小型液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 1 緒 論1.1 本課題背景意義與目的 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(lái)的。它的工作過(guò)程是以鏟斗的切削土壤，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開(kāi)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。 各類挖掘機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多行業(yè)被廣泛地采用，如工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利電氣工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以與現(xiàn)代化軍事工程等等行業(yè)的機(jī)械化施工中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般工程施工中約有60%的土石方量、露天礦山中80%的剝離量和采掘量是用挖掘機(jī)完成的。 小型液壓挖掘機(jī)是指一般總重量在6t以下的挖掘機(jī)，因其體積小，主要應(yīng)用于城市、相對(duì)狹窄的地區(qū)，替人力勞動(dòng)

2、，其用途廣泛，主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地，用于城市管道、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。它不僅體積小，機(jī)動(dòng)靈活，且可附裝各種工作裝置，屬多功能建設(shè)機(jī)械。采用小挖掘機(jī)可以大大減輕人力的勞動(dòng)，縮短施工周期。 為節(jié)省勞動(dòng)力、減輕繁重體力勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、加快建設(shè)速度，保證工程質(zhì)量和降低成本，采用機(jī)械化施工是根本的措施。它對(duì)盡早發(fā)揮建設(shè)投資效果，促進(jìn)國(guó)名經(jīng)濟(jì)的高速度發(fā)展有很大的作用。 隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入和在建設(shè)中挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，挖掘機(jī)市場(chǎng)有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國(guó)國(guó)情所需要的挖掘機(jī)是十分必要的，即此次對(duì)液壓挖掘機(jī)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。而對(duì)于還在學(xué)習(xí)當(dāng)中的我來(lái)說(shuō)，這個(gè)課題能讓

3、我更深入地鞏固和學(xué)習(xí)液壓、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械繪圖等方面的知識(shí)。之前，對(duì)于這些知識(shí)的學(xué)習(xí)好像只是為了應(yīng)付考試，根本就沒(méi)有真正掌握這些知識(shí)。但作為一個(gè)機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，掌握好液壓、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械繪圖都是很有必要的。因此，現(xiàn)在我剛好借這個(gè)課題，去深刻的學(xué)習(xí)這些知識(shí)并加以綜合運(yùn)用，為工作打好基礎(chǔ)，做好準(zhǔn)備。1.2 挖掘機(jī)的基本類型和液壓挖掘機(jī)的主要特點(diǎn) 挖掘機(jī)的類型與構(gòu)造形式繁多，可按挖掘工作原理與過(guò)程、用途、構(gòu)造特性等進(jìn)行劃分。 按工作過(guò)程可分為周期作業(yè)和連續(xù)作業(yè)兩類，即通常簡(jiǎn)稱為單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī)。 按照用途，單斗挖掘機(jī)分為：建筑型、采礦型、和剝離型。按照動(dòng)力裝置，挖掘機(jī)有電驅(qū)動(dòng)、燃機(jī)驅(qū)動(dòng)

4、和復(fù)合驅(qū)動(dòng)等。按照傳動(dòng)方式，挖掘機(jī)分為機(jī)械傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式和混合傳動(dòng)式。而液壓挖掘機(jī)則具有下列主要特點(diǎn)：1 大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，傳動(dòng)平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 挖掘機(jī)在工作是主要?jiǎng)幼靼ㄐ凶?、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動(dòng)作，其中最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，完成這些動(dòng)作要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機(jī)則不需要復(fù)雜的中間傳動(dòng)，大大的簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。2 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有防止過(guò)載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡(jiǎn)便。3 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)生產(chǎn)，進(jìn)一步提高質(zhì)量和降低成本。1.3 液壓挖掘機(jī)的發(fā)

5、展概況 挖掘機(jī)的最早主要用于河道，港口的疏浚工作。第一臺(tái)有確切記載的挖掘機(jī)械是1796年英國(guó)人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而在陸地上使用的“動(dòng)力鏟”于1835年在美國(guó)誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)得先驅(qū)，距今已有170多年的歷史。1950年，德國(guó)研制出世界上第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)，新材料不斷應(yīng)用在挖掘機(jī)上。使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠性、完全性和操作舒適性以與節(jié)能、環(huán)保等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。1.3.1國(guó)外液壓挖掘機(jī)目前水平工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，產(chǎn)品齊全，技術(shù)成熟。美國(guó)、德國(guó)和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，具有較高的市場(chǎng)占有率。 當(dāng)前，國(guó)

6、際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。1.3.2 國(guó)液壓挖掘機(jī)發(fā)展概況與趨勢(shì)我國(guó)己經(jīng)形成了挖掘機(jī)的系列化生產(chǎn)，近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國(guó)外的一些先進(jìn)的生產(chǎn)率較高的挖掘機(jī)型號(hào)。 由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界上許多國(guó)家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。目前，單斗液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能;應(yīng)用圍不斷擴(kuò)大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性;電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制

7、，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化;提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢(shì):（1）向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。（2）更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。（3）不斷提高可靠性和使用壽命。（4）工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作圍不斷擴(kuò)大。（5）由燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。（6）液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。（7）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。（8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。（9）人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。1.4 本次設(shè)計(jì)容概述本次設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斗容0.25m3；最大挖掘力59KN；爬坡度：27.8；最大牽引力：48kN；最大行走速度：5km/

8、h ；最低行走速度：3km/h的履帶式全液壓挖掘機(jī)。具體設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)液壓挖掘機(jī)的行走裝置的設(shè)計(jì)和行走能力的校核，包括(1) 挖機(jī)行走裝置的總體設(shè)計(jì)。(2) 行走裝置四輪一帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置。(3) 挖掘機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)。(4) 挖掘機(jī)的行走裝置詳細(xì)接地比壓的分析和設(shè)計(jì)。(5) 馬達(dá)的驗(yàn)算和選取與馬達(dá)原理的認(rèn)識(shí)和研究。2液壓挖掘機(jī)的履帶行走裝置構(gòu)造2.1綜述單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置是整個(gè)機(jī)械的支承部分，它承受機(jī)械的自重與工作裝置挖掘時(shí)的反力，使挖掘的穩(wěn)定地支承在地面上工作。同時(shí)又使挖掘機(jī)能在工作時(shí)作場(chǎng)運(yùn)行與轉(zhuǎn)移工地時(shí)作運(yùn)輸性(輪式行走裝置)運(yùn)行。因而，設(shè)計(jì)單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置時(shí)

