TY220履带推土机总体设计【含CAD图纸、说明书】

I摘 要随着新世纪的前进，我国在市政工程、道路交通、农田水利、能源矿上等对高性能机械产品的需求迅速增长，机遇与挑战并存，对其性能要求也越来越严格。作为工程机械的重要组成部分推土机，随着工况条件的复杂与艰难，对其工作可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求，而这些要求均与推土机传动系统有着密切的关系。本设计主要结合国内外大、中型履带式推土机的结构，分别从工作原理、性能设计方法作了分析介绍。对推土机的总体结构进行设计，以提其工作的效率以及工作的稳定性。主要对工作装置进行了分析，对推土机的作业装置设计和强度的计算，能够实现目的、满足基本要求，运用 CAD 绘制二维装配图与零件图。 通过本次课题设计，进一步加强所学的专业知识，了解和掌握机械系统设计步骤和方法。并经过 CAD 绘图和分析练习，掌握了先进的设计方法和设计理论，提高了实践能力。关键词：履带式推土机、工作装置、强度计算、作业装置2ABSTRACTWith the progress of the new century, Chinas demand for high-performance machinery products in municipal engineering, road traffic, farmland water conservancy, energy and mining is growing rapidly. Opportunities and challenges coexist, and its performance requirements are becoming more and more stringent. As an important part of construction machinery - bulldozer, with the complexity and difficulty of working conditions, higher requirements are put forward for its reliability, maintainability, safety and fuel economy, which are closely related to the transmission system of bulldozer. This design mainly combines the structure of large and medium-sized crawler bulldozers at home and abroad, and analyses and introduces the working principle and performance design method respectively. The overall structure of bulldozer is designed to improve its working efficiency and stability. This paper mainly analyses the working device, designs and calculates the strength of the working device of bulldozer, which can achieve the purpose and meet the basic requirements, and draws two-dimensional assembly drawings and parts drawings by using CAD. Through this project design, further strengthen the professional knowledge learned, understand and master the steps and methods of mechanical system design. Through the practice of CAD drawing and analysis, we have mastered the advanced design method and theory, and improved the practical ability. Key words: crawler bulldozer, working device, strength calculation, working device 3目 录摘 要 IIABSTRACT .3第 1 章 绪 论 .61.1 推土机的简介 .61.2 课题研究的目的及意义 .61.3 国内外推土机的发展状况 .71.3.1 国外推土机发展状况 71.3.2 国内推土机发展状况 81.3.3 国内的发展趋势 .91.4 研究的方法及技术路线 .101.4.1 研究方法 101.4.2 研究技术路线 11第二章 履带推土机的总体方案设计 .112.1 推土机的分类 .112.2 推土机的结构 .112.2.1 推土机的总体结构概述 112.2.2 推土机的工作装置 122.2.3 动力装置 142.2.4 传动系统 142.2.5 悬架系统 142.2.6 转向与制动系统 1542.3 推土机的工作原理 .152.4 结构选型与功率确定 .15第 4 章 推土机工作装置的结构设计 .164.1 推土铲的结构参数 .164.1.1 推土铲的宽度和高度 164.1.2 推板的设计 184.2 推土作业阻力及整车牵引力计算 .204.2.1 推土作业阻力计算 204.2.2 推土牵引力 234.3 最大外载荷的计算 .234.3.1 推土机的附着性能 234.3.2 最大附着力的计算 244.3.3 推土铲最大外载荷的计算 254.4 作业强度的计算 .254.4.1 推土铲的强度计算 254.4.2 斜撑杆强度计算 294.4.3 顶推架强度计算 304.4.4 铰销轴的计算 31第五章 推土机液压系统的分析 .325.1 液压系统压力的确定 .325.2 计算油缸尺寸 .335.3 推土机液压系统设计 .345结 论 36致 谢 36参考文献 .376第 1 章 绪 论1.1 推土机的简介推土机是工程机械的一种主要机械，按行走方式分为履带式和轮胎式两种.因为轮胎式推土机较少。本设计主要是履带式推土机的工作原理及应用。功率大于 120KW 的履带式推土机中，绝大多数采用液力-机械传动。这类推土机来源于引进日本小松制作所的 D155 型、D85 型、D65 型三种基本型推土机制造技术。国产化后，定型为 TY320 型、TY220 型、TY160 型基本型推土机。为了满足用户各种使用工作况的需求，我国推土机生产厂家在以上三个基本型推土机的基础上，拓展了产品品种，形成了三种系列的推土机。TY220型推土机系列产品，包括 TSY220 型湿地推土机、 TMY220 型沙漠推土机、TYG220 型高原推土机、TY220F 型森林伐木型推土机、TSY220H 型环卫推土机和 DG45 型吊管机等。 TY320 型和 TY160 型系列推土机也在拓展类似的系列产品。TY160 系列中还有 TSY160L 型超湿地推土机和 TBY160 型推扒机等履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。TY 系列履带式推土机是一种高效率的工程机械，具有结构先进，性能可靠，机动性强，操纵方便等优点。广泛应用于矿山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，货场，电站以及其他工业部门，进行装载，推土，铲挖，起重，牵引等多种作业。对加快工程建设速度减轻劳动强度提高工程质量降低工程成本都发挥着重要作用，因此近几年来无论在国内还是国外推土机品种和产量都得到迅速发展，成为工程机械的主导产品之一。1.2 课题研究的目的及意义近些年以来，随着我国国民经济建设的高速发展与国家“十一五”规划纲要的成功实施，能源矿山、农田水利、市政工程、道路交通等对高性能机械产7品需求和要求等迅速增长与增加，使得我国工程机械行业抓住了难得的历史机遇，顺势地不断快速发展、成长与壮大，同时也遇到了前所未有的挑战。 “十一五”期间，工程机械行业规模总量、销售收入均跃居世界首位，成为我国国民经济发展的重要支柱产业之一 1。京沪高铁总投资 2200 亿元，其中基建占到1000 亿元，工程机械采购规模大约为 209 亿元，平均每年的采购额约为 42 亿元，不言而喻高铁对工程机械的需求量是非常大的。据报道， “十二五”期间，国家投在交通运输上的资金将达 10 万亿元，高铁、城铁、地铁、高速公路等基础设施建设，将极大地带动工程机械行业进一步的发展 2。工程机械将再一次面对发展的 。机 遇作为工程机械里的重要组成部分推土机，随着国家经济的发展与工程机械行业的快速进步，国内外对其需求量与日俱增，但是所谓机遇与挑战并存，工作条件的更加复杂与艰难化，人们对其工作可靠性、可维修性、安全性和燃油经济性也就提出了更高的要求 3。另外，作为牵引式工程机械的典型代表履带推土机，较一般的推土机能够适应更多的工况，它追求的是速度与负荷之间的自适应能力、降低比油耗、提高作业生产率，充公利用发动机功率，即追求最大的作业生产率、经济性、动力性，也就是说能够使发动机功率得到充分发挥，使传动系统应有较高的效率，使整机有较好的作业生产率，而这一切的关键之一，推土机传动系统地位着举重若轻 4。