶板后，張緊裝置仍然可以調(diào)節(jié)履帶的松緊度。本設(shè)計采用螺桿式張緊機構(gòu)，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是調(diào)整費力，尤其是當螺紋生銹時更為困難。結(jié)構(gòu)圖2.2如下：圖2.2 張緊機構(gòu) 當履帶本身在松弛狀態(tài)下時，扳住調(diào)整桿的方扁絲，轉(zhuǎn)動壓環(huán)右動，把調(diào)整桿往左頂，然后轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母使其往右動，保持彈簧的張緊力； 當履帶已在張緊狀態(tài)，前進不打滑，后退打滑時，就是彈簧的張緊力不夠大，此時只要壓緊彈簧即可，即轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母使其往右動，增大彈簧的張緊力。（2） 引導(dǎo)輪：引導(dǎo)輪（如圖2.3）與驅(qū)動輪的軸心應(yīng)安裝在同一個水平面上，鏈輪應(yīng)保證共面性。導(dǎo)向槽安裝在導(dǎo)向架子的兩拖板上，與張緊機構(gòu)配合使用，一方面起到履帶傳動之用，一方面可以調(diào)整履帶的松緊程度。應(yīng)保證鏈條的松邊不在上面，否則由于鏈條垂度逐漸增大，引起松邊和緊邊相碰。圖2.3 引導(dǎo)輪（3） 支重輪：支重輪（圖2.4）主要由軸，法蘭，鏈輪和軸座組成。XPL30型鉆機中共用18個支重輪。其軸心應(yīng)與張緊輪和驅(qū)動輪的軸在同一個平面上。對支重輪的設(shè)計要求是強度足夠、輪緣耐磨、密封可靠。選擇支重輪軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理HB240290。外圓表面淬火HRC5055。表面鍍鉻0.030.04。 圖2.4 支重輪（4） 驅(qū)動輪：驅(qū)動輪（圖2.5）主要由軸、法蘭端蓋、連接套、油馬達等組成。XPL30型鉆機中共用2個驅(qū)動輪。液壓馬達通過連接套與驅(qū)動輪連接，帶動整機的行駛。圖2.5 驅(qū)動輪（5） 托輪： 型鉆機中共使用兩個托輪（圖2.6），左右各一。起了支撐履帶的作用，減少履帶的跳動并能防止履帶從側(cè)向滑脫。其軸心同樣應(yīng)與張緊輪和驅(qū)動輪的軸在同一個平面。圖2.6 托輪（6） 履帶：履帶的選用，應(yīng)根據(jù)履帶底盤的外形尺寸要求，以及客戶需求進行整體考慮。受機器結(jié)構(gòu)的限制，鉆機的履帶接地長度一般在10001800mm之間，履帶板寬度一般在350480mm之間。本機選用DHS135-41-350的履帶（上海中和傳動軸有限公司），取履帶板寬度為350mm。（7） 外擋板：外擋板是步履機構(gòu)的一個重要組件。它不僅能起到固定支重輪位置的作用，而且能阻擋外部泥沙沾染支重輪，延長支重輪的使用時間。（8） 履帶底盤：履帶機架（圖2.7）由主梁、左右單片、撐筋、撐板等組焊而成。履帶機架構(gòu)成了整個步履機構(gòu)的框架,是重要的一個組件。圖2.7 履帶機架2.6 設(shè)計計算2.6.1 主機行走裝置計算（1） 履帶尺寸設(shè)計履帶尺寸的設(shè)計，不僅要考慮接地比的較低的要求，而且接地長度L與履帶板寬度b的合理配合，對提高鉆機的牽引附著性能有較大的影響。窄長的履帶，滾動阻力較小，有較好的牽引附著性能，但轉(zhuǎn)向阻力較大，會導(dǎo)致鉆機轉(zhuǎn)彎功率的 增加，轉(zhuǎn)彎困難。