9、應(yīng)盡量滿足下列要求： 1單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)有較大的牽引力，使挖掘機(jī)在濕軟地面或高低不平的地面上行走時(shí)具有良好的越野性能，并有較強(qiáng)的爬坡和轉(zhuǎn)彎能力。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(guò)性能。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；4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)的為安全可靠性；5挖掘機(jī)的行走裝置外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊?。單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置按照結(jié)構(gòu)的不同可分履帶式和輪胎式兩大類。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、以與履帶），緊裝置和緩

10、沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)，行走架等組成。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)。履帶式行走裝置驅(qū)動(dòng)力大（通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的35%-45%），接比壓?。?0-150kPa），因而越野性能與穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大的可達(dá)100%），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

11、其他運(yùn)輸車輛。 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(pán)的可輪式拖拉機(jī)底盤(pán)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(pán)行走裝置。盡管履帶式行走裝置存在一些，但在單斗液壓挖掘機(jī)中使用較為廣泛，而且本機(jī)主要用于城市道路建設(shè)或者狹窄空間作業(yè)?？紤]到工作環(huán)境和實(shí)際條件等因素本機(jī)采用橡膠履帶，由于橡膠履帶具有對(duì)路面破壞小、噪音低、速度快、振動(dòng)小、接地比壓小、牽引力大，可以減少地面對(duì)機(jī)械的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，所以本機(jī)主要使用橡膠履帶。而在惡劣環(huán)境中或在野外作業(yè)時(shí)可以使用鋼制履帶以適應(yīng)惡劣的工況。而輪式行走裝置雖有運(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

12、設(shè)中很受歡迎，但是其接地比壓大，爬坡能力小，挖掘作業(yè)時(shí)需要用專門(mén)支腿支撐，以確保挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。所以履帶式行走裝置比輪式行走裝置更為適用。故本機(jī)采用履帶式行走裝置。2.2 液壓挖掘機(jī)履帶式行走裝置的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造履帶式行走裝置(圖2.21)由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架通過(guò)支重輪4，履帶2將載荷傳至地面。履帶呈抱死循環(huán)繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪5和導(dǎo)向輪1，為了減少上分支撓度，履帶由l一2個(gè)托鏈輪4支持。行走裝置的傳動(dòng)是由液壓馬達(dá)經(jīng)減速箱6傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪5使整個(gè)行走裝置運(yùn)行。當(dāng)履帶由于磨損而伸長(zhǎng)時(shí)可由緊裝置3調(diào)整其松緊度。其中，導(dǎo)向輪，支重輪，驅(qū)動(dòng)輪拖鏈輪與履帶即為通常所說(shuō)的“四輪一帶”，是履帶式行走裝置的重要零

13、部件，它直接關(guān)系到挖掘機(jī)的工作性能和行走性能。這部分的重量相當(dāng)大，約占整機(jī)的14，制造成本也高，約占整機(jī)的14。因此，合理設(shè)計(jì)“四輪一帶”具有重要意義。我國(guó)過(guò)去這些零部件規(guī)格品種繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有34種結(jié)構(gòu)、93種規(guī)格，影響了加工質(zhì)量的提高和備件的供應(yīng)，零件互換性很差致使機(jī)械完好率很低。為了克服上述缺點(diǎn)，提高質(zhì)量，目前有關(guān)部門(mén)已將挖掘機(jī)、推土機(jī)和裝載機(jī)的“四輪一帶”圖紙統(tǒng)一，逐步做到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、而速發(fā)展工程機(jī)械創(chuàng)造條件。圖2.2-1 履帶式行走裝置的結(jié)構(gòu)圖1 - 導(dǎo)向輪；2 - 橡膠履帶； 3 - 緊裝置； 4 - 支重輪；5 - 驅(qū)動(dòng)輪； 6 - 減速機(jī)行走

14、架是履帶行走裝置的承重骨架，它由底架、橫梁和履帶架組成，通常用16Mn鋼板焊接。底架連接轉(zhuǎn)臺(tái)，承受上部的載荷，并通過(guò)橫梁傳給履帶架行走架按結(jié)構(gòu)的不同分組合式和整體式兩種。 組合式行走架(圖2.22)的底架為框架結(jié)構(gòu)，橫梁是工字鋼或焊接的箱形梁，活人履帶架孔中。履帶架通常采用下部敞開(kāi)的“門(mén)”形截面，兩端呈又形，以便安裝驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支重輪。 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)需要改善挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和降低接地比壓時(shí)，不需改變底架結(jié)構(gòu)就能換裝加寬的橫梁和加長(zhǎng)的履帶架，從而安裝不同長(zhǎng)度和寬度的履帶。它的缺成是履帶架截面削弱較多，剛性較差，在截面削弱處易產(chǎn)生裂縫。 圖2.2-2 組合式行走架示意圖 為了改進(jìn)上述缺點(diǎn)，

15、近年來(lái)在液壓挖掘機(jī)中采用整體式行走架較多，這種行走架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕輕而且剛性較好。履帶、支重輪等零部件采用工業(yè)拖拉機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)件，因而可降低成本，質(zhì)量也有保證。支重輪直徑較小，在行走裝置的長(zhǎng)度，每邊可裝59個(gè)支重輪。這樣可使上部重量均勻傳至地面，便于在承載能力較低的地面使用，提高行走性能。3履帶各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型3.1履帶的設(shè)計(jì)履帶工作條件惡劣，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度、耐磨性好、質(zhì)量輕以減少材料的消耗量，并減輕履帶運(yùn)行時(shí)的動(dòng)載荷，要求履帶能和地面有很好的附著性能，又要考慮減少行駛與轉(zhuǎn)向的阻力。本機(jī)主要用于城市道路建設(shè)或者狹窄空間作業(yè)。由于橡膠履帶具有對(duì)路面破壞小、噪音低、速度快、振動(dòng)小、接

16、地比壓小、牽引力大，可以減少地面對(duì)機(jī)械的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，所以本機(jī)主要使用橡膠履帶。而在惡劣環(huán)境中或在野外作業(yè)時(shí)可以使用鋼制履帶以適應(yīng)惡劣的工況。 挖掘機(jī)的履帶有整體式和組合式兩種。整體式是履帶板上帶嚙合齒，直接與驅(qū)動(dòng)輪嚙合，履帶板本身成為支重輪等輪子的滾動(dòng)軌道。整體式每一節(jié)履帶鑄造成整體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、重量輕、易拆裝，但銷孔間隙大、易進(jìn)泥沙、易磨損，“三化”性差，在機(jī)械式挖掘機(jī)中使用較多，適于高速車輛。 目前液壓挖掘機(jī)中廣泛采用工業(yè)拖拉機(jī)型式的組合式履帶。如圖（3.1-1）所示，它由履帶板、鏈動(dòng)節(jié)、履帶銷軸和銷套等組成，左右鏈軌節(jié)9、l0與銷套5用緊配合連接，履帶銷軸4插入銷套有一定間隙，以