1.3 国内外推土机的发展状况1.3.1 国外推土机发展状况履 带 式 推 土 机 (track-type tractor， 也 有 称 crawler dozer） 是 美 国人 Benjamin Holt 在 1904 年 研 制 成 功 的 ， 它 是 在 履 带 式 拖 拉 机 前 面 安 装 人力 提 升 的 推 土 装 置 而 形 成 ， 当 时 的 动 力 是 蒸 汽 机 ， 之 后 又 先 后 研 制 成 功 由 天然 气 动 力 驱 动 和 汽 油 机 驱 动 的 履 带 式 推 土 机 ， 推 土 铲 刀 也 由 人 力 提 升 发 展 为钢 丝 绳 提 升 。 Benjamin Holt 也 是 美 国 卡 特 彼 勒 （ Caterpillar Inc.） 公 司的 创 始 人 之 一 ， 1925 年 5Holt 制 造 公 司 和 C.L,Best 推 土 机 公 司 合 并 ， 组 成卡 特 彼 勒 推 土 机 公 司 ， 成 为 世 界 首 家 推 土 设 备 制 造 者 ， 并 于 1931 年 成 功 下线 第 一 批 采 用 柴 油 发 动 机 的 60 推 土 机 。 随 着 技 术 的 不 断 进 步 ， 目 前 推 土 机动 力 已 经 全 部 采 用 柴 油 机 ， 推 土 铲 刀 和 松 土 器 全 部 由 液 压 缸 提 升 。 推 土 机 除8履 带 式 推 土 机 外 ， 还 有 轮 胎 式 推 土 机 ， 它 的 出 现 要 比 履 带 式 推 土 机 晚 十 年 左右 。 由 于 履 带 式 推 土 机 具 有 较 好 的 附 着 性 能 ， 能 发 挥 更 大 的 牵 引 力 ， 因 此 在国 内 外 ， 其 产 品 的 品 种 和 数 量 远 远 超 过 轮 胎 式 推 土 机 。 在 国 际 上 ， 卡 特 彼 勒公 司 是 世 界 上 最 大 的 工 程 机 械 制 造 公 司 ， 其 生 产 的 履 带 式 推 土 机 有 大 、 中 、小 共 9 个 系 列 D3-D11， 最 大 的 D11 RCD， 柴 油 机 飞 轮 功 率 达 到 634kw； 日本 的 小 （ komatsu） 公 司 列 第 二 位 ， 1947 年 才 开 始 引 进 生 产 D50 履 带 推 土机 ， 现 在 履 带 式 推 土 机 有 13 个 系 列 ， 从 D21-D575， 最 小 的 为 D21， 柴 油机 飞 轮 功 率 为 29.5kw， 最 大 的 为 D575A-3SD， 柴 油 机 飞 轮 功 率 达 858kw，它 也 是 当 前 世 界 上 最 大 的 推 土 机 ； 另 外 一 家 独 具 特 色 的 推 土 机 制 造 企 业 是 德国 的 利 勃 海 尔 集 团 （ Liebheer） ， 其 推 土 机 全 部 采 用 静 液 压 驱 动 ， 该 技 术 历经 十 几 年 的 研 究 与 发 展 ， 1972 年 推 出 样 机 ， 1974 年 开 始 批 量 生 产 PR721-PR731 和 PR741 静 液 压 驱 动 履 带 推 土 机 ， 由 于 液 压 元 件 的 限 制 ， 目 前 其 最 大功 率 仅 为 295Kw， 型 号 为 PR751 矿 用 。 上 述 三 家 推 土 机 制 造 企 业 ， 代 表 了 当 今 世 界 上 履 带 式 推 土 机 的 最 高 水 平 。国 外 其 他 几 家 履 带 推 土 机 制 造 企 业 约 翰 迪 尔 、 凯 斯 、 纽 荷 兰 和 德 瑞 斯 塔 ， 其生 产 技 术 水 平 也 较 高 。1.3.2 国内推土机发展状况我 国 生 产 推 土 机 ， 是 新 中 国 成 立 以 后 才 开 始 的 。 最 初 是 在 农 用 拖 拉 机 上加 装 推 土 装 置 。 随 着 国 民 经 济 的 发 展 ， 大 型 矿 山 、 水 利 、 电 站 和 交 通 等 部 门对 中 大 型 履 带 式 推 土 机 的 需 求 不 断 增 加 ， 我 国 中 大 型 履 带 式 推 土 机 制 造 业 虽有 较 大 发 展 ， 但 已 不 能 满 足 国 民 经 济 发 展 的 需 要 。 为 此 ， 自 1979 年 以 来 ，我 国 先 后 从 日 本 小 松 公 司 和 美 国 卡 特 彼 勒 公 司 引 进 了 履 带 式 推 土 机 生 产 技 术 、工 艺 规 范 、 技 术 标 准 及 材 料 体 系 ， 经 过 消 化 吸 收 和 关 键 技 术 的 攻 关 ， 形 成 了目 前 以 ,20 世 纪 80-90 年 代 小 松 技 术 产 品 为 主 导 的 格 局 。 从 20 世 纪 60 年 代 至 今 ， 国 内 推 土 机 行 业 的 生 产 企 业 一 直 稳 定 在 4 家左 右 ， 原 因 是 推 土 机 产 品 的 加 工 要 求 高 、 难 度 大 ， 批 量 生 产 需 要 较 大 的 投 入 ，因 此 一 般 企 业 不 敢 轻 易 涉 足 。 