液压挖掘机行走装置设计【含17张CAD图纸、说明书】

本科毕业论文（设计） 题 目： 液压挖掘机行走装置的设计学 生： 黄华星系 别： 机械设计制造以及自动化工程系班 级： 学 号： 指导老师： 起止日期： 年 6 月 I题 目：液压挖掘机行走装置设计专业名称：机械制造及其自动化班 级：姓 名：学 号：指导老师：日 期：液压挖掘机行走装置设计II液压挖掘机行走装置设计摘要：当今随着科技的不断进步与发展，各行各业都面临着技术的革新，同时也面临着来自多方面的挑战。而随着社会的发展进步，工程机械在各行各业中起到了举足轻重的地位。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。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。本设计的主要内容为：SY135C-8 型液压挖掘机底盘总体方案设计；绘制装配草图和总装配图；行走装置牵引力的计算；行走装置传动方案的选择和传动比的设计计算；一些主要零部件的强度校核；张紧装置、行走架和四轮一带的选型设计；绘制零、部件图和总装配图，编写设计计算说明书。本设计的主要特点是：本方案设计中提出多种方案，从理论上、实际经验上、可靠性、可实现性、综合性能等进行方案比较，从而选择最佳方案。技术设计中应考虑总体配置合理、安全；选材、加工方法和技术条件可行；制图正确、标注齐全符合国家标准。充分注意整机各子系统之间的相关性，力求整机性能的一致性和最优化性。关键字：液压挖掘机、行走装置、底盘。IIIThe design of Hydraulic Excavator Walking Device as technology continues to progress and development all walks of life are faced with technology innovation, is also facing challenges from a wide range液压挖掘机行走装置设计IV 目录目录摘要 I1 绪论 .1V1.1 挖掘机行走装置的组成 .11.2 国内外挖掘机行走装置的研究现状 .21.2.1 行走装置的国外研究现状 21.2.2 行走装置的国内研究现状 31.3 液压挖掘机的分类与优缺点及适用范圈 41.4 课题研究的主要内容 .4本设计所要完成的主要任务 41.6 课题研究的目的和意义 52 挖掘机行走装置的总体方案设计 .62.1 履带式液压挖掘机的组成 .6挖掘机行走装置设计的依据 6履带式行走装置的主要特点 .6设计的主要参数 .7挖掘机行走装置总体设计原则 .7挖掘机行走装置总体设计的方法 .8挖掘机行走装置的动力装置的比较与选型 .8行走装置传动方式的确定 .9机械式 10液力机械式 .10全液压式（静液压式和液压机械式） .11电力式 11行走装置行走方式的确定 .12液压挖掘机行走装置的设计原则 12液压挖掘机行走装置的介绍与比较 .133 挖掘机行走装置的详细设计 .163.1 行走装置的总体几何尺寸设计 163.2 行走装置驱动轮的设计 18主要参数的确定 .18强度校核 19行走装置轮边减速器的设计 .20液压挖掘机行走装置设计VI行星齿轮的传动特点 .20行星减速器传动方案的选定 .213.3.3 减速器传动比的分配原则 223.3.4 行星减速器齿轮的配齿 22行走装置功率及挖掘力的设计 233.4.1 发动机功率 23液压功率 .23挖掘力参数 Pf 的计算 24最大转弯力矩的计算 24平均接地比压的计算 243.5 行走装置的牵引力计算 .243.5.1 履带运行阻力计算 253.5.2 牵引力的校核： 353.6 行走装置液压马达的选型 .353.7 行走装置张紧机构的设计 .37液压挖掘机张紧装置的结构及工作原理 .37履带式底盘对张紧装置的设计要求 38张紧弹簧的设计 .38弹簧强度的校核 .43张紧油缸主要尺寸的设计 44行走装置四轮一带等零件的选型 .45履带的选型 45支重轮的选型 45托链轮的选型： 463.9.4 导向轮的选型 473.9.5 驱动轮的设计 .473.9.6 行走架 473.9.7 推土装置 484 设计总结 .49参考文献 .51VII液压挖掘机行走装置设计VIII11 绪论1.1 挖掘机行走装置的组成履带式行走装置如图 所示由 四轮一带 （即引导轮 、支重轮 、托链轮 、驱动轮 、 履带 ） ，张紧装置 ，行走机构 ，行走架 ，推土装置 （选用）组成。