【终稿全套】45吨旋挖钻机驱动轮和拖链轮设计【三维PROE】【10张CAD图纸+文档】

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First, on wheel track crawler running devices and device functions and featuresto compare，select OK crawler excavator walking device for rotating equipment systems；followed by driving under the principle of crawler equipment to determine the basic para-meters and device for crawler track Travel System Model major components selection; again crawler equipment to analyze the various components and structural design; the final comp-letion of its PRO / E 3D modeling, and model for interference detection。KEYWORDS： Rotary Drilling Rig； Crawler Travel；PRO/E 3D modeling；Interference detection。第一章 绪 论1.1 旋挖钻机简介和分类1.1.1 旋挖钻机简介旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125450kW，动力输出扭矩为120400kNm，最大成孔直径可达1.54m，最大成孔深度为6090m，可以满足各类大型基础施工的要求。该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工。国内的专家认为：旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。故对旋挖钻机现状与结构特点分析有着十分重要的意义。1.1.2 旋挖钻机的三种类型 选择旋挖钻机的原则应该是能满足用户目前的主要工程需求，兼顾今后可能发生的工程需求。旋挖钻机根据其主要工作参数：扭矩、发动机功率、钻孔直径、钻孔深度及钻机整机质量可以分为三种类型： 1、小型机 扭矩100kNm。发动机功率170kW，钻孔直径0.51m，钻孔深度40m左右，钻机整机质量40t左右。小型机的应用市场定位： （1）各种楼座的护坡桩； （2）楼的部分承重结构桩； （3）城市改造市政项目的各种小于1m的桩； （4）适用于其他用途的桩。小型机的市场工作量覆盖比例达到30%以上。 2、中型机 扭矩180kNm，发动机功率200kW，钻孔直径0.81.8m，钻孔深度60m左右，钻机整机质量65t左右。中型机的应用市场定位： （1）各种高速公路、铁路等交通设施桥梁的桥桩；（2）大型建筑、港口码头承重结构桩； （3）城市内高架桥桥桩； （4）其他适用桩。中型机的市场工作量覆盖比例达到90%以上。 3、大型机 扭矩240kNm，发动机功率300kW，钻孔直径12.5m，钻孔深度80m。钻机整机质量100t以上。大型机的应用市场定位： （1）各种高速公路、铁路桥梁的特大桥桩； （2）其他大型建筑的特殊结构承重基础桩。大型机的市场工作量覆盖比例达到10%以上。1.2 旋挖钻机发展状况1.2.1 旋挖钻机国内发展状况旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，1948年意大利迈特公司首先开始研制，接着意大利、德国开始发展，到了7080年代在日本得到快速发展，当时日本称之为回转斗成桩，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德国、日本这类工法相当普遍。我国在80年代初从日本引进过工作装置，配装在KH-125型履带起重机上。1984年，天津探矿机械厂引进美国RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收。1987年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了1.5m直径的履带起重机附着式旋挖钻机。 1994年郑州勘察机械厂引进英国BSP公司附着式旋挖钻孔机的生产技术，但都没有形成批量生产。