1 液壓挖掘機(jī)行走裝置設(shè)計(jì) 摘要 當(dāng)今隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展 各行各業(yè)都面臨著技術(shù)的革新 同時(shí)也面臨著來(lái)自多方面 的挑戰(zhàn) 而隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步 工程機(jī)械在各行各業(yè)中起到了舉足輕重的地位 然而 在不同的 環(huán)境下 對(duì)挖掘機(jī)等工程機(jī)械的大小 性能的要求有所不同 各種性能參數(shù)決定其工作環(huán)境 工程 機(jī)械在國(guó)民生產(chǎn)中有著很重要的位置 它在很大程度上取代了原始的 落后的生產(chǎn)工具 它在現(xiàn)今 中國(guó)和全世界的飛速發(fā)展的今天功不可沒(méi) 而挖掘機(jī)的行走裝置是整個(gè)機(jī)械的支撐部分 它承受機(jī) 械的自重及工作裝置挖掘時(shí)的反力 使挖掘機(jī)穩(wěn)定的支撐在地面工作 也是挖掘機(jī)在工作場(chǎng)地自由 移位的裝置 行走裝置設(shè)計(jì)的好壞會(huì)影響挖掘機(jī)的機(jī)動(dòng)性 爬坡能力 越野性能 接地比壓以及挖 掘機(jī)的穩(wěn)定性等 本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是 本方案設(shè)計(jì)中提出多種方案 從理論上 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)上 可靠性 可實(shí)現(xiàn) 性 綜合性能等進(jìn)行方案比較 從而選擇最佳方案 技術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮總體配置合理 安全 選材 加工方法和技術(shù)條件可行 制圖正確 標(biāo)注齊全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 充分注意整機(jī)各子系統(tǒng)之間的相關(guān) 性 力求整機(jī)性能的一致性和最優(yōu)化性 關(guān)鍵字 液壓挖掘機(jī) 行走裝置 底盤 2 as technology continues to progress and development all walks of life are faced with technology innovation is also facing challenges from a wide range 3 4 目錄 目 錄 1 緒論 1 1 1 挖掘機(jī)行走裝置的組成 1 1 2 國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)行走裝置的研究現(xiàn)狀 2 1 2 1 行走裝置的國(guó)外研究現(xiàn)狀 2 1 2 2 行走裝置的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1 3 液壓挖掘機(jī)的分類與優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圈 4 1 4 課題研究的主要內(nèi)容 4 本設(shè)計(jì)所要完成的主要任務(wù) 4 1 6 課題研究的目的和意義 5 2 挖掘機(jī)行走裝置的總體方案設(shè)計(jì) 6 2 1 履帶式液壓挖掘機(jī)的組成 6 挖掘機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)的依據(jù) 6 履帶式行走裝置的主要特點(diǎn) 6 設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 7 挖掘機(jī)行走裝置總體設(shè)計(jì)原則 7 挖掘機(jī)行走裝置總體設(shè)計(jì)的方法 8 挖掘機(jī)行走裝置的動(dòng)力裝置的比較與選型 8 行走裝置傳動(dòng)方式的確定 9 機(jī)械式 10 液力機(jī)械式 10 全液壓式 靜液壓式和液壓機(jī)械式 11 電力式 11 行走裝置行走方式的確定 12 液壓挖掘機(jī)行走裝置的設(shè)計(jì)原則 12 液壓挖掘機(jī)行走裝置的介紹與比較 13 3 挖掘機(jī)行走裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì) 16 3 1 行走裝置的總體幾何尺寸設(shè)計(jì) 16 5 3 2 行走裝置驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 18 主要參數(shù)的確定 18 強(qiáng)度校核 19 行走裝置輪邊減速器的設(shè)計(jì) 20 行星齒輪的傳動(dòng)特點(diǎn) 20 行星減速器傳動(dòng)方案的選定 21 3 3 3 減速器傳動(dòng)比的分配原則 22 3 3 4 行星減速器齒輪的配齒 22 行走裝置功率及挖掘力的設(shè)計(jì) 23 3 4 1 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 23 液壓功率 23 挖掘力參數(shù) Pf 的計(jì)算 24 最大轉(zhuǎn)彎力矩的計(jì)算 24 平均接地比壓的計(jì)算 24 3 5 行走裝置的牽引力計(jì)算 24 3 5 1 履帶運(yùn)行阻力計(jì)算 25 3 5 2 牽引力的校核 34 3 6 行走裝置液壓馬達(dá)的選型 34 3 7 行走裝置張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 36 液壓挖掘機(jī)張緊裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理 37 履帶式底盤對(duì)張緊裝置的設(shè)計(jì)要求 37 張緊彈簧的設(shè)計(jì) 38 彈簧強(qiáng)度的校核 43 張緊油缸主要尺寸的設(shè)計(jì) 44 行走裝置四輪一帶等零件的選型 45 履帶的選型 45 支重輪的選型 45 托鏈輪的選型 46 3 9 4 導(dǎo)向輪的選型 47 3 9 5 驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 47 6 3 9 6 行走架 47 3 9 7 推土裝置 48 4 設(shè)計(jì)總結(jié) 49 參考文獻(xiàn) 51 7 1 緒論 1 1 挖掘機(jī)行走裝置的組成 履帶式行走裝置如圖 所示由 四輪一帶 即引導(dǎo)輪 支重輪 托 鏈輪 驅(qū)動(dòng)輪 履帶 張緊裝置 行走機(jī)構(gòu) 行走架 推土裝 置 選用 組成 圖 履帶式行走裝置 挖掘機(jī)行走運(yùn)行時(shí) 驅(qū)動(dòng)輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下產(chǎn)生一個(gè)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 迫使整 機(jī)克服阻力向前移動(dòng)使驅(qū)動(dòng)輪卷動(dòng)履帶 導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上 從而使挖掘機(jī) 沿著履帶軌道向前持續(xù)運(yùn)行 挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí) 由安裝在兩條履帶上 分別由液壓泵供油 的行走馬達(dá)通過(guò)對(duì)油路的控制 很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎 以適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地 面 場(chǎng)地上運(yùn)動(dòng) 下面介紹主要組成部分的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 支重輪 挖掘機(jī)的重力通過(guò)支重輪傳給履帶 在挖掘和行走時(shí)還經(jīng)常受到?jīng)_擊 所 以支重輪所承受的載荷很大 支重輪的工況惡劣 密封性要求可靠 支重輪的布置設(shè)計(jì) 需考慮履帶鏈軌的節(jié)距 以免引起下車共振現(xiàn)象 托鏈輪 用于托起上部履帶 防止其過(guò)度下垂 在托鏈輪的布置設(shè)計(jì)時(shí) 需考慮履 帶脫離驅(qū)動(dòng)輪的離去角和滑向引導(dǎo)倫的引入角 以減小履帶運(yùn)行過(guò)程時(shí)的內(nèi)阻 托鏈輪 的結(jié)構(gòu)與支重輪類似 所以在有些挖掘機(jī)上用支重輪來(lái)替代 履帶 履帶是將挖掘機(jī)的重力及工作和行走時(shí)的載荷傳給地面 挖掘機(jī)履帶按材質(zhì) 可以分為鋼履帶與 橡膠履帶 鋼履帶耐磨性好 維修方便 經(jīng)濟(jì)性好因而運(yùn)用普及 橡膠履帶是為了保護(hù)路面不受損傷一般運(yùn)用在小型液壓挖掘機(jī)上 鋼履帶由履帶板 鏈 8 軌節(jié) 履帶銷軸和銷套等組成 常用履帶板分為單筋 雙筋和三筋三種 單筋履帶板 筋較高 易插入地面產(chǎn)生較大的牽引力 主要用于推土機(jī)上 雙筋履帶板筋稍矮易于轉(zhuǎn) 向 且履帶板剛度較好 三筋履帶板由于筋多 使履帶板的強(qiáng)度和剛度都得以提高 承 重能力大 所以在挖掘機(jī)上廣泛應(yīng)用 三筋履帶板上有四個(gè)聯(lián)接孔 中間有清泥孔 當(dāng)鏈軌繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)可借助輪齒清除鏈軌節(jié)上的淤泥 相鄰兩履帶板制成搭接部分 防 止履帶板之間夾進(jìn)石塊而產(chǎn)生過(guò)高的張力 導(dǎo)向輪 導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確運(yùn)轉(zhuǎn) 可以防止跑偏和越軌 大部分液壓挖掘機(jī) 的導(dǎo)向輪同時(shí)起到了支重輪的作用 這樣可增加履帶對(duì)地面的接觸面積 減小比壓 導(dǎo) 向輪的輪面大多制成光面 中間有擋肩環(huán)作導(dǎo)向用 兩側(cè)的環(huán)面則能支撐軌鏈起支重輪 的作用 導(dǎo)向輪的中間擋肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度 兩側(cè)邊的斜度要小 導(dǎo)向輪與最靠近的 支重輪距離愈小則導(dǎo)向性能愈好 驅(qū)動(dòng)輪 用來(lái)將行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞給履帶 因此對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的主要要求是嚙合平穩(wěn) 并在履帶因銷套磨損而伸長(zhǎng)時(shí) 仍能很好嚙合 不得有 跳齒 現(xiàn)象 履帶行走裝置的 驅(qū)動(dòng)輪通常放在后部 這樣既可縮短履帶張緊段的長(zhǎng)度 減少功率損失 又可提高履帶 的使用壽命 1 2 