根據(jù)一般普通工程機械中履帶設(shè)備的接地比壓為：0.050.08MPa19之間初步擬訂定接地比壓為0.05MPa，則由下式： （2.1）式中：Pa履帶平均接地比壓，KPa；G 機器工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力，KN；b 履帶接地區(qū)段寬度，m； L 履帶接地區(qū)段長度，mG=8t 10009.8N/KG= 8000KG9.8N/KG=78.4KN根據(jù)履帶底盤的外形尺寸要求7，初定b=350mm則 L=G/（2bPa）=2.22m 圓整后取2.2m=2200mm選用DHS135-41-59L/350的履帶（上海中和傳動軸有限公司）如圖2.8圖2.8 DHS135-41-59L/350履帶（2） 油馬達的選用主要根據(jù)系統(tǒng)的工況來選擇液壓馬達，液壓馬達的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、壓力、排量、容積率等。對于低速運轉(zhuǎn)工況，除可用低速馬達之外，也可用高速馬達加減速裝置。液壓馬達種類有：1）齒輪馬達。特點為結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動性較大，但當轉(zhuǎn)速高于1000r/min時，其轉(zhuǎn)矩脈動受到抑制，因此，齒輪馬達適用于高速低轉(zhuǎn)矩的情況下；2）葉片馬達。特點為結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，運動平穩(wěn)，噪聲小，負載轉(zhuǎn)矩較??；3）軸向柱塞馬達。特點為結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，轉(zhuǎn)速高，易于變量，能用多種方式自動調(diào)節(jié)流量，適用范圍廣；4）球塞式馬達。特點為負載轉(zhuǎn)矩大，徑向尺寸大，適合于速度中等工況；5）內(nèi)曲線馬達。特點為負載轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速底，平穩(wěn)性好。因此在本設(shè)計中傾向于選擇內(nèi)曲線馬達，從各項參數(shù)上綜合考慮選擇QJM型液壓馬達，主要有以下特點：1）該型馬達的滾動體用一個鋼球代替了一般內(nèi)曲線馬達所用的兩只以上滾輪和橫梁，因而結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，體積、重量顯著減少；2）運動副慣量小，鋼球結(jié)實可靠，故該型馬達可以在較高轉(zhuǎn)速和沖擊載荷下連續(xù)工作；3）摩擦副少，配油軸與轉(zhuǎn)子內(nèi)力平衡，具有較高的機械和容積效率，能在很低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，啟動力矩大。4）所需回油背壓較低一般只需0.30.8Mpa；5）因配油軸與定子剛性連接，故進出油管可用鋼管連接；6）簡單，拆修方便，對清潔度無特殊要求，油的過濾精度可按配套油泵的要求選定。具體型號選擇為： 1QJM42-2.5球塞式液壓馬達 11（寧波液壓馬達廠）,參數(shù)如下： M電機 =7903NM N =320r/min輸出功率 P電機 = 26000W (T=95500.001P/n)排量 = 2.56 L/r額定壓力 = 20 Mpa最大壓力 = 31.5 Mpa（3） 履帶底盤牽引力及扭矩的計算5：液壓馬達：1QJM42-2.5 排量：2.56L/r 流量：26.7L/r額定壓力及輸出扭矩： 20Mpa/7578N.m實際壓力及輸出扭矩： 16Mpa/6062N.m履帶驅(qū)動輪直徑：D=436.869mm單條履帶牽引力：f=P/0.5D=6062L/(0.50.436869)=27752N履帶總牽引力：F=2f=55504N則驅(qū)動輪扭矩M =555040.215(驅(qū)動輪半徑)/2(2個驅(qū)動輪) = 5966NM（4） 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速： n驅(qū)動設(shè)定 = V工進/（D）=(1641)/(0.437) =11.830.2 r/min （D =436.869mm）n電機調(diào)速范圍 = （128320）r/min降速比定為：I設(shè)定 =160/11.8 =13.559n驅(qū)動實際 = n電機調(diào)速范圍/ I設(shè)定 =（128320）/13.559 =9.4423.6r/min （5） 車輛行駛速度：履帶行走機構(gòu)在水平地面的直線運動，可以看成是機架相對于接地鏈軌的相對運動和履帶對地面的滑轉(zhuǎn)運動(牽連運動)合成的結(jié)果。