但 是 随 着 市 场 的 发 展 ， 从 “八 五 ”开 始 ， 国内 一 些 大 中 型 企 业 根 据 自 身 实 力 ， 开 始 兼 营 推 土 机 ， 如 内 蒙 古 第 一 机 械 厂 、9徐 州 装 载 机 厂 等 ， 扩 充 了 推 土 机 行 业 队 伍 。 与 此 同 时 ， 也 有 少 数 企 业 由 于 经营 不 善 、 不 适 应 市 场 发 展 的 需 要 开 始 走 下 坡 路 ， 有 的 已 经 退 出 本 行 业 。 目 前国 内 推 土 机 的 生 产 企 业 主 要 有 ： 山 推 工 程 机 械 股 份 有 限 公 司 、 河 北 宣 化 工 程机 械 股 份 有 限 公 司 、 上 海 彭 浦 机 器 厂 有 限 公 司 、 天 津 建 筑 机 械 厂 、 陕 西 新 黄工 机 械 有 限 责 任 公 司 、 一 拖 工 程 机 械 有 限 公 司 等 。 上 述 公 司 除 生 产 推 土 机 外 ，也 开 始 涉 足 生 产 其 他 工 程 机 械 产 品 ， 如 山 推 还 生 产 压 路 机 、 平 地 机 、 挖 掘 机 、装 载 机 、 叉 车 等 。1.3.3 国内的发展趋势除 高 速 公 路 建 设 需 要 大 、 中 马 力 推 土 机 外 ， 高 等 级 公 路 建 设 和 县 乡 级 公路 网 的 建 设 和 水 利 工 程 、 环 保 工 程 建 设 ， 势 必 造 就 大 批 量 的 个 体 施 工 者 。 这样 ， 对 小 型 推 土 机 （ 100 马 力 以 下 ） 的 需 求 量 必 然 要 增 加 。 同 时 ， 我 国 已 建成 的 高 速 公 路 和 高 等 级 公 路 已 逐 渐 进 入 维 修 期 ， 随 着 东 部 沿 海 地 区 经 济 的 发展 和 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 小 型 推 土 机 将 逐 步 成 为 人 们 替 代 体 力 劳 动 的 工 具 。这 正 是 小 型 推 土 机 的 市 场 所 在 。 与 北 美 、 西 欧 和 日 本 市 场 相 比 ， 中 国 小 型 推 土 机 市 场 无 论 是 销 量 ， 还 是小 型 推 土 机 与 重 型 推 土 机 销 售 总 量 中 所 占 的 比 重 ， 都 有 相 当 大 的 差 距 。 推 土机 行 业 必 须 借 这 次 机 遇 ， 努 力 满 足 这 一 新 市 场 的 需 求 。 据 有 关 杂 志 介 绍 ， 目前 小 型 机 市 场 已 进 入 成 长 期 ， 2008-2012 年 前 后 进 入 成 长 期 后 期 和 成 熟 期 前期 ， 2020 年 前 后 进 入 成 熟 期 。 所 以 ， 推 土 机 行 业 的 有 关 企 业 ， 应 从 战 略 角 度 着 眼 ， 决 不 能 忽 视 小 型 产品 的 未 来 市 场 。 但 ， 在 中 国 这 样 的 发 展 中 国 家 开 发 小 型 工 程 机 械 产 品 ， 其 定位 一 定 要 准 。 应 该 用 不 同 的 技 术 、 针 对 不 同 用 户 群 来 解 决 定 位 准 的 问 题 。 应首 先 开 发 满 足 发 达 地 区 广 大 农 村 市 场 的 低 端 产 品 。 而 高 端 产 品 更 多 应 考 虑 未来 用 户 的 需 求 。 其次就是西部高原地区作业，尽 快 完 善 和 解 决 适 应 西 部 高 原 地 区 作 业 的关 键 技 术 （1）采用功率恢复型的增压技术10由 于 以 一 般 的 自 然 吸 气 发 动 机 而 言 ， 当 海 拔 高 度 每 升 高 1000m 时 ， 其输 出 功 率 就 会 降 低 812%。 若 整 机 作 业 海 拔 高 度 达 4000m 时 ， 则 其 输 出 功率 ， 只 有 在 平 原 地 区 的 55%左 右 。 所 以 西 部 高 原 地 区 施 工 使 用 的 推 土 机 必 须采 用 这 种 功 率 恢 复 型 增 压 技 术 ， 以 使 柴 油 机 在 高 原 地 区 使 用 时 ， 其 输 出 功 率和 经 济 指 标 及 其 热 负 荷 指 标 等 恢 复 到 原 东 部 低 海 拔 地 区 时 的 标 定 水 平 。 目 前 ，全 国 推 土 机 的 柴 油 机 配 套 厂 家 ， 如 上 海 柴 油 机 厂 、 潍 坊 柴 油 机 厂 、 重 庆 康 明斯 柴 油 机 公 司 等 都 做 了 不 少 工 作 ， 已 基 本 满 足 市 场 的 需 求 。 （2）热平衡技术工 程 机 械 在 西 部 高 压 地 区 施 工 ， 要 解 决 液 力 系 统 的 冷 却 问 题 。 