17、保證轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，其兩端與另兩個(gè)鏈軌節(jié)孔緊配合。鎖緊履帶銷7與鏈軌節(jié)孔配合輕松，便于整個(gè)履帶的安裝和拆卸。這種結(jié)構(gòu)節(jié)距小，繞轉(zhuǎn)性好，行走速度較快，銷軸和襯套硬度較高、耐磨、使用壽命長(zhǎng)。所以本機(jī)履帶采用組合式履帶。圖3.1-1 組合式履帶1履帶板；2履帶螺栓；3履帶螺母；4履帶軸銷；5銷套；6鎖緊銷墊；7鎖緊履帶銷；8右鏈軌節(jié)；9左鏈軌節(jié)a) 履帶尺寸的計(jì)算履帶寬度b的初步確定： （3.1-1）取自工程機(jī)械底盤(pán)設(shè)計(jì)P306 式中：裝載機(jī)的整機(jī)質(zhì)量，由單斗液壓挖掘機(jī)P42液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)系列表，這里取M=6t。 所以：b=(0.91.1)×209×=342.3418.4mm 為了

18、取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距的履帶，這里取b=400mm 履帶支撐面長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 L0=KL×=（1.251.5）×=2.2752.73m （3.1-2） 這里初取2500mm。 式中KL為履帶長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 計(jì)算所得的L0應(yīng)滿足轉(zhuǎn)向要求： (3.1-3)參看工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P308式中 支撐面長(zhǎng)度，=2.5 m=2500mm；履帶軌距，B=KB×=1.07×1.82=1.95m 取1900mm。附著系數(shù)，=1.0；滾動(dòng)阻力系數(shù)，=0.10；根據(jù)工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)可知=0.5；=1.313.6= (3.1-4)所以，履帶的寬度、支撐面的長(zhǎng)度選擇合適，即b=4

19、00 mm =2500 mm b) 履帶板結(jié)構(gòu)的選擇 履帶板的型式很多，標(biāo)準(zhǔn)化后規(guī)定采用重量輕、強(qiáng)度高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格較低的軋制履帶板。履帶板有單筋、雙筋和三筋數(shù)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；雙筋履帶板筋稍短易于轉(zhuǎn)向，且屜帶板剛度較好用于挖掘裝載機(jī)或重型礦用液壓挖掘機(jī)上；三筋履帶板同樣為短筋(圖3.1-2)由于筋多使履帶板的強(qiáng)度和剛度提高，承重能力大，用于挖掘機(jī)上。三筋履帶板上有四個(gè)連接孔，中間有兩個(gè)清泥孔。當(dāng)鏈軌繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)可借助輪齒白動(dòng)清除鏈軌節(jié)上的淤泥。相鄰兩履帶板制成有搭接部分，防止履帶板之間夾進(jìn)石塊而產(chǎn)生很高的應(yīng)力。 圖3.1-2三筋履帶板c）履帶

20、節(jié)距 節(jié)距越小，履帶鏈軌運(yùn)轉(zhuǎn)在驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪上沖擊越小，運(yùn)轉(zhuǎn)越均勻，有利于減少磨損，提高效率，但最小節(jié)距值受到鏈軌結(jié)構(gòu)尺寸的限制。履帶節(jié)距與其使用圍見(jiàn)表3.1-1。表3.11 挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)距與適用圍節(jié)距(毫米）齒數(shù)適用圍101,125,13523,250.25m3以下的挖掘機(jī)15423,250.25m30.4m3的挖掘機(jī)173230.4m30.6m3的挖掘機(jī)203231.0m3，1.6m3的挖掘機(jī)216,228.5252.5m3的挖掘機(jī)2604m3的挖掘機(jī)履帶節(jié)距，隨自重的增大而線性增大，通常為：t0=(17.523)=(17.523)×=(154202)mm （3.1-5）所以

21、，本設(shè)計(jì)節(jié)距選取173.d）履帶強(qiáng)度的計(jì)算(1)履帶的計(jì)算工況 整機(jī)在斜坡上工作時(shí)，一側(cè)履帶所能傳遞的最大驅(qū)動(dòng)力，取決于土壤的附著條件，即： (3.1-6)取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P3140.75×58.8=44.1KN式中：附著系數(shù)，??；考慮在斜坡上工作時(shí)，整機(jī)重量在一側(cè)履帶上分配系數(shù)，取。(2)履帶總成結(jié)構(gòu)形式如圖3.1-3所示圖3.1-3 履帶總成結(jié)構(gòu)圖其中節(jié)距為173mm的履帶總成聯(lián)系尺寸如下表表3.1-2履帶板的總成聯(lián)系尺寸安裝尺寸外形尺寸配合尺寸FGEXABChd1d1d3d414012082604692126203635.5263655根據(jù)挖掘機(jī)的工作要求，挖掘機(jī)采用

22、組合式履帶，組合式履帶式履帶板、軌鏈節(jié)、履帶銷、銷套、螺栓等零件組合而成。由于履帶的主要破壞形式是磨損，因此只需要校核履帶銷的剪切強(qiáng)度： （3.1-7）取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P315式中：履帶銷直徑；所以58800=92.86MPa履帶銷采用50Mn，履帶銷套采用20 Mn，履帶板的材料采用40Mn2Si。 50Mn的剪切強(qiáng)度：275Mpa所以，履帶銷的強(qiáng)度滿足要求。（3）校核軌鏈節(jié)的抗拉強(qiáng)度對(duì)于鋼制履帶，履帶板應(yīng)驗(yàn)算其拉伸應(yīng)力，危險(xiǎn)截面是銷孔的最窄處： (3.1-8)取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P314式中：履帶銷套半徑，；履帶銷半徑，；一塊履帶板一端的各銷孔寬度之和，。需用拉伸應(yīng)力，所以

