【终稿全套】履带式液压驱动底盘的设计【含9张CAD图纸+文档】
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履带式液压底盘的设计摘要:履带式底盘的结构特点和性能决定了它在农田耕作业中具有明显的优势,履带式底盘的接地比压相对较低。不会对翻耕过的土壤造成多次反复的碾压,而轮式底盘在整地和耙地作业时轮胎在翻耕过的土壤上反复碾压,造成对土壤的多次压实,不利于播种后种子的生长发育。因此,研究履带底盘的性能具有极其重要的意义。本毕业设计的课题为履带式液压驱动底盘的设计,设计了一种后轮驱动行走底盘,底盘采用发动机与液压传动系统相结合实现动力匹配,底盘的液压系统实现了一泵驱动两马达差速行走,使其结构紧凑、操作灵活、安全可靠,能适应外负荷的剧烈变化,整机的性能得到了提高,能满足各种工况下的使用要求。在已知功率的情况下,整个设计参考农业机械的基本参数,选取了液压马达、液压泵等液压件。履带的结构同样参考了履带拖拉机的基本参数,设计了履带的结构和尺寸,使整个设计得到了优化。经过比较试验,本设计得到以下结论:(1)底盘的液压系可实现一泵两马达差速行走,增加了底盘的自适应能力。(2)本设计的底盘的质量为2.5t,与目前大部分底盘相比,达到了轻体的设计要求。(3)液压驱动系统能够实现无级变速,同时能够实现制动和高低速转换,即:工作时低速行驶,转场是高速行驶。灵活方便,易于操纵。关键词:履带 液压系统 底盘The design of hydraulic crawler chassisAbstractCrawler chassis structure determines its characteristics and performance in the fields farming industry has a clear advantage. Crawler chassis ground pressure is relatively low. Tilling the soil will not cause too many repeated rolling. The wheeled chassis in the preparation and harrow tillage operations tires rolling over the soil again, Soil compaction caused by repeated is not conducive to the growth and development after sowing seeds, Therefore, the study tracked the performance of the chassis is extremely important.The subject of this graduation project is tracked hydraulically driven chassis .Design a rear wheel drive, the chassis walk chassis engine and hydraulic transmission system to realize dynamic matching .The hydraulic system realizes the chassis a pump driven two motor differential walk, make its compact structure, flexible operation, safe, reliable, and can adapt to the drastic change of load, the machine performance can satisfy the various working conditions of use requirement. In the case of a known power, the design references the basic parameters of agricultural machines, select a hydraulic motor, hydraulic pump, etc. The structure of the reference the same track basic parameters of the crawler tractor, design the structure and size of crawler, make whole design are optimized.After more testing, this design get the following conclusions:Chassis system can achieve a hydraulic pump motor differential walking two, to increase the adaptive capacity of the chassis. Thedesign of thechassismass of2.5t, Compared with the current most of the chassis, Reached alightweightdesign requirementsVariable speedhydraulicdrive