既 要 解 决柴 油 机 因 增 压 产 生 的 热 负 荷 升 高 问 题 ， 又 要 解 决 传 动 散 热 系 统 因 高 原 散 热 能力 下 降 所 引 起 的 比 东 部 低 海 拔 地 区 的 较 高 的 温 升 。 在 进 行 热 平 衡 计 算 时 ， 要把 冷 却 风 量 、 空 气 重 度 、 环 境 温 差 、 散 热 器 的 散 热 能 力 等 等 因 素 考 虑 到 。 （3）防风沙技术的应用由 于 西 部 地 区 风 沙 比 较 大 ， 若 采 用 一 般 的 空 气 滤 清 器 ， 极 易 造 成 空 气 滤清 器 堵 塞 或 滤 清 不 充 分 ， 损 坏 柴 油 机 的 零 部 件 。 目 前 ， 各 柴 油 机 厂 家 一 般 采用 三 级 滤 清 器 或 四 级 滤 清 器 来 解 决 这 一 问 题 。 （4）自救防护设备及机具的配置由 于 西 部 高 原 地 区 交 通 不 便 ， 人 烟 稀 少 。 因 此 ， 机 械 应 安 装 液 压 绞 盘 ，以 便 在 其 陷 入 沙 坑 或 沼 泽 地 时 ， 可 被 拖 拽 出 来 。 同 时 ， 由 于 西 部 地 区 温 差 大 、风 沙 大 ， 驾 驶 室 应 提 高 密 封 性 能 ， 并 配 备 冷 暖 空 调 ， 防 紫 外 线 玻 璃 。 驾 驶 室内 应 配 备 必 要 的 生 活 设 施 以 及 食 用 水 与 食 品 储 藏 柜 。 甚 至 应 配 备 全 球 定 位 系统 和 小 型 的 制 氧 设 备 。 （5）低温预热系统的采用为 提 高 机 械 的 冷 起 动 性 能 。 除 采 用 高 性 能 的 免 维 护 电 瓶 外 ， 采 用 柴 油 机冷 却 系 统 预 热 或 油 底 壳 预 热 技 术 也 是 两 种 很 有 效 的 方 法 。 这 两 种 技 术 尤 其 适用 于 气 温 低 于 -35 的 高 寒 地 区 。 11（6）多自由度推土装置的开发应用随 着 城 建 设 施 建 设 的 增 多 和 农 田 水 利 建 设 的 需 要 ， 应 逐 渐 完 善 多 自 由 度推 土 装 置 的 开 发 和 应 用 。1.4 研究的方法及技术路线1.4.1 研究方法（1）通过查阅相关资料，掌握履带推土机的主要参数。（2）充分考虑已有履带推土机的优缺点来确定履带推土机的总体设计方案，对现有装置的不足进行分析。（3）对设计的履带推土机进行修改和优化，最终设计出能满足要求的履带推土机。1.4.2 研究技术路线（1）根据题目和原始数据查看相关资料，了解当今国内外履带推土机的发展现状及发展前景，撰写文献综述和开题报告。（2）根据产品功能和技术要求提出多种设计方案，对各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案，再对所选择的方案做进一步的修改或优化，最终确定总体设计方案。（3）具体设计履带推土机的驱动装置、工作装置等。 （4）对所设计的机械结构中的重要零件进行校核计算，如齿轮、轴、轴承等，保证设计的合理性和可行性。 ；（5）绘制零件图、装配图，完成要求的图纸量；（6）整理各项设计资料，撰写论文。第二章 履带推土机的总体方案设计2.1 推土机的分类按行走方式推土机可分为履带式和轮胎式两种。履带式推土机附着牵引力大接地比压小(0.040.13MPa)爬坡能力强，但行驶速度低。轮胎式推土机行驶12速度高，机动灵活，作业循环时间短运输转移方便但牵引力小适用于需经常变换工地和野外工作的情况。按用途可分为通用型及专用型两种。通用型是按标准进行生产的机型广泛用于土石方工程中。专用型用于特定的工况下，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机和沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、船舱推土机、无人驾驶推土机、高原型和高湿工况下作业的推土机等。按传动方式分有机械式、液力机械式和液压式三种。按铲刀形式分有固定式和回转式两种。固定式也称直铲式此类推土机的铲刀与底盘的轴线成 90一般用于小型和大型推土机，回转式推土机的铲刀与底盘轴线的推土机的用途和工作对象夹角可调(斜铲) 并且铲刀在垂直面内还可倾斜一定角度(侧铲)主要用于中型推土机。 2.2 推土机的结构2.2.1 推土机的总体结构 概述推土机是土方工程机械的一种主要机械，按行走方式分为履带式和轮胎式两种。履带式推土机的总体结构如图所示。132.2.2 推土机的工作装置推土铲安装在推土机的前端是推土机的主要工作装置，它由铲刀和推架两部分组成。推土机处于运输工况时推土铲被液压油缸提起推土机进入作业工况时液压油缸降下推土铲将铲刀置于地面向前可以推土向后可以平地推土机在较长时间内牵引作业时可将推土铲拆除。 工程建设中使用较多的履带工推土机的铲刀有固定式和回转式两种安装形式。