23、p= 17.75MPa所以，履帶的抗拉強(qiáng)度滿足要求。3.2驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪傳給履帶，因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的要求應(yīng)是與履帶嚙合正確，傳動(dòng)平穩(wěn)，并且當(dāng)履帶因銷套磨損而伸長(zhǎng)后仍能很好的嚙合，履帶的驅(qū)動(dòng)輪通常置于后部，這樣履帶的緊段較短，減少磨損和功率損失。驅(qū)動(dòng)輪的誰(shuí)主要包括齒形的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)輪尺寸的確定以與強(qiáng)度校核。a) 驅(qū)動(dòng)輪的齒形設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪傳給履帶，因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的要與履帶嚙合正確，傳動(dòng)平穩(wěn)，并且當(dāng)履帶因銷套磨損而伸長(zhǎng)后仍能很好嚙合。按齒面形狀，驅(qū)動(dòng)輪齒形可分為凸形，直線形和凹形齒形三種。目前履帶工程機(jī)械多采用后兩種。驅(qū)動(dòng)輪用來(lái)驅(qū)動(dòng)履帶，輪齒工作時(shí)受履帶銷套反作用的彎

24、曲壓應(yīng)力，并且輪齒與銷套之間有磨料磨損。因此驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)選用淬透性好的鋼材，通常用50Mn，45SiMn，中頻淬火、低溫回火，硬度應(yīng)達(dá)到HRC5558。一般來(lái)講，對(duì)驅(qū)動(dòng)輪齒形的要求為：1）使履帶節(jié)銷順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少接觸面的沖擊應(yīng)力；2）齒面接觸應(yīng)力應(yīng)小，以減少磨損；3) 當(dāng)履帶節(jié)距因磨損而增大時(shí)，履帶節(jié)銷與驅(qū)動(dòng)輪齒仍能保持工作，不至脫鏈。 本設(shè)計(jì)采用典型的“三圓弧一直線”型齒形。其齒形如圖（3.2-1）所示圖3.2-1 單圓弧直線齒形b) 驅(qū)動(dòng)輪主要參數(shù)的確定 驅(qū)動(dòng)輪輪齒的節(jié)距根據(jù)前述的相應(yīng)的履帶板的節(jié)距確定，。繞在驅(qū)動(dòng)輪上的履帶板數(shù)目（即當(dāng)量齒數(shù)）增加，使履帶運(yùn)動(dòng)速度均勻性較好，鉸鏈摩

25、擦損失減少，但使驅(qū)動(dòng)輪直徑增大，引起底盤(pán)高度與重量增加。根據(jù)四輪一帶統(tǒng)圖，參照工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P316表2-8-5所示，選擇驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)Z=23。這里驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù)一般為奇數(shù)，這是因?yàn)楣こ虣C(jī)械上的鏈條在驅(qū)動(dòng)輪上是隔一個(gè)齒嚙合的，這樣自動(dòng)清除泥土的效果好。這種間齒嚙合的的驅(qū)動(dòng)輪的Z是實(shí)際齒數(shù)的Z的一半；所以這樣實(shí)際齒數(shù)Z最好為奇數(shù)，這樣每轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈，驅(qū)動(dòng)輪的所有齒都嚙合一次，使用壽命長(zhǎng)。所以名義齒數(shù)Z=11.5。驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑 （3.2-1）取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P316驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓直徑為 履帶銷套直徑：則驅(qū)動(dòng)輪齒根圓直徑為：驅(qū)動(dòng)輪齒頂圓直徑：（0.30.4）d 齒谷半徑為： 谷齒距離為：c

26、) 驅(qū)動(dòng)輪的強(qiáng)度計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪需要校核其彎曲強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度。1).彎曲強(qiáng)度計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪的計(jì)算載荷與履帶一樣，取一側(cè)所傳遞的最大驅(qū)動(dòng)力，因地面附著條件所限制，取，并假定扭矩只有一個(gè)齒傳遞。驅(qū)動(dòng)輪輪齒抗彎強(qiáng)度為： (3.2-2)取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P317式中：齒高（假定力完全作用在齒頂），抗彎截面系數(shù)，其中為驅(qū)動(dòng)輪的寬度，??；許用彎曲應(yīng)力。所以：=481MPa400500MPa所以，驅(qū)動(dòng)輪的彎曲強(qiáng)度滿足要求。2).擠壓應(yīng)力計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪輪齒齒面擠壓強(qiáng)度： (3.2-3)取自工程機(jī)械設(shè)計(jì)P141式中 驅(qū)動(dòng)輪輪齒寬度，；履帶銷外套直徑，；需用擠壓應(yīng)力，。所以j=184=25.65MPa<所以，驅(qū)動(dòng)

27、輪的擠壓強(qiáng)度滿足要求。3.3 支重輪拖鏈輪的設(shè)計(jì)3.3.1支重輪的設(shè)計(jì)主要包括支重輪外形尺寸的確定與其強(qiáng)度校核。a) 支重輪外形尺寸的選擇挖掘機(jī)重量通過(guò)支重輪傳給地面，工作時(shí)如地面不平它將經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支重輪所受載荷較大。支重輪的工作條件也較惡劣，經(jīng)常處于塵土中有時(shí)還浸泡于泥水之中，故要求密封可靠、輪圈耐磨。支重輪輪體常用35Mn或者50Mn制造。輪面淬火硬度應(yīng)達(dá)到HRC48-57。采用滑動(dòng)軸承較多，并用浮動(dòng)油封防塵。過(guò)去支重輪的結(jié)構(gòu)型式很多，標(biāo)準(zhǔn)化后規(guī)定挖掘機(jī)采用如圖3.3-1所示的結(jié)核型式：這是一種直軸式結(jié)構(gòu)，鈾的構(gòu)造簡(jiǎn)單，工藝性好，雖然承受軸向力的能力較差，但適合于挖掘機(jī)的工況。支重

28、輪的軸1是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，通過(guò)兩端鈾座8固定在履帶架上。支重輪輪體2分兩段焊接而成，輪邊有凸緣，起夾持履帶的作用，使履帶板行走時(shí)不會(huì)橫向脫落。支重輪壓裝有軸套3，這種軸套是雙金屬式的，即是在08F的鋼套涂有0.8mm厚的錫青銅合金，既耐磨強(qiáng)度又高。軸兩端裝有浮動(dòng)油封。 浮動(dòng)油封是一種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，密封效果較好的端面密封裝置。它由兩個(gè)形狀一樣的金原油封環(huán)6和二個(gè)“O”形密封因7組成，每個(gè)油封環(huán)上各套一個(gè)“O”形密封圈。不轉(zhuǎn)動(dòng)的油封環(huán)固定在鈾座8的槽中，另一個(gè)油封環(huán)裝在支重輪槽，隨著輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)件被壓緊后，“O”形密封圈被壓緊產(chǎn)生彈性變形，使兩油封環(huán)端面始終貼緊，起到密封作用。潤(rùn)滑油從支承輪中間的螺塞