1992年宝峨公司在中国北京设立了代表处，开始了对华业务并于1995年在天津成立了独资子公司宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨BG20型旋挖钻机。 1998年在上海又成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装BG15型、BG24型旋挖钻机。1998年，徐工集团开始自主开发研制RD18旋挖钻机，于99年试制成功并投入批量生产，最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展。后来，北京经纬巨力、三一重机等也纷纷涉足旋挖钻机的生产，目前国内外生产旋挖钻孔机厂商有近二十家。1.2.2 旋挖钻机国外的发展状况国外目前旋挖钻机的在国内的公司主要有：德国宝峨公司，其产品系列为BG12BG25；意大利土力公司，其产品为R412R618；MAIT公司的HR130HR240；IMT公司的AF6AF50；CMV公司的TH12TH25等。国外产品最大扭矩可达360kNm，发动机功率达448kW，钻孔直径4m，钻深90余米等，品牌主要集中于土力、宝峨、意马、麦特、卡萨格兰第、巨力、日本产小扭矩旋挖钻机。国外产品最大扭矩可达360kNm，发动机功率达448kW，钻孔直径4m，钻深90余米。目前国外的旋挖钻机一般都设有摇管装置、由两个或三个液压马达驱动的大扭矩动力头（可配套管连结器）、液压系统采用恒功率变量自动控制、自锁互扣钻杆、先进的监控仪表（如发动机和液压系统自动监测和报警系统、钻孔深度显示、钻桅自动测斜纠偏装置），同时配有各种保险装置（如防止带负载起动，卷扬机超高限位等），但各家公司的旋挖钻机都有自己的技术特点。 目前国外该类产品技术已趋成熟，比较著名的有德国BAUER公司，利勃海尔公司，意大利MAIT公司、土力公司、CMV公司等，目前从国外产品技术上看，有如下技术特点：整机采用钻孔深度、垂直度自动检测及控制；荧屏实时显示；钻孔定位技术；液压履带式伸缩底盘，保证了整机稳定性及良好的机动性能；自行起落可折叠式钻桅；大扭矩多节伸缩式钻杆，可匹配多种钻具，以适应不同作业需求；双速自适应动力头，既可进行钻孔，又能安放套管；采用了主、副卷扬的高度限位，动臂幅度限位及驾驶室内液控开关等安全保护装置；应用人机工程原理设计了新型操纵室，布置了冷暖空调，提高了操作舒适性等。1.3 驱动轮和拖链轮介绍1.3.1 驱动轮介绍驱动轮，工程机械挖掘机与推土机的动力传输者，在挖掘机上，因为整体是铸造加工的，所以叫“驱动轮”，推土机因为是分开几块铸造或者说锻造的，所以称为“驱动齿块”。驱动轮一般直接是与驱动马达相接，直接把动力传给履带，从而带动整个底盘前进。驱动轮的材料主要是以铸造为主，但大功率的推土机的驱动齿块以锻造为多，那样的产品会承受住更大的驱动力，从而保证产品的质量。无论是何种材料，产品都要经过毛坯铸造（锻造）、机械加工、齿部淬火等工艺，最终交给客户使用。 挖掘机驱动轮主要是铸造产品，材料一般是ZG40Mn，齿部的淬火硬度与推土机相近，HCR46-56，因为轮子是整体加工，所以工艺上比较简单，保证加工精度与尺寸精度就可以。旋挖钻机和推土机的齿块以锻造为主，因为是一块块的三齿或两齿，最后要拼成一个轮子，所以在加工工艺与技术要求上更是严格了许多。推土机齿块要求：齿块用钢应符合GB/T 3077中规定的40MnB或35MnB合金钢材料，也允许采用力学性能不低于上述牌号的其它材料；齿块用钢的含碳量应符合GB/T 3077中的规定；其含硫、磷量应小于0.035%。钢的非金属夹杂物、脆性夹杂物、塑性夹杂物的含量应符合GB/T 105611989中规定的2.5级要求；齿块的热处理硬度要求HCR46-56；齿块的锻造比应大于或等于2，起模斜度为35；锻件齿形精度相对于标准齿形样板的极限偏差，应控制在0.7 mm以内。驱动轮磨损： 驱动轮轮齿的磨损常发生轮齿的根部、前后侧面、左右侧面和轮齿顶部。当推土机向前行驶，轮齿托起履带销套时，磨损发生在轮齿的前侧面；反之，当推土机向后行驶时，磨损发生在轮齿的后侧面。当履带太松，产生履带偏斜，轮齿冲击链轨节的侧面时将造成驱动轮轮齿侧面的磨损。 驱动轮轮齿的另一磨损形式是顶部磨损。顶部磨损发生在履带与驱动轮轮齿被粘性物质填塞，驱动轮轮齿与履带销套的啮合关系被改变时。当推土机向前行驶时，就会在驱动轮驱动侧的齿背面的顶点和销套的侧面划下印痕。1.3.2 拖链轮介绍托链轮在履带式行走装置中的主要作用是防止履带上部的下垂和履带行走时的脱落并可减小其上下振动。小型挖掘机的托链轮一般都是悬臂安装在履带架上。托链轮的结构由轴、端盖、浮动油封、托轮体和托链轮架等主要零件组成。托链轮位于履带架上部，承受载荷比支重轮小，污物不易侵入，磨损也较少。