液压挖掘机行走机构设计

昆明理工大学成人高等教育毕业设计（论文）题目：液压挖掘机行走机构设计姓 名：专 业：年级:2010级扌旨导教师：函 授 站:昆明工业职业技术学院目 录前言2-摘要2-第一章绪论-3 -1.1液压挖掘机在现代化建设中的作用31。2液压挖掘机的基本类型41 o 3本设计的目的和意义5第二章总体方案设52o1履带式液压挖掘机的组成5-2.2设计依据62.3总体设计原则72.4传动方式的比较与选择7第三章主要参数确-10-3.1总体几何尺寸的设计103o2驱动轮主要参数的确定及强度校核133o3功率计及挖掘力参数计算与确定143o4行走装置的牵引力计算163o5液压马达主要参数计算确定18第四章 张紧装置设计要求与计算 21-21-4o1张紧弹簧的设计21第五章 四轮一带及其他部件 22-22-5.1四轮一带选型225.2悬架选型与制动器选型26第六章 设计工作总结 28- 27 -致谢29参考文献29液压挖掘机行走机构设计【摘要】随着人类社会的不断进步，科学技术的高速发展，工程机械在各行各业中得到 了很好的运用 . 然而，在不同的环境下，对挖掘机等工程机械的大小、性能的要求有所 不同, 各种性能参数决定其工作环境。工程机械在国民生产中有着很重要的位置，它在 很大程度上取代了原始的、落后的生产工具，它在现今中国和全世界的飞速发展的今天 功不可没。然而 , 在不同的环境下，对挖掘机等工程机械的大小、性能的要求有所不同， 各种性能参数决定其工作环境。 而挖掘机的行走装置是整个机械的支撑部分 , 它承受机 械的自重及工作装置挖掘时的反力，使挖掘机稳定的支撑在地面工作，也是挖掘机在工 作 场地自由移位的装置 . 行走装 置设计的好坏会影响挖掘机的机动性、 爬坡能力、越野性能、接地比压以及挖掘机的稳定性等。【关键词】履带式 ,液压挖掘机 ,行走机构，张紧装置。、八前言改革开放以来，我国的科学技术、信息技术迅猛发展，各行各业都发生了翻天覆地 的变化,工程机械行业同样得到了相应的快速发展 . 各行各业都在奋力拼搏、大胆创新 , 使得工程机械品种不断增加、产量不断提高、性能不断完善 , 发展势头强劲。液压挖掘机是工程机械的一个重要品种， 是一种广泛用于建筑、 铁路、公路、水利、 采矿等建设工程的土方机械。它的发展与应用反映了一个国家施工机械化的水平。液压挖掘机由发动机、液压系统、回转机构、工作装置、底盘五部分组成。发动机 的作用是提供动力；液压系统功能是把发动机机械能以油液为介质，利用油泵转变为液 压能传送给油缸、马达等 , 再传动各个执行机构，实现各种运动；回转机构是实现转台 的回转；工作装置的作用是进行作业；底盘的作用是承重、传力并保证满足对车速、牵 引力和行驶方向的要求。底盘是组成整体的主要部分，行走机构的性能优劣直接影响整 机的使用性能、经济性能，因此着力研究液压挖掘机的底盘具有十分重要的意义 .第一章 绪论1.1. 液压挖掘机在现代化建设中的作用液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。 它的工作过程是以铲斗的切 割刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开 始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械 .液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露 天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用， 是各种土石方施工中不可缺少的一种重 要机械设备 .在建筑工程中，可用来挖掘基坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工 作装置后 , 可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。在水利中 , 可用来开挖水库、运 河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等 . 在铁路、公路建 设中, 用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟。在石油、电力、通信业 的基础建设及市政建设中 , 用来挖掘电缆沟和管道沟等。在露天采矿场上，可用来剥离 表土、采掘矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。在军事工程中，可用来 筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。所以,液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提 高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建 筑施工部门统计，一台容量为1。om的液压挖掘机挖掘iw级土壤时。