履带式液压挖掘机行走装置设计含8张CAD图
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履带式液压挖掘机行走装置设计摘 要在国民经济建设中,特别是城市建设,土木工程,水利建设,道路建设,机场建设,采矿,码头建设,改良耕地和工程机械正在发挥越来越重要的作用。尽管有各种各样的建筑机械,但它们基本上可分为动力装置,行走装置和工作装置。挖掘机行走装置的主要功能是提供驱动挖掘机所需的驱动力。框架,行走装置和悬架是组成挖掘机行走装置的重要组成部分,因此挖掘机可以正常工作。本设计着重分析了挖掘机行走装置中底盘的设计,并且附带了一部分动力部分的设计。本文在详细设计履带装置的基础上,设计了支重轮、驱动轮、托链轮、导向轮四带一轮的结构,分析设计的各个轮并对部分关键部件进行了设计和检查。关键词:挖掘机;行走装置;张紧装置;ABSTRACTIn the construction of national economy, especially the urban construction, civil engineering, water conservancy construction, road construction, airport construction, mining, port construction, improvement of cultivated land and engineering machinery is playing a more and more important role. Although there are all kinds of construction machinery, they can be divided into power devices, walking devices and working devices. The main function of the excavator walking device is to provide the driving force needed to drive the excavator. Frame, walking device and suspension are important components of the excavator walking device, so the excavator can work normally. This design focuses on the design of the chassis in the excavator walking device and the design of part of the power part.In this paper, on the basis of the detailed design crawler device, design the roller, driving wheel, chain wheel, guide wheel four round structure, analysis and design of each wheel and part of the key components for the design and check.Keywords: excavator; Walking device; Tensioning device; Four-wheel area目 录引 言4第一章、绪论51.1本课题的意义和目的51.2国内外小型挖掘机的发展51.3设计要求61.4液压挖掘机概述71.5液压挖掘机的主要性能特点71.6履带式液压挖掘机的基本组成8第二章、履带行走装置的整体设计122.1行走装置的选型122.2履带式行走装置的各部分的功用及结构布置122.3履带152.4行走装置牵引力计算182.5驱动轮的设计242.6支重轮的设计及计算262.7拖链轮的设计272.8导向轮的整体设计282.9履带张紧装置设计282.10行走架的设计29第三章、液压系统313.1液压系统概述313.2行走装置液压马达313.3液压系统原理图34第四章 行走装置减速器354.1减速器方案的选择354.2传动方案的选定354.3减速器传动比354.4行星齿轮计算364.5减速器结构的设计40第五章、总结42参考文献43致 谢441引 言近年来挖掘机发展迅速,应用于各个方面的基础建设。我国中型挖掘机市场十分广阔,恰好迎接新时代建设事业,是我国工程机械中相当重要的一种机械。挖掘机可以减轻繁重的工作压力、提高工作效率、增快建设速度、增强工程质量。随着近年来的发展,挖掘机已经在工业建设方面有了举足轻重的地位。由于互联网时代的到来,三维仿真技术的发展,挖掘机在各个方面的性能大幅提升。