摘要隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，工程機(jī)械在各行各業(yè)中得到了很好的運(yùn)用。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)今中國和全世界的飛速發(fā)展的今天功不可沒。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：180型液壓挖掘機(jī)底盤總體方案設(shè)計(jì)；繪制裝配草圖和總裝配圖；動(dòng)力源選擇及有關(guān)參數(shù)的確定；行走裝置牽引力的計(jì)算；傳動(dòng)方式比較與選擇、傳動(dòng)方案的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)；行星減速器及零、部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要零件強(qiáng)度校核；張緊裝置、行走架和四輪一帶的選型設(shè)計(jì)；繪制零、部件圖和總裝配圖，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：方案設(shè)計(jì)中提出多種方案，從可靠性、可實(shí)現(xiàn)性、綜合性能等進(jìn)行方案比較，選擇方案。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)鍵詞：履帶式，液壓挖掘機(jī)，行星減速器，張緊裝置。AbstractWith the continuous progress of human society, the rapid development of science and technology, engineering machinery in all walks of life have been in good use. However, in different circumstances, excavators and other construction machinery on the size, performance requirements are different, various performance parameters to determine their working environment. Construction machinery in the national product in a very important position, it largely replaced the original, backward production tools, in present-day China and the rapid development of the world.The design for the main elements: 180 hydraulic excavator chassis overall programme design; drawing assembly and the assembly the draft map; power source selection and the determination of the relevant parameters; traction devices running the calculation; transmission compared with the choice of transmission programme Transmission System and the determination of the technical design; planet reducer and zero, the design of components, the main strength checking parts; tensioning device, and four walk-around type design; drawing zero, components and the assembly plans Map, prepared by the Design of brochures.The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the relationship between the various subsystems, to the consistency and performance optimization of.KeyWords:Caterpillar,Hydraulic excavators, Planetary reducer,Tensioning device. 目 錄摘要 .IVAbstractV前言 VI第一章 緒論 .11.1 液壓挖掘機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 11.2 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 11.2.1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn) 11.2.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) 31.3 國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 41.3.1 研究現(xiàn)狀 41.3.2 發(fā)展趨勢 51.4 課題設(shè)計(jì)的目的和意義 51.5 本設(shè)計(jì)所要完成的主要任務(wù) 5第二章 總體方案設(shè)計(jì) 72.1 履帶式液壓挖掘機(jī)的組成 72.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 72.2.1 履帶式行走裝置的主要特點(diǎn) 72.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 82.3 總體設(shè)計(jì)原則 82.4 動(dòng)力裝置的比較與選型 82.5 工作裝置的比較與選擇 92.5.1 反鏟工作裝置 .102.5.2 正鏟工作裝置 .122.6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇 .132.7 傳動(dòng)方式的比較與選擇 .142.7.1 機(jī)械傳動(dòng) .142.7.2 液力機(jī)械傳動(dòng) .152.7.3 電力傳動(dòng) .152.7.4 液壓傳動(dòng) .162.8 行走方式的比較與選擇 .17第三章 主要參數(shù)的確定 .193.1 總體幾何尺寸的設(shè)計(jì) .193.2 驅(qū)動(dòng)輪主要參數(shù)的確定及強(qiáng)度校核 .223.3 功率計(jì)及挖掘力參數(shù)計(jì)算與確定 .243.4 行走裝置的牽引力計(jì)算 .253.5 液壓馬達(dá)主要參數(shù)計(jì)算確定 .28第四章 減速器的方案設(shè)計(jì) .324.1 減速器的功用及分類 .324.2 減速器方案的選擇及傳動(dòng)方案的確定 334.2.1 減速器方案的選擇 .334.2.2 行星減速器傳動(dòng)方案的選定 .344.2.3 減速器傳動(dòng)比的分配 .354.2.4 傳動(dòng)比公式推導(dǎo) .354.3 行星減速器齒輪配齒與計(jì)算 .364.3.1 行星排齒輪的配齒 .364.3.2 行星齒輪模數(shù)計(jì)算與確定 .374.4 嚙合參數(shù)計(jì)算 .384.5 變位系數(shù)選取 .394.6 各行星齒輪幾何尺寸計(jì)算 .394.6.1 第Ⅰ排行星齒輪的幾何尺寸 .394.6.2 第Ⅱ排行星輪的幾何尺寸 .434.7 各行星齒輪強(qiáng)度校核 454.7.1 太陽輪和行星輪接觸疲勞強(qiáng)度校核 .454.7.2 太陽輪和行星輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核 .484.7.3 內(nèi)齒輪材料選擇 .49第五章 減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .515.1 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .515.2 傳遞連接 .515.3 軸承選用與校核與其他附件說明 .525.3.1 軸承選用與校核 .525.3.2 其他附件說明 .53第六章 160 型液壓挖掘機(jī)的張緊裝置設(shè)計(jì) 546.1 張緊裝置設(shè)計(jì)要求與計(jì)算 .546.1.1 張緊彈簧的設(shè)計(jì) .546.1.2 張緊彈簧的校核 .586.2 油缸主尺寸選取 .60第七章 四輪一帶及其他部件選型 627.1 四輪一帶選型 627.1.1 履帶的選取 .627.1.2 驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì) .637.1.3 導(dǎo)向輪的選型 .637.1.4 支重輪選型 .647.1.5 拖鏈輪選型 .657.2 懸架選型與制動(dòng)器選型 .657.2.1 懸架選型 .657.2.2 制動(dòng)器選型 .65第八章 設(shè)計(jì)工作總結(jié) .67參考文獻(xiàn) .69致 謝 70附 錄 71前 言改革開放以來，我國的科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機(jī)械行業(yè)同樣得到了相應(yīng)的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機(jī)械品種不斷增加、產(chǎn)量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。