29、孔加入，不但潤(rùn)滑了軸與軸套的摩擦而，而且也潤(rùn)滑了浮封環(huán)的端面。同時(shí)防止了水灰等污物的侵人。圖3.31支重輪1輪體 2軸 3螺塞 4墊圈 5浮動(dòng)油封環(huán)6浮動(dòng)油封座 7O型膠圈 8銷 9-軸套根據(jù)工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P318表2-8-7工程機(jī)械統(tǒng)一圖紙支重輪規(guī)格尺寸最終確定支重輪聯(lián)系尺寸如表3.3-1：表3.3-1支重輪尺寸安裝尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸ABCELKDd1d2FD1300240120323352101885565180155確定支重輪個(gè)數(shù)：軸間距 （3.3-1）取自工程機(jī)械底盤(pán)設(shè)計(jì)P231取=290mm。最后端的支重輪與驅(qū)動(dòng)輪輪軸之間的距離 （3.3-2）取自工程機(jī)械底盤(pán)設(shè)計(jì)P

30、263取。因?yàn)槁膸У闹蚊鎸挾萀0=2500綜合考慮以上因素，取支重輪的數(shù)量為6個(gè)。b) 支重輪的強(qiáng)度計(jì)算為了減少支重輪的磨損，輪緣對(duì)履帶的接觸應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算： (3.3-3)參看工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P318式中 支重輪輪緣寬度，；支重輪半徑，；支重輪個(gè)數(shù)，n=12；=43.4=1.81MPa<所以，支重輪與鏈軌節(jié)間的接觸應(yīng)力滿足要求。c) 支重輪軸的校核支重輪的最大徑向載荷使挖掘機(jī)跨越障礙時(shí)的工況，此時(shí)每側(cè)的一個(gè)支重輪承受整機(jī)總重量，即一支重輪上的最大徑向載荷為整機(jī)重量的一半，支重輪軸按此時(shí)計(jì)算彎曲強(qiáng)度。（軸的直徑為）支重輪軸的力分析圖如圖3.3-2所示：9.8KN9.8KN9.8

31、KN 9.8KN9.8KN9.8KN圖3.3-2支重輪的受力和應(yīng)力圖 （3.3-4）取自材料力學(xué)上冊(cè)P174.式中：支重輪軸最大彎矩；抗彎截面系數(shù)。；需用彎曲強(qiáng)度，支重輪軸采用40Cr鋼，。所以： F=612.5/0.0000063=97.2MPa<即支重輪軸滿足強(qiáng)度要。3.3.2托鏈輪的設(shè)計(jì)托輪用來(lái)承托上部履帶，防止其過(guò)度下垂，減少上方履帶的跳動(dòng)和下垂量，并防止履帶從側(cè)向滑脫。拖鏈輪的結(jié)構(gòu)與支重輪類似，如圖3.3.2-1所示，但其所受載荷要比支重輪小得多，工作時(shí)少受泥水侵蝕，因此尺寸可較小。軸距在2m以下的普通履帶挖掘機(jī)可以采用一個(gè)拖鏈輪，軸距在兩米以上的則克采用兩個(gè)拖鏈輪。托輪軸固定

32、在履帶架上，輪體壓裝有耐磨軸套，并耐磨軸套套裝在軸上，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。托輪的外側(cè)端蓋用螺栓安裝在輪體上，軸的一端裝有浮動(dòng)油封。其結(jié)構(gòu)如圖3.3.2-1所示。3.3.2-1拖鏈輪示意圖本設(shè)計(jì)所選用的托輪的尺寸如表3.3.2-1所示：表3.3.2-1 托輪的結(jié)構(gòu)尺寸/mm安裝尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸浮封表號(hào)浮封膠圈表號(hào)軸承型號(hào)ABDC7010AC96502901505080821203.4 導(dǎo)向輪和緊裝置的設(shè)計(jì)3.4.1 導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì) a）導(dǎo)向輪的參數(shù)設(shè)定 導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確繞轉(zhuǎn)，可以防止跑軌和越軌。大部分液壓挖掘機(jī)的導(dǎo)間輪同時(shí)起到支重輪的作用，這樣可增加履帶對(duì)地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪

33、的輪面大多制成光面，中間有擋肩環(huán)作為導(dǎo)向用(如圖3.4-1)，兩側(cè)的環(huán)面則能支撐軌鏈起支重輪溝作用。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。圖3.4-1導(dǎo)向輪根據(jù)前述相關(guān)尺寸，本設(shè)計(jì)所選導(dǎo)向輪聯(lián)系尺寸如表3.4-1所示：表3.4-1 導(dǎo)向輪的聯(lián)系尺寸/mm安裝尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸ABDEF335300590160556555082b）導(dǎo)向輪軸的強(qiáng)度計(jì)算 導(dǎo)向輪的材料一般是40或45鑄鋼，輪緣通常不加工，表面淬火硬度HRC45以上。導(dǎo)向輪軸常用40、40Cr鋼制造，調(diào)質(zhì)處理硬度HB285321，軸通常不轉(zhuǎn)動(dòng)，采用滑動(dòng)軸承。導(dǎo)向輪的

34、材料軸按整機(jī)倒檔行使條件計(jì)算彎曲應(yīng)力。整機(jī)發(fā)出的為地面附著條件所允許的驅(qū)動(dòng)力（按履帶計(jì)算工況），可近似地認(rèn)為導(dǎo)向輪上、下兩處履帶平行，則導(dǎo)向輪軸的計(jì)算載荷為：。；需用彎曲強(qiáng)度，。所以：由上可知，導(dǎo)向輪軸的彎曲應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。3.4.2 緊裝置的設(shè)計(jì) 緊裝置的功用主要是保證適當(dāng)?shù)穆膸Ьo力，當(dāng)導(dǎo)向輪受到前方的沖擊載荷時(shí)，緩沖彈簧回縮以吸收振動(dòng)，防止履帶和驅(qū)動(dòng)輪損壞。目前在液壓挖掘機(jī)中廣泛采用液壓緊裝置，這種帶有輔助液壓缸的彈簧緊裝置(圖3.4.2-1)借助潤(rùn)滑用的黃油槍將黃油壓注入液壓缸，使活塞外伸，一端移動(dòng)導(dǎo)向輪，另一端壓縮彈簧使之預(yù)緊。但預(yù)緊后的彈簧尚需留有適當(dāng)?shù)男谐唐鹁彌_作用。如果履d帶太