第一章、绪论1.1本课题的意义和目的该挖掘机适用于各种建设工程,工作条件一般比较恶劣。道路的日常维护导致景观有序推进,社区建设项目逐步增多,市政工程不断升级。农田建设正在机械化,挖掘小挖应用的优势得到充分发挥。 使用铲斗,推土机,液压破碎机和其他工作设备后,可用于挖掘,装载,清洁和粉碎。大型挖掘应用的市场环境正在扩大,并显示出强劲的可预见的市场前景。底盘设计的优劣决定了整机的性能,合理的底盘设计是成功完成整个设计任务的重要保证。1.2国内外小型挖掘机的发展目前,中国挖掘机虽然比推土机等其他工程机械起步晚,但近年来发展迅猛,如以广西玉柴为首的国内小型挖掘生产企业中,由山河情报,江西南特,山东临冲,杭州筠连组成的小型挖掘队已形成规模。未来的发展将长期受到两大组成部分的影响。国内电力需要时间才能与进口电力竞争,而国内液压部件需要付出巨大努力才能替代进口液压部件。为适应市政建设和农田建设的需要,开发了斗容量小于0.25立方米的国外挖掘机。此外,中型和小型挖掘机的数量通常更加多样化,并配备各种工作装置 - 除挖掘机和挖掘机外。它还配备有起重,抓斗,平坡铲斗,装载铲斗,耙齿,挤压锥,麻花钻,电磁卡盘, 振动器,推土机,冲击铲,装配叉,高空作业平台,卷轴和铲斗以满足各种施工需求。同时,正在开发特殊的低压,低嗡嗡声,以及水下和水陆两用挖掘机等特殊挖掘机。国外挖掘机注重采用新技术,新工艺,新结构,加快标准化,系列化和推广。国外有许多生产制造挖掘机的公司,例如日本的日立、神钢、小松、加藤、石川岛久保田、竹内、长野,韩国的斗山、现代,美国的卡特、凯斯、山猫和欧洲的立渤海尔、JCB、特雷克斯、沃尔沃等等。我国挖掘机的生产技术目前与国外有着相当大的差距。总之,目前国外挖掘水平和目前国外挖掘的发展水平可以说是逐步完善,越来越好,其功能的可靠性,即使驾驶室的外观和质感与国内汽车相当,操作的流畅性和舒适性也不需要详细描述。目前,国外挖掘机的发展趋势主要体现在: 以一机多能为目标的多功能化; 以提高操作性能为目标的智能化; 以节能为目标的功率模式控制; 基于动态设计分析的可靠性设计; 以人为本的驾驶室设计;基于电子技术的自动监控系统的研制。1.3设计要求主要任务是挖掘,装载,整地,起重等。 中型挖掘机相较于大型挖掘机小巧灵活,倾向于具有不止一级的能量,并配备各种工作装置。 由于这台机器的特性贴近人们,除了耐磨性,可靠性和运行效率的设计要求外,除此之外,以下几点也相当重要:1.机械操作过程中不得与周围人员,物体碰撞,要求稳定性好。2.保持低噪音,低振动和低噪音。3.能够快速适应周围环境。4.尽可能扩大使用功能,可以安装各种配件,应该成为一般工程机械。易于操作,任何人都可以在学习后尽快操作在设计液压挖掘机行走装置时,必须满足以下几点:1.满足使用要求,满足经济要求,满足劳动保护要求,满足技术要求,满足机器的结构和性能要求,满足某些部件的磨损要求;2.在不增加行走装置总高度的前提下,行走装置应有大的离地间隙,以便挖掘机能在不平坦的地面行走,传递性能好。努力提高机器对各种操作条件和操作要求的适应性;3.降低挖掘机的地面压力或增加承载面积以提高挖掘机的稳定性。当挖掘机下坡时,不会出现超速现象,在挖掘过程中不会滑落,提高了工作的安全性和可靠性;4.行走装置的挖掘机外形尺寸应符合道路运输要求,外形美观;5.每个组件或组件的性能应该协调一致。不要盲目追求某一部分的最佳表现,否则可能导致整体表现恶化或造成薄弱环节;6.正确处理继承与创新之间的辩证关系,采用成熟的技术,进行深入的理论分析,进行必要的科学实验,勇于创新。1.4液压挖掘机概述履带式液压挖掘机是使用液压系统提供动力来实现各种工程的实用机械。还可更换多种工作装置,由于其接地率低,爬坡能力强,牵引力大,灵活性强,操作平稳,操作和控制方便等特点,广泛应用于土石方施工项目。据统计,有超过52%的工程都需要中型履带式液压挖掘机来完成。图2-1 挖掘机整体外形结构组成1.5液压挖掘机的主要性能特点液压挖掘机由分动箱驱动或直接由液压泵驱动。由液压油管,液压驱动电机或液压缸组成的液压系统和先导阀组驱动各种执行机构(包括工作装置,旋转装置和行走装置)。实现各种挖掘机作业操作。机械式挖掘机是一个复杂的传动系统,通过发动机直接驱动齿轮,钢丝绳,链条和其他传动部件。驱动每个致动器以实现挖掘机的各种工作行为。与机械挖掘机使用的机械传动相比,液压传动具有许多优点:1)整机布局紧凑,结构简单,机器重量小。 液压挖掘机比机械挖掘机小40至60。2)生产率高,挖掘力大。3)越野性能好,步行速度稳定,地面压力低,牵引力大,爬坡能力强,机动性好。4)液压系统采用高压变量,传动简单,性能优越,运行平稳,操作和控制方便。5)采用液压先导伺服控制和各种自动监控系统,使驾驶员操作简单,灵活准确,便于理解和掌握各机构的工作情况。