它的發(fā)展與應(yīng)用反映了一個(gè)國家施工機(jī)械化的水平。液壓挖掘機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、工作裝置、底盤五部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是提供動(dòng)力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達(dá)等，再傳動(dòng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)；工作裝置的作用是進(jìn)行作業(yè)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對(duì)車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣直接影響整機(jī)的使用性能、經(jīng)濟(jì)性能，因此著力研究液壓挖掘機(jī)的底盤具有十分重要的意義。該設(shè)計(jì)結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國內(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)總體及減速器設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟；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；了解國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r。第一章 緒論1.1 液壓挖掘機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切割刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。在建筑工程中，可用來挖掘基坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。在水利中，可用來開挖水庫、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝。在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道溝等。在露天采礦場上，可用來剝離表土、采掘礦石或煤，也可用來進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。在軍事工程中，可用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)容量為 1.0 的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ~Ⅳ級(jí)土壤時(shí)。每班生產(chǎn)3m率大約相當(dāng)于 300~400 和工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。1.2 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型1.2.1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)液壓挖掘機(jī)在動(dòng)力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，即靠液體的壓力能進(jìn)行工作。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)：① 能無極調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá)到1000:1。② 能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達(dá) 1r/min。③ 快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)。例如電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩比其平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩大 50%，而液壓馬達(dá)則不大于5%，加速中等功率電動(dòng)機(jī)需 1s 到數(shù)秒，而加速液壓馬達(dá)只需 0.1s。④ 傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操作省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。⑤ 易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化?；谝簤簜鲃?dòng)的上述優(yōu)點(diǎn)，液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比，具有下列主要特點(diǎn)：① 大大改善了挖掘機(jī)的基本性能，挖掘力大、牽引力大、機(jī)器重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)相比，挖掘力約高 30%，例如 1.0液壓挖掘機(jī)鏟斗挖掘力為 120~150kN，而同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)只有 100kN 左右。3m挖掘機(jī)在工作時(shí)的主要?jiǎng)幼靼ㄐ凶?、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動(dòng)作，其中動(dòng)作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速率一般不高，而所需的作用力卻很大，要求在短時(shí)間內(nèi)通過變速或變向來完成各種復(fù)雜的動(dòng)作。機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)完成上述動(dòng)作，需通過摩擦離合器、減速器、制動(dòng)器、逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升和推壓機(jī)構(gòu)等配合來完成。因此，機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機(jī)則不需要龐大和復(fù)雜的中間傳動(dòng)，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機(jī)的質(zhì)量大約比相同斗容量的機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)輕 30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機(jī)上的各種液壓元件可以相對(duì)獨(dú)立分布，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時(shí)，也易于改進(jìn)和變形。②液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力。所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制。無論驅(qū)動(dòng)功率多大，操縱均很靈活、省力，司機(jī)的工作條件得到改善。