在托链轮的设计过程中，主要设计托链轮的轮体和轮架的制作过程并考虑其工艺性，例如托链轮轮体的制造过程中，我们需要考虑使用什么样的毛坯成型技术，进行什么样的热处理，采取什么加工方法及加工路线，才能使设计趋于合理化，同时保证经济性较好。在加工轮体的油塞孔时，使用复合刀具，可避免孔的不同心性，也可避免多次装夹造成的误差，在此论文中，充分考虑到了各种问题。根据托链轮的功用，应选择耐磨性较高的材料，因此选择50Mn（含碳量为0.5%，Mn含量为1.5%以下）作为制造材料。由于托链轮的制造是批量生产，并且所需的毛坯的直径为125mm左右，所以选金属棒料作为毛坯，棒料直径不大于200毫米，剪切下料的设备一般用棒料剪。由于冷剪时，被剪切处将会产生很大的应力而出现裂纹。因此在剪切前应预热至350左右，并且在此温度下材料容易被剪断。 剪切下料的优点是生产效率高；由于无切屑损耗，提高了材料的利用率。剪切下料的缺点是剪切端面不平，即会出现马蹄形，尤其在热态下剪切直径较大的棒料时更为严重。这就要求在剪切时保证马蹄形不能太大。剪切下料一般多应用于大批大量生产的锻造车间。1.4课题研究的目的和意义（1）本设计使工程机械在斜坡下行时不发生下滑和超速溜坡现象，以提高各类工程机械的安全性。（2）本设计从经济性技术分析是为了节省资金，主要应用于小吨位的建筑机械中，使各类工程机械在湿软的或高低不平的农田等不良地面上行走时具有良好的通过性能、爬坡性能和转向性能。1.5 设计的基本内容本次设计主要针对履带式旋挖钻机进行讨论，着重于履带式旋挖钻机的行走装置的分析与设计。其设计主要内容如下：第2章通过比较轮式行走装置与履带式行走装置比较的特点，确定行走装置方案为履带行走装置；第3章根据履带行驶原理，并结合行走装置运动学，确定履带行走装置基本参数；第4章根据履带行走装置基本参数，确定了履带行走装置主要部件“四轮一带”的型号，并完成“四轮一带”结构设计；第5章完成了履带行走装置PRO/E三维图建模，并对进行干涉检测，以确定其结构的合理性和可行性。第二章 履带式行走装置的总体方案设计2.1. 轮式行走装置的功用与组成轮式行走系统的功用是：将整个机械构成一体，并支撑整体质量；将传动系统传来的转矩化为车辆行驶的牵引力；承受和传递路面作用于车轮上的各种反力及力矩，吸收振动，缓和冲击，保证机械的正常行驶。整机的质量通过车轮传到地面，引起地面产生作用于前轮和后轮的垂直反力。当内燃机经传动系传给驱动轮一个驱动力矩时，则地面便产生作用于驱动轮边缘上的牵引力。整个推动整个机械行驶的牵引力便由行走系统来承受。从驱动轮边缘传至驱动桥，同时经车架传至前桥轴，推动车轮滚动而使整机行驶。当机械制动时，经操作系统作用于车轮上一个制动力矩，则地面便产生作用于车轮边缘上与行走方向相反的制动力，制动力也由行走系统承受，它从车轮边缘经车桥传给车架，迫使机械减速以至停止。当整机在弯道或横坡行驶时，路面与车轮间将产生侧向反力，此侧向反力也由行走系统来承受。对于行驶速度较低的轮式工程机械，为了保证其作业时的稳定性，一般不装悬架，而将车桥直接与车架连接，仅依靠低压的橡胶轮胎缓冲减震。因此缓冲性能较装有弹性悬架者差。对于行驶速度高于4050Km/h的工程机械，悬架装置有弹性钢板制作的（如起重机），也有用气油为弹性介质制作的。后者的缓冲性能较好，但制造技术要求高。2.2. 履带式行走装置的功用与组成履带式行走装置的功用是支撑机体并将发动机经由传动系统传到驱动链轮上的转矩转变成机械行驶和进行作业所需的牵引力。为了保证履带式机械的正常工作它还起缓和地面对机体冲击振动的作用。履带式行走装置有结构完全相同的两部分，分别装在机械的两侧，主要由支重轮、托链轮、引导轮、缓冲装置及履带等组成。图2.2 履带行走装置的结构图 其中5支重轮总成；6密封履带总成；7行走梁机构；8导向轮总成；9张紧装置护罩；10车辆型液压油缸；11油缸支架；12托链轮总成；13轴系统总成；14驱动轮支座；15牵引支架；16张紧装置。2.3 履带式行走装置的特点（1）支承面积大，接地比压小。例如，履带推土机接地比压为0.02Mpa0.1 Mpa,而轮式推土机的接地比压一般为0.2Mpa。因此，履带推土机适合在松软或泥泞场地进行作业，下限度小，滚动阻力也小，通过性能较好；（2）履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附性能好，有利于发挥较大牵引力；（3）结构复杂，质量大，运动惯性大，减振功能差，使得零件易损坏。因此，行驶速度不能太高，机动性能差。2.4 履带式行走装置的选择履带式行走系统与轮式行走系统相比有如下特点:（1）支撑面积大，接地比压小。例如，履带推土机的接地比压28N/，而轮式推土机的接地比压一般为20N/。因此，履带推土机适合松软或泥泞场地进行作业，下陷度，滚动阻力也小，通过性能较好。