图 履带式行走装置挖掘机行走运行时，驱动轮在驱动力矩的作用下产生一个拉力，企图把履带从支重轮下拉出， 由于支重轮下的履带与地面间有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使整机克服阻力向前移动使驱动轮卷动履带，导向轮再把履带铺设到地面上，从而使挖掘机沿着履带轨道向前持续运行。挖掘机转向时，由安装在两条履带上、分别由液压泵供油的行走马达通过对油路的控制，很方便地实现转向或就地转弯，以适应挖掘机在各种地面、场地上运动。下面介绍主要组成部分的功能和结构特点：支重轮：挖掘机的重力通过支重轮传给履带，在挖掘和行走时还经常受到冲击，所以支重轮所承受的载荷很大，支重轮的工况恶劣，密封性要求可靠；支重轮的布置设计需考虑履带链轨的节距，以免引起下车共振现象。托链轮：用于托起上部履带，防止其过度下垂。在托链轮的布置设计时，需考虑履带脱离驱动轮的离去角和滑向引导伦的引入角，以减小履带运行过程时的内阻。托链轮的结构与支重轮类似，所以在有些挖掘机上用支重轮来替代。履带：履带是将挖掘机的重力及工作和行走时的载荷传给地面。挖掘机履带按材质可以分为钢履带与 橡胶履带；钢履带耐磨性好，维修方便，经济性好因而运用普及；橡胶履带是为了保护路面不受损伤一般运用在小型液压挖掘机上。钢履带由履带板、链轨节、履带销轴和销套等组成；常用履带板分为单筋、双筋和三筋三种， 单筋履带板液压挖掘机行走装置设计2筋较高，易插入地面产生较大的牵引力，主要用于推土机上；双筋履带板筋稍矮易于转向，且履带板刚度较好，三筋履带板由于筋多，使履带板的强度和刚度都得以提高，承重能力大， 所以在挖掘机上广泛应用，三筋履带板上有四个联接孔，中间有清泥孔，当链轨绕过驱动轮时可借助轮齿清除链轨节上的淤泥；相邻两履带板制成搭接部分，防止履带板之间夹进石块而产生过高的张力。导向轮：导向轮用于引导履带正确运转，可以防止跑偏和越轨，大部分液压挖掘机的导向轮同时起到了支重轮的作用，这样可增加履带对地面的接触面积，减小比压。导向轮的轮面大多制成光面，中间有挡肩环作导向用，两侧的环面则能支撑轨链起支重轮的作用。导向轮的中间挡肩环应有足够的高度，两侧边的斜度要小，导向轮与最靠近的支重轮距离愈小则导向性能愈好。驱动轮：用来将行走机构的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求是啮合平稳，并在履带因销套磨损而伸长时，仍能很好啮合，不得有“跳齿”现象。履带行走装置的驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履带张紧段的长度，减少功率损失，又可提高履带的使用寿命。1.2 国内外挖掘机行走装置的研究现状1.2.1 行走装置的国外研究现状近些年来，随着微电子技术，计算机技术，制约技术通信技术等新技术的日益渗透到液压挖掘机技术中，智能化的进一步运用，使得动力系统内部一些制约元件能够随着挖掘机具体工作情况而改变，从而提高工作效率，使操纵变得更容易。世界各工业发达国家的液压挖掘机技术得以迅速提高，像国外的这些厂家如日本的小松、日立、神钢、住友等，美国的卡特，韩国的大宇、现代，尤其是德国的挖掘机，技术都已经很先进了。而今，挖掘机技术更是朝着智能、环保的方向进展，像 Carnegie Mellon 大学的自主装载系统、澳大利亚机器人中心、英国兰卡斯特大学的智能挖掘机等都在开始新兴技术的融合进展，上世纪 80 年代初, 美国 KraftTeleRobtics 公司和 John Deere 公司等都相继成功开发出遥控挖掘机，日本小松制作所以 PC200- 2 型液压挖掘机为基本机型进行遥控挖掘机研制 【1】 。如今，随着市政设施及公路养护压力的增加，工程机械行业主机面临着向更小发展的趋势，可靠耐用的小型工程机械将成为市场追逐的热点之一。 因此，与其相配套的基础零部件也需要向体积更小效率更高以及寿命更长发展。同时，各类吨位工程机械造3型外观的升级也对基础件的空间占用设计提出了更高的要求 【2】 。所以挖掘机逐渐的向节约空间的紧凑型方向发展，本设计将对行走装置向这方面进一步改善。据统计，2011 年 11 月份，主要合资生产企业斗山、小松、日立分别实现销售1513、2000 和 1451 台，同比增长 6.9%、38.4%和 34%；市场份额 10.5%、13.9%和 10.1%，同比下降 5.7、2.6 和 2.3 个百分点。