國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)行走裝置的研究現(xiàn)狀 1 2 1 行走裝置的國(guó)外研究現(xiàn)狀 近些年來(lái) 隨著微電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 制約技術(shù)通信技術(shù)等新技術(shù)的日益滲透 到液壓挖掘機(jī)技術(shù)中 智能化的進(jìn)一步運(yùn)用 使得動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)部一些制約元件能夠隨著 挖掘機(jī)具體工作情況而改變 從而提高工作效率 使操縱變得更容易 世界各工業(yè)發(fā)達(dá) 國(guó)家的液壓挖掘機(jī)技術(shù)得以迅速提高 像國(guó)外的這些廠家如日本的小松 日立 神鋼 住友等 美國(guó)的卡特 韓國(guó)的大宇 現(xiàn)代 尤其是德國(guó)的挖掘機(jī) 技術(shù)都已經(jīng)很先進(jìn)了 而今 挖掘機(jī)技術(shù)更是朝著智能 環(huán)保的方向進(jìn)展 像 Carnegie Mellon 大學(xué)的自主裝 載系統(tǒng) 澳大利亞機(jī)器人中心 英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)的智能挖掘機(jī)等都在開(kāi)始新興技術(shù)的 融合進(jìn)展 上世紀(jì) 80 年代初 美國(guó) KraftTeleRobtics 公司和 John Deere 公司等都相 繼成功開(kāi)發(fā)出遙控挖掘機(jī) 日本小松制作所以 PC200 2 型液壓挖掘機(jī)為基本機(jī)型進(jìn)行 遙控挖掘機(jī)研制 1 如今 隨著市政設(shè)施及公路養(yǎng)護(hù)壓力的增加 工程機(jī)械行業(yè)主機(jī)面臨著向更小發(fā)展 的趨勢(shì) 可靠耐用的小型工程機(jī)械將成為市場(chǎng)追逐的熱點(diǎn)之一 因此 與其相配套的 基礎(chǔ)零部件也需要向體積更小效率更高以及壽命更長(zhǎng)發(fā)展 同時(shí) 各類噸位工程機(jī)械造 9 型外觀的升級(jí)也對(duì)基礎(chǔ)件的空間占用設(shè)計(jì)提出了更高的要求 2 所以挖掘機(jī)逐漸的向 節(jié)約空間的緊湊型方向發(fā)展 本設(shè)計(jì)將對(duì)行走裝置向這方面進(jìn)一步改善 據(jù)統(tǒng)計(jì) 2011 年 11 月份 主要合資生產(chǎn)企業(yè)斗山 小松 日立分別實(shí)現(xiàn)銷售 1513 2000 和 1451 臺(tái) 同比增長(zhǎng) 6 9 38 4 和 34 市場(chǎng)份額 10 5 13 9 和 10 1 同比下降 5 7 2 6 和 2 3 個(gè)百分點(diǎn) 11 月份 民族挖掘機(jī)品牌三一 山河智能 柳工和廈工銷量 2105 391 475 和 205 臺(tái) 同比分別增長(zhǎng) 297 2 98 5 70 9 和 105 市場(chǎng)份額 14 7 2 7 3 3 和 1 4 同比分別上升 8 6 0 5 0 1 和 0 3 個(gè)百分點(diǎn) 其中三一單月份額首次躍居行業(yè)第一 這也是三一歷史上單月份額最高的一個(gè)月 前 11 個(gè)月累計(jì) 斗山 小松 日立份額分 別下降 2 24 0 95 和 1 37 個(gè)百分點(diǎn) 三一 廈工和柳工分別提升 1 81 0 46 和 0 12 個(gè)百分點(diǎn) 3 面對(duì)國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)的發(fā)展前景 我們應(yīng)看準(zhǔn)時(shí)機(jī)打出自己的品牌 搶占市場(chǎng) 從而提 高國(guó)際知名度 1 2 2 行走裝置的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 從國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)的市場(chǎng)和企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 我們不難看出國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)的行走裝置發(fā)展 存在著幾個(gè)問(wèn)題 4 結(jié)構(gòu)單一 沒(méi)有自己的品牌 配套系統(tǒng)不健全 產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力不足 很多企業(yè)一哄而上 沒(méi)有優(yōu)化資源 將企業(yè)做大形成強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力 同時(shí) 國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)規(guī)格主要集中在 30t 以下 6t 以下的規(guī)格比較齊全 以 1 5t 30t 基本形成系列 200t 以上基本空白 因此我國(guó)挖掘機(jī)還處于 進(jìn)展期 我國(guó)挖掘 機(jī)企業(yè)在研發(fā)系統(tǒng)和試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)方面雛形難見(jiàn) 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)基本上處于仿造階段 電 控技術(shù)只有山東眾友等少數(shù)公司自己開(kāi)發(fā) 大多數(shù)企業(yè)都在選購(gòu) 節(jié)能減排 降噪安全 部件精細(xì)作業(yè)的工作裝置 不同功能的附屬裝置等方面的研發(fā)個(gè)別企業(yè)才剛剛起步 大 多數(shù)企業(yè)沒(méi)有能力涉及 目前我國(guó)挖掘機(jī)的質(zhì)量問(wèn)題主要體現(xiàn)在 結(jié)構(gòu)件 電控 發(fā)動(dòng) 機(jī) 液壓件等核心部件 以及諸如軸銷 司機(jī)室 四輪一帶等其他部件 國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)廠 家諸如廣西玉柴 柳工股份 三一重工 河北宣工 徐工 山河智能 龍工集團(tuán)等 正 在崛起的江西南特 桂林華力 湖南九五重工 南昌華工 大連黑貓 合肥振宇等 但是 小型液壓挖掘機(jī)發(fā)展迅速 因?yàn)槠浼婢哂兄行屯诰驒C(jī)的多項(xiàng)功能 又具有運(yùn) 輸 能耗 靈活性 適應(yīng)性等方面優(yōu)勢(shì) 而且價(jià)格低 重量輕保養(yǎng)維修方面等優(yōu)點(diǎn)得到 10 廣泛的應(yīng)用 5 故此在本設(shè)計(jì)主要針對(duì)小型挖掘機(jī) 同時(shí)對(duì)其中涉及的零部件進(jìn)行規(guī) 劃性的設(shè)計(jì) 以方便實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn) 1 3 液壓挖掘機(jī)的分類與優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圈 按行走方式分類 輪胎式 液壓挖挖掘機(jī)它可以分為標(biāo)準(zhǔn)汽車底盆 特種汽車底盤 輪式拖拉機(jī) 底盤和專用輪胎底盤式 輪胎式液壓挖掘機(jī)主要用于城市建筑等部門 履帶運(yùn)行和支撐裝置 這種裝置可分為剛性多支點(diǎn)和剛性少支點(diǎn) 撓性多支點(diǎn) 和撓性少支點(diǎn)四種 斗容量大于 的挖掘機(jī)多用履帶行走裝 履帶式挖掘機(jī)主要用于 露天開(kāi)采和礦場(chǎng)開(kāi)礦 邁步式運(yùn)行裝置 這種裝置又可分為偏心輪式 絞式 滑塊式和液力式 邁步 式又稱步行式 挖掘機(jī)主要用在松軟土壤和沼澤地等接地比較小的工作場(chǎng)所的剝離作業(yè) 有些大型采砂場(chǎng)也使用這種邁步式挖掘機(jī) 1 4 課題研究的主要內(nèi)容 了解挖掘機(jī)的組成 以及挖掘機(jī)各種行走裝置的優(yōu)缺點(diǎn) 熟悉行走裝置的設(shè)計(jì)流程 根據(jù)工作要求正確選用行走裝置的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)相關(guān)的基本參數(shù) 進(jìn)行挖掘機(jī)行走裝置的設(shè)計(jì) 繪制行走裝置的裝配圖及零件圖 整理資料 撰寫論文 本設(shè)計(jì)所要完成的主要任務(wù) 行走機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 繪制草圖和總裝配圖 液壓馬達(dá)的選型設(shè)計(jì)及減速器傳動(dòng)比設(shè)計(jì) 行走裝置的選型及設(shè)計(jì) 張緊裝置的選型及設(shè)計(jì) 履帶鏈環(huán)的選型及設(shè)計(jì) 11 支重輪 托鏈輪 履帶的選型 所有零 部件設(shè)計(jì)計(jì)算 繪制零 部件圖 1 6 課題研究的目的和意義 液壓挖掘機(jī)在工業(yè)與民用建筑 道路建設(shè) 農(nóng)田水力 油田礦山 市政工程 機(jī) 場(chǎng) 港口等部門土石方施工中 占有重要位置 并反映了這些部門施工機(jī)械化水平 該 課題結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展 對(duì)履帶式液壓挖 掘機(jī)底盤作較深入的分析研究 根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)及要求 完成挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)總體及減速 器傳動(dòng)設(shè)計(jì) 進(jìn)一步掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我們進(jìn)一步鞏固 加深對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論 基本技能和專業(yè)知識(shí)的掌握 使之系統(tǒng)化 綜合化 培養(yǎng)我們 獨(dú)立思考 獨(dú)立工作和綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力 尤其注重培養(yǎng)我 們獨(dú)立獲取新知識(shí)的能力 培養(yǎng)我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算 工程繪圖 文字表達(dá) 文 獻(xiàn)查閱 計(jì)算機(jī)應(yīng)用及工具書使用等方面的基本工作實(shí)踐能力 使我們樹(shù)立具有符合國(guó) 情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn) 樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn) 