其中的回转式铲刀可在水平面内转动一定的角度一般 为 0-15实现斜铲作业。如果将铲刀在垂直平面倾斜一个角度一般 为 0-9则可实现侧铲作业。该推土机可称为全能型推土机，如图现代大、中型履带式推土机多安装固定式推土铲也可换装回转式的。通常向前推铲土石方、平整场地或堆积松散物料时采用直铲作业 傍山铲土或单侧弃土时应采用斜铲作业在斜坡上铲削土壤或铲挖边沟时则采用侧铲作业。直铲推土机用固定式推土铲的结构组成图如下图所示它主要由铲刀 3、倾斜油缸 5、顶推梁 6 等部件组成。顶推梁的后端铰接在底盘的台车架上铲刀在提升油缸，图中未示出。作用下可绕其铰接支点提升或下降。铲刀、顶推梁、拉杆、倾斜油缸和中央拉杆等组成一个刚性构架，以承受推土作业的负载。14通过同时改变拉杆的倾斜油缸的工作长度等量伸长或缩短可以调整铲刀推土板主要由曲面板和可卸式刀片组成。推土板断面的结构形式有开式.半开式 闭式三种形式。小型推土机采用结构简单的开式推土板；中型推土机大多采用半开式的推土板大型推土机作业条件恶劣为保证足够的刚度和强度 采用闭式推土板。闭式推土板为封闭的箱型结构；其背面和端面均用钢板焊接而成用以加强推土板的刚度。推土板的横向结构外形可分为直线型和 U 型两种。铲土、运土和回填的距离较短可采用直线型推土板。直线型推土板属窄型推土板宽高比较小比切力大但铲刀前的积土容易从两侧流失切土和推运距离过长会降低推土机的生产率。运距稍长的推土作业宜采用 U 型推土板。其具有积土运土容量大的特点。为减少积土阻力有利于物料滚动前翻以防物料在铲刀前散胀堆积或越过铲刀顶面向后溢漏通常采用抛物线或渐开线曲面作为推土板的积土面。此类积土面表面物料贯入性好可提高物料的积聚能力和铲刀的容量降低能量的损耗。因抛物线曲面与圆弧曲面的形状及积土特性十分相近且圆弧曲面的制造工艺性好，容易加工，故现代推土板多采用圆弧曲面。2.2.3 动力装置推土机的动力多采用柴油机。根据推土机的工作特点宜选取 12 小时功率作为发动机装车的标定功率发动机的转速一般应在 1800-2000r/min 之间速度适应15系数因在 1.35-1.55 的范围内 机械传动式的推土机的发动机扭矩适应系数可以在 1.15-1.25 范围内最好能达到 1.30-1.40 不得小于 1.10；发动机的润滑系统良好；可以使推土机在 30 度纵坡 15 度横坡上工作冷却系应能在正负 40 摄氏度的气温环境下可靠工作。 2.2.4 传动系统TY220 履带式推土机采用的液力机械式传动，具体传动如图 2-4 所示。图 2-4 推土机液力机械式传动系统图首先由 1 发动机产生动力然后再传递到 2 动力输出箱再经过 3 液力变矩器传递到 4 联轴节，通过 5 动力变速箱传递到中央传动装置和各个部分。2.2.5 悬架系统绝大多数履带推土机采用半刚性悬架有些小型及高速行驶的推土机采用弹性悬架。前者的履带接地压力均匀附着性能好推土平稳。后者具有较好的缓冲性能能更好适应不平的地面但结构复杂承载能力较低而且由于悬架弹性元件的振动使铲刀切削深度发生变化推土平稳性受到影响。162.2.6 转向与制动系统转向制动装置的作用的根据履带式机械行使和作业的需要，适事地切断或减小一侧驱动轮上的驱动转矩，使两边履带获得不同的驱动力和转速，以使机械以任意的转弯半径进行转向，并可与制动器进行配合进行 360 的原地掉头。制动器可保推土机在坡道上可靠停车。转向制动装置在中央传动装置和最终传动装置之间，它包括转向制动器，转向离合器及其操纵机构。目前在工程机械上的转向制动装置大体有两种形式，一种为行星齿轮式，一种为摩擦离合器式。行星齿轮式转向制动装置具有结构紧凑、体积小、使用寿命长的优点。摩擦离合器式转向制动装置具有使用机械行驶性能好，零件制造加工容易、成本低廉等特点。虽体积较大，但能保证达到机械转向的要求，目前履带式推土机上的转向离合器大多都采用多片常结合式摩擦离合器，这是因为它安装在中央传动装置之后，所以传递的扭矩比较大，并且这种离合器结合分离的动作柔和，是机械转向动作圆滑平顺。2.3 推土机的工作原理推土机的工作原理主要是利用发动机产生的动力通过传动系统传递给工作装置，即推土铲，利用推土铲的堆土能力推动土壤。首先推土机进行推土，推土的多少取决于铲刀的切削深度，在进行推土过程中的就是运土，在推土到目的地以后就是卸土。推土机的工作原理与铲运机不同，铲运机是在一个地点的土壤转移到另一个地点，而推土则是将整个运行路线的土壤转移到一个地点，运距较小，效率较高，工作负荷大。2.4 结构选型与功率确定总体方案设计时，对设计任务书所规定的技术要求和机器的工作条件进行分析之后，接着就要对推土机进行选型。因为推土机是由工作装置和基础车和操纵装置的选型。17（一）工作装置的选型选择直铲式铲刀型（二）基础车的选型推土机由于作业对象不定，作业条件恶劣，载荷变化比较大，作业工序反复循环以及操作频繁等，要求所使用的基础车能适应上述特点。