當履帶相對地面沒有滑轉(zhuǎn)運動時，根據(jù)相對運動的原理，機架相對接地鏈軌的運動速度與鏈軌相對于機架的運動速度數(shù)值相等，方向相反。因此，可以通過考察鏈軌對靜止的機架的運動來求取兩者之間的相對運動速度。此時履帶在驅(qū)動輪的帶動下以一定的速度圍繞著這些輪子作“卷繞”運動。由于履帶鏈軌是由一定長度的鏈軌節(jié)所組成的，如通常的鏈傳動一樣，履帶的卷繞運動速度即使在驅(qū)動輪等速旋轉(zhuǎn)下，亦不是一個常數(shù)。履帶卷繞運動的平均速度可通過驅(qū)動輪每轉(zhuǎn)一圈所卷繞(轉(zhuǎn)過)的鏈軌節(jié)的總長來計算。設(shè)：鏈軌節(jié)矩，m；驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，r/min。驅(qū)動鏈輪的有效嚙合齒數(shù)。則履帶卷繞運動的平均速度4可由下式計算： （2.2）當履帶在地面上作無滑動行駛時，車輛的行駛速度顯然就等于機架相對于接地鏈軌的運動速度，后者在數(shù)值上等于履帶卷繞運動的速度。通常，將車輛履帶在面上沒有任何滑移時，車輛的平均行駛速度稱為理論行駛速度，它在數(shù)值上應(yīng)等于履帶卷繞運動的平均速度，亦即： （2.3）由此可得增加時，履帶卷繞運動速度的波動就減小。當車輛在實際工作時，即使牽引力沒有超過履帶與地面的附著能力，履帶與地面之間還是存在著少量滑轉(zhuǎn)的。這是因為履帶擠壓土壤并使它在水平方向有滑轉(zhuǎn)的趨向。在履帶存在滑轉(zhuǎn)的情況下，車輛的行駛速度稱為實際行駛速度，它顯然應(yīng)該是履帶的滑轉(zhuǎn)速度和機架對接地鏈軌的相對速度的合成速度，亦即： （2.4）式中：履帶在地面上的滑轉(zhuǎn)速度。通常用滑轉(zhuǎn)率來表示履帶對地面的滑轉(zhuǎn)程度，它表明了由于滑轉(zhuǎn)而引起的車輛行程或速度的損失，并可由下式計算： （2.5）履帶滑轉(zhuǎn)程度與路面地質(zhì)有關(guān)，故此處不做計算。由（2.3）式得，鉆機理論行駛速度： （2.6） =15.6m/min有效嚙合齒數(shù) 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)取n=20r/min（6） 鉆機行駛坡阻力及最大爬坡角度： 通過樣機實驗：8T鉆機履帶摩擦力為 f=17346.2N 最大爬坡角度為：9= arcsin0.48671=29.1本鉆機標定爬坡角度為：25（7） 履帶接地比壓計算：履帶單位接地面積所承受的垂直荷載，稱為履帶接地比壓。對于具有兩條履帶的工程機械來說，當工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力在水平地面上的投影同履帶接地區(qū)段的幾何中心相重合時，履帶接地比壓便呈均勻分布狀態(tài)，稱為平均比壓，其表達式為： （2.7）式中：Pa履帶平均接地比壓G 機器工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力b 履帶板的寬度 L 單條履帶行走機構(gòu)的接地長度履帶接地長度與履帶板寬度的選?。航拥亻L度L與履帶板寬度b的合理配合，對提高鉆機的牽引附著性能有較大的影響。窄長的履帶，滾動阻力較小，有較好的牽引附著性能，但轉(zhuǎn)向阻力較大，會導(dǎo)致鉆機轉(zhuǎn)彎功率的 增加，轉(zhuǎn)彎困難。