更換工作裝置時(shí)，由于不牽連連轉(zhuǎn)臺(tái)上部的其他機(jī)構(gòu)，一次更換工作裝置容易，而機(jī)械式挖掘機(jī)則受到提升機(jī)構(gòu)和推壓機(jī)構(gòu)的牽連和限制。③由于液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)普遍采用了以微處理器為核心的電子控制單元（ECU） ，使發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。④液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高自來能夠和降低成本。1.2.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)的種類繁多，可以從不同角度對(duì)其來寫進(jìn)行劃分。（1）根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)來寫劃分根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動(dòng)，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓（或稱半液壓）傳動(dòng)兩種。如圖 1.1 和圖 1.2 所示為某小型和中型液壓挖掘機(jī)。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則稱為全液壓挖掘機(jī)。若液壓挖掘機(jī)中的某一個(gè)機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)則稱其為非液壓挖掘機(jī)。一般來說，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機(jī)構(gòu)上，對(duì)液壓挖掘機(jī)來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須是液壓傳動(dòng)，只有行走機(jī)構(gòu)有的為液壓傳動(dòng)，有的為機(jī)械傳動(dòng)。圖 1.1 小型全液壓挖掘機(jī) 圖 1.2 中型全液壓挖掘機(jī)（2）根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型劃分根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式和拖式。履帶式液壓挖掘機(jī)應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對(duì)土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時(shí)不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機(jī)，還可以通過加寬和履帶來降低接地比壓。為防止對(duì)路面的碾壓破壞。有些液壓挖掘機(jī)還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機(jī)多為全液壓傳動(dòng)。輪胎式液壓挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，可在多種路面上行走的特點(diǎn)。近年來，輪胎式挖掘機(jī)的生產(chǎn)量日益增長。如圖 1.3 所示為國產(chǎn)某型號(hào)輪胎式液壓挖掘機(jī)。圖 1.3 輪胎式液壓挖掘機(jī)這種挖掘機(jī)一般都是四支點(diǎn)，但也有三支點(diǎn)的，與后輪形成三點(diǎn)支承，這種形式不需要在前軸上采用平衡懸掛，簡化了前橋結(jié)構(gòu)，減小了機(jī)械的轉(zhuǎn)彎半徑，提高了機(jī)動(dòng)性。目前，輪胎式液壓挖掘機(jī)的行走部分多數(shù)采用機(jī)械傳動(dòng)和單獨(dú)液壓馬達(dá)的集中傳動(dòng)。懸掛式液壓挖掘機(jī)是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機(jī)上，可以達(dá)到一機(jī)多用的目的，這種挖掘機(jī)拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)式的汽車底盤，速度快，機(jī)動(dòng)性好。拖式液壓挖掘機(jī)沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走時(shí)由拖拉機(jī)牽引。（3）根據(jù)工作裝置劃分根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸鏈?zhǔn)胶蜕炜s臂式挖掘機(jī)，鉸鏈?zhǔn)焦ぷ餮b置應(yīng)用較為普遍。 這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來完成作業(yè)。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是休整溝坡。1.3 國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.3.1 研究現(xiàn)狀國外的最早雛形，于 16 世紀(jì)在意大利威尼斯用于運(yùn)河的疏浚工作，模擬人的掘土動(dòng)作；以蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”則誕生于 19 世紀(jì)(1836 年)。國外大型液壓挖掘機(jī)的開發(fā)大約從上世紀(jì) 70 年代開始。如日本日立建機(jī)公司在 1972 1976 年間開發(fā)的 UH12~型正鏟大型液壓挖掘機(jī)，其斗容量為 2.2 ,工作重量 36t；UH20 型斗容量 3.2 ，工3m3m作重量 50t；UH30 型斗容量 4.4 ，工作重量 75t。1979 年，日立建機(jī)成功開發(fā)了3UH50 型正鏟超大型液壓挖掘機(jī)，斗容量達(dá) 8.2 ，工作重量 175t。經(jīng)過 30 多年的發(fā)3展，目前超大型液壓挖掘機(jī)的最大工作重量已突破 900t 級(jí)，鏟斗斗容達(dá) 50 。由于具3m有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、運(yùn)動(dòng)靈活及易于維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，超大型液壓挖掘機(jī)已形成逐步代替鋼索機(jī)械式或電動(dòng)式挖掘機(jī)(俗稱電鏟)的趨勢。國內(nèi)挖掘機(jī)研發(fā)起步比國外晚，技術(shù)相對(duì)不夠完善。目前，國內(nèi)挖掘機(jī)主要停留在中小型的開發(fā)上，大型及超大型液壓挖掘機(jī)超過 60t 級(jí)的極少。四川邦立重機(jī)有限責(zé)任公司是我國較早開發(fā)大型和超大型液壓挖掘機(jī)的企業(yè)，近幾年，該公司相繼成功開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 65t 級(jí)、75t 級(jí)、100t 級(jí)、 125t 級(jí)和 185t 級(jí)礦用型和土方型大型和超大型液壓挖掘機(jī)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。1.3.2 發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達(dá)國家的液壓挖掘機(jī)生成較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國德國和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，具有較高的市場占有率。從 20 世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機(jī)型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從功能上看，在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，向多功能化、專用化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動(dòng)化、信息化、智能化的方向發(fā)展。1.4 課題設(shè)計(jì)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；使我們樹立具有符合國情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，樹立嚴(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)。