每班生产率大 约相当于300 400和工人一天的工作量.因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生 产率和加速国民经济的发展具有重要意义。1.2. 液压挖掘机的基本类型液压挖掘机的种类繁多，可以从不同角度对其来写进行划分。(1) 根据液压挖掘机主要机构传动来写划分根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压(或 称半液压)传动两种。如图1.1和图1.2所示为某小型和中型液压挖掘机。若挖掘、回 转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动，则称为全液压挖掘机。若液压挖掘机中 的某一个机构采用机械传动则称其为非液压挖掘机。一般来说，这种区别主要表现在行 走机构上，对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动，只有行走机构有的为液压传动，有的为机械传动。图1。1小型全液压挖掘机图1。2中型全液压挖掘机(2) 根据行走机构的类型划分根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式。履带式液压挖掘机应用最广，在任何路面行走均有良好的通过性，对土壤有足够的 附着力,接地比压小 ,作业时不需设支腿，适用范围较大 .在土质松软或沼泽地带作业的 液压挖掘机，还可以通过加宽和履带来降低接地比压。为防止对路面的碾压破坏。有些 液压挖掘机还采用了橡胶履带。通常，履带行走的液压挖掘机多为全液压传动。轮胎式液压挖掘机具有行走速度快，机动性好 , 可在多种路面上行走的特点。近年 来，轮胎式挖掘机的生产量日益增长 .1.3. 本设计的目的和意义 液压挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、农田水力、油田矿山、市政工程、机场 港口等部门土石方施工中，占有重要位置。并反映了这些部门施工机械化水平. 该课题结合机械设计专业的教学内容和国内外液压挖掘机的应用与发展。 对履带式液压挖掘机 底盘作较深入的分析研究。根据设计依据及要求 , 完成挖掘机行走机构总体及减速器设 计，进一步掌握挖掘机的设计方法和步骤 . 通过毕业设计，使我们进一步巩固、加深对 所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化；培养我们独立思 考、独立工作和综合运用已学知识分析与解决实际问题的能力，尤其注重培养我们独立 获取新知识的能力； 培养我们在方案设计、 设计计算、 工程绘图、文字表达、文献查阅、 计算机应用及工具书使用等方面的基本工作实践能力； 使我们树立具有符合国情和生产 实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、勇于 创新、善于与他人合作的工作作风 .第二章 总体方案设计2.1. 履带式液压挖掘机的组成 液压挖掘机主要由发动机、 液压系统、工作装置、 行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包 括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等，如图 2.1 。图2。1单斗反铲液压挖掘机1-柴油机；2-机罩；3油泵;4-多路阀；5-邮箱；6回转减速器；7-回转马达；8- 回转接头；9驾驶室；10-动臂;11 动臂油缸;12-操纵台;13 边齿；14斗齿；15- 铲斗;16-斗杆油缸；17-斗杆;18 铲斗油缸;19-平衡重；20-转台；21-行走减速器；22 行走马达；23-拖链轮;24-履带；I -工作室；U -上部转台；川一行走机构2.2. 设计依据2.2.1. 履带式行走装置的主要特点(1) 牵引力大(通常每条履带的牵引力达机重的35-40 %)，接地比小(一般为4 15N/cmf),转弯半径小，机动灵活；(2) 采用液压传动，能实现无极调速；(3) 每条履带各自有驱动的液压马达及减速装置。2.2.2. 设计参数(1) 机重18t(2) 标准斗容量0。7吊(3) 最大行走速度3-5Km/h80-100KW(4) 发动机功率(5) 爬坡能力不低于402.3. 总体设计原则进行液压挖掘机的底盘总体设计时应该遵循以下原则：(1) 满足使用要求、满足经济性的要求、满足劳动保护的要求、满足工艺性要求、满 足机器的结构性能要求、某些零件、部件满足耐磨性要求；(2) 在不增高行走装置总高度的前提下应使行走装置具有较大的离地间隙 , 使挖掘机在 不平地面上行走具有良好的通过性能，力求增强机器对各种运行条件和作业要求 的适应性；(3) 要降低挖掘机的接地比压或具有较大的支承面积 , 以提高挖掘机的稳定性。