在XPL30鉆機中，b/L推薦一般為：0.150.22。G大約取8噸，L取值為2.2m，b取值為0.35m，得： （2.8）根據(jù)實際工程作業(yè)經(jīng)驗： 1）普通工程機械中履帶設(shè)備17的接地比壓為：0.050.08MPa之間2）鐵路隧道履帶設(shè)備的接地比壓為：0.14Mpa鉆機滿足接地比壓要求。附加說明：實際情況中，大部分履帶機械的實際接地比壓往往不是均勻分布的，這是由于機器的重心通常不在履帶接地長度L的中央。當機器總重力作用偏離履帶接地長度L中心時，由于偏離值e不同，其比壓分布也不相同。 具體的履帶接地比分布情況，與鉆機的工況，前輪的結(jié)構(gòu)布置等等均有關(guān)系，所涉及的計算說明冗長晦澀，因此在這不做深入分析。感興趣請參閱： 常璉.懸臂式部分斷面掘進機履帶行走機構(gòu)功率的確定.煤炭學(xué)報，1982（4）12。（8） 履帶對地面附著力的校核計算：履帶行走機構(gòu)的牽引力必須大于或等于各阻力之和，但應(yīng)小于或等于履帶對地面的附著力。 T0G （2.9） 式中:T0本鉆機的附著力 附著系數(shù) （9） 履帶行走機構(gòu)牽引力的計算確定： 履帶行走機構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿足鉆機在最大設(shè)計坡度上作業(yè)、爬坡和轉(zhuǎn)彎等工況的要 求，最大牽引力應(yīng)小于在水平路面履帶的附著力。鉆機在最大設(shè)計爬坡能力時的牽引力為最大，而且移動速度低，空氣阻力可 以忽略不計，所以履帶行走機構(gòu)的牽引力的計算以下列公式為依據(jù)。 T2Tf+TifG+sin G 9 式中:T2履帶行走機構(gòu)的牽引力 Tf履帶行走機構(gòu)的滾動阻力 Ti履帶行走機構(gòu)的坡道阻力 f履帶行走機構(gòu)的滾動阻力系數(shù) 最大設(shè)計坡度角 同樣，鉆機牽引力的大小應(yīng)根據(jù)具體的路況確定，但應(yīng)保證T0>T2。即履帶的附著力大于最大牽引力。2.6.2 履帶張緊機構(gòu)有關(guān)計算（1） 緩沖彈簧組最小行程計算履帶張緊機構(gòu)中大小彈簧所組成緩沖彈簧組的作用，一是保證適當?shù)穆膸埦o力；二是當導(dǎo)向輪受到前方的沖擊載荷或因泥砂、小石塊等嵌入驅(qū)動輪的齒溝、履帶、支重輪和托輪時，緩沖彈簧組將回縮，藉以吸收振動，防止履帶和驅(qū)動輪損壞。如果緩沖彈簧組的行程過小，當出現(xiàn)上述情況時，就可能導(dǎo)致剛性碰撞，造成履帶過載和張緊桿變形。因此，緩沖彈簧組必須具有一定的緩沖行程，以保證步履機構(gòu)在上述情況下依然能正常行駛。緩沖彈簧組的最小行程計算公式為： （）/ （2.10） 式中：緩沖彈簧的最小行程，mm：驅(qū)動輪齒頂圓直徑，mm ：驅(qū)動輪齒根圓直徑，mm 根據(jù)此公式可得，在XPL30型鉆機中，Dt=467mm Dp=402mmL= （2.11）將緩沖彈簧的最小行程設(shè)計為52左右。（2） 靜態(tài)預(yù)張緊力計算由于履帶是由一塊塊履帶板通過銷軸或鏈軌節(jié)連接，因此在驅(qū)動鏈輪與導(dǎo)向輪之間或與托鏈輪之間有一定的懸鏈線下垂，履帶預(yù)張緊力能使履帶下垂度控制在所需要的范圍內(nèi)，也就是預(yù)張緊力能通過履帶的下垂度來反映。因此，由履帶的下垂度就能計算出履帶所需要的預(yù)張緊力。下垂度h的一般取值h=(0.015-0.03)L 其中h：履帶的下垂度 L：張緊輪與驅(qū)動輪間中心距靜態(tài)預(yù)張緊力按下式計算： （2.12）式中：履帶的靜態(tài)預(yù)張緊力 g：一塊履帶板、鏈軌及螺栓組的重量：鏈軌節(jié)距在鉆機中，取L=3.313m Lt=0.13m g= 35N 得： =12435.2N （2.13）2.6.3 驅(qū)動輪組件的設(shè)計（1） 驅(qū)動鏈輪尺寸設(shè)計履帶鏈軌與鏈輪的嚙合屬非共軛嚙合傳動，故其鏈輪齒廓幾何形狀具有一定的靈活性，但又直接影響傳動質(zhì)量，使用壽命及加工難易程度，GB1244-85中規(guī)定出鏈輪齒廓幾何尺寸的允許范圍。