1.5 本設(shè)計(jì)所要完成的主要任務(wù)1. 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；2. 液壓馬達(dá)的選型設(shè)計(jì)及減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3. 行走裝置的選型及設(shè)計(jì)；4. 張緊裝置的選型及設(shè)計(jì)；5. 履帶鏈環(huán)的選型及設(shè)計(jì)；6. 所有零、部件設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制零、部件圖。第二章 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，如圖 2.1。圖 2.1 單斗反鏟液壓挖掘機(jī)1-柴油機(jī)；2-機(jī)罩；3-油泵；4-多路閥；5-郵箱；6-回轉(zhuǎn)減速器；7-回轉(zhuǎn)馬達(dá)；8-回轉(zhuǎn)接頭；9-駕駛室；10-動(dòng)臂；11-動(dòng)臂油缸；12-操縱臺(tái)；13-邊齒；14-斗齒；15-鏟斗；16-斗桿油缸；17-斗桿；18-鏟斗油缸；19-平衡重；20-轉(zhuǎn)臺(tái)；21-行走減速器；22-行走馬達(dá)；23-拖鏈輪；24-履帶；Ⅰ-工作室；Ⅱ-上部轉(zhuǎn)臺(tái)；Ⅲ-行走機(jī)構(gòu)2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)2.2.1 履帶式行走裝置的主要特點(diǎn)① 牽引力大（通常每條履帶的牽引力達(dá)機(jī)重的 35 40%） ，接地比小(一般為 4-15~),轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活；2/CMN② 采用液壓傳動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；③ 每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置。 2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)① 機(jī)重 18T② 標(biāo)準(zhǔn)斗容量 0.7 3m③ 最大行走速度 3-5KM/h④ 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 80-100KW⑤ 爬坡能力不低于 40%2.3 總體設(shè)計(jì)原則進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的底盤總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循以下原則：① 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、滿足工藝性要求、滿足機(jī)器的結(jié)構(gòu)性能要求、某些零件、部件滿足耐磨性要求;② 在不增高行走裝置總高度的前提下應(yīng)使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機(jī)在不平地面上行走具有良好的通過性能，力求增強(qiáng)機(jī)器對(duì)各種運(yùn)行條件和作業(yè)要求的適應(yīng)性；③ 要降低挖掘機(jī)的接地比壓或具有較大的支承面積，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)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時(shí)不發(fā)生下滑，提高工作時(shí)的安全可靠性；④ 挖掘機(jī)的行走裝置外型尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸要求，外形美觀；⑤ 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)生薄弱壞節(jié)；⑥ 正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關(guān)系，采用成熟技術(shù)，通過深入的理論分析，進(jìn)行必要的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，勇于創(chuàng)新。2.4 動(dòng)力裝置的比較與選型履帶式挖掘機(jī)常用的動(dòng)力源主要有三種：電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)以及蒸汽機(jī)。每種動(dòng)力源都具有其特點(diǎn)；（1） 交流與直流電機(jī)電動(dòng)機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。他們也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動(dòng)機(jī)（又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)） 。它使用方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高，而且轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率，工作較穩(wěn)定。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。和交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)，起動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；易于快速起動(dòng)、停車；易于控制。其缺點(diǎn)是：與異步電動(dòng)機(jī)比較，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)部方便，而且要用直流電源。（2） 柴油機(jī)柴油機(jī)是用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)，屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。柴 油 機(jī) 具 有 熱 效 率 高的 顯 著 優(yōu) 點(diǎn) ， 經(jīng) 濟(jì) 性 優(yōu) 于 汽 油 機(jī) ， 功 率 大 ， 符 合 工 程 機(jī) 械 向 大 型 化 發(fā) 展 的 趨 勢 。其 應(yīng) 用 范 圍 越 來 越 廣 。 柴油機(jī)具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內(nèi)，可以設(shè)置容積小些的油箱。柴油機(jī)壓縮比可以達(dá)到1 5～23，而汽油機(jī)一般控制在8～10；柴油機(jī)熱效率高達(dá)38％，而汽油機(jī)為30％；柴油機(jī)工作可靠，壽命長，排污量少。隨 著 強(qiáng) 化 程 度 的 提 高 ， 柴 油 機(jī) 單 位 功 率 的 重 量 也 顯 著 降 低 。 為 了 節(jié) 能 ， 各 國 都在 注 重 改 善 燃 燒 過 程 ， 研 究 燃 用 低 質(zhì) 燃 油 和 非 石 油 制 品 燃 料 。 此 外 ， 降 低 摩 擦 損 失 、廣 泛 采 用 廢 氣 渦 輪 增 壓 并 提 高 增 壓 度 、 進(jìn) 一 步 輕 量 化 、 高 速 化 、 低 油 耗 、 低 噪 聲 和低 污 染 ， 都 是 柴 油 機(jī) 的 重 要 發(fā) 展 方 向 。（ 3） 蒸 汽 機(jī)蒸 汽 機(jī) 是 將 蒸 汽 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 為 機(jī) 械 功 的 往 復(fù) 式 動(dòng) 力 機(jī) 械 。 蒸汽機(jī)有很大的歷史作用，它曾推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)甚至社會(huì)的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)為汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是蒸汽機(jī)離不開鍋爐，整個(gè)裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機(jī)器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐漸為其他動(dòng)力裝置所代替。