挖掘机 在斜坡下行时不发生超速溜坡现象 , 挖掘时不发生下滑，提高工作时的安全可靠 性；(4 )挖掘机的行走装置外型尺寸应符合道路运输要求，外形美观 ;(5 )各个部件或总成的性能应相互协调、匹配，力求整体性能的一致和最优化，不可盲目追求某个局部的最佳性能，否则，可能造成整体性能恶化 , 或产生薄弱坏节 ;(6) 正确地处理继承与创新的辩证关系，采用成熟技术 ,通过深入的理论分析 , 进行必要 的科学实验 , 勇于创新。2.4. 传动方式的比较与选择动力装置至驱动轮之间所有传动部件的总称为传动系统。 传动系统的功用是把动力 装置输出的功率传递给驱动轮，并改变动力装置的输出特性，以满足对自行式工程机械 车速和牵引力的要求。目前, 工程机械的传动系统有以下三种类型：机械传动、液力机械传动、液压传动 每种传动方式各有其特点、用途和适用的范围。2.4.1. 机械传动所谓机械传动是指传动系统中采用刚性零部件传递动力的方式 . 它是通过齿轮、齿 条、带、链等机件传递动力和进行控制。工程机械中使用机械传动系统由来已久。机械 传动具有结构简单、制造容易、工作可靠、重量轻、操作简单、维护方便、价格低廉、 传动效率高、可以利用传动系统运动零件的惯性进行作业等优点 , 同时，湿式离合器的 普遍采用及发动机特性的改善(提高适应性系数)在某种程度上改进了机械传动的某些缺点，因此，采用机械传动的工程机械仍然占有相当的比例。但近年来在一些作业或行 驶时阻力变化很大的机械中，日益广泛地采用了液力机械传动或者其他传动方式。2.4.2. 液力机械传动 在上述机械传动系统中串联或并联加入液力变矩器（或液力偶合器）后 , 使发动机 输出的动力通过液力变矩器（或液力偶合器）及机械传动部件传到驱动轮，这个系统称 为液力机械传动系统。它具有的 主要优点是 :（1 ）使工程机械具有自动适应载荷变化的特性；（2） 简化了机械的操纵；（3）提高了机械的使用寿命；（4）提高了机械的起步性能和通过性能；（5）提高了机械的舒适性；（6 ）简化了维修工作 . 这种传动方式能使机器随作业阻力的变化，自动调整牵引力和速度，显著改善牵引性能，提高了发动机功率，改善发动机的工况，提高作业效率，并能防止发动机过载 , 操纵也较为方便，所以在工程机械中应用较为广泛 . 同时液力机械传动也存在一些的缺 点：传动效率低，一般变矩器的最高效率只能达到 0 。82-0 。92，在行驶阻力变化小而 连续作业时，由于效率低而增加了燃油消耗量。液力机械传动系统需要设置供油系统 , 其液力元件加工精度要求高、价格贵，工作油容易泄漏，这使其结构复杂化，同时增加 了运行成本。但因为液力机械传动的优点突出， 所以目前在工程机械中有着广泛的应用。轮式机械广泛采用了液力机械传动。但在近年新型挖掘机中应用较少。2.4.3. 液压传动 采用发动机驱动随机的油泵站，再由液压马达驱动行走机构。该传动方式取消了主 离合器、变速箱、后桥等传动部件 , 使工作装置的操纵和整机驱动方式统一，可减轻机 重、结构紧凑、总体布置简单，原地转向性能好 , 可实现牵引力和速度的无极调整 , 大大 提高了牵引性能。与其它传动方式相比 , 液压传动具有其独特的优越性。液压传动的主要优点：（1） 体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的 10%-20%。因此惯性力较 小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击 ;（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1： 2000（一般为 1:100 ）； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下 , 可以较方便地实现工作机构旋转和直 线往复运动的转换；（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑, 磨损小，使用长 ;（6）操纵控制简便，自动化程度高；（7）容易实现过载保护；（8 ）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计制造和使用。经过以上分析比较， 随着液压技术的不断发展完善 , 液压传动的应用日益广泛 . 鉴于 本机械产品的实际要求， 在充分考虑其实现可行性和经济性的基础上本产品设计中采用 液压传动系统。2.5. 行走方式的比较与选择挖掘机根据不同的行走系可分为轮胎式、履带式等。相对履带式而言，轮胎式行走 装置在挖掘机中用得不多，但已成为工程机械的发展趋势之一。主要优点是：具有运行 速度高，运行性能好，机动性能好，利于减轻机器重量 , 工作点转移方便、迅速、作业 辅助工作时间段、生产效率高及本身效率高等优点。但轮胎式挖掘机对路面要求高，由 于履带式挖掘机的附着力大，能达到轮胎式的 1。5倍，通过性好，接地比压小，适宜在 松软地段和湿地作业， 抗磨损性能好，可在碎石地段、 地形起伏较大的恶劣条件下作业 , 爬地能力强，宜在山区作业。履带式行走系比之轮胎式有以下特点 :（1） 履带式挖掘机的驱动轮只卷绕履带而不在地面滚动， 机器全重经支重轮压在多片履 带板上，全部重量都是附着重量（这相当于全轮驱动的轮式机器 ） ，加上履带支承 面上同时抓地的履齿较轮式机器同时抓地的胎面花纹多得多 , 所以履带式机器的 牵引附着性能要好得多。