密封的驾驶员外表美观,室内噪音低。驾驶室的下部配备了减震装置,以减少驾驶室的振动。6)液压挖掘机可用于替代各种类型的作业设备,如反铲挖土机,挖掘机,抓斗,液压剪,液压锤等操作装置。动臂和斗杆可以加长或缩短,以使挖掘机满足各种工作环境的操作要求。7)液压挖掘机铲斗实用相较于其他种类更加稳定可靠。该功能使液压挖掘机适用于选择性采矿作业,并可清理和清理工作表面。这对于挖掘大型铲斗机尤为重要,可以通过分配矿石来选择矿石。提高采矿回收率,减少工作面辅助设备,降低采矿成本。这也是使用大型或巨型液压挖掘机取代矿山采掘机械铲的重要原因。1.6履带式液压挖掘机的基本组成根据挖掘机的整体结构,履带式液压挖掘机分为工作装置,上转台机构和步行装置三大部分。根据各部分的功能,履带式液压挖掘机主要分为:1、液压传动系统2、控制系统 3、回转装置4、行走装置 5、工作装置 6、金属结构件的骨架图2-2 中型液压挖掘机部件组成161工作装置反铲装置是施工过程中最常用的作业装置,与其他作业装置有关。 主要有以下优势:1)更适合于地面平面下的开挖工作,大部分土方施工属于这种类型的作业,也是一种更安全的施工方法;2)工作时,铲斗的挖掘机向下,有利于整机的平衡与稳定。3)作业区域整机下,挖掘和卸载作业有利于控制;4)与运输车辆处于同一高度的停车场,方便装卸车辆,并可设计大角度的斗式结构。利于铲斗卸净。反铲作业装置主要用于挖掘土方工程和下面的土方工程。在反铲作业装置布置的设计中,应考虑诸如平台高度,运输高度和偏转角度等因素。1.6.2动力装置作为施工常用的自行式土石方作业工程机械,液压挖掘机往往在现场粉尘状况下工作,环境温度变化较大,变载条件下工作。不利于维护和维修。这就要求挖掘机动力装置要稳定,安全,可靠,耐用,而且动力性好,经济性好。柴油驱动是液压挖掘机最常用的动力驱动模式。与其他电厂柴油发动机相比,它具有高热效率,低燃料消耗率(比汽油发动机低约20 - 约40),工作稳定可靠,耐用性好。可以满足挖掘机施工工作环境苛刻,可变载荷的工作要求。电力系统主要分为柴油机和动力装置,设备,消声器,油箱润滑系统,油箱,冷却装置及其管道等。柴油发动机安装在机器的后部并纵向排列。1.6.3回转装置回转装置是用于支撑或放置液压挖掘机部件的支撑部件,除了底盘部件之外的所有部件都布置在上部。包括柴油机总成,工作总成,液压系统部件总成,驾驶室总成和配置等,所以旋转装置必须有足够的空间和承重能力。当挖掘机进行回转运动时,回转装置上的部件在回转工作时会产生非常大的转动惯量。由于挖掘阻力的反作用,旋转装置也将受到较大的力和力矩,同时考虑到载荷和冲击的突然变化,它也必须承受较大的动载荷。因此,旋转装置的作用力非常复杂和不好,其结构形式,刚度和强度应满足工作要求。回转装置包括回转环和回转齿轮。目前斜盘式液压马达旋转减速机的结构不断完善,集成了常闭式制动阀和启停式过载阀。反向阀等部件大大提高了液压挖掘机回转装置的综合性能,常用于液压挖掘机上。1.6.4液压系统由于液压系统的存在,柴油机的动力可以通过液压泵转换成液压能。然后,能量通过液压油管路,阀门和液压管路传输到液压缸和液压马达。驱动行走装置,旋转装置,工作机构等辅助装置,液压挖掘机的结构和工作条件决定其运动更为复杂。随着液压系统的传输,机械能转化为液压能,然后机械能转化为能量转换。工作单元液压系统采用开放式液压系统。开放式液压系统是指液压泵通过各种类型的控制阀沿着路线从储罐向致动器泵送压力。回油通过换向阀流回油箱,封闭系统直接连接到执行机构的回油口15 I。为了满足挖掘机工作装置的要求和挖掘机的直行需要,液压油泵和执行机构之间的关闭周期,双泵双回路变量液压系统常用于中小型液压挖掘机。1.6.5行走装置作为整个液压液压挖掘机的结构支撑,行走装置承担整个机器的所有部件的重量和挖掘机工作装置上的挖掘作业阻力的转换形式(拖拽阻力或扭矩作用) 。 允许挖掘机在工作台上稳定工作。当挖掘机需要在工作现场或长距离移动时,行走装置是整个机器的移动平台,具有路面和非道路车辆的大部分特征。液压挖掘机行驶装置结构一般为履带式结构和轮胎式结构,还有其他形式,例如步行式,浮动式和水陆用途,链轮,履带,行走装置,张紧器,行走架和推土机。在下面的章节中将重点讨论履带装置设计参数和典型条件下的受力分析和计算。2.6.6电气与电子控制系统液压挖掘机电子电气系统主要包括电源电路,柴油机电路控制,数字仪表,操作电气控制系统,车载电器配件等组成。挖掘机电气控制系统集成了机电液控信息控制技术,使挖掘机的智能超控水平和整机性能大大提高。现机电液一体化综合控制技术在世代挖掘机的开发和应用主要体现在以下几个方面:1)通过互联网技术实现不在场监视并且能处理各种突发情况。2)发动机的电子节气门控制通过主控制器MC(主控制器)实现。柴油机智能控制,液压泵功率匹配和功率模式,运行模式,自动怠速等此外,发动机采用高压共轨喷油系统。