綜上所述，液壓挖掘機(jī)常作業(yè)于野外，需要經(jīng)常行走移動(dòng)。由于柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置不受電源、電纜的限制，使得液壓挖掘機(jī)移動(dòng)、行駛方便，故本設(shè)計(jì)采用了柴油機(jī)作為動(dòng)力源。2.5 工作裝置的比較與選擇工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，是液壓挖掘機(jī)的重要組成部分，它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。其動(dòng)作接近于人的手腕運(yùn)動(dòng)，具有較大的挖掘和作業(yè)性能。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以裝配多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機(jī)具，如圖2.2。圖2.2 液壓挖掘機(jī)的多種工作裝置常見的液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作裝置的功用之一是做挖掘機(jī)工作，根據(jù)斗桿和動(dòng)臂剛性連接可主要分為正鏟和反鏟兩種。2.5.1 反鏟工作裝置鉸 接 式 反 鏟 是 單 斗 液 壓 挖 掘 機(jī) 最 常 用 的 結(jié) 構(gòu) 型 式 ， 動(dòng) 臂 、 斗 桿 和 鏟 斗 等 主 要 部件 彼 此 鉸 接 （ 見 圖 2.3） ， 在 液 壓 缸 的 作 用 下 各 部 件 繞 鉸 接 點(diǎn) 擺 動(dòng) ， 完 成 挖 掘 、 提 升和 卸 土 等 動(dòng) 作 。（ 1） 動(dòng) 臂動(dòng) 臂 是 反 鏟 的 主 要 部 件 ， 其 結(jié) 果 有 整 體 式 和 組 合 式 兩 種 。① 整 體 式 其 優(yōu) 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 質(zhì) 量 輕 而 剛 度 大 。 缺 點(diǎn) 是 更 換 的 工 作 裝 置 少 ，通 用 性 較 差 。 多 用 于 長 期 作 業(yè) 條 件 相 似 的 挖 掘 機(jī) 上 。 整 體 式 動(dòng) 臂 又 可 分 為 直 動(dòng) 臂 和變 動(dòng) 臂 兩 種 。 其 中 的 直 動(dòng) 臂 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 質(zhì) 量 輕 、 制 造 方 便 ， 主 要 用 于 懸 掛 式 液 壓 挖掘 機(jī) ， 它 不 能 使 挖 掘 機(jī) 機(jī) 獲 得 較 大 的 挖 掘 深 度 ， 不 適 用 于 通 用 挖 掘 機(jī) ； 變 動(dòng) 臂 是 目前 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 結(jié) 構(gòu) 型 式 ， 與 同 長 度 的 直 動(dòng) 臂 相 比 ， 可 以 使 挖 掘 機(jī) 有 較 大 的 挖 掘 深度 。 但 降 低 了 卸 土 高 度 ， 這 正 符 合 挖 掘 機(jī) 反 鏟 作 業(yè) 的 要 求 。圖2.3 反鏟1—斗桿油缸； 2—?jiǎng)颖郏?—油管；4—?jiǎng)颖塾透祝?—鏟斗；6—斗齒；7—側(cè)齒；8—連桿；9—搖桿；10—鏟斗油缸；11—斗桿② 組 合 式 動(dòng) 臂 如 圖 2.4所 示 ， 組 合 式 動(dòng) 臂 用 輔 助 連 桿 或 液 壓 缸 3或 螺 栓 連 接而 成 。 上 、 下 動(dòng) 臂 之 間 的 夾 角 可 用 輔 助 連 桿 或 液 壓 缸 來 調(diào) 節(jié) ， 雖 然 使 結(jié) 構(gòu) 和 操 作(a) (b)圖2.4 組合式動(dòng)臂1—下動(dòng)臂；2—上動(dòng)臂；3—連桿或液壓缸復(fù) 雜 化 ， 但 在 挖 掘 機(jī) 作 業(yè) 中 可 隨 時(shí) 大 幅 度 調(diào) 整 上 、 下 臂 之 間 的 夾 角 ， 從 而 提 高 挖 掘機(jī) 的 作 業(yè) 性 能 ， 尤 其 在 用 反 鏟 或 抓 斗 挖 掘 窄 而 深 的 基 坑 時(shí) ， 容 易 得 到 較 大 距 離 的 垂直 挖 掘 軌 跡 ， 提 高 挖 掘 質(zhì) 量 和 生 產(chǎn) 率 。 組 合 式 動(dòng) 臂 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 ， 可 以 根 據(jù) 作 業(yè) 條 件 隨意 調(diào) 整 挖 掘 機(jī) 的 作 業(yè) 尺 寸 和 挖 掘 力 ， 且 調(diào) 整 時(shí) 間 短 。 此 外 ， 它 的 互 換 工 作 裝 置 多 可滿 足 各 種 作 業(yè) 的 需 要 ， 裝 車 運(yùn) 輸 方 便 。 其 缺 點(diǎn) 是 質(zhì) 量 大 ， 制 造 成 本 高 ， 一 般 用 于 中 、小 型 挖 掘 機(jī) 上 。綜 上 比 較 ， 本 設(shè) 計(jì) 選 用 組 合 式 動(dòng) 臂 。2. 反 鏟 斗反 鏟 斗 用 的 鏟 斗 型 式 、 尺 寸 與 其 作 業(yè) 對(duì) 象 有 很 大 關(guān) 系 。 為 了 滿 足 各 種 挖 掘 機(jī) 作業(yè) 的 需 要 ， 在 同 一 臺(tái) 挖 掘 機(jī) 上 可 配 以 多 種 結(jié) 構(gòu) 型 式 的 鏟 斗 ， 如 圖 2.5為 反 鏟 常 用 鏟斗 型 式 。 鏟 斗 的 斗 齒 采 用 裝 配 式 ， 其 形 式 有 橡 膠 卡 銷 式 和 螺 栓 連 接 式 ， 如 圖 2.6所示 。圖 2.5 反 鏟 常用鏟斗結(jié)構(gòu)1—齒座；2—斗齒；3—橡膠卡銷；4—卡銷；5、6、7—斗齒板圖2.6 斗齒安裝形式（a） 螺栓連接； （b）橡膠卡銷連接1— 卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒2.5.2 正 鏟 工 作 裝 置單斗液壓挖掘機(jī)的正鏟結(jié)構(gòu)如圖 2.7 所示，主要有動(dòng)臂 2、動(dòng)臂油缸 1、鏟斗 5、斗底油缸 4 等組成。鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗 6 是鉸接在動(dòng)臂的頂端，由雙作用的斗桿缸 7使其轉(zhuǎn)動(dòng)。斗桿油缸的一端鉸接在動(dòng)臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端;另一種是鉸接在斗桿的尾端。動(dòng)臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動(dòng)臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動(dòng)臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動(dòng)臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)裝點(diǎn)的不同，動(dòng)臂的工作長度也不一樣。本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，立足于反鏟，主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等。其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及組其合。反鏟挖掘機(jī)每一作業(yè)循環(huán)包括挖掘、會(huì)轉(zhuǎn)、卸料和返回等四個(gè)過程。其工作過程為：先放下動(dòng)臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿及鏟斗，向著挖掘機(jī)方向拉轉(zhuǎn)，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時(shí)，提升動(dòng)臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作面，準(zhǔn)備下一循環(huán)的挖掘工作。因此經(jīng)過上述比較，選擇組合式動(dòng)臂反鏟裝置作為本設(shè)計(jì)的工作裝置。圖 2.7 正鏟1—?jiǎng)颖塾透祝?—?jiǎng)颖郏?