35、緊需放松時(shí)，可擰開(kāi)注油嘴，從液壓缸中放出適量的黃油。 圖3.4.2-1緊裝置圖（3.4.2-1）為液壓緊裝置的示意圖，圖a為液壓缸活塞直接頂彈簧的型式，這種結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單但外形尺寸較長(zhǎng)；圖b為液壓缸活塞置于彈簧中間的型式，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是縮短了外形尺寸，但零件稍多。（1）緩沖彈簧的選擇 緩沖彈簧必須有一定的預(yù)壓縮量，使履帶中產(chǎn)生預(yù)緊力，其作用是：前進(jìn)時(shí)不因稍受外力即松弛而影響履帶銷和驅(qū)動(dòng)輪齒的嚙合，倒退時(shí)能保證產(chǎn)生足夠的牽引力而仍保持履帶銷和驅(qū)動(dòng)輪齒的正常嚙合。預(yù)緊力亦不能太大，當(dāng)履帶和各輪之間卡入堅(jiān)硬石塊時(shí)或當(dāng)前方受到較大的沖擊力時(shí)，緩沖彈簧應(yīng)能進(jìn)一步壓縮，以保護(hù)行走系各零件不致?lián)p壞。 彈簧參數(shù)

36、計(jì)算如下：緩沖彈簧預(yù)緊力：×58.8=(35.2847.04) (3.4.2-1)取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P320取40KN。緩沖彈簧工作行程終了時(shí)的壓縮力：40=(6080)KN緩沖彈簧工作行程需考慮履帶和驅(qū)動(dòng)輪卡入石塊時(shí)能脫離嚙合，即工作行程為： （3.4.2-2）取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P320式中：驅(qū)動(dòng)輪齒頂圓直徑，；驅(qū)動(dòng)輪齒根圓直徑，。所以：（2）圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計(jì)前置滑動(dòng)式緊裝置緩沖彈簧系數(shù)的確定，根據(jù)工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P321可知：旋繞比在4左右。由機(jī)械設(shè)計(jì)P386表16-6常用旋繞比C值，在此取，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷彈簧常用材料選取熱軋鋼，牌號(hào)為。其參數(shù)

37、如下： 切變模量：彈性模量：推薦硬度圍：推薦溫度圍：曲度系數(shù)： （5-16）取自機(jī)械設(shè)計(jì)P386初步設(shè)定緩沖彈簧的中徑，根據(jù)值估取彈簧絲直徑=40，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷查得彈簧的許用切應(yīng)力為。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)P386 (3-17)取自機(jī)械設(shè)計(jì)P386式中：緩沖彈簧工作行程終了時(shí)的最大壓縮力；曲度系數(shù)；旋繞比；許用切應(yīng)力；根據(jù)上值可取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑，此時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)P383表16-5，彈簧的實(shí)際工作條件和類比同類產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)可取彈簧圈數(shù)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)普通圓柱螺旋彈簧尺寸系列表16-5與普通圓柱螺旋壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式表16-4得彈簧系數(shù)： 彈簧工作圈數(shù)：彈簧中徑： 彈簧徑：

38、彈簧外徑： 彈簧節(jié)距： 彈簧自由度：取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格自由度。以上公式均來(lái)自機(jī)械設(shè)計(jì)P382由于緩沖彈簧是兩端固定，故彈簧的許用長(zhǎng)細(xì)比為彈簧實(shí)際長(zhǎng)細(xì)比b= 顯然彈簧的穩(wěn)定性滿足要求。3.5“四輪一帶”安裝尺寸 驅(qū)動(dòng)輪一般置于機(jī)械后方，因?yàn)闄C(jī)器前進(jìn)的時(shí)間多，而且牽引力大，這樣履帶驅(qū)動(dòng)段的長(zhǎng)度小，可以減小功率損失。為了提高履帶行走裝置的越過(guò)障礙的能力，行走裝置應(yīng)有合適的接近角1，和離去角2。圖3.5-1四輪一帶安裝示意圖在導(dǎo)向輪與驅(qū)動(dòng)輪的中心距離一定的情況下，當(dāng)1、2太大時(shí)，會(huì)減少接地長(zhǎng)度，造成接地面積減少，接地比壓提高；而且支重輪處履帶折彎角度增大，會(huì)影響傳動(dòng)效率。通常認(rèn)為當(dāng)1、2小于5°時(shí)履

39、帶的接地長(zhǎng)度可以從兩端的緊輪、導(dǎo)向輪的中心算起。實(shí)際設(shè)計(jì)中1一般取2°5°，由于挖掘機(jī)前面的障礙可以用推土板鏟除，所以2一般取1°3°。支重輪在導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪間的布置應(yīng)有利于增大履帶接地長(zhǎng)度，因此，最前一個(gè)支重輪應(yīng)盡量靠近導(dǎo)向輪，最后一個(gè)支重輪應(yīng)盡量靠近驅(qū)動(dòng)輪。為了不和它們的運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉，支重輪的位置應(yīng)保證當(dāng)導(dǎo)向輪在緩沖彈簧達(dá)到最大變形時(shí)相互不發(fā)生干涉，后支重輪的輪緣外徑與驅(qū)動(dòng)輪齒頂圓之間應(yīng)保留一定的間隙。各支重輪的間距一般為均勻分布。托鏈輪主要用來(lái)限制上方區(qū)段履帶的下垂量。托鏈輪的位置應(yīng)有利于履帶脫離驅(qū)動(dòng)輪的嚙合，并平穩(wěn)而順利地滑過(guò)上方區(qū)段，保持履帶正