现在用挖掘机进行通讯和监控。3)融合GSM / CDMA技术,互联网技术和GPS技术的远程智能控制和通信技术该技术实现了挖掘机的远程通讯和运行监控和调整。43第二章、履带行走装置的整体设计2.1行走装置的选型履带式行走装置是应用最广泛的液压挖掘机。履带行走装置的主要优点是:双速行走电机是目前液压挖掘机最为广泛使用的电机,另外除特殊用途各式各样的底盘也趋于相同。由于挖掘机一般在山区和丘陵等艰苦环境工作并且发生故障时维修不易,因此,履带式挖掘机已经逐渐成为最为广泛使用的挖掘机类型。图 3-1履带行走装置结构图1驱动轮;2、4刚性悬架;3托链轮;5支重轮;6张紧装置;7导向轮;8履带。2.2履带式行走装置的各部分的功用及结构布置履带式行走装置的功能是支撑整个机体和机器的质量。其主要作用是获取机械行驶所需要的牵引力,并且缓和行走过程中产生的各种冲击与振动。履带式行走装置的结构主要为:履带、缓冲装置、托链轮、支重轮、驱动轮等等,是两个结构完全相同的部件,他们分别安装在挖掘机的两侧。2.2.1驱动轮驱动轮的最基本要求就是在销套受到磨损时不能出现跳齿现象,必须保证啮合平稳。履带挖掘机等工程机械大多为后轮驱动,这样可以使行驶更加平稳,减少一定的功率损耗,也可以缩短履带张紧段。驱动轮高度hk和直径尺寸Dk与其离地间隙和离去角也有密切关系。 图3-2 驱动轮的典型结构2.2.2支重轮支重轮的主要作用是支撑整个挖掘机,通常由各式各样的螺钉固定在轮架方面。同时,支重轮可以保证机械沿着履带方向正常型式,不得出现脱轨等严重情形。支重轮由于常常受到巨大载荷,防止各种冲击应当适当调节履带的节距来保证挖掘机平稳运行和正常工作。 一般的履带式挖掘机每侧都会有数个支重轮,增加支重轮数量会引起直径减少,但能够使接地压强更加均匀,减小履痕。 1 2 3 4 5657 8 9 图3-3支重轮的典型结构及其组成1螺塞;2端盖;3轴;4轴套;5浮动油封;6浮动油封环;7O形圈;8销2.2.3导向轮导向轮可以增加与地面的接触,减小压强,使得履带正常运转,方向盘的大部分轮子是肩环在中间用作导向,通常由光滑面制成的。导向轮中间挡肩环两侧坡度应该渐渐变小。虽然导向轮直径越大越可以减小冲击,但由于履带结构空间有限,一般选择适中的即可,如比驱动轮低20-50mm。使轨道的上部可以根据其重量向前推移。如果希望挖掘机的转向能力得到加强,则应当减小导向轮与支重轮间的距离。为了保证履带运行的平稳,导向轮与支重轮间的距离应当是履带节距的三倍以上。导向轮的结构如图所示: 图3-4 导向轮的典型结构及其组成1轮体;2浮动油封;3浮动油封环;4螺栓;5垫圈;6销;7连接板;8密封圈;9滑轨;10轴套;11螺塞2.2.4张紧装置缓冲装置的主要功能是保持轨道在一定程度上的密封性。保证履带张进并且能够正常工作。同时,当障碍物或轨道卡在引导轮之前的硬物体如石头上时,可以允许履带过紧,避免损坏挖掘机,回到正常路面后导向轮恢复到原来的位置。张紧装置的典型结构及其组成如图2-5所示: 图3-5 张紧装置的典型结构及其组成1张紧油缸;2弹簧;3限位套4支承座;5螺母;6螺钉;7组合垫圈;8加油工具2.2.5拖链轮托链轮能够减小履带下垂,因为他可以将履带上部托起。桶轮凸缘的上平面高度与ht1和0.5Dt的总和等于或大于驱动轮0.5的圆周半径,防止绿带下垂,容易断开连接。托链轮的位置尺寸lt20.4L,。托链轮的结构及其组成如图2-6所示: 图3-6 托链轮的典型结构及其组成1端盖;2螺塞;3螺钉;4垫片;5轴套;6轮体;7浮动油封;8浮动油封环;9端盖;10轴2.3履带履带是挖掘机行走装置的重要组成部分。挖掘机履带根据材料可分为钢轨和橡胶履带。钢履带是最常用的挖掘机履带,因为它相较于挖掘机橡胶履带有着耐磨性好,维护简单和经济性好等等有点,而在小型液压挖掘机中使用橡胶履带,以保护路面不受损坏。图2-1 组合式履带示意图2.3.1履带的设计由设计已知条件,斗容量,那么整机质量1.履带宽度:式中:表示整机质量,t; 表示履带长度尺寸系数,取1.4(1.25-1.5)。2. 轨距:式中:表示整机质量; 表示履带长度尺寸系数,取0.75(0.75-0.85)。 3.履带接地长度:式中:表示轨距长度系数,取1.55(1.20-1.70)。4.履带板宽:式中:表示履带平均接地比压,Pa; 表示履带板宽,m; 表示履带高度,m; 表示履带接地长度,m; 表示挖掘机整机质量,t。根据国家标准规格选用。 5.底盘总宽:6.导向轮与前段支重轮的间距:式中:间距尺寸系数,取; 标准化履带节距,本设计依照国家标准规格,取。6. 驱动轮与履带底盘后端支重轮间距:式中:间距尺寸系数,取。7. 相邻两支重轮间距:式中:支重轮间距尺寸系数,取。8. 单边支重轮数量:9. 履带两端支重轮间距:10. 