—加長臂；4—斗底油缸；5—鏟斗；6—斗桿；7—斗桿油缸；8—液壓軟管2.6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇按照轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度分為：完全回轉(zhuǎn)（360°）和不完全回轉(zhuǎn)（90° 270°） 。液~壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置用于承載回轉(zhuǎn)平臺(tái)以上機(jī)體的重量并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。除了在懸掛式和伸縮臂式液壓挖掘機(jī)的上游采用半回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外，現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)普遍采用了完全回轉(zhuǎn)的液壓傳動(dòng)方式。合理的設(shè)計(jì)選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，對(duì)于提高生產(chǎn)率和能量利用率具有十分重要的意義。據(jù)此本設(shè)計(jì)采用完全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。2.7 傳動(dòng)方式的比較與選擇動(dòng)力裝置至驅(qū)動(dòng)輪之間所有傳動(dòng)部件的總稱為傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)的功用是把動(dòng)力裝置輸出的功率傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，并改變動(dòng)力裝置的輸出特性，以滿足對(duì)自行式工程機(jī)械車速和牽引力的要求。目前，工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)有以下四種類型：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)以及液壓傳動(dòng)。每種傳動(dòng)方式各有其特點(diǎn)、用途和適用的范圍。2.7.1 機(jī)械傳動(dòng)所謂機(jī)械傳動(dòng)是指傳動(dòng)系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動(dòng)力的方式。它是通過齒輪、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)由來已久。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、重量輕、操作簡單、維護(hù)方便、價(jià)格低廉、傳動(dòng)效率高、可以利用傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)零件的慣性進(jìn)行作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，濕式離合器的普遍采用及發(fā)動(dòng)機(jī)特性的改善（提高適應(yīng)性系數(shù)）在某種程度上改進(jìn)了機(jī)械傳動(dòng)的某些缺點(diǎn)，因此，采用機(jī)械傳動(dòng)的工程機(jī)械仍然占有相當(dāng)?shù)谋壤５陙碓谝恍┳鳂I(yè)或行駛時(shí)阻力變化很大的機(jī)械中，日益廣泛地采用了液力機(jī)械傳動(dòng)或者其他傳動(dòng)方式。這是因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)存在許多缺點(diǎn)：（1） 在工作阻力急劇變化的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過載熄火。這就是要求司機(jī)有熟練的操作技巧；（2） 輪式機(jī)械在運(yùn)輸工況時(shí)，由于行駛速度較高而行駛阻力較小，在換檔的動(dòng)力中斷期間，機(jī)械雖然減速但不至于停車。但是對(duì)于履帶式機(jī)械或在牽引工況下的輪式機(jī)械，由于行駛速度低、阻力大，在作業(yè)中換檔必然導(dǎo)致停車。為了能實(shí)現(xiàn)原地起步，并在一定的時(shí)間內(nèi)加速到一定的速度，往往逼迫使用較低的檔位，即檔位的選擇不是根據(jù)作業(yè)時(shí)的工作阻力而是根據(jù)原地起步和加速的要求。因此，在作業(yè)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用差，降低了生產(chǎn)率。另外，停車檔位還影響機(jī)械的通過性能；（3） 對(duì)于循環(huán)作業(yè)的機(jī)械，經(jīng)常要前進(jìn)、后退和改變車速，變換檔位頻繁，每次換檔都要分離主離合器，并用人力撥動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大；（4） 傳動(dòng)系統(tǒng)零件受到的沖擊載荷大，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)直接傳到傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零件，而行駛阻力變化引起的沖擊又通過傳動(dòng)系統(tǒng)影響發(fā)動(dòng)機(jī)，以此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)零件的使用壽命。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)在急劇的變載荷下工作將降低其平均輸出功率；（5） 工作阻力的變化將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，需要增加變速器的檔位數(shù)，因而變速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且增加了司機(jī)的換檔次數(shù)；（6）機(jī)械傳動(dòng)不能進(jìn)行無極調(diào)速，遠(yuǎn)距離傳動(dòng)比較困難。上述種種缺點(diǎn)在阻力變化劇烈及經(jīng)常改變行駛方向的工況下表現(xiàn)得特別明顯。因此，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)適宜于作業(yè)阻力比較穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)的機(jī)械。2.7.2 液力機(jī)械傳動(dòng)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)。它具有的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）使工程機(jī)械具有自動(dòng)適應(yīng)載荷變化的特性；（2）簡化了機(jī)械的操縱；（3）提高了機(jī)械的使用壽命；（4）提高了機(jī)械的起步性能和通過性能；（5）提高了機(jī)械的舒適性；（6）簡化了維修工作。這種傳動(dòng)方式能使機(jī)器隨作業(yè)阻力的變化，自動(dòng)調(diào)整牽引力和速度，顯著改善牽引性能，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，提高作業(yè)效率，并能防止發(fā)動(dòng)機(jī)過載，操縱也較為方便，所以在工程機(jī)械中應(yīng)用較為廣泛。同時(shí)液力機(jī)械傳動(dòng)也存在一些的缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率低，一般變矩器的最高效率只能達(dá)到 0.82-0.92，在行駛阻力變化小而連續(xù)作業(yè)時(shí)，由于效率低而增加了燃油消耗量。液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)需要設(shè)置供油系統(tǒng)，其液力元件加工精度要求高、價(jià)格貴，工作油容易泄漏，這使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)增加了運(yùn)行成本。但因?yàn)橐毫C(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)突出，所以目前在工程機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用。輪式機(jī)械廣泛采用了液力機(jī)械傳動(dòng)。