（2）履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。（3）履带不怕扎、割等机械损伤。（4）履带销子、销套等运动副在使用中要磨损，要有张紧装置调节履带松紧度，兼起一定的缓冲作用。（5）结构复杂，重量大，运动惯性大，减振性能差，零件易损坏。因此，行驶速度不能太高，机动性差。本设计要求的旋挖钻机在松软或泥泞场地进行作业，对行驶速度和机动性要求较低。要求接地比压小，牵引附着性强，在作业时不能下陷，并应该有较强的通过性能。履带式行走装置与轮式行走装置相比，其优点为支承面大，接地比压小，所以在松软土壤上的下陷程度和滚动阻力小，而且大多数履带板上都制有履齿，可以深入土内。缺点是行驶速度小，对缓和行驶中的冲击和振动能力差。由以上对轮式行走装置和履带式行走装置的比较，可以确定采用履带式行走装置。2.5 履带式行走装置的各部分的功用及结构布置2.5.1 驱动轮驱动轮中心的高度应有利于降低整机的重心高度，其直径尺寸应有利于增加履带的接地长度，但在决定上述两个尺寸时，还需综合考虑整机的离地间隙和离去角的值。履带推土机的离去角值一般不超过25。在履带推土机等工程机械上，多数是把驱动轮布置在后方。驱动轮前置或者后置，主要依据所选定的发动机安装位置来决定。试验表明，使用前置驱动轮时，滚动阻力比使用后置驱动轮时要大50%。这是因为完全张紧的履带必须绕过后置引导轮，致使履带销和轮齿处的摩擦损耗增大，其优点是，上部履带张紧容易防止履带发生共振现象，履带在与驱动轮啮合前的长度增大也便于排除泥土，从而减少履带跳齿的可能性。驱动轮的形状决定于它同履带的啮合形式。一般分为整体式履带啮合的驱动轮和组合式啮合的驱动轮。驱动轮有整体铸造齿圈和轮毂、分开铸造以及分段铸造三种。后两种形式一般采用螺栓固定，磨损后修复方便也可以节约钢材。但与整体式比较制造较为复杂。本次设计中采用的是组合式啮合的驱动轮。 图2.5.1 组合式履带驱动轮驱动轮的轮齿工作面要承受销套反作用力的弯曲压应力，轮齿与销套之间存在磨料磨损，齿面节圆处磨损后，机器继续行走，就会产生跳齿和冲击性磨损。所以驱动轮选择有较高的淬透性和较高的热敏感性的材料制成。以提高使用寿命。目前已采用50Mn和35SiMn钢来代替35和45 钢。轮齿的热处理为中频淬火，低温回火，硬度HRC5558。驱动轮的节距与履带节距保持一致，取为203。根据工程机械设计，通常驱动轮的齿数取2327，参考JB/T 2984.41999中履带节距为203mm的驱动轮的参数，可以得出齿数为27。根据工程机械设计，一般节圆半径取为400500mm，查履带式推土机驱动轮齿块行业标准JB/T 2984.41999 ，节距为203mm的驱动轮节圆直径为D=881.12mm, 其它安装尺寸与技术要求可参考该标准。2.5.2 支重轮功用：支重轮用螺钉固定在轮架下面，用于支撑机械的质量，并将质量分布在履带板上。同时还依靠其滚轮凸缘夹持链轨不使履带横向滑脱（脱轨），保证机械沿履带方向运动。结构布置：根据功率大小，履带推土机每侧有49支重轮，功率小的取下限，功率大的取上限。当履带接地长度一定时，增加支重轮个数，可使接地压强均匀，减少履辙深度金额滚动阻力，但增加个数后，势必减少直径，从而增大支重轮在履轨上滚动的阻力，综合考虑这两个因素，一般取支重轮直径Dz=（12.0）lt。各支重轮等距分布，轴间距lz=(1.72.0)lt,最后端的支重轮轴与驱动轮轴之间的距离lk=(2.32.6)lt，最前端的支重轮位置应保证张紧轮调整到最后极限位置而缓冲弹簧又压缩达最大值时不会发生干涉。驱动链轮齿顶与支重轮轮毂之间，应留有足够的间隙，以防积泥。2.5.3 导向轮功用：引导轮安装在台车架的前部，它主要用来引导履带的行驶方向，并借助缓冲装置使履带保持一定的紧度，减小履带在运行中的跳动，从而减小冲击载荷以及额外的功率损耗，并防止履带脱轨。结构布置：较大的导向轮可以减少履带载荷的波动，但增大导向轮直径D。受结构布置限制。导向轮轮缘最高点，应比驱动轮低1060mm，这样能使上方区段的履带依靠本身重量顺势前滑。轮缘的最低点则受1限制。履带推土机因前方有推土板开路，故接近角可较小，一般为13。试验表明，导向轮轴与最前面的支重轮轴之间的距离，一般不应小于履带节距的三倍，否则履带运动的不均匀性太大。2.5.4 缓冲装置功用：缓冲装置的主要功用是使履带保持有一定的紧度，减少履带的下垂和在运动时的跳动。同时当引导轮前遇有障碍物或履带卡入石块等硬物而使履带过于张紧时，它能允许引导轮后移，以避免损坏机件。越过障碍物后，引导轮又在缓冲装置弹簧的作用下恢复原位。2.5.5 托链轮功用：托链轮通过支架安装在台车车架上，其功用是用来将履带上部托起，防止履带下垂过大，减小履带在运动中产生的跳动和侧向摆动。