（2）与同马力的轮胎式机器相比，由于履带支承面大，接地比压小（一般小于O.IMPa）,所 以在松软土壤上的下陷深度小 , 因而滚动阻力小，有利于发挥较大的牵引力。（ 3） 履带销子 , 销套等运动副使用中要磨损，要有张紧装置调节履带张紧度，它兼起一定的缓冲作用。导向轮既是张紧装置的一个组成部分 , 也是引导履带正确卷绕。但 不能偏转，不能引导机器转向。（4）履带式行走系重量大， 运动惯性大，缓冲减振作用小 . 结构中最好有某些弹性元件。（5）履带式行走系结构复杂，金属消耗多，磨损严重，维修量大，运行速度受限制。履带式行走装置是液压挖掘机用得最多的一种装置。履带行走装置的主要优点：具 有较大的牵引力和较低的接地比压（40 150KPa ;稳定性好；具有良好的越野性和爬 坡能力（坡度达 50100%）；转弯半径小、机动灵活。但履带式行走装置的运行速度 较低，一般在0.5 6km/h的范围内。现代中小型液压挖掘机多采用双速行走马达,行走速 度可在0-3.5Km/h和0 5。5Km/h之间切换。目前，液压挖掘机的履带行走装置，除特 殊用途外，均由专用底盘向通用底盘发展，不同厂家的底盘结构形式有趋同化的趋势。综上比较，考虑到挖掘机一般在野外作业，工作载荷变化大 , 作业环境恶劣 , 技术保 养条件差；而履带式行走装置又是液压挖掘机用得最多的一种装置。因此本设计采用了 履带式行走装置。经过上述总体方案的选型设计，最终确定行走装置的动力路线为：柴油机液压泵 -控制阀液压马达制动器减速器驱动轮 -履带第三章 主要参数确定3.1 总体几何尺寸的设计在本次设计中按照标注选定法、 理论分析计算法等方法得出的参数值不可能都是完 全切合的。通常在设计开始时一些参数还不能利用以上方法完全确定 , 因此在本设计中 有的参数采用了经验公式法进行计算。（1）履带带长 L 1L1 = K A G1/ 3（ 3.1）=1.38 （18 109） 1/ 3=3620mm式中：K a为尺寸系数（1。25 1.5），本设计取 Ka =1.38;G为整机重量，本设计G=18t （本设计除特殊说明外，G含义相同）.考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大10%;故Li取为4084mm.2）驱动轮与导向轮轴向中心距 l1l1= K i G1/ 3=1.1*（18*109）1/33。2）=2880mm式中：Ki为尺寸系数（1。0 1.2）。考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大10%;故11取为 3200mm。3）轨距 BB= K B G1/ 3(3.3)=0。 8* (18*109) 1/3=2100mm式中：K B为尺寸系数（0。75 0.85）.考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大（4）履带高度 H10%;故 B 取为 2400mm.H= KT G1/ 33.4)=0。 32*(18109) 1/3=840mm式中： KT 为尺寸系数（ 0.3 0。 35）。为了整体的整体布局，考虑将其扩大 1 7%左右,计算得 H=980mm。（ 5）履带板宽 b由经验数据得：b的值可在600800mm间取值，根据中华人民共和国国家标准-液压挖掘机履带GB10677 89规格系列查取b =600mm.（ 6）底盘总宽 CC =B +b=2400+6003。 5)=3000mm7)履带接地长度 L 接L接=li + 0。35D= l1 + 0.35( L1 l1 )3.6)=3200+0.35 （4084-3200）=3510mm式中：D为驱动轮直径，约为Li li.（8）后端支重轮到驱动轮间距 C3C3 = K Ci lt（3.7）=2.5 i7i =428mm式中：K ci为尺寸系数（2.42.6）;It为履带节距，根据中华人民共和国国家标准一液压挖掘机履带GB10677-89规格系列查取 lt=i7imm。（ 9）前端支重轮到导向轮间距 CiCi = K C 2 lt（3。8）=2.4 i7i =4i0mm式中： K C 2 为尺寸系数（ 2.4 3）。（ i0） 两端支重轮间距 lolo = li- Ci C3（3.9）=3200-4i0428=2360mm（11）转台离地高hii/ 3hi = Ko G 3（ 3。10）=i048mm式中： K 0为尺寸系数 （0.37 0。 42）。 为了整体的整体布局，考虑将其扩大 3%左右，计算得 hi=i080mm。（12）相邻两支重轮间距 titi =（i 2） lt（3。 ii）=i。 9i7i =325mm机体主要线性尺寸如下表:表3。1机体主要线性尺寸项目履带长度L1轨距B轮距I1履带总高H转台底部离地咼h1悬架底离地高h2履带板宽b结果40842400320098010804956003.2驱动轮主要参数的确定及强度校核驱动轮是将传动系统的动力传至履带，以产生使车辆运动的驱动力。