但在近年新型挖掘機(jī)中應(yīng)用較少。2.7.3 電力傳動(dòng)電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞動(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” 。這種傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）動(dòng)力裝置（柴油發(fā)電機(jī)）和車輪之間沒有剛性聯(lián)系，便于總體布置及維修；（2）變速操縱方便，可實(shí)現(xiàn)無極變速，因而在整個(gè)速度范圍內(nèi)都可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率；（3）電動(dòng)輪通用性強(qiáng)，可簡單地實(shí)現(xiàn)任意多驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的方式，以滿足不同機(jī)械對(duì)牽引性能和通過性能的要求；（4）可以采用電力控制，在長坡上行駛時(shí)可大大減輕車輪制動(dòng)器的負(fù)荷，延長制動(dòng)器的壽命；（5）能量傳遞方便，信號(hào)傳遞迅速，標(biāo)準(zhǔn)程度高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。電力傳動(dòng)存在的缺點(diǎn)是：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響，慣性大，起動(dòng)及轉(zhuǎn)向慢，受溫度、濕度、振動(dòng)、腐蝕等環(huán)境因素影響較大。同時(shí)電力傳動(dòng)價(jià)格高，需要牽拉電網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)比液力機(jī)械傳動(dòng)成本約貴 20%左右，自重大并消耗大量的有色金屬，目前僅用于大功率的自卸載重汽車、鏟運(yùn)機(jī)及礦用輪式裝載機(jī)等機(jī)械中。一般，當(dāng)功率大于 450KW 時(shí)，采用電力傳動(dòng)方式較為經(jīng)濟(jì)。2.7.4 液壓傳動(dòng)采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)的油泵站，再由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)。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、總體布置簡單，原地轉(zhuǎn)向性能好，可實(shí)現(xiàn)牽引力和速度的無極調(diào)整，大大提高了牽引性能。與其它傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，表 2.1中列舉了幾種傳動(dòng)方式的主要特性的比較。表 2.1 幾種傳動(dòng)方式的主要傳動(dòng)特性比較特性及性能比較傳動(dòng)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)械傳動(dòng) 小 小 低 差 中等 小電力傳動(dòng) 小 小 中等 中等 差 中等液壓傳動(dòng) 大 大 高 好 大 大液 壓 傳 動(dòng) 的 主 要 優(yōu) 點(diǎn) ：（ 1） 體 積 小 、 重 量 輕 ， 例 如 同 功 率 液 壓 馬 達(dá) 的 重 量 只 有 電 動(dòng) 機(jī) 的 10％ ～ 20%。因 此 慣 性 力 較 小 ， 當(dāng) 突 然 過 載 或 停 車 時(shí) ， 不 會(huì) 發(fā) 生 大 的 沖 擊 ；（ 2） 能 在 給 定 范 圍 內(nèi) 平 穩(wěn) 的 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 牽 引 速 度 ， 并 可 實(shí) 現(xiàn) 無 極 調(diào) 速 ， 且 調(diào) 速 范圍 最 大 可 達(dá) 1： 2000(一 般 為 1： 100） ；（ 3） 換 向 容 易 ， 在 不 改 變 電 機(jī) 旋 轉(zhuǎn) 方 向 的 情 況 下 ， 可 以 較 方 便 地 實(shí) 現(xiàn) 工 作 機(jī) 構(gòu)旋 轉(zhuǎn) 和 直 線 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 轉(zhuǎn) 換 ；（ 4） 液 壓 泵 和 液 壓 馬 達(dá) 之 間 用 油 管 連 接 ， 在 空 間 布 置 上 彼 此 不 受 嚴(yán) 格 限 制 ；（ 5） 由 于 采 用 油 液 為 工 作 介 質(zhì) ， 元 件 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 表 面 間 能 自 行 潤 滑 ， 磨 損 小 ， 使用 長 ；（ 6） 操 縱 控 制 簡 便 ， 自 動(dòng) 化 程 度 高 ；（ 7） 容 易 實(shí) 現(xiàn) 過 載 保 護(hù) ；（ 8)液 壓 元 件 實(shí) 現(xiàn) 了 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 系 列 化 、 通 用 化 、 便 于 設(shè) 計(jì) 、 制 造 和 使 用 。液 壓 傳 動(dòng) 雖 然 有 十 分 突 出 的 有 點(diǎn) ， 但 也 不 能 忽 視 其 存 在 的 缺 點(diǎn) ：（ 1） 使 用 液 壓 傳 動(dòng) 對(duì) 維 護(hù) 的 要 求 高 ， 工 作 油 要 始 終 保 持 清 潔 ；（ 2） 對(duì) 液 壓 元 件 制 造 精 度 要 求 高 ， 工 藝 復(fù) 雜 ， 成 本 較 高 ；（ 3） 液 壓 元 件 維 修 較 復(fù) 雜 ， 且 需 有 較 高 的 技 術(shù) 水 平 ；（ 4） 液 壓 傳 動(dòng) 對(duì) 油 溫 變 化 較 敏 感 ， 這 會(huì) 影 響 它 的 工 作 穩(wěn) 定 性 。 因 此 液 壓 傳 動(dòng) 不宜 在 很 高 或 很 低 的 溫 度 下 工 作 ， 一 般 工 作 溫 度 在 -15℃ ~60℃ 范 圍 內(nèi) 較 合 適 。（ 5） 液 壓 傳 動(dòng) 在 能 量 轉(zhuǎn) 化 的 過 程 中 ， 特 別 是 在 節(jié) 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 中 ， 其 壓 力 大 ， 流量 損 失 大 ， 故 系 統(tǒng) 傳 動(dòng) 效 率 較 低 。經(jīng) 過 以 上 分 析 比 較 ， 隨 著 液 壓 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 完 善 ， 液 壓 傳 動(dòng) 的 應(yīng) 用 日 益 廣 泛 。鑒 于 本 機(jī) 械 產(chǎn) 品 的 實(shí) 際 要 求 ， 在 充 分 考 慮 其 實(shí) 現(xiàn) 可 行 性 和 經(jīng) 濟(jì) 性 的 基 礎(chǔ) 上 本 產(chǎn) 品 設(shè)計(jì) 中 采 用 液 壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。2.8 行 走 方 式 的 比 較 與 選 擇挖掘機(jī)根據(jù)不同的行走系可分為輪胎式、履帶式等。相對(duì)履帶式而言，輪胎式行走裝置在挖掘機(jī)中用得不多，但已成為工程機(jī)械的發(fā)展趨勢之一。主要優(yōu)點(diǎn)是：具有運(yùn)行速度高，運(yùn)行性能好，機(jī)動(dòng)性能好，利于減輕機(jī)器重量，工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移方便、迅速、作業(yè)輔助工作時(shí)間段、生產(chǎn)效率高及本身效率高等優(yōu)點(diǎn)。但輪胎式挖掘機(jī)對(duì)路面要求高，由于履帶式挖掘機(jī)的附著力大，能達(dá)到輪胎式的 1.5 倍，通過性好，接地比壓小，適宜在松軟地段和濕地作業(yè)，抗磨損性能好，可在碎石地段、地形起伏較大的惡劣條件下作業(yè)，爬地能力強(qiáng)，宜在山區(qū)作業(yè)。履帶式行走系比之輪胎式有以下特點(diǎn)：（1）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。（2）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?。