systemto achieve, At the same time to achieve high-speed braking and convert, Namely: working at low speed, transitions is high speed. Flexible, easy to manipulateKey words Crawler Hydraulic system Chassis目 录1 引言- 1 -1.1 国内履带式液压驱动底盘的现状- 1 -1.2国内履带式液压驱动底盘的发展趋势- 3 -1.3主要设计内容与关键技术- 3 -2 技术任务书(JR)- 4 -2.1总体设计依据- 4 -2.1.1 设计要求- 4 -2.1.2设计原则- 4 -2.2 产品的用途及使用范围- 5 -2.3 产品的主要技术要求与主要技术参数- 5 -2.3.1 主要技术要求- 5 -2.3.2 主要技术参数- 5 -2.4 考虑到的若干方案的比较- 5 -3 设计计算说明书(SS)- 6 -3.1 结构方案分析与确定- 6 -3.1.1 履带式与轮式底盘的比较- 6 -3.1.2 结构方案的确定- 7 -3.2 履带式行走底盘总体的设计- 7 -3.2.1 结构组成及其工作原理- 7 -3.3 履带行走装置计算- 7 -3.3.1 液压马达的选取- 7 -3.3.2 液压泵的选取- 8 -3.3.3驱动轴的选取- 9 -3.3.4驱动轮和导向轮的设计和计算- 10 -4 使用说明书(SM)- 15 -4.1 结构及工作原理- 15 -4.2 主要技术参数- 16 -4.3使用注意事项- 16 -5 技术条件(JT)- 16 -5.1 检验规则- 17 -5.1.1检验的划分- 17 -5.1.2出厂检验- 17 -5.1.3型式检验- 17 -6 结论- 18 -参考文献- 19 -致谢- 20 -世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点,将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系,提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词:机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具,在其开发的活性语义设计网ASK中,采用结点和线条组成的网络描述设计,结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等),线条用以调整和定义结点间不同的语义关系,由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型,使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达,实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在着有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后,即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出,他们以系统理论为基础,制订了设计的一般模式,倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上,制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础,从产品开发的宏观过程出发,利用质量功能布置方法,系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统,并借助于生命系统理论,把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求,形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题:一是把要设计的产品作为一个系统处理,最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统,根据设计目标,正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同,进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”,认为一个产品的五个设计元素值确定之后,产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT,用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息,实现了系统结构、功能关系的图形化建模,以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点,将设计方法解与信息技术进行集成,实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为:根据合适的功能结构,寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现,并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”,“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图,先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”,再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置,得到结构示意图。