11 月份，民族挖掘机品牌三一、山河智能、柳工和厦工销量 2105、391、475 和 205台，同比分别增长 297.2%、98.5%、70.9%和 105%；市场份额 14.7%、2.7%、3.3%和 1.4%，同比分别上升 8.6、0.5、0.1 和 0.3 个百分点；其中三一单月份额首次跃居行业第一，这也是三一历史上单月份额最高的一个月。前 11 个月累计，斗山、小松、日立份额分别下降 2.24、0.95 和 1.37 个百分点；三一、厦工和柳工分别提升 1.81、0.46 和 0.12个百分点 【3】 。面对国内挖掘机的发展前景，我们应看准时机打出自己的品牌，抢占市场，从而提高国际知名度。1.2.2 行走装置的国内研究现状从国内挖掘机的市场和企业的发展状况，我们不难看出国内挖掘机的行走装置发展存在着几个问题 【4】 ：结构单一，没有自己的品牌；配套系统不健全，产品自主开发能力不足；很多企业一哄而上，没有优化资源，将企业做大形成强有力的竞争力。同时，国产挖掘机规格主要集中在 30t 以下，6t 以下的规格比较齐全，以 1.5t-30t 基本形成系列，200t 以上基本空白，因此我国挖掘机还处于“进展期” 。我国挖掘机企业在研发系统和试验系统建设方面雏形难见，产品的开发基本上处于仿造阶段，电控技术只有山东众友等少数公司自己开发，大多数企业都在选购。节能减排，降噪安全部件精细作业的工作装置、不同功能的附属装置等方面的研发个别企业才刚刚起步，大多数企业没有能力涉及。目前我国挖掘机的质量问题主要体现在：结构件、电控、发动机、液压件等核心部件，以及诸如轴销、司机室、四轮一带等其他部件。国内挖掘机厂家诸如广西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龙工集团等，正在崛起的江西南特、桂林华力、湖南九五重工、南昌华工、大连黑猫、合肥振宇等。但是，小型液压挖掘机发展迅速，因为其兼具有中型挖掘机的多项功能，又具有运输、能耗、灵活性、适应性等方面优势。而且价格低、重量轻保养维修方面等优点得到液压挖掘机行走装置设计4广泛的应用 【5】 。故此在本设计主要针对小型挖掘机，同时对其中涉及的零部件进行规划性的设计，以方便实现流水线生产。1.3 液压挖掘机的分类与优缺点及适用范圈按行走方式分类轮胎式：液压挖挖掘机它可以分为标准汽车底盆、特种汽车底盘、轮式拖拉机底盘和专用轮胎底盘式。轮胎式液压挖掘机主要用于城市建筑等部门。履带运行和支撑装置：这种装置可分为刚性多支点和刚性少支点、挠性多支点和挠性少支点四种。斗容量大于 的挖掘机多用履带行走装，履带式挖掘机主要用于露天开采和矿场开矿。迈步式运行装置：这种装置又可分为偏心轮式、绞式、滑块式和液力式。迈步式又称步行式 挖掘机主要用在松软土壤和沼泽地等接地比较小的工作场所的剥离作业。有些大型采砂场也使用这种迈步式挖掘机。1.4 课题研究的主要内容）了解挖掘机的组成，以及挖掘机各种行走装置的优缺点。）熟悉行走装置的设计流程。）根据工作要求正确选用行走装置的设计方案。）根据相关的基本参数，进行挖掘机行走装置的设计。）绘制行走装置的装配图及零件图。）整理资料，撰写论文。本设计所要完成的主要任务）行走机构的总体结构方案设计，绘制草图和总装配图；）液压马达的选型设计及减速器传动比设计；）行走装置的选型及设计；）张紧装置的选型及设计；）履带链环的选型及设计；5）支重轮、托链轮、履带的选型；）所有零、部件设计计算、绘制零、部件图。1.6 课题研究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传动设计，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。液压挖掘机行走装置设计62 挖掘机行走装置的总体方案设计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。液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。其相应的布置如图 。图 挖掘机的基本组成7挖掘机行走装置设计的依据履带式行走装置的主要特点机器 的全部重量经支重轮压在履带的接地段上，附着重量等于整机重量。这相当于全轮驱动的轮式机械。履带与地面之间的附着力由履带与地面之间的摩擦力和切入土壤的履齿所受的土壤剪切变形抗力构成，故附着性能较好；与同功率的轮式机械相比，由于履带支承面积大，接地压力较小（一般小于）所以对于泥泞、藻泽和松软路面的通过性较好；履带式行走机构总量大，运动惯性大，内部构件运动冲击大，因而运行速度受限制，一般用于低速场合；结构复杂，机构内部的活动关节多，且磨损严重，维修工作量大，保养调整不便；牵引力大（通常每条履带的牵引力达机重的 ） ，转弯半径小，机动灵活；采用液压传动，能实现无极调速；每条履带各自有驱动的液压马达及减速装置。