底盘最小离地间隙:为了保证提高底盘,同时使挖掘机工作更加稳定,重心应尽可能降低,取。12回转转台离地高:式中:离地高度尺寸系数,取。表3-1 履带行走装置基本尺寸系数(单位:)履带长度3950轨距2100底盘最小离地间隙370履带板宽450底盘总宽2550履带接地长度3255支重轮间距308单边支重轮数量9爬坡能力2.3.2.履带板结构的选择标准化的履带板主要单、双、三筋这三种。三筋式履板强度与刚度较高,承载能力相当大,并且由于筋的特点可以使转向更加简单,因此主要用于小型矿山机械。三筋板上具有特殊的清泥孔可以保持挖掘机正常运转。当链轮通过驱动轮时,轨道齿上的泥浆可以通过齿轮齿自动去除。相邻的两个轨道板由重叠部分组成,以防止高应力被困在轨道板之间。2.4行走装置牵引力计算2.4.1 发动机功率的确定根据经验公式估算:因为柴油机功率应当完全符合机械需要的动力要求,取发动机功率为2.4.2 反铲最大挖掘力式中:表示反铲挖掘时最大挖掘力,; 反铲铲斗挖掘阻力系数,取。2.4.3 挖掘机行进最大转弯力矩:式中:履带行走装置转弯系数,取; 履带摩擦系数,不良路面取。2.4.4履带平均接地比压:式中:表示履带平均接地比压,; 表示履带板宽,; 表示履带高度,; 表示履带接地长度,; 表示挖掘机整机质量,。2.4.5土壤的变形阻力土体变形的阻力是由履带引起的土体变形引起的。土壤变形阻力计算如下:(3-8)式中:土壤变形阻力,;运行阻力比,取;挖掘机重力,。表3-2 运行比阻力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所以:2.4.6坡度阻力式中:坡度阻力,;坡度角,。2.4.7转弯阻力履带行走装置的转弯阻力相当复杂,本设计简单认为其在转弯过程的弧线可以近似看为折线运动,则其运动过程可以简化为如图所示:那么,其绕中心点的旋转力矩为:式中:履带接地比压,; 转弯摩擦系数。因此,单条履带转弯力矩:式中:挖掘机整机质量,; 接地长度,。本设计行走装置为双履带,因此转弯阻力矩为:可以由经验公式得:最大摩擦因数表3-3 履带行走装置转弯时与支撑面间最大摩擦因数取附加阻力系数,行走装置运行转弯阻力为:2.4.8履带运行的内阻力:(1) 驱动轮与履带间的啮合阻力:式中:履带行走张紧力,; 啮合效率,常取(2) 驱动轮与导向轮轴颈间的摩擦阻力:当挖掘机向前行驶且驱动轮正向旋转如图所示,在点处的摩擦阻力为:式中:; ,; ,; ,; 。当挖掘机向前行驶且驱动轮反向旋转如图所示,在点处的摩擦阻力为:通常,所以,因此挖掘机行走时一般靠后面轮子驱动。(3) 履带轴销间内摩擦阻力:履带节距为,驱动轮齿数。每块履带板转动角度为度,则每块履带板摩擦做功为:式中:履带行走所受拉力,; 内摩擦因数,取; 履带轴颈外径,。则内摩擦阻力为:因此,每条履带板及轴销间的内摩擦阻力经换算为:(4) 支重轮内部摩擦阻力为:式中:履带上总质量,; 支重轮销轴外径,; 支重轮滚动摩擦系数,; 支重轮销轴内摩擦系数,取0.1;综上所述,每条履带行进内阻力可表示为:初始时,履带行走装置内阻力可表示为:(5) 挖掘机常常在恶劣环境下工作,启动时受惯性力作用。(6) 履带运行风载阻力:式中:挖掘机所受风压,取; 挖掘机迎风面积,本设计取。综上所述,坡道阻力和转弯阻力占比较大,尤其是液压挖掘机的阻力大于履带式履带式起重机的机械阻力,且不能同时进行的。所以,在坡道上应该考虑挖掘机直道行走,而直到上应考虑转弯状况。所以,爬坡时:转弯时:式中:牵引力,;运行阻力,;坡度阻力,;风荷载阻力,;转向阻力,;惯性阻力,;内阻力,;因此,牵引力取值,则每条履带的牵引力为履带牵引效率,取。2.4.9牵引力校核为了保证挖掘机在坡道上的运行,应计算出粘附力,即牵引力必须小于轨道与地面之间的粘附力。公式:粘着系数为0.9。地面附着力,;整机重量,;坡度角,。表3-4 履带和地面间的附着系数地面情况平履带具有尖筋的履带地面情况平履带具有尖筋的履带公路土路不良野路0.30.40.40.50.30.40.60.80.80.90.60.7难以通过的断绝路结冰的坚实道路0.20.30.150.30.50.60.30.5所以:所以,满足设计要求。2.5驱动轮的设计驱动轮的主要性能是使齿轮啮合稳定。由于销套的磨损,轨道在拉伸时仍能很好地啮合。因此,驱动轮由具有更高淬透性和较高热灵敏度的材料制成。轮齿的热处理为中频淬火,回火,硬度一般为HC5558。驱动轮主要包括齿形的设计,驱动轮尺寸的确定以及强度校核。图3-2 驱动轮示意图2.5.1驱动轮的齿形设计驱动轮的齿形有凸形、直形和凹形。目前,采用两种履带式工程机械。一般来说,对驱动齿轮形状的要求如下:1、减小冲击力。2、减小齿轮磨损。3、保证挖掘机正常工作。