靠近驱动轮的托链轮，还能减小因驱动轮旋转而将履带沿驱动轮的切线方向甩动时所产生的履带下垂。结构布置：托链轮主要用来限制上方区段履带的下垂量。因此，为了减少托链轮与履带间的摩擦损失，托链轮数目不宜过多，每侧履带一般为12个。托链轮的位置应有利于履带脱离驱动链轮的齿合，并平稳而顺利地滑过托链轮和保持履带的张紧状态。当采用两个托链轮时，后面一个托链轮应靠近驱动链轮，并使托链轮轮缘的上平面高度ht1与0.5Dt之和等于或大于驱动轮的节圆半径0.5Dk,以限制该处履带下垂，并使履带易于脱开齿合。托链轮的位置尺寸，通常为lt20.4L，lt1（L-lt2）。其具体结构与安装见图2.55。其具体结构设计和尺寸选择可参考JB/T 2984.1 2001。图2.5.5（1） 拖链轮主视图图2.5.5（2） 拖链轮侧视图根据履带的节距t=203mm，参考JB/T 2984.12001履带式推土机拖链轮行业标准，履带节距t 为203mm的托链轮，其工作轮径d4 为170mm，其它安装尺寸与技术要求可参考该标准。拖轮与支重轮相比，受力较小，磨损也轻，因此结构较简单，尺寸略小，通常不进行强度计算。拖轮常用灰铸铁或ZG50Mn钢铸造，轮缘表面不经机械加工。一般安装时为悬臂型式。 2.5.6 履带功用：履带用来将整个推土机的重量传给地面、并保证推土机有足够的牵引力、履带直接和土壤、沙石等较复杂地面接触，并承受地面不平所带来的冲击和局部负荷，因此，履带除应具有良好的附着性能外，还要有足够的强度、刚度和耐磨性。第三章 履带行走装置参数确定3.1 履带基本参数设计计算3.1.1 基本参数 整车重量：45T； 液压系统压力：25Mpa； 履带收缩宽度3.3m，展开宽度4.2m。3.1.2 单根履带接地面积参照工程机械设计一书中，取接地0.1MP3.1.3 履带的接地长度（L）和履带板宽(b)长宽比参照工程机械设计一书中，关于的取值：一般用途机械可取=0.180.22，沼泽地用机械取=0.240.28，取=0.22L3.15, 取整L=3150mm,b=700mm。履带行走装置的全宽参照工程机械设计一书中，履带接地长度L和履带机械的轨距W应满足一定的比例关系：W履带机械的轨距；转向阻力系数，疏松土壤取=0.60.7，硬土地取=0.25；履带对地面的附着系数，在干燥的土路上取=0.80.9；f滚动阻力系数，在干燥的土路上取f=0.05。本次设计中取=0.25，=0.9，f=0.05。则，依据上面所确定的，可以算得：，实际上履带的轨距W应远大于这个数值，因此，满足条件。3.2 运行阻力计算行走装置的牵引力的产生过程是，由发动机发出的扭矩经传动系统和驱动轮把履带的工作区段张紧，引起支承面和地面的相互作用。这时，地面给履带支承面一个切向反作用力，此力的方向与履带行走方向一致，推动了机械前进。机械行走时，需要不断克服行走中所遇到的各种运动阻力，牵引力也就是用于克服这些运动阻力的。履带行走装置的运行阻力，有土壤变形阻力、坡度阻力、风载荷造成的阻力和不稳定运动的惯性阻力等。行走牵引力计算：参照液压挖掘机一书中式5-11，得3.2.1 土壤变形阻力土壤变形阻力是由于履带将土壤挤压变形而引起的。在坡道上时：式中 运行比阻力系数，=0.1； 旋挖钻机的工作质量， =45000kg ； 预设的爬坡角度， =； 参照下表3.2.1表3.2.1地面种类运行比阻力地面种类运行比阻力沥青公路0.030.04野路0.090.12石砌公路0.050.06深砂、沼地、耕地0.100.15坚实土路0.060.09代入有：在平道时：3.2.2坡度阻力坡度阻力是由于机械在斜坡上因自重分力所引起:3.2.3 风载荷造成的阻力 式中 q风压，q=250Pa; A迎风面积，A=6.53.2.4 不稳定运动的惯性阻力3.3 内部阻力内部阻力是驱动轮与履带的啮合阻力、驱动轮，导向轮的轴与轴套的摩擦阻力、履带销轴的摩擦阻力和支重轮滚动阻力和轴颈摩擦阻力等组成。履带销轴与销套之间的摩擦阻力，履带运行时不断绕上和绕出驱动轮和导向轮，即履带由直变弯、由弯变直，销轴与销套之间有相对运动。因而产生摩擦力。设驱动轮的齿数Z，履带板的转角，履带总张力为，则驱动轮转向时的摩擦功：Z。式中：-销轴直径；-销轴与轴套之间的摩擦系数；0.4；F值与驱动轮在前后的位置有关。3.3.1 驱动轮与履带的啮合阻力驱动轮与履带的啮合阻力。式中履带紧边张紧力；驱动轮与履带的啮合效率，一般取=0.95。 3.3.2驱动轮和导向轮轴颈的摩擦阻力 旋挖钻机前进时：。履带紧边张紧力；履带松边张紧力；轴颈中的摩擦系数，=0.08；驱动轮和导向轮的轴颈直径，=65mm；驱动轮节圆直径，=881.12mm。3.3.3履带销轴间的摩擦阻力 。履带销轴的直径，=44.5mm；履带板销与孔的摩擦系数，=0.25；驱动轮齿数，=27；履带节距，=203mm。