ㄒ话阈∮?.1MPa） ，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。（3）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。導(dǎo)向輪既是張緊裝置的一個(gè)組成部分，也是引導(dǎo)履帶正確卷繞。但不能偏轉(zhuǎn)，不能引導(dǎo)機(jī)器轉(zhuǎn)向。（4）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。（5）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。履帶行走裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有較大的牽引力和較低的接地比壓（40 150KPa） ；穩(wěn)定性好；具有良好的越野性和~爬坡能力（坡度達(dá) 50% 100%） ；轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動(dòng)靈活。但履帶式行走裝置的運(yùn)行速~度較低，一般在 0.5 6km/h 的范圍內(nèi)。現(xiàn)代中小型液壓挖掘機(jī)多采用雙速行走馬達(dá)，行走速度可在 0 3.5km/h 和 0 5.5km/h 之間切換。目前，液壓挖掘機(jī)的履帶行走裝置，除特殊用途外，均由專用底盤向通用底盤發(fā)展，不同廠家的底盤結(jié)構(gòu)形式有趨同化的趨勢。綜上比較，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。經(jīng)過上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)—制動(dòng)器—減速器—驅(qū)動(dòng)輪—履帶第三章 主要參數(shù)的確定3.1 總體幾何尺寸的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中按照標(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。通常在設(shè)計(jì)開始時(shí)一些參數(shù)還不能利用以上方法完全確定，因此在本設(shè)計(jì)中有的參數(shù)采用了經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算。（1）履帶帶長 ： 1L= 1AK3/1G（3.1）=1.38 (18 10 )?93/13620 mm?式中： 為尺寸系數(shù)（1.25 1.5） ，本設(shè)計(jì)取 =1.38；AK~AKG 為整機(jī)重量，本設(shè)計(jì) G =18 噸（本設(shè)計(jì)除特殊說明外，G 含義相同） 。考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 10%；故 可取為1L4084mm。（2）驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪軸向中心距 ：1l= iK3/G（3.2）=1.1 (18 10 )?93/12880mm?式中： 為尺寸系數(shù) (1.0 1.2)。iK~考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 10%；故 可取為 3200mm。1l（3）軌距 B B= K3/1G（3.3）=0.8 (18 10 )?93/12100mm?式中： 為尺寸系數(shù) (0.75 0.85)。BK~考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 10%；故 B 可取為 2400mm。（4）履帶高度 H H= TK3/1G（3.4）=0.32 (18 10 )?93/1840mm?式中: 為尺寸系數(shù) (0.3 0.35)。TK~為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大 17%左右，計(jì)算得 H=980mm。（5）履帶板寬 b 由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得：b 的值可在 600 800mm 間取值 ,根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)~—液壓挖掘機(jī)履帶 GB10677—89》規(guī)格系列查取 b =600mm。（6）底盤總寬 C C =B +b （3.5）=2400+600=3000mm（7）履帶接地長度 接L= + 0.35D 接L1l（3.6）= + 0.35( - )1l1l=3200+0.35 （4084-3200 ）?3510mm?式中： D 為驅(qū)動(dòng)輪直徑，約為 - 。1Ll（8）后端支重輪到驅(qū)動(dòng)輪間距 3C= 1Kl（3.7） =2.5 17?428mm?式中： 為尺寸系數(shù)（2.4 2.6)；1CK~為履帶節(jié)距，根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) —液壓挖掘機(jī)履帶 GB10677—tl89》規(guī)格系列查取 =171mm。tl（9）前端支重輪到導(dǎo)向輪間距 1C= 2Ktl（3.8）=2.4 171?410mm?式中： 為尺寸系數(shù)(2.4 3)。2CK~(10) 兩端支重輪間距 ol= - - ol 1lC3（3.9） =3200-410-428=2360mm（11）轉(zhuǎn)臺(tái)離地高 1h= (3.10) 10K31G=0.4 (18 10 )?93/11048mm?式中： 為尺寸系數(shù)(0.37 0.42)。0K~為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大 3%左右，計(jì)算得 =1080mm。1h(12) 相鄰兩支重輪間距 1t=(1 2) (3.11)~tl=1.9 t325mm?現(xiàn)將機(jī)體主要線性尺寸列于表 3.1。表 3.1 機(jī)體主要線性尺寸 項(xiàng)目 履帶長度 1L軌距 B 輪距 1l履帶總高 H轉(zhuǎn)臺(tái)底部離地高 1h懸架底離地高 2履帶板寬 b結(jié)果/mm4084 2400 3200 980 1080 495 6003.2 驅(qū)動(dòng)輪主要參數(shù)的確定及強(qiáng)度校核驅(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。（1）主要參數(shù)的確定1．節(jié)距，驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距應(yīng)與履帶節(jié)距相等， mm。17tl?2、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)Z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)，使得嚙合過程中每個(gè)齒都能和節(jié)銷嚙合。其齒數(shù)通常取 ，本設(shè)計(jì)中取 。23~723Z?3、驅(qū)動(dòng)輪直徑的確定驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓半徑 按下式計(jì)算：kr(3.12)0362sintKKlZ?= 120si7331mm?式中： 為驅(qū)動(dòng)鏈輪的名義齒數(shù)，為實(shí)際齒數(shù)的半，則 = 。 kZ KZ123??驅(qū)動(dòng)輪的齒頂圓半徑 按下式計(jì)算：er??0.165~.70tKl?（3.13）.2345m??2．齒根圓半徑 的計(jì)算公式如下：1r1kirr??（3.14） 326.904m?式中： 為履帶節(jié)銷半徑，根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) —液壓挖掘機(jī)履帶irGB10677—89》規(guī)格系列查取 =26.9mm。ir3、齒根圓弧偏心距 ：e=0.07（ 2 ） tl?1r(3.15)=0.07 （171 2 26.9）?8.2mm?關(guān)于驅(qū)動(dòng)輪的細(xì)部結(jié)構(gòu)件附錄其零件圖。（2）強(qiáng)度的校核按機(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)滿足：(3.16)184j jGbd????????31075.8?402.jMPa????????式中： —驅(qū)動(dòng)輪齒寬度， ；b7bm—履帶銷套外徑，查對(duì)應(yīng)履帶型號(hào)得 ；d 58.3dm—許用用擠壓應(yīng)力； 。j????? 5