Roper,H.利用图论理论,借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念,以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图,把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述,形成了有效地应用现有知识的方法,并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型,并借用键合图表达元件的功能解,希望将基于功能的模型与键合图结合,实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换,寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上,将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构,通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件,甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部),并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化,具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术,将变形设计与组合设计相结合,根据分级模块化原理,将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级,并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块,再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具,提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排,形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息,非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展,异地协同设计与制造,以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是,达到这些目标的重要前提条件之一,就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此,不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中,虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前,德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP,以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进,由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚,目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为,综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多,不仅与机械设计的领域知识有关,而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识,但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效,我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性,及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是:用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验,建立相应的知识库及推理机,再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征,以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策,完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计,必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此,国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作,采用的方法可归纳为下述几种。毕业设计说明书题 目: 履带式液压驱动底盘的设计 作 者:学 号: 专 业: 班 级: 指导老师: (姓 名) (专业技术职务)评 阅 者: (姓 名) (专业技术职务)年 月 目 录1 引言- 1 -1.1 国内履带式液压驱动底盘的现状- 1 -1.2国内履带式液压驱动底盘的发展趋势- 3 -1.3主要设计内容与关键技术- 3 -2 技术任务书(JR)- 4 -2.1总体设计依据- 4 -2.1.1 设计要求- 4 -2.1.2设计原则- 4 -2.2 产品的用途及使用范围- 5 -2.3 产品的主要技术要求与主要技术参数- 5 -2.3.1 主要技术要求- 5 -2.3.2 主要技术参数- 5 -2.4 考虑到的若干方案的比较- 5 -3 设计计算说明书(SS)- 6 -3.1 结构方案分析与确定- 6 -3.1.1 履带式与轮式底盘的比较- 6 -3.1.2 结构方案的确定- 7 -3.2 履带式行走底盘总体的设计- 7 -3.2.1 结构组成及其工作原理- 7 -3.3 履带行走装置计算- 7 -3.3.1 液压马达的选取- 7 -3.3.2 液压泵的选取- 8 -3.3.3驱动轴的选取- 9 -3.3.4驱动轮和导向轮的设计和计算- 10 -4 使用说明书(SM)- 15 -4.1 结构及工作原理- 15 -4.2 主要技术参数- 16 -4.3使用注意事项- 16 -5 技术条件(JT)- 16 -5.1 检验规则- 17 -5.1.1检验的划分- 17 -5.1.2出厂检验- 17 -5.1.3型式检验- 17 -6 结论- 18 -参考文献- 19 -致谢- 20 -履带式液压驱动底盘的设计1 引言1.1 国内履带式液压驱动底盘的现状 底盘的作用是支承、安装发动机及其各部件、总成,形成车辆的整体造型,并动力,使整车产生运动,保证正常行驶。 我国生产履带底盘的历史较短,与起重机的发展基本相同,与世界先进国家相比,国内履带底盘的技术含量低、系列化程度低,在制造和设计上还存在一定的差距。近年来,国内履带起重机的快速发展,给履带底盘的发展带了机遇,系列得以不断的提高。 目前国内生产履带底盘的主要厂家有宁波邦力、济宁一飞工程机械有限公司、奉化优嘉力液压有限公司、上海五一重工挖掘机履带总成有限公司、宁波杰瑞液压传动有限公司。 (1)宁波邦力专业生产橡胶和钢制履带行走底盘,有5吨、8吨、12吨,最大克最大130吨的底盘行走,产品大量用于各种履带行走机构中,有挖掘机,钻机,煤矿设备等行业中;同时,专业生产非开挖钻机履带底盘,各种钻机履带行走底盘。结构性能特点: 支承主机重量,具有前进、后退转弯行走之功能。 橡胶履带采用日本技术生产的建筑机械型,承载能力、牵引力大,噪音低,不伤及柏油路面,具有良好的行驶性能。 配有内藏式低速大扭矩马达行走减速机,具有高通过性能。 形行走架,结构强度、刚度大,利用折弯加工。 支重轮、导向轮采用深沟球轴承,一次性加黄油润滑,免使用中维护和保养加油。 轴端双密封结构,保证润滑油密封不外漏,并能防止泥水进入轮腔。 支重轮,导向轮、驱动轮齿采用合金钢并经淬火处理,耐磨性好,使用寿命长。 弹簧涨紧机构彩螺杆调节,可靠性高。性能参数: 底盘自身质量1.4t,机械允许总重6-6.5t。 履带高度低,H=466mm。 行驶速度高 v=2-4Km/h。 行走液压马达减速机工作压力 PH=20Mpa,Q总=1634ml/r,MH=5724Nm。 牵引力大,T=5536kg,牵引能力92%(理论值),爬坡能力30。 地比压力 p=0.038Mpa。 目前该产品从4T到18T已成系列化批量生产。(2)济宁一飞专业生产各种进口,国产挖掘机,推土机,摊铺机,旋挖钻机,给料机,装载机等各种工程机械链轨,履带总成,各种链轨节,链轨合件,销套,履带板及四轮产品。各种型号小挖橡胶履带,橡胶块,节距101,106,135,140,154,160,171,190,203,216,228,240,260等10余种规格,上百个系列。(3)奉化优嘉力系列履带底盘选用高品质的行走马达、减速机,体积小、重量轻、输出扭矩大、制动可靠,整体行走机构更加紧凑。(4)上海五一重工主要经营进口挖掘机、推土机底盘件。直接从国外生产厂家进货,以意大利,日本,韩国底盘件为主。产品有进口挖掘机、推土机履带总成:支重轮、引导轮、托链轮、驱动轮、链轨、螺栓、链板、链节、斗轴、肖、套等。 这些优质进口零件广泛应用于:(CATERPILLAR)卡特、(KOMATSU)小松、(HITACHI)日立、(KATO)加藤、(SUMITOMO)住友、(KOBELCO)神钢、(DAEWOO)大宇、(HYUNDAI)现代等各种进口或合资挖掘机、推土机,重型工程机械。(5)宁波杰瑞专业生产橡胶JRXD系列和钢制履带JRLD行走底盘,有5吨、8吨、12吨,最大克最大130吨的底盘行走,产品大量用于各种履带行走机构中,有挖掘机,钻机,煤矿设备等行业中;同时,专业生产非开挖钻机履带底盘,各种钻机履带行走底盘。结构性能特点:支承主机重量,具有前进、后退转弯行走之功能。 橡胶履带采用日本技术生产的建筑机械型,承载能力、牵引力大,噪音低,不伤及柏油路面,具有良好的行驶性能。 配有内藏式低速大扭矩马达行走减速机,具有高通过性能。 形行走架,结构强度、刚度大,利用折弯加工。 支重轮、导向轮采用深沟球轴承,一次性加黄油润滑,免使用中维护和保养加油。 