2.5.2驱动轮主要参数的确定(1) 驱动轮节距应与履带间节距相同,履带销套直径:(2) 驱动轮常选取奇数齿数,故本设计选取(3) 驱动轮节圆直径:(4-1)式中:驱动轮节圆直径,; 履带节距,; 啮合齿数,。(4)驱动轮齿根圆直径为:(5)驱动轮齿顶圆直径为:式中:齿顶圆尺寸系数,取0.165。(7) 强度校核根据机械零部件校核公式对其强度进行验算,需要满足以下条件:式中:驱动轮轮齿宽度,取; 履带锁紧销外径,查标准得; 轮齿挤压应力需用强度,取经校核检验,符合强度要求。2.6支重轮的设计及计算支承轮的设计主要包括支承轮的尺寸确定和强度校核。2.6.1支重轮外形尺寸的选择挖掘机的重量通过支撑轮传递到地面。当工件不均匀时,往往会受到冲击,载荷轮的载荷较大。因此需要可靠的轮辋密封和耐磨性。目前,国内有两种结构,主要为直形和肩形。支撑轮体分为两部分,轴两端有密封轴圈。图3-6支重轮示意图2.6.2确定支重轮个数根据上述条件,本设计每侧履带支重轮的数量为8个,通常有以下要求:式中:为履带节距;为支重轮间距相邻两支重轮间距:因此,本设计根据国家标准选择支重轮的型号为:支重轮。2.7拖链轮的设计支撑轮用于支撑上轨道,防止轨道侧滑。如图6-1所示其结构如图6-1所示。图3-3拖链轮示意图表3-6托链轮的结构尺寸/mm安装尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸浮封表号浮封胶圈表号轴承型号ABDC7010AC9650290150508082120本设计托链轮为4个,左右各两个。2.8导向轮的整体设计导向轮的典型结构及其组成如图7-1所示:图3-4 导向轮示意图导向轮的作用是使履带能够正常绕转,而中间挡肩环具有一定的导向作用,防止履带跑偏或者脱轨。本设计选取能和171型履带相配合的导向轮,依据国家标准对应的导向轮,最大外圆直径为,中间挡肩环宽度,高度为28。轴的基本尺寸为60。2.9履带张紧装置设计张紧装置的主要功能是确保履带板的适当的力。张紧装置上的缓冲弹簧可以有效减小因冲击力引起的履带和驱动轮磨损缓冲弹簧应该能在履带上形成预紧力。如果履带在杂物卡入其中时,弹簧应该有一定的预压缩量,来保证各个零件的正常运行。因此,它的主要效果是:不能因为外界冲击力而影响齿轮系的啮合。图3-5 张紧装置示意图2.10行走架的设计行走架由底架和履带架构成,由于其是承重结构,因此需要用高强度材料制成,如16Mn。行走架一般分为如图所示两种类型。履带式起重机通常采用“开门”部分,其下部为开口,导向轮、支重轮、驱动轮均安装在履带架上。 图3-11组合式行走架 图3-12整体式行走架组合式行走架主要由于刚性差,质量大,制造较复杂等缺点在日常生活中不实用,但其有点是可以通过简单的改装便可以加宽横梁和增长履带。整体式行走架在目前的液压挖掘机被广泛采用,因为它具有结构简单,刚性强,质量小等等优势。这种结构可以通过工厂流水线生产以降低成本,支重轮的数量一般可以装填5-9个之多。1悬架悬架的主要作用是将机重传递到支重轮,进一步传送到履带,而履带和支撑轮的冲击力通过齿条传递给齿条。这种悬架可以保持驾驶室的稳定,具有一定的缓冲作用。工程机械底盘常采用以下两种:刚性与非刚性。刚性底盘用于重工业或农业中需要承载巨大冲击的机械,如:挖掘机、推土机等等。因为这些机器通常在运行期间不运行,并且它们只能在短距离的短距离内运行。半刚性悬挂在履带式推土机中得到了广泛的应用。它通过弹性元件将零件的一部分传递到支撑轮。半刚性底盘的结构主要为台车架和弹性元件。 2台车架台车架的结构应当具有相当的强度,因此一般为各种横板焊接而成的矩形框架,用于加强纵梁。挖掘机产生的巨大冲击可以由此结构削减一部分。在纵向梁的前侧和左侧上、内侧焊接有用于引导车轮支撑的导向条。弹簧箱也焊接在纵梁的上平面上,以便安装张紧弹簧。斜支撑墙焊接在平台框架的内表面上。3. 弹性平衡元件弹性平衡元件一般采用如图所示的机构,因为在半刚性悬架上的元件结构简单,可以大幅度减小冲击。固定支架3用螺钉安装在左右框架的前部。橡胶块4放置在支撑件V形槽的左右两侧。2为活动支架可以放置在3固定支座上的橡胶块。平衡梁1用钢板焊接。它是一个带有鱼腹形梁的空心梁。在活动支架的全面两端分别放置,中心梁与框架前部的横梁铰接。4机架履带式站架有两种型式:全梁式和半横梁式。机架是用后桥箱使其成为一个完全封闭的框架,它的前部大梁宽而窄,并焊接有元宝形衡量,平衡梁与销轴相铰接。第三章、液压系统3.1液压系统概述挖掘机液压系统主要有以下两种:(1)分功率变量系统。(2)全功率变量系统。定量系统的发动机功率取决于外部负载的最大值,而可变系统则基于平均外部负载。定。定量系统所需的功率与同级挖掘机工作速度相同,比变量系统的值高3040。平均功耗只能达到60左右,变量液压系统在变量调节范围内可达到100效率理论。