3.3.4 支重轮滚动阻力和轴颈摩擦阻力。作用于履带上的总质量；支重轮外径，=20.8cm；支重轮销轴外径，=10.2cm；滚动摩擦系数，=0.05；销轴和支重轮轴套之间的摩擦系数，=0.08。综上，两条履带的内阻力综合为3.4履带行走装置牵引力验算1）坡道总阻力：；2）平道总阻力：。由上计算的结果可知，上坡行驶阻力=,即牵引力不足以克服行驶阻力，以给定行驶速度1.0km/h 不能爬上坡。若要实现上坡行驶，可适当降低行驶速度，将行驶速度降为0.9km/h，重新计算牵引力。满足爬坡要求。 当平道行驶时，应按最大行驶速度验算牵引力，即，满足平道高速行驶牵引力要求。3.5附着力验算式中履带和地面见得附着系数，其值由表3-2得，取=0.9； 坡度； 整机质量。 即以V=0.9km/h速度上坡行驶，既满足行驶阻力要求，又满足地面附着力要求。表3.5 履带和地面间的附着系数表3.5地面情况平履带具有尖筋的履带公路土路不良的野路难以通过的断绝路结冰的坚实道路0.30.40.40.50.30.40.20.30.150.30.60.80.80.90.60.70.50.60.30.53.5.1 转弯阻力验算转弯时的摩擦阻力换算成相当于直线型走的阻力：。则，转弯时的总阻力为：。转弯时履带和地面的摩擦系数，=0.7；打桩机的转弯半径，即履带的轨距； ；履带的接地长度，=3150mm。 满足要求。3.5.2驱动轮液压马达参数计算 驱动轮液压马达主要性能参数为功率和转矩。马达功率：。马达转矩：。马达转矩圆整为：；马达输出功率；旋挖转机速度，=0.9km/h；行走传动机构的效率，=0.85；马达的变量系数，=2；驱动轮节圆直径，D=881.12mm。由以上的计算确定了履带的基本设计参数如履带板长b和履带接地长L，为后面的履带行走装置主要部件的选型给定了依据；驱动液压马达性能参数的确定，马达的选型给定了依据。第四章 托链轮轴的强度校核4.1 原始数据吨位：45吨 履带重量:450千克 链轨重量：3.5吨 总重：17吨托链轮承受的重量按总重的一半计算，以下是对拖链轮轴的强度校核。4.2 根据轴的结构图做出轴的计算简图由 得由 得4.3根据轴的计算简图做出轴的剪力图与弯矩图由剪力图和弯矩图可得出：轴在A截面处受到剪力最大在B截面左侧受弯矩最大 4.4 确定材料的许用切应力和弯曲应力查机械工具手册知40Mn2材料的 由于40Mn2属于塑性材料所以有 n=2.5得 4.5 校核轴的剪切应力及弯曲强度抗弯截面模量：经过校核，轴的剪切强度与弯曲正应力强度满足要求。44第五章 PRO/E履带行走装置干涉检测Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。5.1 Pro/EngineerPro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图(三维造型还可移动，放大或缩小和旋)。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽空(Shells)等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下：1. 特征驱动(例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等);2. 参数化(参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等);3. 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间(如表面积等)的关系来进行设计。4. 支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。5. 贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/ENGINEER的基本功能。5.2 Pro/ASSEMBLYPro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在 Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：1. 在组合件内自动零件替换。(交替式)2. 规则排列的组合。(支持组合件子集)3. 组装模式下的零件生成。(考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件)4. Pro/ASSEMBLY里有一个 Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可。