轴端双密封结构,保证润滑油密封不外漏,并能防止泥水进入轮腔。 支重轮,导向轮、驱动轮齿采用合金钢并经淬火处理,耐磨性好,使用寿命长。 弹簧涨紧机构彩螺杆调节,可靠性高。 1.2国内履带式液压驱动底盘的发展趋势由国内外履带底盘的发展现状,可以看到履带液压底盘发展趋势有以下几个特点:为适应大型工程项目的需求,履带底盘正在迅速向超大吨位发展由于各种工程建设的大型化,所需的配套设备构件等的重量也不断增加,对超大型起重设备的需求也愈来愈多,为了实现起吊大的重物,在原有 起重机的基础上增加超起装置,不仅扩大了履带起重机的工作范围,而且提高了履带起重机的利用率。充分运用新技术、新材料、新工艺、新的设计方法,使整机性能大大提高充分利用新技术、新工艺来提高产品质量,并不断开发新材料、新结构、新功能提高产品竞争力。例如1000抗拉强度的臂架材料已被 广泛采用,从而大幅度地降低了臂架自重,提高了产品起重性能。整机的结构也逐渐采用高强材料,通过优化设计显著减轻整机重量,同时为保证整机稳定性,增加 了必要的车身压重,这些都使得大吨位产品能够具有较高的性能和良好的经济性。核心技术化各大知名企业均具有其独特的核心技术,并不断创新,努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均下大力气研究开发自己的核心技术,以不断提升自己的产品档次和竞争能力。操作控制系统的智能化随着计算机技术和电子技术的不断发展,逐步完善的计算机控制技术和集成传感技术在履带底盘行业得到广泛的应用,先进的电子控制和电脑 操作系统的配置已非常便。各种电子监控系统、运行作业时的在线故障检测和诊断、智 能化总体控制等是今后履带底盘不断向智能化方向发展的重要研究领域。1.3主要设计内容与关键技术(1)液压系统的设计计算,包括液压泵、液压马达的选型和参数确定。(2)履带张紧装置的设计。(3)驱动装置的设计。(4)机架的结构设计。关键技术主要包括液压系统的设计和驱动装置的设计,液压系统的参数选取和驱动装置的合理布置对履带底盘的性能具有重要影响。2 技术任务书(JR)2.1总体设计依据 本设计是根据常用履带设计方法和较成熟和现代设计方法,参考了农业机械履带底盘设计的通用原则,依据所给的动力选取了液压元件,结合机械设计手册,选择了标准件,总体结构设计参照了东方红拖拉机的结构形式。 2.1.1 设计要求 现代车辆及机具的行走装置主要使用纯机械、液力、液压和电力等4种传动方式。与其它传动方式相比,液压传动方式具有布局灵活方便;无级调速范围宽,起步、调速换向柔和、迅速、冲击小, 操作舒适等优点。在农业机械行走机构采用液压传动可以大大改进行走机械的工作性能。底盘采用液压传动方式可增加底盘的自适应能力和改善发动机等部件的工件环境。由于底盘主要用于水田作业,因此底盘在总体上应满足简小、轻体、通过性好、推进力强的要求,同时,要求底盘有较小的转弯半径、后轮差速、前桥浮动、与行走速度同步的动力输出和具备农机悬挂系统等功能。2.1.2设计原则(1)底盘的安全设计安全设计包括对材料的安全选择和使用,材料的选择不但要满足功能要求,而且要同时满足使用过程中的安全要求,此外要考虑作业环境因素及超负荷工作的可能性,要有适当的安全保险系数。(2)底盘的质量可靠。(3)人机匹配的安全工效学原则。(4)经济性原则和可行性原则2.2 产品的用途及使用范围履带底盘的主要用途是支撑机架,为各总成提供支撑,其性能直接影响到作业能否顺利进行,由于其工作环境恶劣、泥脚深负荷重,采用一般的轮式昴易出现挂不上档、乱档,离合齿轮牙嵌磨损、分离拨叉磨损、行走离合打滑,甚至输出轴断裂。采用液压驱动底盘后,能够克服上述缺点,从而使整机性能得到了很大的提高。除用于田间作业外, 在工业及农田水利建设上还用于推土、铲运等作业。在山区、梯田、坡地用小型履带拖拉机具有较好的适应性。2.3 产品的主要技术要求与主要技术参数2.3.1 主要技术要求主要技术指标有马达输出功率的确定、液压泵的选取、履带底盘的接地比压、履带的参数设计, 要求履带有较好的通过性,接地比压较高,越野性能强,稳定性好,在潮湿、粘重土地上履带底盘具有较好的的使用性能。2.3.2 主要技术参数 表1 履带底盘的主要技术参数额定功率轨距节距履带板宽接地长度外形尺寸37kw11001302601700214512385852.4 考虑到的若干方案的比较液压传动装置的特点往往是通过与液力机械传动比较得出的,概括如下:液压传动装置中泵与马达可分式结构形式,这种结构形式便于元件布置,给工程机械的设计带来极大方便,使结构多样化并提高了性能。(1)马达轮独立驱动方式省去了变速箱,差速器、驱动桥以及轮边减速,提高传动效率,降低了机器成本,便于零件布置。安装、设计自由度大,车辆性能和结构形式多样化,这是其它传动不可比拟的。正因为如此,对那些需要装有多个工作部件的复杂结构的工程机械和需要特殊牵引性能的车辆,液压传动无疑中最好的选择。同时,马达独立驱动的方式可以实现差速转向,可以原地转向,也可以简化机械转向机构,对那些因结构限制不便采用机械转向或对转向性能有特殊要求的,这是非常必要的。(2)在闭式液压传动中, 可以使转矩双向对称传递,这一性能使闭式液压传动无须变速装置即可实现前进、倒退操作,同时具有反拖制动能力,操纵方便,感觉良好,可减少刹车功率和磨损。(3)操纵和控制和多样性是液压传动的一大特点,这样的由其快速动态特性及其结构特点决定的。改变变量泵斜角和方向即可方便地实现平稳换向和变速,前进、倒退、制动、变速只需要一根操纵杆即可完成,操纵生物工程化。