另外,功率利用率越低,系统热量越严重,组件的故障和内部故障就越严重。因此,就节能和可靠性而言,应该使用可变系统311。就分数功率可变系统而言,全功率可变系统的功率被充分利用,系统产生的热量较少。由于两工作泵的流量是相等的,所以很容易确保左右轨道的轨道速度彼此相等以实现稳定的直线行驶运动。其次,由于工作装置的各个部件根据复合运动的要求布置在不同的电路中,所以很容易实现协调的复合运动。特别是,当一个回路的负载非常大时,由于两个泵通过相同的流量,可以实现更快的运行速度。但是,单纯依靠上述调整机制来实现各部分动作的完全协调仍存在很大困难,并且在重新循环中需要更复杂的附加调整机制。液压系统设计的步骤:1) 明确液压液压系统使用要求,进行负载特性分析。2) 设计液压系统方案。3) 计算液压系统主要参数。4) 绘制液压系统工作原理图。5) 选择液压元件。6) 验算液压系统性能。7) 液压装置结构设计。8) 绘制工作图。3.2行走装置液压马达液压马达作用是将液压能转换为实现连续回转运动机械能。液压马达可分为高速小扭矩马达(转速高于500)和低速大扭矩液压马达(转速低于500)。高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式、轴向柱塞式等,优点是转动惯量小、便于启动和制动、调节灵敏度高等,但缺点是输出转矩很小,拖动低速负载时需加设减速装置。低速液压马达通常采用径向柱塞式、叶片式、摆线式等,其特点是排量大、转速低、输出转矩大,可直接与其拖动的工作机构连接而不需要减速装置,但其体积较大。每转排出的工作液体恒定的液压马达为定量马达;可以通过变量机构实现排量调节的液压马达,称为变量马达。在不计算效率损失的情况下,液压马达的流量随其转速的增加而增大;而外部负载的大小随着液压马达工作压力的大小成正比的变化。一般液压马达可以在小于等于最大转矩或最高转速下正常工作,但不推荐同时在两者的峰值下工作。驱动轮扭矩:式中:单条履带牵引力,; 驱动轮节圆半径,。液压马达最大输出扭矩:根据挖掘机行走速度可以确定驱动链轮转速范围:式中:行驶速度,; 驱动轮节圆直径,。那么,行走马达排量:式中:回油背压,; 最大负重转矩; 液压马达工作压力。 液压马达机械效率行走马达最大流量:式中:液压马达容积效率。液压马达输出功率:式中:驱动轮节圆半径,; 履带最小行走速度; 行走机构效率,常取; 单条履带牵引力,。本设计选用的马达型号为。表4-1变量液压马达的技术参数表最大允许流量最大输出回转速度最大减速比最大使用输出扭矩最高使用压力液压马达最大行程容积液压马达轴制动扭矩3.3液压系统原理图当行走操作阀动作时,PG右侧节流后油的回油通道被关闭,油压上升,是SQ阀往下移动,此时若有其他动作时,PG左侧节流后油的回油动作被关闭,油压上升,使TS阀往左移动,这样P2泵的油通过TS阀给左右行走供油,P1泵给其他动作供油。第四章 行走装置减速器4.1 减速器方案的选择行星齿轮减速器与普通齿轮减速器相比,主要有以下有点:1) 体积小、质量轻、结构紧凑、传动功率大、承载能力高;2) 传动效率高,工作可靠;3) 传动比大;4) 运动平稳、抗冲击和振动能力强。因此,考虑到各个方面的原因,本设计选用行星齿轮减速器。4.2 传动方案的选定 行星减速器主要有以下最为经典的三种传动形式:1) 高速马达和定轴行星混合式行走减速机构2) 低速大转矩马达和一级定轴齿轮减速机构3) 斜盘式轴向柱塞马达和双行星排减速机构图4-1 轴固定行星减速器4.3 减速器传动比运动学方程为:式中:对应太阳轮转速; 对应齿轮圈转速; 对应行星架转速; 特性参数连续方程:解得:4.4 行星齿轮计算1)行星排的正确啮合与传动,需要满足以下四个配齿条件:传动比条件;同心条件;装配条件;相邻条件。2) 根据已知传动比范围,由机械设计手册查表选择如下传动比方案:排数太阳轮齿数行星轮齿数齿圈齿数行星轮数目第行星排1233783第行星排1830783 4.4.1 行星齿轮模数计算与确定由已计算的数据驱动轮的扭矩则太阳轮的输入转矩为:查表选取太阳轮和行星轮的材料为,淬火处理,加工精度为6级,查表得.内齿轮采用,调质处理,加工精度为7级,。根据公式得许用接触应力:则初步中心距为:下面由中心距估算模数得:因此,取标准模数:。1)第行星排的中心距:3) 第行星排的中心距:因此,两行星排均不需要角度变位。4.4.2 各行星齿轮几何尺寸计 第一排行星齿轮的几何尺寸1)太阳轮几何尺寸为了方便直观表达,此处省略了计算过程。