5. 组件特征(绘零件与，广组件组成的组件附加特征值.如：给两中零件之间加一个焊接特征等)。5.3 Pro/CABLINGPro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆空间进行优化设计。Pro/CABLING功能包括：1. 新特征包括：电缆、导线和电线束;2. 用于零件与组件的接插件设计;3. 在Pro/ENGINEER零件和部件上的电缆、导线及电线束铺设;4. 生成电缆/导线束直线长度及BOM信息;5. 从所铺设的部件中生成三维电缆束布线图;6. 对参数位置的电缆分离和连接;7. 空间分布要求的计算，包括干涉检查;8. 电缆质量特性，包括体积、质量惯性、长度;9. 用于插头和导线的规定符号。5.4 驱动轮和拖链轮的PRO/E建模该PRO/E建模主要是对履带行走装置的驱动轮和拖链的建模，并完成其PRO/E装配图。5.4.1 驱动轮PRO/E建模驱动轮为一个零件，它安装在液压马达上，与履带想啮合，传递驱动力，图5.4为其PRO/E三维模型。图5.4.1 驱动轮5.4.2 拖链轮PRO/E建模拖链轮主要由拖链轮轴、油封外座、托链轮盖、拖链轮体等非标准件和一系列标准件组成。零件图和装配图如下。图 5.4.2 拖链轮轴图5.4.3 拖链轮体图 5.4.4 油封外座图 5.4.5 托链轮盖5.5 模型装配与干涉检测Pro/E装配的过程如图5.5（1）所示：图5.5（1） Pro/E装配一般过程拖链轮的装配关系较为简单,一般为面配合和轴对齐,根据装配关系分析,采用的装配序列为:拖链轮轴油封外座油封内座单列圆锥滚子轴承左拖链轮体单列圆锥滚子轴承右锁紧螺母锁圈托链轮盖垫圈螺栓。利用“分析” “模型” “全局检测”可以检测装配的干涉情况如图5.5（2），没有零件干涉。图5.5（2） 干涉检测结果参考文献1. 徐灏 主编.新编机械设计师手册（上册）M. 机械工业出版社 ,1995年3月第1版.2. 机械设计手册联合编写组编 .机械设计手册（上册） 第一分册 (第二版) M .化学工业出版社,1979年10月北京第2版.3. 周良德 杨世平 等编著.现代工程图学M. 北京：化学工业出版社，2006.9.4. 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册（第三版）M. 北京:高等教育出版社，2006.5. 4170.5革同红，王胜春 主编.工程机械构造与设计M. 北京：化学工业出版社，2009.5.6. 吴庆鸣，何小新主编.工程机械设计M. 武汉：武汉大学出版社，2006.4 .7. 廖念钊等编著.互换性与技术测量M.北京：中国计量出版社，2007.6.8.同济大学.液压挖掘机M.北京：中国建筑工业出版社，1986.9.JB/T 2984.1-2001,履带式推土机拖链轮.中国机械工业联合会.发布中国标准出版社. 2001-10-01实施.10. JB/T 2984.4-1999,履带式推土机驱动轮齿块.中国机械工业局发布.中国机械行业标准.11. JB/T 2984.2-1999,履带式推土机驱动轮齿块用螺栓.中国机械工业局发布.中国机械行业标准.12.GB/T9140-1996，液压挖掘机结构与性能. 北京：中国标准出版社. 2009.4.致 谢随着毕业设计的完成，我的大学生涯很快就要划上句号。临近毕业，更多的是眷恋与不舍，四年，一段不短的时间，让我从青涩走向成熟。回顾这一程求学路，给我帮助的人太多太多，在此学业即将完成之际对他们献上我诚挚的谢意。饮其流时思其源，成吾学时念吾师。值此论文完成之际，谨向我尊敬的指导老师周老师及助教姚小海助教致以诚挚的谢意和崇高的敬意。论文期间，老师们不顾教务的繁忙，设身处地的为我们买资料，查文献，解决我们遇到的很多问题，力争让我们的论文做到完美。“授人以鱼，不如授之以渔”您教会我们的更重要的是学习的方法。您还教会我们待人接物和为人处世的道理：您的勤奋，让我明白天道酬勤要坚持始终；您的博学，让我知道学海无涯仍需努力；您的朴实，让我明白善良的价值。生活中，您还教我们如何真诚做人、踏实做事。老师平易近人的人格魅力，严谨进取的治学精神和乐观向上的生活态度，将是我今后生活工作中的指路航标。桃李不言，下自成蹊；师恩深厚，不敢言报。唯有今后以百倍热情工作、学习，力争有所建树，以报师恩于万一。临别之际，真诚的祝福周老师：身体健康，家庭幸福！另外特别感谢助教姚小海对本人指导，每次请教助教，你总是热心待人，细心的指导我们如何进行下一步工作，在指导工作的同时又不乏对我们思维的开阔与推广，引导我们更好的完成下一步学习和任务。你不仅提高我们自主学习的能力，而且教会我们如何更好的搜索资料和文献，教我们如何在杂乱的资料库中更为简单的找到自己需要的资料。 