負(fù)責(zé) 實(shí)事求是 刻苦鉆研 勇于探 索 勇于創(chuàng)新 善于與他人合作的工作作風(fēng) 12 2 挖掘機(jī)行走裝置的總體方案設(shè)計(jì) 2 1 履帶式液壓挖掘機(jī)的組成 液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī) 液壓系統(tǒng) 工作裝置 行走裝置和電氣控制等部分組成 液壓系統(tǒng)由液壓泵 控制閥 液壓缸 液壓馬達(dá) 管路 油箱等組成 電氣控制系統(tǒng)包 括監(jiān)控盤 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 泵控制系統(tǒng) 各類傳感器 電磁閥等 液壓挖掘機(jī)一般由 工作裝置 回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三大部分組成 其相應(yīng)的布置如圖 圖 挖掘機(jī)的基本組成 13 挖掘機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)的依據(jù) 履帶式行走裝置的主要特點(diǎn) 機(jī)器 的全部重量經(jīng)支重輪壓在履帶的接地段上 附著重量等于整機(jī)重量 這 相當(dāng)于全輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)械 履帶與地面之間的附著力由履帶與地面之間的摩擦力和切 入土壤的履齒所受的土壤剪切變形抗力構(gòu)成 故附著性能較好 與同功率的輪式機(jī)械相比 由于履帶支承面積大 接地壓力較小 一般小于 所以對(duì)于泥濘 藻澤和松軟路面的通過(guò)性較好 履帶式行走機(jī)構(gòu)總量大 運(yùn)動(dòng)慣性大 內(nèi)部構(gòu)件運(yùn)動(dòng)沖擊大 因而運(yùn)行速度 受限制 一般用于低速場(chǎng)合 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 機(jī)構(gòu)內(nèi)部的活動(dòng)關(guān)節(jié)多 且磨損嚴(yán)重 維修工作量大 保養(yǎng)調(diào)整 不便 牽引力大 通常每條履帶的牽引力達(dá)機(jī)重的 轉(zhuǎn)彎半徑小 機(jī) 動(dòng)靈活 采用液壓傳動(dòng) 能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速 每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置 設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 工作質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量 額定功率 行走速度 高 低 14 回轉(zhuǎn)速度 爬坡能力 挖掘機(jī)行走裝置總體設(shè)計(jì)原則 在設(shè)計(jì)新機(jī)械或?qū)ΜF(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí) 設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循的基本原則 滿足使用要求 滿足經(jīng)濟(jì)性的要求 滿足勞動(dòng)保護(hù)的要求 滿足工藝性的要 求 滿足機(jī)器的結(jié)構(gòu)性能要求 滿足某些零部件的耐磨性的要求 滿足其他特殊要求 這些要求應(yīng)貫穿于機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)階段 各個(gè)部件或總成的性能應(yīng)相互協(xié)調(diào) 匹配 力求整體性能的一致性和最優(yōu) 化 不可盲目追求某個(gè)局部的最佳性能 否則 可能造成整體性能惡化 或產(chǎn)生薄弱環(huán) 節(jié) 即 瓶頸 現(xiàn)象 整機(jī) 部件選型及處理某些問(wèn)題時(shí) 應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)上 的合理性 實(shí)現(xiàn)的可行性與可靠性 正確分析所設(shè)計(jì)的機(jī)器在同類機(jī)器系列中所處的地位 應(yīng)為發(fā)展系列產(chǎn)品 打下基礎(chǔ) 留有余地 由于工程機(jī)械的工況多變 受載情況復(fù)雜 應(yīng)科學(xué)地處理小概率的極端工 況下的受力分析及相關(guān)技術(shù)問(wèn)題 正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關(guān)系 應(yīng)以采用成熟技術(shù) 成熟可靠地機(jī)電 零部件進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和科學(xué)的綜合為主 也應(yīng)通過(guò)深入的理論分析 進(jìn)行必要的科學(xué)實(shí) 驗(yàn) 挖掘機(jī)行走裝置總體設(shè)計(jì)的方法 由于總體設(shè)計(jì)所涉及的技術(shù)問(wèn)題十分復(fù)雜 綜合運(yùn)用多科學(xué)的理論知識(shí)開(kāi)展設(shè)計(jì)是 基本的方法 又因工程機(jī)械的理論和方法并不完善 經(jīng)常遇到難以從理論上解決的問(wèn)題 15 所以在此下列所述的方法解決 采用國(guó)內(nèi)外技術(shù)成熟的同類機(jī)械的性能參數(shù) 取得參考值 對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外同類機(jī)器的某種性能參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 找出規(guī)律或綜合成 經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)處理問(wèn)題 進(jìn)行一定的模擬試驗(yàn) 以試驗(yàn)結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù) 采用相似原理的方法 根據(jù)現(xiàn)有的同類機(jī)器的主要參數(shù) 按一定比例關(guān)系 放大或縮小來(lái)初步確定相對(duì)應(yīng)得參數(shù) 挖掘機(jī)行走裝置的動(dòng)力裝置的比較與選型 考慮到挖掘機(jī)所需的動(dòng)力較大 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題 普通的的電力發(fā)動(dòng)機(jī)和逐 漸退出舞臺(tái)的蒸汽機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足挖掘機(jī)的動(dòng)力需求 所以這里考慮的主要是燃油機(jī) 其所產(chǎn)生的動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)效益 已經(jīng)逐漸成為中 大型機(jī)械的主導(dǎo)動(dòng)力源 而當(dāng)今燃油機(jī) 的主要產(chǎn)品有兩大類為 汽油機(jī)和柴油機(jī) 這里主要對(duì)這兩種燃油機(jī)進(jìn)行比較分析 從 而選出適合挖掘機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有 熱效率和經(jīng)濟(jì)性較好 柴油機(jī)采用壓縮空氣的辦法提高空氣 溫度 使空氣溫度超過(guò)柴油的自燃燃點(diǎn) 這時(shí)再噴入柴油 柴油噴霧和空氣混合的同時(shí) 自己點(diǎn)火燃燒 因此 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需點(diǎn)火系 同時(shí) 柴油機(jī)的供油系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單 因此柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性要比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的好 由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需 要 柴油機(jī)壓縮比很高 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一般將汽油噴入進(jìn)氣管同空氣混合成為可燃混合氣再進(jìn)入汽缸 經(jīng)火花 塞點(diǎn)火燃燒膨脹作功 人們通常稱它為點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 而柴油機(jī)一般是通過(guò)噴油泵和噴 油咀將柴油直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸 和在氣缸內(nèi)經(jīng)壓縮后的空氣均勻混合 在高溫 高壓 下自燃 推動(dòng)活塞作功 人們把這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常稱之為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 汽油機(jī)汽車具有轉(zhuǎn)速高 轎車用汽油機(jī)轉(zhuǎn)速可高達(dá) 轉(zhuǎn) 分 貨車用 汽油機(jī)達(dá) 轉(zhuǎn) 分左右 質(zhì)量輕 工作時(shí)噪聲小 起動(dòng)容易 制造和維修費(fèi)用低等 特點(diǎn) 故在中 小型貨車及軍用越野車上得到廣泛應(yīng)用 其不足之處是燃油消耗較高 因而燃油經(jīng)濟(jì)性較差 柴油機(jī)車因壓縮比高 燃油消耗平均比汽油機(jī)車低 左右 所以燃油經(jīng)濟(jì)性較好 一般貨車大都采用柴油機(jī) 柴油機(jī)的弱點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較汽油機(jī)低 一 般最高轉(zhuǎn)速在 轉(zhuǎn) 分左右 質(zhì)量大 制造和維修費(fèi)用高 因?yàn)閲娪捅?16 和噴油器加工精度要求高 但目前柴油機(jī)的這些弱點(diǎn)正在逐漸得到克服 它的應(yīng)用范 圍正在向中 輕型貨車擴(kuò)展 國(guó)外柴油轎車也有很快的發(fā)展 其最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 轉(zhuǎn) 分 通常 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比熱效率高 因而從節(jié)約能源 降低燃料 成本角度上講 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的推廣使用具有重大意義 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比具 有功率大 壽命長(zhǎng) 動(dòng)力性能好的特點(diǎn) 它排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比汽油低 一氧 化碳與碳?xì)渑欧乓驳?