本設(shè)計中采用三圓弧-直線齒形，其標記為： 齒形3R GB1244-85查機械設(shè)計手冊1表13-2-18，選取鏈輪的材料：ZG310-570 淬火HRC4550HBC，該材料適合沒有激烈沖擊振動且在易磨損條件下工作的鏈輪。由表13-2-2， 鏈輪齒數(shù) z=10 表13-2-1， 配用鏈條的節(jié)距 p=131.5mm 配用鏈條的滾子外徑 d1=33mm鏈輪主要尺寸：（根據(jù)表13-2-13）分度圓直徑： d =p / sin (180/ z ) （2.14）=131.53.2362 = 435mm齒頂圓直徑 ：da =p(0.54+ctg180/z) （2.15）=131.5(0.54+3.0778)=467 mm,齒根圓直徑 ：df =d-d1=402mm齒側(cè)凸緣（或排間槽）直徑： dg=pctg180/z1.04h20.76 （2.16） =131.53.0778-1.0465-0.76=336mmh2：內(nèi)鏈板高度h2=65mm 分度圓弦齒高：ha = 0.27p （2.17）=0.27131.5= 35.505mm根據(jù)表13-2-12 齒溝圓弧半徑：r1 = 0.5025d1 + 0.05 （2.18）= 16.6325mm 齒溝半角：/2 = 5560/z （2.19）=49 工作段圓弧中心O2的坐標：M = 0.8d1sin(/2 )= 19.92mm （2.20） T = 0.8d1cos(/2) = 17.45mm （2.21） 工作段圓弧半徑：r2 = 1.3025d1 + 0.05 （2.22）=43mm 工作段圓弧中心角：= 1856/z （2.23） =12.4 齒頂圓弧中心O3的坐標：W = 1.3d1cos(180/z)=38.32mm （2.24） V=1.3d1sin(180/z) =12.45mm （2.25）齒形半角：/2 = 17-64/z （2.26）=10.6 齒頂圓弧半徑：r3 =d1(1.3cos/2+0.8cos-1.3025)-0.05 （2.27） =24.92mm 工作段直線部分長度： bc =d1(1.3sin/2-0.8sin) （2.28）=2.22mme點至齒溝圓弧中心連線的距離 ： H=9.96mm （2.29）如圖2.9所示：圖2.9 驅(qū)動鏈輪（2） 驅(qū)動輪軸設(shè)計與校核軸的設(shè)計1）選擇軸的材料因為驅(qū)動軸是承受載荷較大而無很大沖擊的重要軸，所以軸材料選用40，調(diào)質(zhì)處理HB229269，查表6-1-11得：=650Mpa，=450Mpa，=295 Mpa，=170 Mpa初步確定軸端直徑取A=103 （按表6-1-19選取，因轉(zhuǎn)速低故取小值。）軸端直徑: d= （2.30）考慮軸為花鍵軸，軸徑應(yīng)增大4%5%，取d=112mm2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計通常設(shè)計軸結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮如下因素： 便于軸上零件（如齒輪、軸承等）的裝拆與調(diào)整； 保證軸上零件的定位與固定可靠； 具有良好的加工工藝性； 力求受力合理，應(yīng)力集中小，工作能力強，節(jié)約材料和減輕重量。從這些要求出發(fā)，軸通常設(shè)計成中間大兩頭小的階梯形，這樣用料省，便于加工制造?？紤]到軸與液壓馬達相連接，故一端軸應(yīng)為花鍵軸，且軸的直徑應(yīng)與馬達尺寸相配合。由于驅(qū)動軸上軸承主要承受徑向載荷，又需要承受一定的軸向力，所以選用深溝球軸承。