最后向评审论文及参加本人论文答辩的各位老师献上诚挚的谢意！您们辛苦了！叠层陶瓷喷嘴的冲蚀磨损（译文）邓建新，刘丽丽，赵进龙，孙军龙山东大学机械工程系，中国山东省济南 250061，接稿 2006 年 3 月 31 日；收搞 2006 年 6 月 30 日摘要SiC/（W,Ti)C叠层结构的陶瓷喷嘴通过热压成形，热压是为了减少喷嘴进出口区域的拉应力。在合成物的烧结过程中由于SiC和(W,Ti)C固溶体的热量膨胀系数和收缩率不同将导致残余应力产生，通过有限元方法可以分析该残余应力。叠层陶瓷喷嘴的冲蚀磨损是由沙粒的冲击产生，这个实验结果和一个在相同条件下不受压应力的参考喷嘴实验结果相比较而得。这个实验的结论已经表明叠层陶瓷喷嘴比相类似的自由应力喷嘴有更高的抵抗冲蚀磨损性能。1.引言喷沙处理是一个研磨的加工程序并且广泛地作为表面的加强1,表面的修正2表面的清理和除锈,等等。它适用于硬且脆的材料, 易延展的金属，合金和非金属的材处理。在沙喷的过程中，从喷嘴里出来的高速喷射的精细研磨微粒和载流气体撞击目标对象的表面来冲蚀该表面。精细微粒通常由高于几倍大气压的气流来加速。粒子直接对表面进行处理。当粒子冲击表面时, 粒子引起一个小的破碎，气流会将研磨粒子和已破碎的粒子带离去。喷嘴是喷沙设备中最紧要关头的部份。有许多因素影响力喷嘴的磨损如：流量率和冲击角度，冲蚀研磨剂性能，喷嘴的材料和它的几何形状，温度。有高耐磨性的陶瓷有很大的潜力做为沙喷的喷嘴材料。一些研究已经显示陶瓷喷嘴的进口区域展现了一个感应去除程序的脆性破碎而中央的区域显示出材料切除模态的耕犁类型。在沙喷中当冲蚀的微粒以高的角度 ( 将近 90 ) 冲撞喷嘴进口区段 (见到图1) ，喷嘴进口区域遭受形严重的研磨冲击, 这可能引起大的张应力。最高的张应力位于喷嘴的进口区域。因此，喷嘴进口区域的冲蚀磨损相对于中心区域的磨损来说，总是严重的。图1 沙喷过程中冲蚀粒子与喷嘴间的作用示意图 由不同材料的交替层构成的叠层混合结构能适当地被设计, 促使对一个表面产生压缩残余应力，从而提高了表面的机械性能和耐磨性。残余应力增大主要是在于热膨胀系数 (CTE) ，烧结率，相阶段和相邻层的弹性模量之间的搭配, 并且残余应力区域决定于分层的结构几何形状和层之间的厚度比率。 Toschi 等人报告叠层混合结构能改善氧化铝的滑动耐磨性。Portu 等人表明表面区域受压缩残余应力的叠层结构组成而得的混合物材料能具备更好的磨擦性能。邓教授等人证实倾斜的陶瓷喷嘴能展现出比一般位置的陶瓷喷嘴更高的耐磨性。 目前的研究中, SiC/(W,Ti)C 叠层结构的陶瓷喷嘴为了要在喷嘴的进出口区域减少张应力 , 靠热压的方式生产。在烧结过程式中叠层喷嘴的残余应力由有限元方法计算而得。叠层陶瓷喷嘴冲蚀磨损对照于相同的条件下一个不受应力的叁考喷嘴而被考查。2材料和实验步骤2.1. 准备叠层陶瓷喷嘴材料SiC /(W,Ti)C 开始的材料是(W,Ti)C固溶体粉末，平均颗粒大约为0.8m，纯度为 99.9% 。SiC粉末的平均颗粒大约为1m，纯度为 99.8%。六种不同含量的 (W,Ti) C(55,57,59,61,63,65 vol.%)被选择去设计六层结构SiC /(W,Ti)C叠层喷嘴材料。叠层陶瓷喷嘴材料的成分分配在图 2 被显示。它指出叠层喷嘴材料的成分分配在喷嘴轴的方向中改变。如SiC的热导率比 (W,Ti) C 的更高, 当它的热膨胀系数比 (W,Ti) C 的更低时候, SiC的最高含量的层被提出在进入层和出口层中两地方 ( 见图 2.1 a) 。相似的无应力的喷嘴没有成分变化在图中 2(b) 被显示。叠层陶瓷喷嘴在进入和出口两区域叫做 GN-3, 无压应力喷嘴叫做 CN-2 。 图2.1a为陶瓷喷嘴在进口和出口区域（ GN-3 ）辗压的照抄原文/ （ W ， Ti ） C 成分分配示意图； b 为相似的无应力喷嘴（ CN-2 ）SiC/(W,Ti) C 以六种不同混合比合成的粉末被分别地在酒精中和接合的碳化物球体研磨 80 个小时而成湿球来作准备。在弄干之后，和不同的混合比的混合物粉末依次被叠压进入模子之内。这时样品在流动的氮气中以 30 MPa 压力 ,1900 温度热压 40 分钟。2.2.喷沙测试如图2.2.1所示，空气喷射研磨机床 ( GS-6 类型) 的示意图，它由一个空气压缩机，一只喷射枪，一个控制阀，粒子供应管，一个过滤器，一个干燥器，一个调压阀，灰尘捕捉器，一个研磨漏斗 , 和一个喷嘴。气流流程率被被压缩的空气控制，而且研磨粒子的速度经过喷嘴被调整为 60 米/ 秒。图2.2.1 空气喷射研磨机床的示意图（ 1 ）空气压缩机，（ 2 ）控制阀，（ 3 ）过滤器，（ 4 ）干燥器，（ 5 ）调压阀，（ 6 ）吸尘器，（ 7 ）喷枪）（ 8