在整車的使用壽命期氮氧化合物排放略大于汽油機(jī) 柴油機(jī)的不 足之處是有害顆粒物排放大 近年來(lái) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓 中冷 直噴 尾氣催 化轉(zhuǎn)換和顆粒捕集器等先進(jìn)技術(shù) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放已達(dá)到歐 歐 排放標(biāo)準(zhǔn) 在歐洲 柴油車比較普及 隨著環(huán)保與節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)格要求 柴油機(jī)將成為主導(dǎo) 的產(chǎn)品 普通柴油機(jī)的是由發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸驅(qū)動(dòng) 借助于高壓油泵將柴油輸送到各缸燃油室 這種供油方式要隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化 做不到各種轉(zhuǎn)速下的最佳供油量 而隨著 電控柴油機(jī)的共軌噴射式系統(tǒng)的產(chǎn)生與應(yīng)用 較好解決了這個(gè)問(wèn)題 所以從挖掘機(jī)作業(yè)環(huán)境與工作要求 同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)的方向出發(fā) 選擇 柴油機(jī)作為挖掘機(jī)的動(dòng)力源是最佳的選擇 行走裝置傳動(dòng)方式的確定 傳動(dòng)系是動(dòng)力裝置和行走機(jī)構(gòu)之間的動(dòng)力傳動(dòng)和操縱 控制機(jī)構(gòu)組成的 系統(tǒng) 它將動(dòng)力裝置輸出的功率傳給驅(qū)動(dòng)輪 并改變動(dòng)力裝置的功率輸出特性以滿足工 程機(jī)械作業(yè)行駛要求 傳動(dòng)系根據(jù)動(dòng)力傳動(dòng)形式分為機(jī)械式 液力機(jī)械式 全液壓式和電傳動(dòng)式等四種傳 動(dòng)系統(tǒng)類型 機(jī)械式 所謂機(jī)械傳動(dòng)是指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動(dòng)力的方式 它是通過(guò)齒輪 齒 條 帶 鏈等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制 工程機(jī)械中使用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由來(lái)已久 下面 介紹輪胎式與履帶式行走的機(jī)械式主要傳動(dòng)路線 同時(shí)比較機(jī)械式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 17 輪式 發(fā)動(dòng)機(jī) 主離合器 變速箱 傳動(dòng)軸 主傳動(dòng)器 差速器 輪邊減速器 履帶式 發(fā)動(dòng)機(jī) 主離合器 變速箱 傳動(dòng)器 中央傳動(dòng) 終傳動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 價(jià)廉 傳動(dòng)效率高 可利用慣性作業(yè)等 缺點(diǎn) 當(dāng)外阻力變化劇烈時(shí)易熄火 換檔時(shí)動(dòng)力中斷時(shí)間長(zhǎng) 機(jī)械循環(huán)作業(yè)時(shí)頻繁換檔勞動(dòng)強(qiáng)度大 傳動(dòng)系零部件受到的沖擊載荷大 機(jī)械變速箱檔位較多 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 液力機(jī)械式 在上述機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)加入液力變矩器 或液力偶合器 后 使發(fā)動(dòng)機(jī) 輸出的動(dòng)力通過(guò)液力變矩器 或液力偶合器 及機(jī)械傳動(dòng)部件傳到驅(qū)動(dòng)輪 這個(gè)系統(tǒng)稱 為液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 液力機(jī)械傳動(dòng)分兩種情況 一種是在車輛以低速行駛時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)出的功率 一部分通過(guò)液力元件 液力變矩器 另一部分通過(guò)機(jī)械變速箱 經(jīng)匯 流行星排匯流后輸給主動(dòng)輪 亦稱功率分流式傳動(dòng) 另一種是在車輛高速行駛時(shí)利用閉 鎖離合器將變矩器閉鎖 使功率僅從機(jī)械部件傳遞 液力機(jī)械傳動(dòng)的研究對(duì)象是如何最 大限度地把液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體 下面介紹輪胎式與履帶 式行走的液力機(jī)械式主要傳動(dòng)路線 同時(shí)比較液力機(jī)械式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 輪式 發(fā)動(dòng)機(jī) 變矩器 動(dòng)力換檔 變速箱 傳動(dòng)軸 主傳動(dòng)器 差速器 輪邊減 速器 履帶式 發(fā)動(dòng)機(jī) 變矩器 動(dòng)力換檔 變速箱 中央傳動(dòng) 終傳動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 變速箱檔位少 動(dòng)力換檔輕 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用好 防熄火 換檔次數(shù)少 勞動(dòng)強(qiáng)度低 傳動(dòng)系振動(dòng)小 機(jī)械零部件壽命長(zhǎng) 機(jī)械可實(shí)現(xiàn)零起步 起步平穩(wěn) 缺點(diǎn) 與機(jī)械傳動(dòng)系比較 成本相對(duì)較高 傳動(dòng)效率較低 適用范圍 中 大型施工機(jī)械 推土機(jī) 裝載機(jī) 鏟運(yùn)機(jī) 高級(jí)轎車 重型汽車 等 液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)相比有何優(yōu)點(diǎn) 能自動(dòng)適應(yīng)外阻力的 18 變化 使機(jī)械能在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)地變更其輸出軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 當(dāng)阻力增加時(shí) 則自動(dòng) 降低轉(zhuǎn)速 增加轉(zhuǎn)矩 從而提高機(jī)械的平均速度與生產(chǎn)率 因液力傳動(dòng)的工作介 質(zhì)是液體 所以能吸收并消除來(lái)自內(nèi)燃機(jī)及外部的沖擊和振動(dòng) 從而提高了機(jī)械的壽命 因液力裝置自身具有無(wú)級(jí)調(diào)速的特點(diǎn) 故變速器的檔位數(shù)可以減少 并且因采用 動(dòng)力換檔變速器 減小了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度 簡(jiǎn)化了機(jī)械的操縱 全液壓式 靜液壓式和液壓機(jī)械式 液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式 該傳動(dòng)方式取 消了主離合器 變速箱 后橋等傳動(dòng)部件 使工作裝置的操縱和整機(jī)驅(qū)動(dòng)方式統(tǒng)一 可 減輕機(jī)重 結(jié)構(gòu)緊湊 總體布置簡(jiǎn)單 原地轉(zhuǎn)向性能好 可實(shí)現(xiàn)牽引力和速度的無(wú)極調(diào) 整 大大提高了牽引性能 下面介紹靜液壓式與液壓機(jī)械式行走的全液壓式主要傳動(dòng)路 線 同時(shí)比較全液壓式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 靜液壓式 發(fā)動(dòng)機(jī) 液壓泵 液壓馬達(dá) 輪邊減速器 液壓機(jī)械式 發(fā)動(dòng)機(jī) 液壓泵 液壓馬達(dá) 減速箱 輪邊減速器 優(yōu)點(diǎn) 無(wú)級(jí)變速 速度變化范圍大 可實(shí)現(xiàn)微動(dòng) 系統(tǒng)元件少 布置方便 維護(hù)和操作簡(jiǎn)單 液壓系統(tǒng)本身可實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 缺點(diǎn) 液壓元件加工精度和密封要求高 國(guó)產(chǎn)件的壽命 短 使用維護(hù)要求高 電力式 電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來(lái)傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制 采用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā) 電機(jī)發(fā)電 通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 進(jìn)而驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu) 工程機(jī)械中最常見(jiàn)的 電力傳動(dòng)系統(tǒng)是 電動(dòng)輪 的形式 其基本原理是有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī) 然后用發(fā) 電機(jī)輸出的電能驅(qū)動(dòng)裝在車輪中的直流電動(dòng)機(jī) 車輪和直流電動(dòng)機(jī) 包括減速裝置 裝成一體稱為 電動(dòng)輪 下面介紹電力式的主要傳動(dòng)路線 同時(shí)比較電力式傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn) 組成 內(nèi)燃機(jī) 發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 減速裝置 驅(qū)動(dòng)輪 優(yōu)點(diǎn) 動(dòng)力裝置與車輪間無(wú)剛性聯(lián)系 易總體布置和維修 無(wú)級(jí)變速 功率利用好 19 電動(dòng)輪通用性好 易組合成多種驅(qū)動(dòng)形式 可采用電制動(dòng) 制動(dòng)器壽命長(zhǎng) 系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 操作方便 缺點(diǎn) 價(jià)高 耗有色金屬量大 自重大 適用于大型 重型作業(yè)機(jī)械 