设计的主要参数工作质量：标准铲斗容量：额定功率：行走速度（高 低）：液压挖掘机行走装置设计8回转速度：爬坡能力：挖掘机行走装置总体设计原则在设计新机械或对现有机械进行改造设计时，设计人员应遵循的基本原则：满足使用要求、满足经济性的要求、满足劳动保护的要求、满足工艺性的要求、满足机器的结构性能要求、满足某些零部件的耐磨性的要求、满足其他特殊要求。这些要求应贯穿于机械设计的各个阶段；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性和最优化，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，或产生薄弱环节（即 瓶颈 现象） ；整机、部件选型及处理某些问题时，应综合考虑技术上的先进性与经济上的合理性，实现的可行性与可靠性；正确分析所设计的机器在同类机器系列中所处的地位，应为发展系列产品打下基础，留有余地；由于工程机械的工况多变，受载情况复杂，应科学地处理小概率的极端工况下的受力分析及相关技术问题；正确地处理继承与创新的辩证关系，应以采用成熟技术、成熟可靠地机电零部件进行精心设计和科学的综合为主，也应通过深入的理论分析，进行必要的科学实验。挖掘机行走装置总体设计的方法由于总体设计所涉及的技术问题十分复杂，综合运用多科学的理论知识开展设计是基本的方法。又因工程机械的理论和方法并不完善，经常遇到难以从理论上解决的问题。9所以在此下列所述的方法解决：采用国内外技术成熟的同类机械的性能参数，取得参考值；对现有国内外同类机器的某种性能参数进行统计分析，找出规律或综合成经验公式来处理问题；进行一定的模拟试验，以试验结果作为设计依据；采用相似原理的方法，根据现有的同类机器的主要参数，按一定比例关系放大或缩小来初步确定相对应得参数。挖掘机行走装置的动力装置的比较与选型考虑到挖掘机所需的动力较大，环境与经济方面的问题，普通的的电力发动机和逐渐退出舞台的蒸汽机已经无法满足挖掘机的动力需求。所以这里考虑的主要是燃油机，其所产生的动力与经济效益，已经逐渐成为中、大型机械的主导动力源。而当今燃油机的主要产品有两大类为：汽油机和柴油机。这里主要对这两种燃油机进行比较分析，从而选出适合挖掘机的发动机。柴油发动机的优点有：热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞作功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。汽油机汽车具有转速高（轿车用汽油机转速可高达 转 分，货车用汽油机达 转 分左右）质量轻、工作时噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在中、小型货车及军用越野车上得到广泛应用。其不足之处是燃油消耗较高，因而燃油经济性较差。柴油机车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机车低 左右，所以燃油经济性较好。一般货车大都采用柴油机。柴油机的弱点是转速较汽油机低（一般最高转速在 转 分左右） 、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵液压挖掘机行走装置设计10和喷油器加工精度要求高） 。但目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服，它的应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外柴油轿车也有很快的发展，其最高转速可达 转分。通常，柴油发动机与汽油发动机相比热效率高 ，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机的推广使用具有重大意义。柴油发动机与汽油发动机相比具有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应比汽油低 ，一氧化碳与碳氢排放也低，在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于汽油机。柴油机的不足之处是有害颗粒物排放大。