项目代号计算结果/分度圆直径60齿顶高7.1齿根高4.15齿全高11.25齿顶圆直径74.2齿根圆直径51.7节圆直径60基圆直径26.38齿顶圆压力角40.542) 行星轮几何尺寸项目代号计算结果/分度圆直径165齿顶高2.9齿根高8.35齿全高11.25齿顶圆直径170.8齿根圆直径148.3节圆直径165基圆直径155齿顶圆压力角24.843) 内齿圈几何尺寸项目代号计算结果/分度圆直径390齿顶高6.12齿根高4.15齿全高10.27齿顶圆直径377.76齿根圆直径398.3节圆直径390基圆直径366.48齿顶圆压力角14 第二排行星轮的几何尺寸1)太阳轮几何尺寸项目代号计算结果/分度圆直径90齿顶高7.1齿根高4.15齿全高11.25齿顶圆直径104.2齿根圆直径81.7节圆直径90基圆直径84.57齿顶圆压力角35.752)行星轮几何尺寸项目代号计算结果/分度圆直径150齿顶高2.9齿根高8.35齿全高11.25齿顶圆直径155.8齿根圆直径133.3节圆直径150基圆直径140.95齿顶圆压力角25.223)内齿圈几何尺寸项目代号计算结果/分度圆直径390齿顶高6.12齿根高4.15齿全高10.27齿顶圆直径377.76齿根圆直径398.3节圆直径390基圆直径366.48齿顶圆压力角144.5减速器结构的设计4.4.1齿轮轴的设计计算按照扭转强度条件初步估计轴颈:式中:系数值,取(范围:); 轴传递功率,(取液压马达输出功率); 轴的转速。故考虑多方面因素,取轴颈,因此扭转切应力为式中:该轴传递扭矩; 抗扭截面系数。且,故满足要求。4.4.2轴承的选用及校核行星轮用轴承、销套和螺栓连接在行星架上,下面进行其强度校核:式中:当量动载荷,; 温度系数,取1; 计算指数,滚子轴承; 轴承转速,; 使用寿命。 ,满足设计要求,因此选用圆锥滚子轴承30206。第五章、总结本次设计参考了多方面资料,对中型液压挖掘机行走装置进行了设计。履带型行走装置相比于轮式行走装置有着众多的优点,本文主要进行了四代一轮和工作载荷的设计,完成了行走装置。虽然设计的过程比较繁琐,而且刚开始还有些不知所措,但是在同学们的共同努力下,再加上老师的悉心指导,我终于顺利地完成了这次设计任务。本次设计巩固和深化了课堂理论教学的内容,锻炼和培养了我综合运用所学过的知识和理论的能力,是我独立分析、解决问题的能力得到了强化。通过本次设计我学到了很多东西,不但包括一些设计的方法,更重要的是,我学会了如何独立思考,解决问题。在设计中,会不断地遇到问题,这是就要我们去想办法解决,让我们去查资料,查手册。在这次毕业设计中,我学会的一个解决问题的重要方法就是查设计手册。参考文献1李建功 机械设计M.4版.北京:机械工业出版社,2007.52机械工程手册(拖拉机)和(汽车),机械工业出版社,1978年。3同济大学、西安冶金建筑学院、哈尔滨建筑工程学院主编工程机械底盘制造与设计,北京:中国建筑工业出版社4同济大学主编.单斗液压挖掘机 ,北京:中国建筑工业出版社5原思聪 主编.机械工程CAD技术,陕西科学技术出版社,20046阎季常 浅议小型挖掘机液压件的发展J.森林工程,2001.17(1):42437刘鸿文 主编.材料力学.第三版,北京:高等教育出版社.2003.098曹善华等 编著.液压挖掘机,同济大学出版社5 实用机械机构图册主编 重庆大学出版社,20016成大先主编. 机械设计手册(第四版).北京:化学工业出版社,20027刘鸿文主编.材料力学(第三版).北京:高等教育出版社,2003.098刘惟信 编著.机械优化设计清华大学出版社 9曹善华等 编著.液压挖掘机同济大学出版社10同济大学主编.单斗液压挖掘机(第二版).中国建筑工业出版社,1986.1211同济大学主编.铲土运输机械(第二版).中国建筑工业出版社,1987.0712中国机械工程学会、中国机械设计大点编委会主编中国机械设计大典.南昌:江西科学技术出版社2002.113王锡殿 谈筑路小型液压挖掘机的发展J. 森林工程,2001,17(1):424314阎季常 浅议小型挖掘机液压件的发展J.工程机械,2006,37(11):485015Automobile engineers reference book, 1956,16 “bevel & Hypoid Gear Design Handbook Gleason” 1972.17Planetary Gear Jrain Analyses The mechenisms conference and interns-tional symposium on gearing and transmissions 1972.致 谢人生哪有那么多四年,同学的鼓励、老师的教导、领导的栽培让我大学生活即将完美结束。在此,我要特别感谢金老师对我的指导,从选题立意到修改完善金老师对我的帮助特别大。金老师学识渊博,为人严谨,是我今后学习与生活中最好的榜样。感谢父母、朋友的关心鼓励让我完成此次设计。感谢栽培我的延边大学,愿她永远年轻。杨朝阳2018年5月
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