表 幾種傳動(dòng)方式的主要傳動(dòng)特性比較 比較 方式 功能與重量 比 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量比 響應(yīng)速度 可控性 負(fù)載剛度 調(diào)速范圍 機(jī)械式 小 小 低 差 中等 小 電力式 小 小 中等 中等 差 中等 全液壓式 大 大 高 好 好 好 從上述的介紹與比較不難看出 對(duì)本課題所研究的挖掘機(jī)類型選擇液壓式傳動(dòng)方式 是最合理的 而隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新 液壓方面的一些缺點(diǎn)已逐漸改善 它 的一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)一直受工程機(jī)械的喜愛(ài) 如今 流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè) 國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志 所以 在本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式選用液壓式 行走裝置行走方式的確定 液壓挖掘機(jī)行走裝置的設(shè)計(jì)原則 因?yàn)樾凶哐b置兼有液壓挖掘機(jī)的支撐和運(yùn)行兩大功能 因此液壓挖掘機(jī)行走裝置應(yīng) 盡量滿足以下要求 應(yīng)有較大的驅(qū)動(dòng)力 使挖掘機(jī)在濕軟或高低不平等不良地面上行走時(shí)具有良好 的通過(guò)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挖掘機(jī)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 以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性 挖掘機(jī)在斜坡下行時(shí)不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象 以提高挖掘機(jī)的安全性 行走裝置的外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊?20 液壓挖掘機(jī)行走裝置的介紹與比較 液壓挖掘機(jī)的行走裝置 按結(jié)構(gòu)可分為履帶式和輪胎式兩大類 履帶式行走裝置的特點(diǎn)是 驅(qū)動(dòng)力大 通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的 接地比壓小 因而越野性能及穩(wěn)定性好 爬坡能力 大 一般為 最大的可達(dá) 且轉(zhuǎn)彎半徑小 靈活性好 履帶式行 走裝置在液壓挖掘上使用較為普遍 但履帶式行走裝置制造成本高 運(yùn)行速度低 運(yùn) 行和轉(zhuǎn)向時(shí)功率消耗大 零件磨損快 因此 挖掘機(jī)長(zhǎng)距離運(yùn)行時(shí)需借助于其他運(yùn)輸車 輛 輪胎式行走裝置與履帶式的相比 優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快 機(jī)動(dòng)性好 運(yùn)行時(shí)輪胎不 損壞路面 因而在城市建設(shè)中很受歡迎 缺點(diǎn)是接地比壓大 爬坡能力小 挖掘作業(yè)時(shí) 需要用專門支腿支撐 以確保挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和安全性 履帶式行走裝置組成與工作原理 履帶式行走裝置由 四輪一帶 即驅(qū)動(dòng)輪 導(dǎo) 向輪 支重輪 托輪 以及履帶 張緊裝置和緩沖彈簧 行走機(jī)構(gòu) 行走架等組成 挖掘機(jī)運(yùn)行時(shí) 驅(qū)動(dòng)輪在履帶的緊邊 驅(qū)動(dòng)段及接地段 支撐段 產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)輪卷動(dòng)履帶 導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上 從而使挖掘機(jī)借支重輪 沿著履帶軌道向前運(yùn)行 液壓傳動(dòng)的履帶行走裝置 挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)由安裝在兩條履帶 上 分別由兩臺(tái)液壓泵供油的行走馬達(dá) 用一臺(tái)油泵供油時(shí)需采用專用的控制閥來(lái)操縱 通過(guò)對(duì)油路的控制 很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎 以適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地面 場(chǎng)地上 運(yùn)動(dòng) 輪胎式行走裝置輪胎式液壓挖掘機(jī)行走裝置的結(jié)構(gòu)型式很多 有采用標(biāo)準(zhǔn)汽車底盤 的可輪式拖拉機(jī)底盤的 但斗容量稍大 工作性能要求較高的輪胎式液壓挖掘則采用專 用的輪胎式底盤行走裝置 無(wú)支腿 全輪驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)臺(tái)布置在兩軸的中間 兩軸輪距相同 其優(yōu)點(diǎn)是省去了 支腿 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 便于在狹窄工地上作業(yè) 機(jī)動(dòng)性好 缺點(diǎn)是挖掘機(jī)行走時(shí)轉(zhuǎn)向橋負(fù)載 大 轉(zhuǎn)向操作費(fèi)力或需要設(shè)置液壓助力裝置 因此這種結(jié)構(gòu)型式的行走裝置僅適用小型 輪胎式液壓挖掘機(jī) 雙支腿 全輪驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)臺(tái)偏于固定軸 后橋 一邊 其特點(diǎn)是 減輕了轉(zhuǎn)向橋 的負(fù)載 使轉(zhuǎn)向操作較輕便 支腿裝在固定軸一邊 保證了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性 這 21 種結(jié)構(gòu)型式的行走裝置多用于小型輪胎式液壓挖掘機(jī) 四支腿 單軸驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)臺(tái)遠(yuǎn)離中心 其特點(diǎn)是 驅(qū)動(dòng)輪的輪距較寬 而轉(zhuǎn)向輪 的輪距較小 轉(zhuǎn)向時(shí)繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng) 由于車輪形成三支點(diǎn)布置 受力較好 無(wú)需懸掛擺 動(dòng)裝置 行駛時(shí)轉(zhuǎn)向半徑小 作業(yè)時(shí)四支腿支撐 穩(wěn)定性好 其缺點(diǎn)是 在松軟地面上 行駛會(huì)形成三道輪轍 行駛阻力增大 而且三支點(diǎn)底盤的橫向穩(wěn)定性差 因此這種結(jié)構(gòu) 型式的行走裝置僅適用于小型挖掘機(jī) 四支腿 全輪驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)臺(tái)接近固定軸 后橋 一邊 其特點(diǎn)是 前軸擺動(dòng) 由 于重心偏后 因此轉(zhuǎn)向時(shí)阻力小 易操作 并且通過(guò)采用大型輪胎和低壓輪胎 因而對(duì) 地面要求較低 這種結(jié)構(gòu)型式的行走裝置廣泛應(yīng)用于中型 大型挖掘機(jī)上 與履帶式 液壓挖掘機(jī)行走裝置相比較 輪胎式行走裝置的主要特點(diǎn)是 要求地面平整 堅(jiān)實(shí) 以免輪轍過(guò)深 增加挖掘機(jī)行駛阻力 轉(zhuǎn)向阻力 影響 挖掘機(jī)的穩(wěn)定性 輪胎式挖掘機(jī)的行走速度通常不超過(guò) 爬坡能力為 為了改善挖掘機(jī)的越野性能 宜采用全輪驅(qū)動(dòng) 液壓懸掛平衡擺動(dòng)軸 作業(yè)時(shí) 由液壓支腿支撐 使前后橋卸荷并整機(jī)穩(wěn)定性得以提高 綜上 履帶式行走系比之輪胎式有以下特點(diǎn) 履帶式挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪只卷繞履帶而不在地面滾動(dòng) 機(jī)器全重經(jīng)支重輪壓在多 片履帶板上 全部重量都是附著重量 這相當(dāng)于全輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)器 加上履帶支承 面上同時(shí)抓地的履齒較輪式機(jī)器同時(shí)抓地的胎面花紋多得多 所以履帶式機(jī)器的牽引附 著性能要好得多 與同馬力的輪胎式機(jī)器相比 由于履帶支承面大 接地比壓小 一般小于 所以在松軟土壤上的下陷深度小 因而滾動(dòng)阻力小 有利于發(fā)揮較大的 牽引 力 履帶銷子 銷套等運(yùn)動(dòng)副使用中要磨損 要有張緊裝置調(diào)節(jié)履帶張緊度 它兼 起一定的緩沖作用 履帶式行走系重量大 運(yùn)動(dòng)慣性大 緩沖減振作用小 結(jié)構(gòu)中最好有某些彈性 元件 履帶式行走系結(jié)構(gòu)復(fù)雜 金屬消耗多 磨損嚴(yán)重 維修量大 運(yùn)行速度受限制 履帶式行走裝置是液壓挖掘機(jī)用得最多的一種裝置 22 所以 考慮到挖掘機(jī)一般在野外作業(yè) 工作載荷變化大 作業(yè)環(huán)境惡劣 技術(shù)保養(yǎng) 條件差 而履帶式行走裝置又是液壓挖掘機(jī)用得最多的一種裝置 因此本設(shè)計(jì)采用了履 帶式行走裝置 綜上所述總體方案的選型設(shè)計(jì) 最終確定行走裝置的動(dòng)力路線為 柴油機(jī) 液壓 泵 控制閥 液壓馬達(dá)與減速器總成 驅(qū)動(dòng)輪 履帶 23 3 挖掘機(jī)行走裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì) 3 1 行走裝置的總體幾何尺寸設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)初始設(shè)計(jì)時(shí) 一些相關(guān)的參數(shù)還無(wú)法提前確定 所以按照標(biāo)注選定法 理論分析計(jì)算法等方法得出的參數(shù)值不可能都是完全切合的 因此在未知參數(shù)的前提下 本設(shè)計(jì)有的參數(shù)采用了經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算 1 履帶帶長(zhǎng) K K KA G1 3 3 1 1 1 40 13 5 1 3 3332mm 式中 KA 為尺寸系數(shù) 1 25 1 5 本設(shè)計(jì)取 KA 1 40 G 為整機(jī)重量 本設(shè)計(jì) G 13 5 噸 本設(shè)計(jì)除特殊說(shuō)明外 G 含相同 考慮到整體布局 