近年来，柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油发动机的排放已达到欧 、欧 排放标准。在欧洲，柴油车比较普及，随着环保与节能可持续发展的严格要求，柴油机将成为主导的产品。普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而随着电控柴油机的共轨喷射式系统的产生与应用，较好解决了这个问题。所以从挖掘机作业环境与工作要求，同时考虑到经济与环境保护的方向出发，选择柴油机作为挖掘机的动力源是最佳的选择。行走装置传动方式的确定传动系是动力装置和行走机构之间的动力传动和操纵、控制机构组成的系统。它将动力装置输出的功率传给驱动轮，并改变动力装置的功率输出特性以满足工程机械作业行驶要求。传动系根据动力传动形式分为机械式、液力机械式、全液压式和电传动式等四种传动系统类型。机械式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。下面介绍轮胎式与履带式行走的机械式主要传动路线，同时比较机械式传动的优缺点。11轮式：发动机 主离合器 变速箱 传动轴 主传动器、差速器 轮边减速器；履带式：发动机 主离合器 变速箱 传动器（中央传动） 终传动装置；优点：结构简单，工作可靠，价廉，传动效率高， 可利用惯性作业等。缺点： 当外阻力变化剧烈时易熄火；换档时动力中断时间长；机械循环作业时频繁换档劳动强度大；传动系零部件受到的冲击载荷大；机械变速箱档位较多，结构复杂。液力机械式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。液力机械传动分两种情况，一种是在车辆以低速行驶时，发动机发出的功率，一部分通过液力元件 液力变矩器，另一部分通过机械变速箱，经汇流行星排汇流后输给主动轮，亦称功率分流式传动；另一种是在车辆高速行驶时利用闭锁离合器将变矩器闭锁，使功率仅从机械部件传递。液力机械传动的研究对象是如何最大限度地把液力传动和机械传动的优点结合成一个有机的整体。下面介绍轮胎式与履带式行走的液力机械式主要传动路线，同时比较液力机械式传动的优缺点。轮式：发动机 变矩器（动力换档） 变速箱 传动轴 主传动器、差速器 轮边减速器；履带式：发动机 变矩器（动力换档） 变速箱 中央传动 终传动装置；优点： 变速箱档位少，动力换档轻，简化结构；发动机功率利用好，防熄火，换档次数少，劳动强度低；传动系振动小，机械零部件寿命长；机械可实现零起步，起步平稳。缺点：（与机械传动系比较）成本相对较高，传动效率较低。适用范围：中、大型施工机械（推土机、装载机、铲运机） ，高级轿车，重型汽车等。液力机械式传动系统与机械式传动系统相比有何优点？（ ）能自动适应外阻力的液压挖掘机行走装置设计12变化，使机械能在一定范围内无级地变更其输出轴转矩与转速，当阻力增加时，则自动降低转速，增加转矩，从而提高机械的平均速度与生产率；（ ）因液力传动的工作介质是液体，所以能吸收并消除来自内燃机及外部的冲击和振动，从而提高了机械的寿命；（ ）因液力装置自身具有无级调速的特点，故变速器的档位数可以减少，并且因采用动力换档变速器，减小了驾驶员的劳动强度，简化了机械的操纵全液压式（静液压式和液压机械式）液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。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。下面介绍静液压式与液压机械式行走的全液压式主要传动路线，同时比较全液压式传动的优缺点。静液压式：发动机 液压泵 液压马达 轮边减速器；液压机械式：发动机 液压泵 液压马达 减速箱 轮边减速器；优点： 无级变速，速度变化范围大，可实现微动；系统元件少，布置方便，维护和操作简单；液压系统本身可实现制动。缺点：液压元件加工精度和密封要求高，国产件的寿命 短，使用维护要求高。电力式电力传动是利用电力设备并调节电参数来传递动力和进行控制。采用发电机驱动发电机发电，通过电力驱动电动机，进而驱动行走机构与工作机构。工程机械中最常见的电力传动系统是 电动轮 的形式，其基本原理是有发动机带动直流发电机，然后用发电机输出的电能驱动装在车轮中的直流电动机，车轮和直流电动机（包括减速装置）装成一体称为 电动轮 。下面介绍电力式的主要传动路线，同时比较电力式传动的优缺点。组成：内燃机 发电机 电动机 减速装置 驱动轮优点： 动力装置与车轮间无刚性联系，易总体布置和维修；无级变速，功率利用好；13电动轮通用性好，易组合成多种驱动形式；可采用电制动，制动器寿命长，系统易实现自动化，操作方便。