40、常的緊狀態(tài)。為此，托鏈輪應(yīng)該將履帶略微向上托一點(diǎn)，但不宜過(guò)高，否則也會(huì)使履帶的折彎角增大，增加能量消耗。布置如圖3.5-1所示通常Ls=0.4L=0.4×2500=1000SS=0.3L=0.3×2500=750Sr=(253)t =432519LK=(16518)t=285311 取2904液壓挖掘機(jī)行走能力的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核4.1履帶式行走裝置牽引力計(jì)算挖掘機(jī)的履帶式行走裝置運(yùn)行時(shí)所發(fā)出的牽引力必需能克服下列阻力：履帶的阻力；土壤變形等的運(yùn)行阻力；坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力等。牽引平衡方程為： （4.11）式中 為驅(qū)動(dòng)輪的扭矩驅(qū)動(dòng)輪的半徑履帶的牽引力運(yùn)行時(shí)各阻力之和單斗液壓挖掘機(jī)

41、P2001土壤的變形阻力土壤對(duì)履帶行走裝置在運(yùn)行時(shí)的阻力是由于履帶使土壤擠壓變形而引起的。土壤受到的比壓與受壓表面的下陷深度有下面的關(guān)系P=P0h（KPa） （4.1-2）式中 P為土壤的比壓（KPa） h受壓表面下陷的深度（cm） P0使受壓表面下陷1cm的比壓,此值與土壤的種類有關(guān)，表示土壤的承載能力，單位為。土壤的變形阻力推倒過(guò)程復(fù)雜，只是實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用簡(jiǎn)化為： （4.1-3） 稱運(yùn)行比阻力，此值與道路種類等有關(guān)，可參考表4.11選取。單斗液壓挖掘機(jī)P200地面種類運(yùn)行比阻力值高級(jí)公路（瀝青）0.030.04中等公路（圓石砌的）0.050.06堅(jiān)實(shí)土路0.060.09野路0.090.1

42、2深砂，沼地，耕地0.100.15表4.1-1運(yùn)行比阻力值挖掘機(jī)主要在野路，深砂，沼地，耕地等地運(yùn)行，其運(yùn)行比阻力選=0.122坡道阻力坡度阻力是由于機(jī)器在斜披上因自重的分力所引起的。設(shè)坡角為則坡度阻力為W2 （4.13）式中 G挖掘機(jī)的自重3轉(zhuǎn)彎阻力 履帶式運(yùn)行裝置轉(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)面剪切土坡的阻力以與履帶板突肋擠壓土坡的阻力等等。這些阻力要全部進(jìn)行仔細(xì)的計(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)候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與不同的工況有關(guān)。對(duì)于挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)，由于轉(zhuǎn)彎時(shí)機(jī)器空

43、載，而且工作裝置是懸起的。因此履帶上比壓基本上可寫(xiě)作均勻分布。因此，履帶的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)可看作如圖4.1-1所示沿折線行走，即履帶由2至3， 3至4為直線運(yùn)行，而在3處繞履帶自身轉(zhuǎn)一角度。圖4.1-1 履帶轉(zhuǎn)彎阻力履帶寬為b，長(zhǎng)為L(zhǎng)，且=>5則一條履帶的微面積bdx繞履帶中心點(diǎn)o轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力矩可表示為。（4.1-4）式中 P比壓（KPa）;履帶與地面的摩擦系數(shù)，通常=0.50.6。則一條履帶的轉(zhuǎn)彎阻力矩為（4.1-5）式中G挖掘機(jī)的自重（N） L履帶的接地長(zhǎng)度（cm）因此，挖掘機(jī)的原地轉(zhuǎn)彎時(shí)一條履帶的牽引阻力為=×(4.1-6) 因?yàn)橐话汶p履帶的尺寸為=1.21.4，并且考慮到轉(zhuǎn)彎時(shí)履

44、帶板邊緣刮土的附加阻力，故=(1.21.4)G=(0.350.40)G (4.1-7)式中轉(zhuǎn)彎時(shí)履帶板側(cè)面邊刮土的附加阻力系數(shù)，=1.15于是整機(jī)原地轉(zhuǎn)彎的牽引阻力為=2=(0.700.80)G（4.1-8）4履帶運(yùn)行的阻力履帶運(yùn)行時(shí)由于履帶銷軸間的摩擦以與支重輪、導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力形成履帶運(yùn)行的阻力即:w'履帶銷軸的摩擦阻力，即履帶運(yùn)行時(shí)不斷繞上和繞出驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪。 w'' 支重輪的摩擦阻力，這部分阻力主要由支重輪沿履帶板的滾動(dòng)阻力與軸頸的摩擦阻力組成w'''導(dǎo)向輪的摩擦阻力w''''驅(qū)動(dòng)輪

45、的摩擦阻力 一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，履帶的阻力 =（0.050.07）G(N) (4.1-9) 以上四種運(yùn)行阻力中，以坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為最大。它們往往要分別占阻力的，尤其液壓挖掘機(jī)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)彎和爬坡不是同時(shí)進(jìn)行的。 目前大多數(shù)履帶式液壓挖掘機(jī)的行走牽引力T與機(jī)重G取下列比例，即T=(0.700.85)G （4.1-10）初步取T=0.83G=48000N4.2爬坡能力校核履帶行走裝置一個(gè)顯著特點(diǎn)就是爬坡能力大，一般為50%80%。本次設(shè)計(jì)所需爬坡能力為30°挖掘機(jī)爬坡時(shí)需要克服下列幾種阻力即：挖掘機(jī)自重在斜坡方向的分力=Gsin （4.2-1）式中

46、 G挖掘機(jī)自重(N)；坡度角。運(yùn)行阻力=012Gcos （4.2-2）履帶的阻力=006G （4.2-3）則最大牽引力T應(yīng)不小于這些阻力之和，即T+ （4.2-4）此外還應(yīng)滿足挖掘機(jī)在爬坡時(shí)不打滑的條件，即：GcosT （4.2-5） Gsin+ 0.12Gcos +0.06G =G則sin+0.12Gcos+0.06=0.8163cos=求解得到=55.2°和=42.03°代入原式求解得到=42.03°是正確的解，=55.2°是增根，校核地面附著力與牽引力的關(guān)系。附著力為Gcos=0.7×6000×9.8×cos42.03

47、°=30573.416式中地面附著系數(shù)，取0.7附著力小于最大牽引力（<T）,因此挖掘機(jī)在爬=42.03°的坡角時(shí)候會(huì)打滑，不能實(shí)現(xiàn)爬坡。因此，應(yīng)使克服運(yùn)行阻力的牽引力與地面附著力相等，求此時(shí)的坡角Gsin+ 0.12Gcos +0.06G =Gcos所以sin =（0.12）cos 0.06解上式得cos=0.89 cos=-0.84(增根）cos=0.89 =27.1°>25° 符合設(shè)計(jì)要求。=27.1°為挖掘機(jī)能實(shí)現(xiàn)的最大爬坡角。4.3原地轉(zhuǎn)彎能力的校核原地轉(zhuǎn)彎的行走阻力可用下式計(jì)算：W=（0.70.80）G+0.06G =0