類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 故 可取為 驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪軸向中心距 L Ki G1 3 3 1 2 式中 Ki 為尺寸系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 Ki 考慮到整體布局 類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 故 可取為 軌距 B KB G1 3 3 1 3 式中 KB 為尺寸系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 KB 考慮到整體布局 類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 故 可取為 24 履帶高度 H0 H0 KT G1 3 3 1 4 式中 KT 為尺寸系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 KT 為了整體的整體布局 考慮將其擴(kuò)大 左右 計(jì)算得 H0 履帶板寬 根據(jù) 中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 液壓挖掘機(jī)履帶 規(guī)格系列查取 底盤總寬 C B b 3 1 5 履帶接地長(zhǎng)度 L 接 L 接 L 0 35 Dk 3 1 6 L 0 35 K L 式中 Dk 為驅(qū)動(dòng)輪直徑 約為 后端支重輪到驅(qū)動(dòng)輪間距 C3 C3 KC1 lt 3 1 7 式中 KC1 為尺寸系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 lt 為履帶節(jié)距 根據(jù) 中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 液壓挖掘機(jī) 履帶 規(guī)格系列查取 lt 前端支重輪到導(dǎo)向輪間距 C1 C1 KC2 lt 3 1 8 25 式中 KC2 為尺寸系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 兩端支重輪間距 lo lo L C1 C3 3 1 9 轉(zhuǎn)臺(tái)離地高 h1 h1 K0 G1 3 3 1 10 式中 K0 為尺寸系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 為了整體的整體布局 考慮將其擴(kuò)大 左右 計(jì)算得 h1 相鄰兩支重輪間距 t1 t1 1 2 lt 3 1 11 1 9 171 325mm 現(xiàn)將行走機(jī)體的主要線性尺寸列于表 3 1 3 2 行走裝置驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)輪是將傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳至履帶 以產(chǎn)生使車輛運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力 因此 要求驅(qū) 動(dòng)輪與履帶的嚙合性能要良好 即在各種不同行駛條件和履帶不同磨損程度下嚙合應(yīng)平 穩(wěn) 進(jìn)入和退出嚙合要順利 不發(fā)生沖擊 干涉和脫落履帶的現(xiàn)象 其次要耐磨且便于 更換磨損元件 主要參數(shù)的確定 節(jié)距 驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距應(yīng)與履帶節(jié)距相等 l t 項(xiàng)目 履帶長(zhǎng)度 K 軌距 B 輪距 L 履帶總高 H0 轉(zhuǎn)臺(tái)離地高 h1 履帶板寬 b 結(jié)果 mm 3665 1990 2880 890 980 500 26 齒數(shù) 增加驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù) 能使履帶速度均勻性改善 摩擦損失減少 但會(huì) 導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪直徑增大 引起機(jī)重和整機(jī)高度的增加 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)一般為奇數(shù) 使得嚙合 過(guò)程中每個(gè)齒都能和節(jié)銷嚙合 為使 不致過(guò)大 又兼顧履帶運(yùn)動(dòng) 的平穩(wěn)性 當(dāng) lt 取小值時(shí)則 取大值 當(dāng) lt 取大值時(shí) 取小值 所以 取 驅(qū)動(dòng)輪直徑的確定 驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓直徑 Dk 按下式計(jì)算 Dk 式中 驅(qū)動(dòng)輪與履帶銷銷嚙合次數(shù) 驅(qū)動(dòng)輪的齒頂圓直徑 De 按下式計(jì)算 De 0 165 0 170 lt Z K 齒根圓直徑 的計(jì)算公式如下 D1 Dk Di 式中 Di為履帶鎖緊銷套的外徑 根據(jù) 中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 液壓挖 掘機(jī)履帶 規(guī)格系列查取 Di 齒根圓弧偏心距 e 0 07 l t Di 強(qiáng)度校核 按機(jī)械零部件的計(jì)算方法驗(yàn)算輪齒的齒面接觸強(qiáng)度 驅(qū)動(dòng)輪輪齒齒面擠壓應(yīng)力應(yīng)滿 27 足 j 184 j 184 j 式中 驅(qū)動(dòng)輪齒寬度 履帶銷套外徑 查對(duì)應(yīng)履帶型號(hào)得 j 許用用擠壓應(yīng)力 j 綜上可以看出 條件滿足 符合強(qiáng)度要求 行走裝置輪邊減速器的設(shè)計(jì) 行星齒輪的傳動(dòng)特點(diǎn) 行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較 他具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 它的最 顯著的特點(diǎn)是 在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流 同時(shí) 其輸入軸與輸出軸具有同軸 性 具輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一軸線上 所以 行星齒輪傳動(dòng)已經(jīng)被人們用來(lái)代替 普通齒輪傳動(dòng) 而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器 增速器和變速裝置 尤其是對(duì)于 要求體積小 質(zhì)量輕 結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī) 起重運(yùn)輸 石油化工和兵 器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置 行星齒輪傳 動(dòng)已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下 體積小 質(zhì)量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 承載能力大 由于行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流 和各中心構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)以及合理的運(yùn)用內(nèi)嚙合齒輪副 因此可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊 再由于在中心輪的周圍均勻的分布著數(shù)個(gè)行星輪來(lái)共同分擔(dān)載荷 從而使得每個(gè)齒輪所 承載的負(fù)荷較小 并允許這些齒輪采用較小的模數(shù) 此外 在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合 承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容積 從而有利于縮小其外形尺寸 使其體積小 質(zhì)量小 結(jié)構(gòu)緊湊且承載力大 一般 行星齒輪傳動(dòng)的外形尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的 即相同的載荷條件下 28 傳動(dòng)效率高 由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性 即它 具有數(shù)個(gè)均勻分布的行星輪 使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡 從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用 在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng) 機(jī)構(gòu)布置合理的情況下 其效率可達(dá) 傳動(dòng)比較大 可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 只要適當(dāng)選擇行星 齒輪傳動(dòng)的類型及配齒方案 便可以少用幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比 在僅作為傳遞 運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中 其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千 應(yīng)該指出 行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很 大時(shí) 仍然可以保持結(jié)構(gòu)緊湊 質(zhì)量小 體積小等許多優(yōu)點(diǎn) 而且 它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng) 的合成與分解以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 抗沖擊和震動(dòng)能力較強(qiáng) 由于采用了數(shù)個(gè)相同的 行星輪 均布的分布在中心論的周圍 從而可使得行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡 同 時(shí) 也使與嚙合的齒數(shù)增多 故 行星齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn) 抗沖擊和震動(dòng)能力較強(qiáng) 工作 較可靠 總之 行星齒輪具有質(zhì)量小 體積小 傳動(dòng)比大幾小效 率高 類型 選型得當(dāng) 等優(yōu)點(diǎn) 因此 