因此，要求驱 动轮与履带的啮合性能要良好，即在各种不同行驶条件和履带不同磨损程度下啮合应平 稳，进入和退出啮合要顺利，不发生冲击、干涉和脱落履带的现象，其次要耐磨且便于更 换磨损元件。(1) 主要参数的确定A、 节距：驱动轮节距应与履带节距相等，It 171 mm.B、齿数：增加驱动轮齿数乙能使履带速度均匀性改善，摩擦损失减少，但会导致驱动 轮直径增大,引起机重和整机高度的增加。驱动轮齿数一般为奇数，使得啮合过程中每个 齿都能和节销啮合.其齿数通常取2327,本设计中取Z =23。C、驱动轮直径的确定3.1。1驱动轮的节圆半径rk按下式计算：rk= It 衣 /(/ sin360°*Zk)(3。12)=171/(/sin360°* 12)=331mm式中：Zk为驱动链轮的名义齿数，为实际齿数的一半,则Zk=123。1.2驱动轮的齿顶圆半径re按下式计算：re 0。165 0。170 lt Z k(3.13)0.168 171 12=345mm3。1.3 齿根圆半径 r1 按下式计算：r1 rk ri=331-26.93.14)=304mm式中：为履带节销半径，根据中华人民共和国国家标准 -液压挖掘机履带GB106789规格系列查取，1=26。9mm3.1。4齿根圆弧偏心距e按下式计算：e =0.07（lt 2 ri）（3。 15）=0。 07 （171 2 26。 9）=8。 2mm（关于驱动轮的细部结构件附录其零件图 ） （2）强度的校核 按机械零部件的计算方法验算轮齿的齿面接触强度。足：j 184（G/bd）1/2j= 1 84（1 8 1 03/（70*58 . 3 ） 1/2=402。 27 jPa式中：b 驱动轮齿宽度,b 70 mm ；驱动轮轮齿齿面挤压应力应满（3.16）d -履带销套外径，查对应履带型号得 d 58。 3 m m ;j 许用用挤压应力； 条件满足，符合强度要求。3.3 功率计及挖掘力参数计算与确定（1）发动机功率 N ，根据经验公式估算500 1000MPa。N 17。 7 92.7Q17.2 92.7 0。 73。 17）82.09Kw式中：Q为斗容量0。7m3。取发动机功率为 90千考虑到柴油机的功率必须充分满足主机工作过程的动力要求， 瓦，在设计允许范围内 .(2) 液压功率P,根据经验公式估算：P= (0。75 0。88) N(3.18)=0.75 90=67。 5Kw式中：N为发动机功率。( 3)挖掘力参数 Pf 的计算Pf = K f G2/3( 3。 19)=1。 65182/3=11。 33t式中： Pf 为最大反铲挖掘力；K f 为挖掘潜力系数( 1。 5 1。 8)。( 4)最大转弯力矩 MwMw Kw G4/3( 3.20)=0.30.6*184/3=8。49吨米式中：Kw为转弯系数(取0。3); 为摩擦系数(不良路面取 0。 6)。( 5)平均接地比压 PcPc K pc3 G(3.21)= 0。 25 180.655 Kg/ cm2式中：Kpc为接地比系数(取为0。21 0.28)。3.4 行走装置的牵引力计算牵引力计算是液压挖掘机行走装置设计计算的主要内容之一。 由于液压挖掘机的发 动机和油泵的主要参数及其它一些总体参数主要根据挖掘工况确定,因此,对行走装置来说实际上是在已定的功率条件下验算挖掘机的行走速度、爬坡能力和转弯能力。 牵引力计算原则是行走装置的牵引力应该大于总阻力 , 而牵引力又不应超过机械与 地面的附着力。履带式挖掘机的行走装置运行时所发出的牵引力必需能克服下列阻力： 履带的内阻 力；土壤变形等的运行阻力；坡度阻力和转弯阻力等 .牵引平衡方程为 :T= M x/R+ W（3。22）式中： M x 为驱动轮的扭矩；R 为驱动轮节圆半径；T 为履带牵引力 ;W 为运行时各阻力之和。本设计采用在目前大多数履带式液压挖掘机的行走牵引力T的经验公式计算：T （0。70 0.85）G（ 3.23）= 0.8 18= 14。 4t下面分别对各阻力作计算 .（1）土壤的变形阻力 土壤对履带行走装置在运行时的阻力是由于履带使土壤挤压变形而引起的。土壤形阻力计算如下：W1 = 1 G（3.24）=0。 12 18=2。16t式中： W1 为土壤的变形阻力 ;1 为运行比阻力，考虑到挖掘机工作环境较为恶劣，所以取地面种类为深砂类。1值取为0.100.15.（2）坡度阻力 坡度阻力是由于机器在斜坡上因自重的分力所引起的。设坡角度为 ，则坡度阻力W2 为：W2 G sin(3。25)=18 sin 360=10。58t式中 :W2 为坡度阻力； 为坡度角度，取为 360 .(3) 转弯阻力 履带式运行装置在转弯时所受到的阻力较为复杂，其中包括履带与地面的摩擦阻 力，履带板侧面剪切土壤的阻力以及履带板突肋挤压土壤的阻力等等。这些阻力要全部 进行详细计算是比较困难的， 但因第一项阻力最大 ,也是最主要的， 所以重点研究履带板 在转弯时与地面的摩擦力矩。对于挖掘机来说，由于转弯时机器空载，而且工作装置是悬起的。因此履带上的比 压基本上可以看作是均匀分布的。计算如下：W30.35 0。39 G(3.26)= 0。 36 0。 