48、.75×0.55×6000×9.8+0.06×6000×9.8 =27783N （4.3-1）式中轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)，取=0.55挖掘機(jī)的牽引力T>W 故在一般路面能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎，滿足設(shè)計(jì)要求。4.4接地比壓驗(yàn)算 履帶式挖掘機(jī)的承載能力大小取決于機(jī)器運(yùn)行時(shí)的通過(guò)性和工作時(shí)的穩(wěn)定性。若挖掘機(jī)的兩條履帶與土壤表面完全接觸，并且挖掘機(jī)重心近似地位于支承面中心，則有：P= 或 P= （4.4-1）式中P一履帶平均接地比壓(Pa)；m挖掘機(jī)工作質(zhì)量(kg)；g一重力加速度(ms2)；L一履帶接地長(zhǎng)度(m)；b一履帶寬度(m)；一履帶高度(m)。則P=29

49、400 最大接地比壓Pmax決定了液壓挖掘機(jī)能否在松軟地上行走，挖掘機(jī)的合力G將按作用的位置分配在兩條履帶上。設(shè)一條履帶上所受的載荷重為P（圖4.4-1)偏心距為e，則履帶兩端的最大最小比壓為=(） （4.4-2）以下為推倒過(guò)程： 參照網(wǎng)絡(luò)資料圖4.4-1應(yīng)力分析圖P=Pmin +(Pmax-Pmin)由于y­=0。則 Pmin +(Pmax-Pmin)dx=G (1)由O（F）=0。則XPmin +(Pmax-Pmin)dx=G（+e） (2)則由（1）得到Pmax -Pmin=由（2）得到3Pmax +Pmin =（1+）則得到：=(）如果偏心距e0，比壓呈矩形分布；如果e，則比

50、壓呈三角形分布，此時(shí)履帶兩端的比壓值為：最小比壓=0最大比壓=0.059MPa<0.06MPa （4.4-3）符合設(shè)計(jì)要求。4.5行走減速機(jī)和液壓馬達(dá)的選取根據(jù)、T和驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑Dq，可求出減速機(jī)三個(gè)主要參數(shù)、和：(1)減速機(jī)輸出扭矩MgMg=式中T一側(cè)最大牽引力(N)；一驅(qū)動(dòng)輪機(jī)械效率。(2)減速機(jī)輸出扭矩。=或(3)減速機(jī)傳動(dòng)比。根據(jù)Mg確定減速機(jī)規(guī)格(型號(hào))；一定的減速機(jī)規(guī)格對(duì)應(yīng)著一定的液壓馬達(dá)型號(hào)，即馬達(dá)排量為已知；減速機(jī)傳動(dòng)比。=式中P一系統(tǒng)壓力(設(shè)計(jì)時(shí)已確定，106Pa)；一馬達(dá)排量(查減速機(jī)樣本，mLr)；一馬達(dá)機(jī)械效率；一減速機(jī)機(jī)械效率。根據(jù)、和可求出行走液壓馬達(dá)的主要

51、參數(shù)：=式中一馬達(dá)輸出扭矩(Nm)。=式中一馬達(dá)轉(zhuǎn)速(rmin)。=式中一馬達(dá)排量(mLr)。4.6 接地長(zhǎng)度、軌距校核以與最小離地間隙的確定 挖掘機(jī)行走裝置的接近角和離開(kāi)角一般較小，可近似認(rèn)為導(dǎo)向輪與驅(qū)動(dòng)輪中心距離即軸距A等于履帶接地長(zhǎng)度L。接地長(zhǎng)度L與軌距B，對(duì)挖掘機(jī)的工作性能和行走性能都有較大的影響。這兩個(gè)參數(shù)的合理配合，能保證挖掘機(jī)工作和行駛時(shí)的穩(wěn)定性與通過(guò)性，提高原地轉(zhuǎn)彎能力。履帶接地長(zhǎng)度、軌距與整機(jī)質(zhì)量具有一定的線性關(guān)系，考慮到穩(wěn)定性與通過(guò)性要求，履帶接地長(zhǎng)度和軌距可根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果恰當(dāng)選擇。實(shí)際工作時(shí)由于地面不平，兩條履帶不完全與地面接觸，以與由于整機(jī)重心的偏移等原因，履帶上的實(shí)

52、際接地比壓不均勻，則會(huì)出現(xiàn)最大接地比壓，其計(jì)算公式為：=從上式可看出，LB值不應(yīng)太小，否則會(huì)加大值，降低其通過(guò)性。挖掘機(jī)在原地轉(zhuǎn)彎時(shí)需要克服滾動(dòng)阻力和轉(zhuǎn)彎阻力，而轉(zhuǎn)彎阻力計(jì)算公式為=式中一履帶板對(duì)地面的摩擦系數(shù)。從上式可看出，LB值又不能太大，否則將增大轉(zhuǎn)彎阻力值，降低原地轉(zhuǎn)彎能力，因此LB的比值應(yīng)恰當(dāng)選擇。初步確定LB的比值后，可通過(guò)原地轉(zhuǎn)彎能力的理論分析進(jìn)行核算來(lái)選定. S=×式中一履帶板修正系數(shù)，=(，b為履帶板寬度(m)；G一整機(jī)機(jī)重(N)；T一行走最大牽引力(N)。當(dāng)S>23時(shí)，原地轉(zhuǎn)彎不能實(shí)現(xiàn)；21<S<23時(shí)，原地轉(zhuǎn)彎可能實(shí)現(xiàn)；S<21時(shí)，原地轉(zhuǎn)彎性能良好。所以LB的比值需滿足：2.1根據(jù)本設(shè)計(jì)前述數(shù)據(jù)得b=0.4m；B=1.9m；G=6000×9.8=58800 ；L=2.5m=1.32<2.1=1.86 所以，設(shè)計(jì)符合要求 最小離地間隙h也是一個(gè)重要參數(shù)。它的大小表明挖掘機(jī)通過(guò)地面障礙的能力，也會(huì)影響到整機(jī)的重心位置、穩(wěn)定性以與機(jī)械結(jié)構(gòu)等，通常取h>0