行星齒輪傳動(dòng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械 礦山機(jī)械 冶金機(jī) 械 起重運(yùn)輸機(jī)械 輕工機(jī)械 石油化工機(jī)械 機(jī)床 機(jī)器人 汽車 坦克 火炮 飛 機(jī) 輪船 儀器和儀表等各個(gè)方面 行星齒輪傳動(dòng)不僅適用于高轉(zhuǎn)速 大功率 而且在 低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置上也已經(jīng)獲得應(yīng)用 他幾乎可以適用一切功率和轉(zhuǎn)速范圍 故目 前行星傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一 行星減速器傳動(dòng)方案的選定 行星減速器的傳動(dòng)形式有很多種 以下對(duì)最為典型的三種傳動(dòng)形式作簡(jiǎn)要說(shuō)明 1 高速馬達(dá)和定軸行星混合式行走減速機(jī)構(gòu) 此種傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用定量的柱塞式 葉片式或齒輪式高速液壓馬達(dá) 行走液壓系 統(tǒng)壓力一般采用中壓 而馬達(dá)的轉(zhuǎn)速較高 最高時(shí)可以達(dá)到 3000r min 所以要求齒輪 減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比也比較大 這種傳動(dòng)方式的部件通用化程度比較高 便于安裝 使用 和維修 但是軸向和徑向尺寸均較大 對(duì)中小型液壓挖掘機(jī)的最小軸距和最小離地間隙 都有一定的限制 2 低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)和一級(jí)定軸齒輪減速機(jī)構(gòu) 29 一級(jí)定軸齒輪減速器安裝在履帶架上 大齒輪和驅(qū)動(dòng)輪裝在同一軸上 小齒輪和行 走馬達(dá)裝在同一軸上 這種方案的缺點(diǎn)是馬達(dá)的徑向尺寸大 低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)的成本較 高 使用壽命也低于高速馬達(dá) 在中小型液壓挖掘機(jī)上的使用也愛(ài)到了限制 3 斜盤式軸向柱塞馬達(dá)和雙行星排減速機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)析液壓系統(tǒng)壓力可以高達(dá) 300MPa 以上 馬達(dá)轉(zhuǎn)速一般在 2200 r min 以內(nèi) 雙行星排具有較大的傳動(dòng)比 省去了定軸齒輪傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)緊湊 適合于專業(yè)化批量生產(chǎn) 其中共齒圈式雙行星排的結(jié)構(gòu)有以下幾種 如圖 4 2 比較上述三種典型方案 a 圖為齒圈輸出帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪 輸出穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)比較緊湊 布局合理 同時(shí)也能獲得較大的圖為行星架輸出 傳動(dòng)比 效率也較高 b 圖齒圈固定 這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜 因此本設(shè)計(jì)選擇 a 圖結(jié)構(gòu)為減速器的傳動(dòng)方案 圖 4 2 行星減速器 3 3 3 減速器傳動(dòng)比的分配原則 由于單級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比最大不超過(guò) 10 當(dāng)總傳動(dòng)比要求超過(guò)此值時(shí) 應(yīng)采用 二級(jí)或多級(jí)減速器 此時(shí)就應(yīng)考慮各級(jí)傳動(dòng)比的合理分配問(wèn)題 否則將影響到減速器外 形尺寸的大小 承載能力能否充分發(fā)揮等 根據(jù)使用要求的不同 可按下列原則分配傳 動(dòng)比 1 使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近于相等 2 使減速器的外廓尺寸和質(zhì)量最小 3 使傳動(dòng)具有最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4 使各級(jí)傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等 30 3 3 4 行星減速器齒輪的配齒 行星排的正確嚙合和傳動(dòng) 應(yīng)滿足四個(gè)配齒條件 即是傳動(dòng)比條件 同 心條件 裝 配條件以及相鄰條件 根據(jù)已知的傳動(dòng)比范圍 由表 取行星輪數(shù)目 查表 配齒 可得如下可行傳動(dòng)比方案 本設(shè)計(jì)選 方案 配齒如下表 排數(shù) 太陽(yáng)輪 齒數(shù) 行星輪 齒數(shù) 齒圈 齒數(shù) 行星輪數(shù)目 第行星排 第行星排 行走裝置功率及挖掘力的設(shè)計(jì) 3 4 1 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算 N 17 7 92 7Q 式中 標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量 考慮到柴油機(jī)的功率必須充分滿足主機(jī)工作過(guò)程的動(dòng)力要求 取發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 千瓦 在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi) 31 液壓功率 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 P 0 75 0 88 N 式中 為發(fā)動(dòng)機(jī)功率 挖掘力參數(shù) Pf 的計(jì)算 挖掘力參數(shù) Pf 的計(jì)算 Pf Kf 式中 Pf 為最大反鏟挖掘力 Kf 為為挖掘潛力系數(shù) 本設(shè)計(jì)取 最大轉(zhuǎn)彎力矩的計(jì)算 最大轉(zhuǎn)彎力矩 Mw Mw Kw 5 79 噸 米 式中 為轉(zhuǎn)彎系數(shù) 取為 為摩擦系數(shù) 不良路面取 平均接地比壓的計(jì)算 平均接地比壓 Pc 32 Pc 式中 b 履帶接地寬度 即 為履帶接地區(qū)段長(zhǎng)度 3 5 行走裝置的牽引力計(jì)算 牽引力計(jì)算是液壓挖掘機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容之一 由于液壓挖掘機(jī)的發(fā) 動(dòng)機(jī)和油泵的主要參數(shù)及其它一些總體參數(shù)主要根據(jù)挖掘工況確定 因此 對(duì)行走裝置 來(lái)說(shuō)實(shí)際上是在已定的功率條件下驗(yàn)算挖掘機(jī)的行走速度 爬坡能力和轉(zhuǎn)彎能力 挖掘機(jī)行走時(shí) 需要克服行走中所遇到的各種運(yùn)動(dòng)阻力 牽引力也就是用于克服這 些運(yùn)動(dòng)阻力的 牽引力計(jì)算原則是行走裝置的牽引力應(yīng)該大于總阻力 而牽引力又不會(huì) 超過(guò)機(jī)械與地面的附著力 牽引平衡方程為 式中 為驅(qū)動(dòng)輪的扭矩 為驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑 為履帶牽引力 為運(yùn)行時(shí)各阻力之和 本設(shè)計(jì)采用在目前大多數(shù)履帶式液壓挖掘機(jī)的行走牽引力 的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 T 0 70 0 85 G 噸 下面分別對(duì)各阻力作計(jì)算 3 5 1 履帶運(yùn)行阻力計(jì)算 履帶運(yùn)行時(shí) 由于驅(qū)動(dòng)輪與履帶軌鏈的嚙合 履帶銷軸間的摩擦以及支重輪 導(dǎo)向 33 輪和驅(qū)動(dòng)輪等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力等構(gòu)成了履帶運(yùn)行的阻力 履帶式行走裝置的運(yùn) 行阻力有土壤變形阻力 坡度阻力 內(nèi)阻力和轉(zhuǎn)彎阻力及風(fēng)阻力和慣性阻力 3 5 1 1 土壤變形的阻力 即外部行駛阻力 土壤變形阻力是土壤對(duì)履帶運(yùn)行的阻力 由于支重輪沿履帶滾動(dòng) 履帶使土壤受擠 壓變形而引起的 對(duì)于一條履帶的變形阻力為 Fw1 p0bh2 對(duì)于雙履帶的變形阻力為 Fw1 2Fw1 p0bh2 式中 p0 土壤的變形模量 如下表 取 履帶寬度 受壓表面下陷深度 土 壤 變 形 模 量 po 單 位 KN mn 2 相 對(duì) 含 水 量 耗 水 量 塑 性 上 限 土 質(zhì) 1 0 5 1 0 0 5 沙 土 147 09 490 3 粘 性 土 980 6 1470 9 196 12 588 36 49 03 98 06 松 土 1470 9 2451 5 490 3 980 6 而 可以用以下簡(jiǎn)化式計(jì)算 h 式中 履帶接地區(qū)段部位的接地比壓 用平均比壓 土壤抗陷系數(shù) 取 故 Fw1 p0bh2 500 5 2 0 174KN 3 5 1 2 履帶對(duì)地面的水平擠壓力 圖 表示地面在履帶滾輪作用下的變形情況 若履帶寬度為 則圓周上擠壓土 34 壤的微段 的面積為 則 面上所受擠壓力為 dFp p bds 式中 深度 處的比壓力 變形土壤 段圓弧面上的總擠壓力 擠壓力的水平分為 d dFpsina 3 5 7 又根據(jù)圖 設(shè)滾輪半徑為 則有 ds Rda 3 5 8 p0h p0 Rcosa Rcosa0 3 5 9 將式 和式 代入式 得 d bR2p0 cosasina cosa0sina da 在土壤變形圓弧段的包角范圍內(nèi)對(duì)上式積分 得到 bR2p0 cos 2a0 cosa0 將 代入上式 并經(jīng)整理化簡(jiǎn)得到單條履帶對(duì)地面的水平擠壓力 p0bh2 b 3 5 10 3 5 1 3 履帶的運(yùn)行比阻力 雙履帶的地面總變形阻力即為運(yùn)行阻力 2 b 3 5 11 令履帶運(yùn)行比阻力系數(shù) 即 3 5 12 將式 3 5 12 代入式 3 5 11 并整理得 3 5 13 式中 運(yùn)行比阻力系數(shù) 根據(jù)試驗(yàn)確定 見(jiàn)表 挖機(jī)總工作質(zhì)量 履帶接地長(zhǎng)度 表 3 5 1 運(yùn)行比阻力系數(shù) 圖 3 5 履帶對(duì)水平地面的擠壓力 35 由以上分析可得到如下結(jié)論 履帶運(yùn)行阻力與成正比 故多支點(diǎn)履帶裝置比少支點(diǎn)履帶的地面變形阻力小 運(yùn)行比阻力系數(shù)與平均比壓力成正比 運(yùn)行比阻力系數(shù)與成反比 故地面愈松軟 阻力就愈大 運(yùn)行比阻力系數(shù)與履帶支承長(zhǎng)度 