缺点：价高，耗有色金属量大，自重大。适用于大型、重型作业机械。表 几种传动方式的主要传动特性比较比较方式功能与重量比转矩与转动惯量比响应速度 可控性 负载刚度 调速范围机械式 小 小 低 差 中等 小电力式 小 小 中等 中等 差 中等全液压式 大 大 高 好 好 好从上述的介绍与比较不难看出，对本课题所研究的挖掘机类型选择液压式传动方式是最合理的。而随着液压技术的不断发展和创新，液压方面的一些缺点已逐渐改善。它的一些独特的优点一直受工程机械的喜爱。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。所以，在本设计的传动方式选用液压式。行走装置行走方式的确定液压挖掘机行走装置的设计原则因为行走装置兼有液压挖掘机的支撑和运行两大功能，因此液压挖掘机行走装置应尽量满足以下要求：）应有较大的驱动力，使挖掘机在湿软或高低不平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。）在不增大行走装置高度的前提下使挖掘机具有较大的离地间隙，以提高其不平地面上的越野性能。）行走装置具有较大的支撑面积或较小的接地比压，以提高挖掘机的稳定性。）挖掘机在斜坡下行时不发生下滑和超速溜坡现象，以提高挖掘机的安全性。）行走装置的外形尺寸应符合道路运输的要求。液压挖掘机行走装置设计14液压挖掘机行走装置的介绍与比较液压挖掘机的行走装置，按结构可分为履带式和轮胎式两大类。履带式行走装置的特点是：驱动力大（通常每条履带的驱动力可达机重的 ） ，接地比压小（ ） ，因而越野性能及稳定性好，爬坡能力大（一般为 ，最大的可达 ） ，且转弯半径小，灵活性好。履带式行走装置在液压挖掘上使用较为普遍。 但履带式行走装置制造成本高，运行速度低，运行和转向时功率消耗大，零件磨损快，因此，挖掘机长距离运行时需借助于其他运输车辆。轮胎式行走装置与履带式的相比，优点是运行速度快、机动性好，运行时轮胎不损坏路面，因而在城市建设中很受欢迎，缺点是接地比压大，爬坡能力小，挖掘作业时需要用专门支腿支撑，以确保挖掘机的稳定性和安全性。履带式行走装置组成与工作原理 履带式行走装置由 四轮一带 （即驱动轮、导向轮、支重轮、托轮、以及履带） ，张紧装置和缓冲弹簧，行走机构，行走架等组成。挖掘机运行时，驱动轮在履带的紧边 驱动段及接地段（支撑段）产生一个拉力，企图把履带从支重轮下拉出，由于支重轮下的履带与地面间有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使驱动轮卷动履带，导向轮再把履带铺设到地面上，从而使挖掘机借支重轮沿着履带轨道向前运行。 液压传动的履带行走装置，挖掘机转向时由安装在两条履带上、分别由两台液压泵供油的行走马达（用一台油泵供油时需采用专用的控制阀来操纵）通过对油路的控制，很方便地实现转向或就地转弯，以适应挖掘机在各种地面、场地上运动。轮胎式行走装置轮胎式液压挖掘机行走装置的结构型式很多，有采用标准汽车底盘的可轮式拖拉机底盘的，但斗容量稍大、工作性能要求较高的轮胎式液压挖掘则采用专用的轮胎式底盘行走装置。）无支腿，全轮驱动，转台布置在两轴的中间，两轴轮距相同。其优点是省去了支腿，结构简单，便于在狭窄工地上作业，机动性好。缺点是挖掘机行走时转向桥负载大，转向操作费力或需要设置液压助力装置。因此这种结构型式的行走装置仅适用小型轮胎式液压挖掘机。）双支腿，全轮驱动，转台偏于固定轴（后桥）一边。其特点是：减轻了转向桥的负载，使转向操作较轻便；支腿装在固定轴一边，保证了挖掘机作业时的稳定性。这15种结构型式的行走装置多用于小型轮胎式液压挖掘机。）四支腿，单轴驱动，转台远离中心。其特点是：驱动轮的轮距较宽，而转向轮的轮距较小，转向时绕垂直轴转动；由于车轮形成三支点布置，受力较好，无需悬挂摆动装置，行驶时转向半径小，作业时四支腿支撑，稳定性好。其缺点是：在松软地面上行驶会形成三道轮辙，行驶阻力增大，而且三支点底盘的横向稳定性差。因此这种结构型式的行走装置仅适用于小型挖掘机。）四支腿，全轮驱动，转台接近固定轴（后桥）一边。其特点是：前轴摆动，由于重心偏后，因此转向时阻力小，易操作，并且通过采用大型轮胎和低压轮胎，因而对地面要求较低。这种结构型式的行走装置广泛应用于中型、大型挖掘机上。 与履带式液压挖掘机行走装置相比较，轮胎式行走装置的主要特点是：）要求地面平整、坚实，以免轮辙过深，增加挖掘机行驶阻力、转向阻力，影响挖掘机的稳定性。）