55 18=3.564t式中:W 3为转弯阻力； 为履带与地面摩擦系数，取值为( 0.5 0.6) 。( 4)履带运行的内阻力 履带运行时由于履带销轴间的摩擦以及支重轮、 导向轮和驱动轮等滚动阻力和轴颈 摩擦阻力形成履带运行的内阻力。粗算如下：W4(0.05 0。 07)G(3.27)= 0.06 18=1.08t式中：W4为履带运行的内阻力.(5)不稳定运行时的惯性阻力 W5W5 0.01 0。 02 G(3.28)= 0。01 18=0.18t忽略风载阻力，则转弯行走阻力 Wz为：W z Wi W3 W4 W5（ 3.29）=2。16+3.564+1.08+0。18=6.984t坡道运行阻力W p为：W p Wi W2 W4 W5（ 3.30）=2.16+10。58+1。08+0.18=14t因为WpWz，则取总阻力为W W p 14吨.（6）牵引力的校核牵引力T=14.4t，因为T W，所以牵引力满足要求，贝U牵引力为14.4t，每 条履带的牵引力:T1 =T/2=14.4/2=7.2t.附着力 T f : T f G cos（3。31）=14。68t式中：为履带和地面间的附着系数，取为0。9;为坡度角.所以T f T，由此得 W T T f，满足牵引力计算原则，符合设计要求.3.5液压马达主要参数计算确定（1）液压马达输出功率PmPm Vmin/R（3。32）=7.2 3/ （0.9*0。331）=72。51Kw式中：T为单条履带行走牵引力7.2t;Vmin为履带最小行走速度，取3km/h;为行走传动机构的效率，取0。80.9 ;R为驱动轮节圆半径。（2）液压马达最高输出转速 nm 为了计算液压马达的最高输出转速，下面先计算出驱动轮的最高转速nq：nq=1000V/（60 2 rk）（3。33）= 1000 *5/（60*2*3 。 14*0.331）=40.09r / min式中： V 为最大行驶速度，按要求取为 5km/h.于是液压马达的最高转速为 :nm nq i（3.34）= 40。 09 38.998=1563。 43r / min 式中：i为总传动比,按给定值取为38.998。（3）液压马达的输出力矩 MmMm= Mk/（/I）（3.35）式中： Mk 为驱动轮扭矩；为行走传动机构的效率，取 0。 8 0.9 。驱动轮扭矩 M k 为：M k T1 rk（3。 36）7.2 9。 8 103 0。 331=23355.36 N。 m式中： rk 为驱动轮节圆半径，单位 mm;T1为单条履带的行走牵引力，单位吨；为传动系统的效率（取0。850。9）;i 为总传动比 ,按给定值取为 38.998。将上述已知值做入 （3.53）计算得：Mm=23355。 36/（0.85*38。 998）=704。 57N。 m取整值 M m 705N。 m（ 4 ）马达理论排量 q3。 37)q= M m/(pm/m)式中： pm 马达有效工作压力；m -马达机械效率，本次设计中采用柱塞式马达 ,其效率 m 取值为（ 090。 95）。马达有效工作压力Pm可由下式确定：pm= ph p（3。38）式中： Ph -为回油背压，取值范围为 0。5 1MPa ;p j 为压力损失，参考同类型液压挖掘经验数据取值 34MPa ;pb-为液压泵的出口压力,15吨以上的中型机械普遍采用中高压压力:25MPa pb 32MPa，本次设计中取 pb= 25MPa。计算得:pm=254-1=20 MPa将已知数据代入式 （3。 55）：q=705/（200.9）=39。 17ml/r 所以每分钟排量 q1 计算如下：q1=q nm（3.39）= 39。 17 1563.43= 61。 23L/min第四章 缓冲张紧装置设计要求与计算缓冲张紧装置设计要求应包括以下几个方面：(1 )缓冲弹簧应有必要的预紧力，防止车辆正常行驶时因履带跳动而使张紧装置后移。 (2)缓冲弹簧应有必要的弹性行程，防止行走机构遇障而张紧零件过载。(3) 张紧装置要有一定的调节行程，方便因履带过松时取下一块履带板后，张紧装置仍 然可以调节履带板的松紧度。(4) 当张紧轮和缓冲弹簧之间装变杠杆比机构时 , 张紧轮上的附加载荷不能增加过大。4.1 张紧弹簧的设计 履带张紧装置缓冲弹簧的作用是：保证适当的履带张紧力；当导向轮受到前方的冲 击载荷时，缓冲弹簧回缩以吸收振动防止履带和驱动轮损坏。因此在对张紧装置缓冲弹 簧进行设计时，必须考虑到两个重要问题是弹簧的预载和缓冲量。( 1)履带的张紧度 hh =(0.03 0。06) L(4.1)= 0。 045 3200=144mm式中：L为张紧轮与驱动轮间距。( 2)静态张紧力 TETE =(0.25 0。 30) G(4.2)=0.3*18=5.4t( 3)缓冲装置的预紧力 PH 1 和最大弹性行程时的张力 PH2张紧装置最小工作载荷Fi为：F1 = TE =5.4t张紧装置最大工作载荷F2为:F2 = （0。6 0。9） G（4。3）=0.6 18=10。8t张紧装置极限工作载荷F3为：F3 =（ 1。2 2） G（ 4。4）=1。 2 18=21.6t取最大行程时的张力Ph 2 =F2 =10。