在这里选择履带行走机构。（三）操纵装置的选型选液压缸操纵式推土机（四）额定功率的计算KW7.163520P参照铲土运行机械P177 表取：驱动功率 160 KW自重 250 KN最大牵引力 185 kN参照铲土运行机械P1194 表 3-3 取：G 推土机=240 KW G 拖拉机=180 KW G 工作装置=40 KW 直铲式 G 装与 G 拖的百分比为 20.1%-23.5%2.1084TSg18第 4 章 推土机工作装置的结构设计4.1 推土铲的结构参数推土铲的结构参数影响到推土机的整体工作性能，包括推土铲的宽度与高度，曲面板的曲率半径等等。4.1.1 推土铲的宽度和高度推土铲的宽度和高度标志着它的容量，并且与推土机的功率相适应。但是，推土机级别不同，其推土铲宽度与高度之比则不同。一般来说，中小型推土机的推土铲的宽高比例较大，而大型推土机的则比较小。这是应为在不同的推土条件下，为保证其作业能力，推土铲应具备相应的比切力。换言之，由于比切力的要求不同，推土铲才有相应的宽高比例。因此，适应于不同级别芙蓉推土机的比切力，既是推土铲宽度和高度的决定因素，也是考核推土铲能否适应作业条件的评价或验证参数。在设计上，它的选取是要慎重加以考虑的。表 4-1所列比切力值可供参考 3。表 4-1 比切力土 壤 种 类I II III IV刀片水平比切力（N/cm）150 以下 200300 400450 600 以上刀片垂直比压入力（N/）2100 以下 120200 250350 350 以上切削刃的水平比切力：(4-1)/kpsgqNcmB土质条件参数19切削刃的垂直比压力：(4-2)2/zcpqNmF式中： 履带式推土机额定牵引力，N； 推土铲宽度，cm；推土铲在操纵油缸作用下压向地面，当推土机将发生抬头时的最大下压力F推土铲刃与土壤接触面积， 2推土铲宽度 固定式推土铲的宽度比左右履带最外侧各宽度约 100mm。若工作在轻型土质条件下，特别是推运散状物料时，还可以将它制成加长型。对于回转式推土铲，要保证在它回转到极限位置后，沿推土机纵向铲轴线方向看去，推土铲的投影宽度仍要保证每端各比履带最外缘宽出约 100mm。这种宽出量是为了保证在作业过程中推土机能给自己开辟前进的道路，从而保证其作业质量，在平整土地的作业场合尤有意义。根据推土机总体结构布置，初步确定推土铲宽度，再按比切力加以验证：（4-3）kpsBq推土铲高度，可由下面经验公式初步确定：固定式推土铲：(4-4)350gkpH式中： 为推土机在推土作业速度下能发挥的额定有效牵引力，以 10KN 为单位代入式中（4-4） 。按上式初步确定的高度也可按下法验证其是否可以采用，即根据推土机的20生产率值算出推土铲的容量，在已知铲宽的情况下算出推土铲高度，并参考同类机型的有关尺寸作出决定。本次设计的是 TY180 型履带式推土机，所以铲刀的尺寸（宽 X 高）为 39701050。表 4-3 所列推土铲高度值是根据经验公式（4-4）算出后加以圆整的，可供设计时参考。 表 4-3 推土铲额定参数 mm固定式推土铲额定牵引力（KN）推土铲高度 具有挡板的推土铲高度12 1100 130018 1200 140030 1400 160060 1800 33004.1.2 推板的设计各主要参数的结构方位及符号如图 4-1 所示，不同形式推土铲的上述参数名称和数值如表 4-4 所示。21表 4-4 推土铲结构参数值参数名称 固定式推土铲 参数名称 固定式推土铲切削角 55 切削刃后角 30-35向前翻土角 75 曲面板曲率半径 0.8-0.9推土铲斜装角 70-75 曲面板曲率半径可按下式计算；mm （4-6）sini12gkRH由所给参数可算出 =840mm在中等坚实度的土质条件下，表 4-4 推荐的参数可以保证推土机具有较高的作业效率。固定式推土铲的侧边做成直线形，并且具有 5-7的后角，以利于偶尔用侧边铲土。挡土板垂直高度一般为（0.1-0.25）B,挡土板上边宽度 大于发动机罩的宽度，不小于推土铲宽度 之半。挡土板下边的宽度，固定式推土铲取其22为推土铲宽。为了使推土铲能够在推土机直线前进时向任一侧推土，那样能够回转 角。 角选取得大，可以增强推土铲 向侧面的排土性能。当 达到 40时，可以使排土的生产率大大提高。但是实际上只能允许回转 25，因为 角过大，不仅在结构上难以实现，而且在侧向排土时，吐对推土铲的横向反作用力会使推土机失去直线行驶的稳定性。推土铲能在垂直平面内实现侧倾，其侧倾角为 。这样，当推土机在斜坡（坡度为 ）上横着前进时，推土铲能在水平位置上工作。或者说，当推土机在水平面上行驶时可将地面平整成具有 角的斜坡。当然，这样侧倾的角度是很有限的，当用螺杆调整时， 为5，而用倾斜油缸调整时， 可达（6-12） 。4.2 推土作业阻力及整车牵引力计算4.2.1 推土作业阻力计算推土作业阻力的计算工况是正常推土时作业阻力的最大工况。