根據(jù)履帶的特點，選用一對深溝球軸承，且兩軸承應(yīng)該位于驅(qū)動輪和馬達之間。并將兩軸承安裝于同一階梯面上，之間用軸套閣開，一端由軸肩定位，一端采用軸用擋圈定位。為了便于裝配，軸端應(yīng)加工出倒角（一般為45）綜上，設(shè)計輸入軸如下圖2.10：圖2.10 驅(qū)動輪軸軸的強度校核2：（1）畫出空間受力簡圖：初定尺寸：L1=86mm，L2=47mm，L3=49mm鏈輪的材料為ZG319-570 根據(jù)鏈輪的大致尺寸可算出：G輪=313.74N 扭矩M=5966NM作用在軸上的力：Ft（1.151.20）KA F （2.31） =1.21.827752 =59942.3N其中，取KA=1.8 有效圓周力F=f=27752N（2）水平面受力圖：支點反力=N （2.32） =N （2.33） 方向與圖示相反。B點水平彎矩 NM （2.34）A點水平彎矩 NM （2.35）（3）畫出垂直面受力圖：由：G輪= FAv + FBv G輪（86+47）=FAv47 得： FAv=887.8N FBv=574.4N B點垂直彎矩 NM （2.36） A點垂直彎矩 NM （2.37）求合成彎矩： 2337.5NM （2.38） 6622.8NM （2.39）（4）計算A、B處當量轉(zhuǎn)矩： 在受對稱循環(huán)變應(yīng)力時，取應(yīng)力校正系數(shù) NM （240） NM （2.41）（5）校核軸的強度：對危險截面A、B兩截面進行強度校核。下面以截面A為例進行安全系數(shù)校核。表2-1 截面A安全系數(shù)校核計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果對稱循環(huán)疲勞極限軸材料選用40Cr鋼調(diào)質(zhì)，脈動循環(huán)疲勞極限等效系數(shù)（截面A上的應(yīng)力）彎矩（截面A）彎曲應(yīng)力幅彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力（應(yīng)力集中系數(shù)）有效應(yīng)力集中系數(shù)表6-1-30表面狀態(tài)系數(shù)續(xù)表2-1尺寸系數(shù)安全系數(shù)彎曲安全系數(shù)，扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)復(fù)合安全系數(shù)（截面B上的應(yīng)力）彎矩（截面2）彎曲應(yīng)力幅 彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力（應(yīng)力集中系數(shù)）有效應(yīng)力集中系數(shù) 表面狀態(tài)系數(shù)尺寸系數(shù)安全系數(shù)續(xù)表2-1彎曲安全系數(shù)設(shè)為無限壽命，扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)復(fù)合安全系數(shù)經(jīng)校核，A、B兩截面均安全。軸承的選用與壽命校核：（1） 類型選擇滾動軸承所受載荷的大小、性質(zhì)及方向，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。在驅(qū)動軸上軸承主要承受徑向載荷，又需要承受一定的軸向力，所以選用深溝球軸承。使用端蓋油封進行密封，以起到防塵的效果。在軸承上涂上潤滑油，起到防塵及減小摩擦功耗等作用。（2） 壽命校核軸承6021，靜載荷安全系數(shù)徑向力 轉(zhuǎn)速預(yù)期壽命10000小時表2-2 壽命校核計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果沖擊載荷系數(shù)有一定沖擊當量動載荷計算額定動載荷基本額定動載荷>續(xù)表2-2軸承壽命H額定靜載荷>經(jīng)校核壽命和靜載荷計算均可滿足工作要求。