8t,取预紧力Ph 1 = F 1 =5。4t。第五章四轮一带及其他部件选型5.1四轮一带选型履带与其所绕过的驱动轮、导向轮、支重轮及拖链轮组成“四轮一带”，是履带式行走装置的重要零部件，它直接关系到挖掘机的工作性能和行走性能 .这部分的重量相 当大，约占整机的1/4，制造成本高，约占整机的1/4.因此，合理设计“四轮一带”具 有重要的意义.履带的选取履带将挖掘机的重力及工作和行走时的载荷传给地面。其形状和构造必须考虑到机械的稳定性和适应于各种工况的工作，行走时，还要保证发出足够的牵引力。履带的结 构有整体式和组合式两种。（1）整体式履带整体式履带是在履带板上带啮合齿，直接与驱动轮啮合，履带板本身成为支重轮等 轮子的滚动轨道。履带板用销轴连接，销子浮置于销孔中并有0。5 1 o 5mr的空隙， 这种履带一般在大型挖掘机上应用较多.这种履带的优点是制造方便，拆装容易.缺点是 泥沙等污物易进入销孔中，使零件磨损加快，影响使用寿命。（2）组合式履带组合式履带由轨链节、履带板、销子和衬套等组成（图5.1 ）。轨链节和履带板用螺栓连接.履带销子和衬套的配合为0。150.45mm过盈紧配合，装配时要在40t以 上的压床上进行。为了装拆方便，可将其中的一节制成较松的配合.组合式履带的优点是：销子和衬套的密封较好，泥沙等污物不容易进入，由于销子和衬套的硬度要求较高，连接处较耐磨，因而使用寿命也较高；履带节距小，绕转性好， 不会因履带板损坏、衬套开裂或连接螺栓剪断而中止行走。此外，组合式履带零部件通 用化程度高，易损件容易购置，所以维修、更换方便，制造成本低。缺点是连接螺栓易折断，拆装比较困难。目前液压挖掘机广泛采用组合式履带。因此，本设计中也采用组合式履带，根据用 途确定结构型式为三筋式。根据中华人民共和国国家标准一液压挖掘机履带GB1067 89选取规格系列为LD171的履带，其名义节距为171mm履带板宽600mm经 计算选取履带板节数为50节.选取结果：履带 LD171 600-50图 5.1 组合式履带5.1.2 驱动轮设计 发动机的动力通过驱动轮传给履带， 因此对驱动轮的要求应是与履带啮合正确传动 平稳，并且当履带因销套磨损而伸长后仍能很好啮合。驱动轮设计在第三章 3。2作了详细计算说明 .5.1.3 导向轮的选型 导向轮用于引导履带正确绕转 , 可以防止跑偏或越轨。大部分液压挖掘机的导向轮 同时起到支重轮的作用，这样可增加履带对地面的接触面积，减小比压。导向轮采用油塞灌油润滑，材料通常用 40、45号钢或35M铸钢，热处理采用表面淬 火，淬硬层深度为46mm硬度硬达HRC5& 55,张紧轮轴可选用50Mn 40Cr等材料, 表面淬火，淬硬层2mm 硬度HRC>55许用弯曲应力 u =220300MPa10。为了使导向轮发挥作用和延长使用寿命， 制造时规定轮缘工作表面对配合孔的跳动 不得超过3mm安装时应正确对中。根据中华人民共和国机械工业部标准一履带式推土机引导轮JB3262-83选取与171型履带相配的导向轮。经选择，导向轮体的型号为 :171 节距导向轮体 550*160mm JB 3262(2)83.其最大 外圆直径为D1=606mn导向轮的中间挡肩环宽度为bi=80mm高度为28mm张紧轮轴的基 本尺寸为 60mm。5.1.4 支重轮选型 支重轮将挖掘机的重量传给履带，并在履带上滚动，它还用来夹持履带，不使履带 横向滑脱, 并在挖掘机转向时迫使履带在地面上滑移 .支重轮工作环境十分恶劣 , 常在泥 水、沙土中工作，承受强烈的冲击 .因此, 要求支重轮应保持良好的润滑状态，减少磨擦 件的磨损, 提高使用寿命，保证密封装置的密封效果。支重轮的布置原则： 支重轮在导向轮和驱动轮之间的布置应有利于增大履带接地长 度, 因此最前一个支重轮应尽量靠近导向轮 , 最后一个支重轮应尽量靠近驱动轮。 为了不 和它们的运动发生干涉， 支重轮的位置应保证当导向轮在缓冲弹簧到达最大变形时相互 不发生干涉 , 后支重轮轮缘外径与驱动轮齿顶圆之间应该保留一定的间隙，以保证当悬架弹簧最大变形时不发生干涉，此间隙一般不小于20mm各支重轮间距均布从这些条件出发，本设计每条履带布置了 8个支重轮。支重轮间距t i和履带节距一般应满足：It < ti <2 lt（5。 1）所以取支重轮间距ti :ti=1.9lt（ 5。2）=1。9* 171=324.9mm取t1 =325mm,满足要求。本设计采用直轴式支重轮，采用浮动油封，双金属套滑动轴承.支重轮体材料一般为35Mn或50Mn,加工后热处理采用滚动面火焰淬火或整体加热喷水淬火，硬度HRC48 57.根据中华人民共和国国家标准一液压挖掘机支重轮GB10679-89选择支重轮的型号和规格系列为：支重轮 WZ171 296。95.其机构如图5。2图5.2支重轮拖链轮选型拖链轮的作用是托住履带上方区域，减少上方履带的跳动和下垂量，并防止履带从 侧向滑脱。拖链轮轴固定在台车架纵梁上，受力较小，构造简单，一般为悬臂结构。本 机每边布置了两个拖链轮。拖链轮的位置应有利于履带脱离驱动链轮的啮合 , 并平稳而顺利地滑过拖链轮和保 持履带的张紧状态。