成反比 如果從減小來(lái)看 在同樣的平均比 壓力下 應(yīng)采用較長(zhǎng)的履帶 而不用寬履帶 在實(shí)際計(jì)算中 通常采用 計(jì)算運(yùn)行比阻力 在坡道中運(yùn)行比阻力為 其中 為坡度角度 故 3 5 1 4 坡度阻力 坡度阻力是機(jī)器在斜坡上因自重的分力所引起的 設(shè)坡角為 則坡度阻力為 mgsina 3 5 14 13 5 9 81 sin350 75 96 KN 式中 挖機(jī)總工作質(zhì)量 3 5 1 5 內(nèi)部阻力 1 驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力 3 5 15 式中 履帶緊邊張力 驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合效率 一般取 2 驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸的摩擦阻力 驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸處的摩擦阻力是由履帶的張力造成的 根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的不同旋轉(zhuǎn) 路面系數(shù) 比阻力系數(shù) 路面系數(shù) 比阻力系數(shù) 圓石砌的中級(jí)公路 堅(jiān)實(shí)的土地 野地 濕地 冰凍路面 36 方向 可分為兩種情況 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪正向旋轉(zhuǎn) 如圖 所示 即挖掘機(jī)向前行駛時(shí) 履帶下分支為緊邊 上分支為松邊 點(diǎn)處履帶張力為 由驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩產(chǎn)生 點(diǎn)處履帶的張力為 是由初始張緊力及履帶上分分支懸垂造成的 將驅(qū)動(dòng) 輪和導(dǎo)向輪軸頸上的摩擦力矩?fù)Q算到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上 則有 3 5 16 式中 履帶緊邊張力 履帶松邊張力 軸頸中的摩擦系數(shù)用銅襯套 取 驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑 假定二者直徑相同 驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑 圖 前進(jìn)時(shí)履帶運(yùn)行張力 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪反向旋轉(zhuǎn) 如圖 所示 即挖掘機(jī)倒退行駛時(shí) 履帶下分支為松邊 上分支為緊邊 點(diǎn)處履帶張力為 點(diǎn)處履帶的張力為 由驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩 產(chǎn)生 同樣將驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向輪軸頸上的摩擦力矩?fù)Q算到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上 則有 3 5 17 一般情況下 所以比大得多 圖 后退是履帶運(yùn)行張力 由此可見(jiàn) 當(dāng)挖掘機(jī)倒退行駛時(shí) 履帶中的摩擦損失將比向前行駛時(shí)大 因此 挖 37 掘機(jī)行走時(shí) 一般應(yīng)后輪驅(qū)動(dòng) 向前行駛 3 履帶銷軸間的摩擦阻力 設(shè)履帶節(jié)距為 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)為 則驅(qū)動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一圈 位于節(jié)圓上的 塊履帶板 都要繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng) 每塊履帶板的轉(zhuǎn)角為 在履帶張力作用下每塊履帶板銷軸轉(zhuǎn)過(guò) 角所做的摩擦功為 W 式中 履帶拉力 履帶板銷與孔的摩擦系數(shù) 履帶銷軸直徑 如前所述 液壓挖掘機(jī)常用后輪驅(qū)動(dòng) 前進(jìn)和后退時(shí) 履帶上下分支中的張力是不 同的 所以履帶銷軸的摩擦阻力 的計(jì)算也分兩種情況 如圖 所示 挖掘機(jī)向前行駛 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)一周時(shí) 在 各點(diǎn)均有履帶板繞上或繞出 每條履帶的履帶銷軸中的總摩擦功為 W W 3 5 19 設(shè)履帶板節(jié)距離為 則挖掘機(jī)行駛距離為 因此每條履帶板銷軸摩擦阻力換算到 驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上的摩擦阻力為 3 5 20 同理可得挖掘機(jī)后退行駛時(shí)履帶銷軸中的摩擦力為 3 5 21 支重輪的摩擦損阻力 這項(xiàng)損失的計(jì)算和車輛沿軌道運(yùn)動(dòng)一樣 3 5 22 式中 作用于履帶上的總質(zhì)量 支重輪外徑 支重輪銷軸外徑 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 銷軸和支重輪軸套之間的摩擦系數(shù) 38 綜上所訴 等效到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上的每條履帶總內(nèi)阻力分別為 當(dāng)挖掘機(jī)前進(jìn)時(shí) 當(dāng)挖掘機(jī)后退時(shí) 上面這些計(jì)算公式只有當(dāng)知道履帶全部尺寸 即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后才能使用 初算時(shí) 可取履帶本身阻力等于整機(jī)單邊垂直自重載荷 的 即 0 06 13 5 9 81 7 95KN 3 5 25 考慮到這些損失 在計(jì)算內(nèi)阻力時(shí)也可取履帶行走裝置效率等于 3 5 1 6 轉(zhuǎn)彎阻力 履帶行走裝置轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到的阻力較為復(fù)雜 其中包括履帶板與地面的摩擦阻力 履帶板側(cè)面剪切土壤的阻力以及履帶板突筋擠壓土壤的阻力等 這些阻力要全部進(jìn)行詳 細(xì)計(jì)算是困難的 但因第一項(xiàng)阻力最大 也是主要的 所以重點(diǎn)研究履帶板在轉(zhuǎn)彎時(shí)與 地面的摩擦阻力矩 履帶板與地面的摩擦阻力矩主要與履帶上比壓的分布以及不同的工況有關(guān) 對(duì)于挖 掘機(jī)來(lái)說(shuō) 由于轉(zhuǎn)彎時(shí)機(jī)器空載 而且工作裝置是懸起的 因此履帶比壓基本上可看作 均勻分布 因些 履帶的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)可看作如圖 所示沿折線行走 即履帶由 至 至 為直線運(yùn)行 而在 處繞履帶自身轉(zhuǎn)一角度 設(shè)履帶寬為 接地長(zhǎng)度為 且 則一條履帶的微面積 繞履帶中心 點(diǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力矩可表示為 d 式中 接地比壓 挖掘機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)履帶與地面的摩擦 系數(shù) 一條履帶的轉(zhuǎn)彎阻力矩為 3 5 26 式中 挖掘機(jī)工作質(zhì)量 履帶接地長(zhǎng)度 39 對(duì)于雙履帶行走的液壓挖掘機(jī) 其轉(zhuǎn)彎阻力矩可認(rèn)為是單條履帶的 倍 即 3 5 27 摩擦系數(shù)與支承表面土壤性質(zhì)和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān) 可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為 3 5 28 式中 行走履帶的轉(zhuǎn)彎半徑 履帶軌距 單側(cè)履帶制動(dòng)條件下 履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)最大摩擦系數(shù) 見(jiàn)下表 表 3 5 4 履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)最大摩擦系數(shù) 土壤性質(zhì) 土壤性質(zhì) 有 雪 的 荒 地 干 的 土 路 干 的 沙 路 0 6 0 8 0 7 0 75 0 8 0 9 濕 地 耕 地 沼 澤 地 潮 濕 的 黏 質(zhì) 土 0 8 1 0 0 85 0 9 0 4 0 5 在實(shí)際計(jì)算時(shí) 值可近似選取 對(duì)于堅(jiān)實(shí)地面取較小值 于松軟地面取較大值 一 般取值范圍 當(dāng)挖掘機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí) 可以把摩擦阻力矩?fù)Q算為轉(zhuǎn)彎行駛阻力 3 5 29 由此可見(jiàn) 轉(zhuǎn)彎行駛阻力與轉(zhuǎn)彎半徑成反比 將履帶平均接地比壓 3 5 30 代入式 3 5 29 可得 3 5 31 由此可見(jiàn) 轉(zhuǎn)彎行駛阻力與履帶接地長(zhǎng)度平方成正比 從這一點(diǎn)來(lái)看 加大履帶長(zhǎng) 度對(duì)轉(zhuǎn)彎是不利的 當(dāng)液壓挖掘機(jī)以單條履帶制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí) 履帶板側(cè)邊與地面刮土的附加阻力系數(shù) 根據(jù)式 由 有 所以 此時(shí)的轉(zhuǎn)彎行駛阻力 可表示為 3 5 32 3 6 1 7 風(fēng)載阻力 風(fēng)載阻力可表示為 3 5 33 40 式中 挖掘機(jī)的風(fēng)載阻力 挖掘機(jī)工作狀態(tài)的風(fēng)壓 取 挖掘機(jī)的迎風(fēng)面積 3 5 1 8 慣性阻力 挖掘機(jī)的行走工況較為復(fù)雜 慣性阻力主要指整機(jī)啟動(dòng)行駛時(shí)的慣性力 慣性阻力 為 0 01 0 02 mg N 3 5 34 綜上所述 以上 種運(yùn)行阻力中 以坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為最大 往往要占到總阻 力的 尤其液壓挖掘機(jī)的原地轉(zhuǎn)彎阻力比機(jī)械式的繞一條履帶轉(zhuǎn)彎阻力更大 但 轉(zhuǎn)彎和爬坡一般不同時(shí)進(jìn)行 因此 可以根據(jù)上坡時(shí)作直線行走的情況計(jì)算履帶行走裝 置 并根據(jù)平道上轉(zhuǎn)彎的情況來(lái)驗(yàn)算 故在實(shí)際計(jì)算履帶行走裝置的牽引力時(shí) 總是從下面兩種組合情況中