液压传动功率大,扭矩惯量比大,因而动态性能好,加之闭式系统在减速过程中具有制动能力,因而速度变化快捷柔和,冲击小,迅速变换前进方向和加减速不会损坏传动系统和车辆。前进和倒退可以获得相同的速度。3 设计计算说明书(SS)3.1 结构方案分析与确定3.1.1 履带式与轮式底盘的比较行走依靠履带装置的的底盘为履带式底盘,行走依靠轮胎前进的底盘为轮胎式底盘,履带式底盘具有全回转转台,起升高度大,牵引系数高,爬坡度大,行驶速度低,行驶过程中可能对路面造成损坏,一般不宜在公路上行驶。履带式与轮胎式相比,因履带与地面接触面积大,故对地面平均比压小,可在松软、泥泞地面上作业。 3.1.2 结构方案的确定 通过前面结构方案的比较,可以确定本设计履带底盘的结构方案,底盘采用整体式结构,通过焊接将整个底盘连接起来,这样做可以减少制作的工艺性,提高产品的生产效率。3.2 履带式行走底盘总体的设计3.2.1 结构组成及其工作原理履带底盘主要由机架、液压驱动马达、液压泵、履带总成及其附属部件组成。其主要工作原理为液压泵带动液压马达转动,液压马达驱动履带轮行走,液压系统由两部分组成,一部分用于作业,另外一部分用来驱动履带行走。其结构如下图: 图1 总体结构示意图1驱动轮 2.履带 3.托轮 4.台车架 5.支重轮胎6.弹簧锁7.导向轮 本设计的工作原理:液压泵通过驱动液压马达带动驱动轴转动,从而驱动整个底盘行走,中间的缓冲装置是为了张紧履带、防止履带横向滑脱以及在行走系统卡入石块时能减小壳体和履带的应力。3.3 履带行走装置计算3.3.1 液压马达的选取液压马达驱动方案有两种。1高速方案:高速小扭矩马达,配大减速比例减速箱,优点是尺寸小,质量轻,但减速箱结构复杂,价格高。2低速方案,低速大扭矩马达,配一级减速小齿轮,优点是传动简化,价格底, 但马达体积大,质量大。比较两种方案及其履带底盘的自身结构,选取低速大扭矩马达较为合理。 设驱动轮的角速度为w,则V=W.R 其中最大速度v=10km/h,履带轮半径r=500mm,得到w=5.56rad/s驱动轮的转速n=60w/2,得到n=53r/min考虑到旋转部件磨擦力矩、惯性力矩及马达内部件黏性阻尼力矩,得出液压行走马达的负载力矩。工作载荷力矩计算轴径磨擦力矩马达的总负载力矩取Pa=22.5MPa,行走马达的排量查取液压马达技术参数选取邦力GM2420系列,其参数如下:表2 GM2-420马达参数表型号理论排量(ml/r)额定压力(MPa)最高压力(MPa)额定扭矩(n.m)持续转速最高转速(r/min)重量(kg)GM2-420425253516580.7750750513.3.2 液压泵的选取根据转速n=44r/min,每台行走马达所需流量系统需要的总流量系统最大功率计算:额定功率w=27kw选取上海液压泵厂生产的XM-F40其参数如下:表3 液压泵参数表型号理论排量(ml/r)额定转速(n/min)最高转速(n/min)额定转速(n/min)额定压力(MPa)输入功率扭矩(n.m)重量(kg)XM-F40281980375031.53538120293.3.3驱动轴的选取轴的材料主要是碳钢和合金钢,由于碳钢比合金钢价廉,对应力集中和敏感性较低,同时也可以用热处理或化学热处理办法提高其耐磨性和抗疲劳强度,故采用碳钢制造轴尤为广泛,其中最常用的是45钢。(1)各段轴径及长度的确定:马达的输出轴直径为36,以此为基础,设计各轴段的直径,设计的结果如下图:图2 驱动轴(2)轴上零件的定位 为防止轴上零件受力时发生轴向或周向运动,轴上零件除了有游动或空转的要求外,都必须进行轴向定位和周向定位,以保证其准确的工作位置。本设计的轴向定位采用轴肩和轴承端盖来保证的。轴承端盖用螺钉与箱体连接而使滚动轴承的外圆得到轴向定位。在一般情况下,整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。(3)零件的周向定位 周向定位的目的是限制轴上的零件与轴发生相对转动。常用的轴向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。本次设计中采用的是轴向定位采用平键。键的参数由轴径所确定。3.3.4驱动轮和导向轮的设计和计算驱动轮和履带的啮合方式主要有节销式和节齿式两种。目前大多数采用节销式啮合 ,节齿式啮合多用于需要加强履带板刚度和强度的场合,如采用某些无铰链式橡胶金属履带以及整体台车行走系配用整体式履带板。驱动轮节圆半径 (3-1)式中:t履带节距,mm;Z驱动轮转一圈的工作齿数;最后算得驱动轮的直径为430mm,履带节距为130mm,履带总重量为2.5t,履带采用组合式履带。导向轮直径 (3-2)计算得: 性能参数计算:(1)行驶速度(2)爬坡能力履带行走装置一个显著特点就是爬坡能力,一般为50%80%,初步确定爬坡能力后,可通过理论分析进行核算来选定。履带底盘的爬坡是需要克服下列几种阻力即:履带底盘自重在斜坡方向的分力 (3-3) 式中G为底盘的自重 为坡度角运行阻力(3-4)履带的内阻力 (3-5) 则最大牵引力应不小于这些阻力之和,即T+ +,此外还应满足底盘在爬坡不打滑的条件。 履带与地面的附着系数表4 履带与地面的附着系数路面地质混凝土干粘土压实粘土干沙土坚实土路0.450.900.700.300.90路面地质混凝土干粘土压实粘土干沙土坚实土路0.120.700.250.500.60 从表中选取附着系数为0.06,求得爬坡能力=30(4)接地比压履带式底盘的承载能力大小取决机器运行的通过性和工作的稳定性。