轮胎式挖掘机的行走速度通常不超过 ，爬坡能力为 。）为了改善挖掘机的越野性能，宜采用全轮驱动，液压悬挂平衡摆动轴。作业时由液压支腿支撑，使前后桥卸荷并整机稳定性得以提高。综上：履带式行走系比之轮胎式有以下特点：）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；） 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） ，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；）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；）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；）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。液压挖掘机行走装置设计16所以，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。综上所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 液压马达与减速器总成 驱动轮 履带。173 挖掘机行走装置的详细设计3.1 行走装置的总体几何尺寸设计由于本设计初始设计时，一些相关的参数还无法提前确定，所以按照标注选定法、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。因此在未知参数的前提下，本设计有的参数采用了经验公式法进行计算。（1）履带带长 K：K= KA G1/3 （3.1-1）=1.40（13.5） 1/33332mm式中： KA 为尺寸系数（ 1.251.5） ，本设计取 KA=1.40；G 为整机重量，本设计 G =13.5 吨（本设计除特殊说明外， G 含相同） 。考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大 ；故 可取为。（ ）驱动轮与导向轮轴向中心距 ：L = Ki G1/3 （3.1-2）（ ） 式中 Ki 为尺寸系数 本设计取 Ki考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大 ；故 可取为。（ ）轨距 ：B= KB G1/3 (3.1-3)（ ） 式中： KB 为尺寸系数 。本设计取 KB ；考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大 ；故 可取为。液压挖掘机行走装置设计18（ ）履带高度 H0：H0= KT G1/3 (3.1-4)（ ） 式中 KT 为尺寸系数 ，本设计取 KT ；为了整体的整体布局，考虑将其扩大 左右，计算得 H0。（ ）履带板宽 ：根据中华人民共和国建筑工业行业标准 液压挖掘机履带规格系列查取 。（ ）底盘总宽 ：C=B+b (3.1-5)（ ）履带接地长度 L 接 ：L 接 =L + 0.35 Dk (3.1-6)= L + 0.35(K- L )式中： Dk为驱动轮直径，约为 。（ ）后端支重轮到驱动轮间距 C3 ：C3 = KC1lt (3.1-7)式中： KC1 为尺寸系数（ ，本设计取 ；lt 为履带节距，根据 中华人民共和国建筑工业行业标准 液压挖掘机履带 规格系列查取 lt 。（ ）前端支重轮到导向轮间距 C1：C1 = KC2 lt (3.1-8)19式中： KC2 为尺寸系数 ，本设计取 ；两端支重轮间距 lo ：lo = L - C1 - C3 (3.1-9)（ ）转台离地高 h1 ：h1 = K0 G1/3 (3.1-10)（ ） 式中： K0 为尺寸系数 ，本设计取 。为了整体的整体布局，考虑将其扩大 左右，计算得 h1。相邻两支重轮间距 t1t1 =(1 2) lt (3.1-11)=1.9171325mm现将行走机体的主要线性尺寸列于表 3.13.2 行走装置驱动轮的设计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。主要参数的确定、节距 驱动轮节距应与履带节距相等，l t。项目 履带长度K轨距 B 轮距 L 履带总高H0转台离地高h1履带板宽 b结果/mm3665 1990 2880 890 980 500液压挖掘机行走装置设计20、齿数 增加驱动轮齿数 ，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， 。