当采用两个拖链轮时，两拖链轮之间的距离通常约取0。 4倍轮距，两轮分别到驱动轮和导向轮的距离大致相同。其轮缘上平面高度ht、拖链轮外径Dt和驱动轮节圆直径B应满足关系式：ht +0。 5 Dt 0。 5 Dk（5.3）拖链轮的材料可以采用灰铸铁或ZG50Mn铸造。拖链轮表面淬火，淬层深度不小于4mm硬度HRC 53。拖链轮轴采用50Mn钢，调质硬度为HB25&285。根据中国人民共和国国家标准液压挖掘机拖链 GB1067889, 选择拖链轮的型 号和规格系列为 :拖链轮 WT171.150。 42 GB-10679.5.2 悬架选型与制动器选型5.2.1 悬架选型在工程机械中 , 连接机体与行走机构的元件称为悬架。悬架的功用是把机体的重量 传递给行走机构，并缓和地面传给机体的冲击，保证工程机械的行驶平顺性 . 悬架型式 有刚性悬架、半刚性悬架和弹性悬架三种：（1）采用刚性悬架的机械，机体与行走机构之间只有平衡梁，没有弹性元件，机 体与行走机构之间为刚性连接 ,机体重量和地面冲击经过刚性悬架互相传递 . 刚性悬架 的结构简单，适合行走速度低的车辆。（2）采用半刚性悬架的机械为机体后部与行走机构刚性连接，机体前部与行走机 构弹性连接，机体重量通过前部的弹性连接和后部的刚性连接传递给行走机构，大部分 履带式挖掘机采用半刚性悬架。（ 3）采用弹性悬架的机械 , 机体与行走机构之间完全借助于弹性元件连接，机体重 量全部通过弹性元件传递给行走机构。弹性悬架的减振、缓和路面冲击的能力强 .由于履带式液压挖掘机的行走速度较低，通常低于10km/h。故本设计采用刚性悬 架.5.2.2 制动器选型制动器用于工程机械行驶时降速或停车，用于下坡运行时控制车速，不使车速越来 越快，以及用于坡道停车或车场停车。工程机械运行和作业的安全性，取决于转向系和制动系的工作情况。良好的转向系 和制动系可以提高履带式挖掘机的运行速度和生产率。制动器的型式诸多，本设计采用摩擦式多片制动器.现在“四轮一带"及其他部件选 型设计结果列下表：表5.1 “四轮一带”及其他部件选型设计结果名称规格与类型履带履带 LD 171600 50GB 10677驱动轮自行设计导向轮171节距导向轮体550 160mmJB 3262（2） 83支重轮GB-10679拖链轮WT171 150.42GB-10679悬架刚性悬架制动器摩擦式多片制动器第六章设计工作总结本设计是基于市场产品180型液压挖掘机的主要部件的研发、设计过程。通过参观 了解产品特性，对液压挖掘机的行走机构进行了设计、研究，是一次理论与实践相结合 的探索、学习通过此次设计总结如下：本设计采用常用的设计理论和方法对行走机构及张紧装置进行了设计计算和论述。 设计主要采用经验公式法得出设计所需的主要参数，然后利用理论或经验公式进行校核验证.本设计的主要工作成果如下：（1）以液压挖掘机的工作特点为例分析了其在工程机械中的地位和其在国家现代 化建设中的作用.并阐述了国外同行业的发展现状和液压挖掘机的发展趋势以及开展本 科课题研究的重要意义。(2) 从总体方案设计入手，系统分析比较了几种工作装置、传动方式的优缺点， 并对回转机构、行走方式及动力装置进行了初步阐述和选择。(3) 通过主要参数计算 , 确定了液压挖掘机在作业过程中所需的动力，得出了与工 况相适应的主要设计参数。(4 )根据张紧装置的设计要求对张紧装置进行了选型设计，围绕弹簧的预载荷缓冲 量两个重要问题进行了详细设计和校核。(5) 对液压挖掘机的主要零部件如 :对“四轮一带 "进行了选型设计。积极采用了现 代液压挖掘机中使用的成熟的先进技术。努力使设计符合“系列化、标准化、通用化” 的要求.参考文献1 张光裕,等。工程机械底盘设计M。北京：机械工业出版社，19852 全液压挖掘机设计说明书及备件图册 四川长江挖掘机有限责任公司 ， 20043唐经世.工程机械M .北京：中国铁道出版社,19964孔德文，赵克利，徐宁生 , 等液压挖掘机 M. 北京: 化学工业出版社， 20075 采掘机械 宁恩渐主编冶金工业出版社 2008 106成大先，王德夫，姬奎生，等.机械设计图册第2卷M。第一版，北京：化学 工业出版社， 2000致谢弹指一挥间 , 大学三年已经接近了尾声。三年的艰苦跋涉，两个月的精心准备，毕 业设计终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负，但设计过程中常常出现的辗转反 侧和力不从心之感却挥之不去。毕业设计的过程并不轻松：各种压力的时时袭扰，工作 的压力、知识积累的欠缺，让我明白什么是“书到用时方恨少” 。在这里我首先要感谢我的指导老师杜宝林老师，能够顺利完成毕业设计，离不开他 的悉心指导 ,他对我的设计从确定题目、修改直到完成，给予了我许多的指点和帮助 . 感 谢他在繁忙的工作之余，挤出时间对设计提出精辟的修改意见 . 在此，向杜老师致以最 诚挚的谢意 !其次，感谢台下在坐的所有老师，是你们，传授给我的知识、如何做人做事，才有 了今天的我。感谢那些在我成长道路上关心过、帮助过的人，再次对所有关心、帮助我 的人说一声“谢谢 " 。