平均接地比压是履带底盘的一个重要指标,可以用来与同类型号产品作比较,主要根据地面条件、尺寸等进行合理选取。在设计底盘时,在结构允许的范围内,尽量取小值。(5)驱动轮和引导轮轴设计为了使整体结构紧凑,设计时尽量将马达放到驱动轮内。为此,将马达输出轴直接装到另外一开孔的轴内,通过内花键配合,从而实现结构的紧凑、小巧。驱动轮齿形如下图所示:图3 驱动轮齿形引导轮是对称的,轴的外形结构也可采用全对称式的结构,轴的外径较大,同样采用法兰连接,外面用螺栓固定。轴径两端分别有一个88.5的小槽,是用来安装两个密封圈,防止油泄露。其结构如下:图4 引导轮轴引导轮的安装同样采用了法兰固定,与驱动轮的安装形式基本相同。轮体一般有蜂孔式和箱体式两种,箱体式的断面成箱形,由钢板焊接制成,蜂孔式轮体的轮缘和箱体式一样,也是用钢板焊接制成,不同之处是中间用一块较厚的带蜂孔的钢板代替了箱体结构,蜂孔式较箱体式节约材料,制造是也相对容易,因此选用蜂孔式轮体,轮体上设计了六个均匀分布的直径为50mm的蜂孔,中间钢板厚度为40mm,能满足强度要求。 支重轮和托轮支重轮的作用是支承并分散机体重量、防止履带横向滑脱。其结构取决于台车、驱动轮及履带的结构。本设计采用带凸缘的支重轮,卡住履带链节。凸缘根部随拖拉机功率增大而加厚,凸缘有了侧角可以减小凸缘与链节之间的磨擦力,一般在1020。每个支重轮的轮缘视驱动轮的结构而定。单排齿驱动轮配双轮缘支重轮,双排齿的驱动轮配单轮缘支重轮。这样才能使支重轮轮缘的滚动平面不与驱动轮轮齿滚动平面重合,从而保证了滚动平稳。为了有足够和磨损量,轮缘径向厚度应大于15mm。本底盘采用双轮缘支重轮。支重轮轴的支承方法和台车的结构有关,或为悬臂支承,或为简支支承。目前整体台车多采用后者,并将支重轮轴用螺钉固定于台车上,这种结构的轴封闭了台车下方开口,因而增强了台车架刚度。为防止台车架凹槽中积存的泥土阻止支重轮转动,支重轮不宜被凹槽遮盖过多。支重轮采用滚动轴承或滑动轴承。滑动轴承由于径向尺寸较小,便于加大支重轮轴以减小应力,且承载能力大,所以在大功率拖拉机上应用广泛。又因其结构简单,对磨料不敏感,便于自制,所以在小拖拉机支重轮上应用也较合适。托轮的作用是限制履带下垂,其结构与支重轮相似,为了减少备件可考虑两者通用。某些大直径支重轮的上缘同时起托轮作用。托轮是由较小的磨擦带动旋转,所以直径不应过小,润滑和密封应可靠。支重轮一般应用比较计算法校核轮缘挤压应力、轴的强度和轴承比压或寿命。支重轮轴的计算工况是拖拉机越过水平横梁,载荷集中于每侧一个支重轮上,则支重轮垂直载荷为底盘的一半。 履带缓冲装置履带张紧缓冲装置由张紧轮、张紧度调整机构和缓冲弹簧等组成。它的功用是张紧履带、防止履带横向滑脱以及在行走系统卡入石块时能减小壳体和履带的应力,驱动轮后置时又能缓冲和前方冲击。整体式台车一般采用滑动式张紧机构,滑块滑动式张紧机构的张紧轮轴支座通常通过弹簧坐在小滑板上,为了有效和缓冲滑块和滑板之间的冲击,安装后弹簧最好能将滑块抬起以消除导向板和钩之间的间隙。张紧轮多数是铸钢件 ,材料为ZG45、ZG50Mn,小型拖拉机上也采用球墨铸铁或冲压件。 履带的选择按材料可分为金属履带、橡胶履带和橡胶金属履带。金属履带应用最广,按结构可分为整体式和组合式。整体式履带重量轻,制造拆装简单,成本低,高速行驶功率损耗小。但修理不便,合金钢用量大,销孔间隙大,泥沙易进入,寿命短。其履带板常用高锰钢制造,水中淬火成奥氏体组织。使用中节销等处受挤压而硬化。因冷作硬化,孔一般不加工。整体式履带板也可用35Mn、35SiMn或球墨铸铁制造。在设计整体式履带板时,要注意到壁厚均匀等铸造工艺要求是,防止裂纹和缩松等铸造缺陷产生。组合时履带由履带、履带销、销套、履带板和履带螺栓等组成,各零件可用不同的材料制造,修理时可单独更换,且泥沙不易进入销套内,寿命较长。但重量较大,拆装困难。履带板或履带节整体调质后,履刺或轨道淬火可显著提高强度和耐磨性。非渗碳钢销套使用性能效果也很好。销和销套压入履带节的过盈一般为0.150.45mm。为了方便拆装,每条履带有12个易拆销,为提高履带在砂土、烁石、潮湿、泥泞地面使用是的寿命,销套两端可装置金属或橡胶密封。隔环用来轴向拉伸限位,保证弹性件一定的预压量,防止履带节端面的磨损。组合式履带的履带板常用轧制型钢制造,也有铸造、锻造或冲压的。它在不同的场合可更换为不同的型式。为了防止履带螺栓被剪断,有的履带板上有三角形或矩面的 的凸筋嵌入履带节上相应的凹槽中。4 使用说明书(SM)4.1 结构及工作原理履带底盘主要由机架、液压驱动马达、液压泵、履带总成及其附属部件组成。其主要工作原理为液压泵带动液压马达转动,液压马达驱动履带轮行走,液压系统由两部分组成,一部分用于作业,另外一部分用来驱动履带行走。其结构如下图:图1 总体结构示意图1驱动轮 2.履带 3.托轮 4.台车架 5.支重轮胎6.弹簧锁7.导向轮 本设计的工作原理:液压泵通过驱动液压马达带动驱动轴转动,从而驱动整个底盘行走,中间的缓冲装置是为了张紧履带、防止履带横向滑脱以及在行走系统卡入石块时能减小壳体和履带的应力。4.2 主要技术参数履带底盘的主要技术参数额定功率轨距节距履带板宽接地长度外形尺寸37kw11001302601700214512385854.3使用注意事项 履带底盘在使用前要进行检查,注意有无松动、损坏。检查履带的张紧度,机架撑起后,履带内侧与中间载重轮之间间隙以1318mm为宜。