为使 不致过大，又兼顾履带运动的平稳性，当 lt 取小值时则 取大值，当 lt 取大值时 取小值，所以 取 。、驱动轮直径的确定驱动轮的节圆直径 Dk按下式计算Dk= = 式中： 驱动轮与履带销销啮合次数， ；、驱动轮的齿顶圆直径 De 按下式计算De 0.165 0.170 lt Z K 、齿根圆直径 的计算公式如下D1=Dk-Di 式中： Di为履带锁紧销套的外径，根据中华人民共和国建筑工业行业标准 液压挖掘机履带 规格系列查取 Di 。、齿根圆弧偏心距 ：e =0.07（ l t -Di） （ ）强度校核按机械零部件的计算方法验算轮齿的齿面接触强度。驱动轮轮齿齿面挤压应力应满21足： j =184 j =184 j式中： 驱动轮齿宽度， ；履带销套外径，查对应履带型号得 ；j 许用用挤压应力； j 。综上可以看出：条件满足，符合强度要求。行走装置轮边减速器的设计行星齿轮的传动特点行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，他具有许多独特的优点。它的最显著的特点是：在传递动力时它可以进行功率分流：同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，具输出轴与输入轴均设置在同一轴线上。所以，行星齿轮传动已经被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于要求体积小、质量轻、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已经得到了越来越广泛的应用。行星齿轮传动的主要特点如下：（ ）体积小、质量轻，结构紧凑、承载能力大 由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心构成共轴线式的传动以及合理的运用内啮合齿轮副，因此可使其结构非常紧凑。再由于在中心轮的周围均匀的分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承载的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容积，从而有利于缩小其外形尺寸，使其体积小、质量小、结构紧凑且承载力大。一般，行星齿轮传动的外形尺寸和质量约为普通齿轮传动的 （即相同的载荷条件下）液压挖掘机行走装置设计22传动效率高 由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个均匀分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能相互平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。在传动类型选择恰当、机构布置合理的情况下，其效率可达 。（ ）传动比较大，可以实现运动的合成与分解 只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以少用几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可以保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。而且，它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂运动。运动平稳、抗冲击和震动能力较强 由于采用了数个相同的行星轮，均布的分布在中心论的周围，从而可使得行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使与啮合的齿数增多，故 行星齿轮的传动平稳，抗冲击和震动能力较强，工作较可靠。总之， ，行星齿轮具有质量小、体积小、传动比大几小效；率高 类型选型得当）等优点。因此，行星齿轮传动已经广泛应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械，轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪表等各个方面。行星齿轮传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已经