更换或拆装履带并工作20h后,应检查调整履带的张紧度,使之保持正常。张紧度过松易使履带脱带,过紧会导致履带伸长,节距发生变化,造成铁齿和驱动轮的加速磨损。 履带驱动轮磨损后要及是更换,以防止磨损后的驱动轮将履带芯钩出。化学药品、机油、海水盐分等腐蚀物会加快履带老化,降低履带使用寿命,所以,长期不用或附着油污时,应用水清洗干净,干燥后避免日光直射及雨淋,要放松履带的张力,避免闲暇不用时疲劳。尽量减少在碎石、砂砾路面行驶。在行驶过程中不要急转弯,防止导向轮脱轮。禁止过桥式行走,防止在凹凸过大的路面行走,使履带处于局部接地的状态。过桥式行走易造成履带脱轮,使外花纹损伤和芯铁折断等。5 技术条件(JT)5.1 检验规则5.1.1检验的划分 检验分出厂检验和型式检验5.1.2出厂检验 产品应逐台进行出厂检验,检验项目包括产品的装配质量以及外观质量。(1)出厂检验包括下列内容: 底盘的牵引力,必须有足够的牵引力才能保证和正常行驶。 底盘的爬坡能力,具有一定的爬坡能力使底盘能够适应不同的情况。 行走速度。履带底盘的行走速度应符合设计的标准。 履带底盘的离地高度,离地高度是履带底盘的重要参数,检验时要按照设计要求的说明检验,不合格标准的为不合格产品。5.1.3型式检验(1)产品有下列情况之一时,应进行型式检验;新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定;产品停产3年及3年以上者;产品的结构或材料有重大改变,可能影响性能时;国家质量技术监督机构提出要求时。(2)型式检验的内容包括以上全部要求。(3)供性能试验或可靠性试验的样机,应从近一年内生产的产品中随机抽取,样本为一台。并做好记录和封存。6 结论 本次设计主要研究了履带底盘行走系的主要部件,通过一泵两马达驱动驱动轴,使底盘的转向更加灵活,适应了多种不同的路面状况。(1)底盘的液压系可实现一泵两马达差速行走,增加了底盘的自适应能力。 (2)本设计的底盘的质量为2.5t,与目前大部分底盘相比,达到了轻体的设计要求。 (3)液压驱动系统能够实现无级变速,同时能够实现制动和高低速转换,即:工作时低速行驶,转场是高速行驶。灵活方便,易于操纵。 (4)对履带底盘的总体结构进行了分析,得到了一些特殊的结构组成及其安装方法,其中履带宽260mm,履带总长2200mm左右,轨距1000mm,轮距1100mm,履带高468mm等; (5)马达输出轴采用内花键配合形式,使整个底盘的结构紧凑,布局合理。参考文献1 吴宗泽,罗圣国. 机械设计课程设计手册M.2版.北京:高等教育出版社,1999.2 濮良贵,纪名刚.机械设计M.7版.北京:高等教育出版社,2001.3 拖拉机设计和计算.上海:上海科学技术文献出版社.4 濮良贵,纪名刚.机械设计(第七版).高等教育出版社.2001.90120.5 成大先.机械设计手册(第四版).化学工业出版社.2002,3:13100131266 李宝筏.农业机械学.中国农业出版社2003,08:48777 胡宗武,徐履冰.非标准机械设备设计手册M.北京:机械工业出版社,2002.8 孔凌嘉,张春林,机械基础综合课程设计M.机械工业出版社.2005.9 大连理工大学工程画教研室.机械制图M.5版.北京:高等教育出版社,2003.10 张策,机械原理与机械设计M.7版.武汉:机械工业出版社.2006.11 寇尊权,王多.机械设计课程设计M.北京:机械工业出版社,2006.12 刘惟信编著.汽车制动系的结构分析与设计计算.北京:清华大学出版社,2004.13 张洪欣主编.汽车设计.北京:机械工业出版社,1998.14 徐永康.汽车制动器.汽车实用技术,2004,01:4750.15 王望予主编.汽车设计.北京:机械工业出版社.2007.16 余志生主编.汽车理论(第2版)北京:机械工业版社.1989.17 陈家瑞主编.汽车构造(第4版).北京:人民交通出版社,2002.18 谢进,万朝燕,杜力杰主编.机械原理.北京:高等教育出版社,2004.19Y.Charonnat and H.Beitzel.RILEM TC 150 ECM:Effcientcy of concrete mixers; to-wards qualification of mixer,mater.Struct.(Supp1.196)28-32(1997)20 Huang S C, Huang Y M, Shieh S M. Vibration and stability of a rotating shaft containing a transerse crack J. J Sound and Vibration, 1993, 162(3): 387-401致谢这次设计首先要感谢我的指导老师老师的耐心辅导,他的认真负责严谨态度让我由衷的佩服,改掉了我身上许多毛病,让我体验到了治学必须一丝不苟,必须脚踏实地才能做出一些学术上的东西。在整个设计过程中,郑老师一直给我指出设计的方向,经过不断的修改,终于得到了较满意的结果,短短的两个多月,让我学到了以前只是听说过但从没有实践过的东西,真正住领会到“纸上得来终觉浅,觉知此行须躬行”。尽管设计已经做了,但其中的酸甜苦辣我想只有我和郑老师能够体会到,晚上十二点钟依然帮我修改图纸的情景便是最好的证明。在此,再一次感谢郑老师的悉心辅导,让我本次的设计圆满完成。- 19 -
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