即机械在水平路面匀速行驶，铲刀以最大切土深度进行作业，铲刀前形成最大的土堆，切土结束即将提升铲刀的瞬间。作用阻力 包括切削阻力 ，行走阻力 ，坡道阻力 ，惯性阻力 ，风 阻力 。1、切削阻力 为计算切削阻力 ，只分析和计算 在水平方向的分力 ，其受力分析图 4-2 所示。23（1）切土阻力 1= = h1sin式中： 单位面积土的切削阻力（ ） ，一般取 0.06 ； 106切削土层沿纵轴垂直方向的投影面积（ ） ； 2h平均切土深度（m） ；推土板宽度（m） ，根据已知条件取 3.97m；推土板回转角（ ） 。取 90；=0.06 3.97 h=2.38 h（N）1 106 sin90 105（2）推土板前土堆运移阻力 2= =V /22cossin 2cossin24式中： 推土板前土堆重力（N） ；土与土的摩擦系数，一般取 0.9；2V推土板前土堆体积（ ） ；3土的重度（N/ ） ，一般取 1.77 ；3 104坡度角（） ，取 0；土的松散系数，一般取 1.06；其中： V= /2 =3.2（ ）（ ）2tan0 3h平均切土深度（m） ，取 0.1；推土板高度（m） ，根据已知取 1.05；土的坡度自然角，一般取 28；0土的充盈系数， 一般取 1.0；=3.21.77 0.9/1.06=47982（N ）2 104（3）推土铲刀与地面间的摩擦阻力 3= 310421式中： 刀刃磨损后压入土的比压力（M ） ，一般取 0.6；2 刀刃磨损后的接地长度（cm） ， 一般取 1；土与刀刃的摩擦系数， 一般取 1.2；1=0.63.751.2 =27000（N）3 10425（4）土屑沿推土板的上升阻力 4= =90566 （N）4coscos1cossin （ cos） 2式中： 推土切削角（ ）其中： -149+h=42.3sin则切削阻力；= + + + =74982+2.38 h+905661234 105 （ cos） 22、行走阻力 = fcos式中： 整机重量，取 3.675 N 105坡度角（） ，取 0；f滚动阻力系数，一般取 0.1；=3.675 （N） 1043、坡道阻力 这里为了计算方便， 取 0= =0sin4、惯性阻力 这里取 =12= （ - ） /t =0 12 cos式中： 推土作业时行使的初速度， （m/s） ；126推土作业时行使的末速度， （m/s） ；2t速度变化时间， （t）5、风阻力 由于推土机工作时行使速度较小，所以风阻力近似为：=0综上所述，作业阻力为上述各阻力之和，即：= + + + =111732+2.38 h+90566+ 105 （ cos） 24.2.2 推土牵引力根据履带式推土机的发动机特性如表 4-6 所示，在 n=1350r/min 时，发动机发挥最大扭矩，此工况为推土牵引力最大工况。表 4-6 发动机外特性表转速（rpm） 1000 1200 1300 1400 1600 1800 2000功率（kW） 240.5 296.8 324.3 353 395.7 413.3 425.8扭矩（Nm） 2296.7 2361.4 2382 2405.8 2361.4 2192.5 2032.9有效功率（kW） 230.9 283.6 309.8 336.8 373.7 389.5 400.3有效扭矩（Nm） 2205.4 2256.7 2275.3 2297.2 2230 2066.5 1911.2此时发动机曲轴净输出功率； =318.4kW，在除去液压系统功率消耗后，输出功率及牵引力计算如下；27e=-24.NKW出 出 液式中： 传递至驱动轮的功率， （kW） ；N出发动机净输出之驱动轮的总效率，取 0.786。出=263 KNNFV出式中： V 转速为 1350r/min 时 I 挡的行使速度，根据设计计算为 3.341Kw/h。因不同路面的附着系数不同，整机重量提供的最大牵引力也不同，一般按附着系数 0.7 计算，整机可发挥的最大牵引力为 263KN，小于发动机可提供的最大推土牵引力，与最大切削深度时的作业阻力相当，本文结构受力计算以最大切削深度时的作业阻力为输入条件。4.3 最大外载荷的计算4.3.1 推土机的附着性能推土机的附着性能指的是履带和地面之间相互作用所具有的抗滑转的能力，并由此得出推土机所能发挥的最大驱动力。履带推土机是依靠驱动力去克服各种行驶阻力和进行作业的，驱动力大小不但取决十发动机的输出扭矩，也受限十地面的附着条件。当推土机作业负荷较小时，驱动力主要是由履带和地面之间的摩擦反力产生的，此时滑转率很小。随着作业负荷的增大，履带与地面之间的摩擦也开始增大，履带滑转率增 16。4.3.2 最大附着力的计算附着力是根据土壤与推土机履带行走机构相互作用原理，用来限制驱动力发挥的一个力。它的大小与滑转率的大小有关，反映路面与履带之间附着性能的好坏。附着力大，说明路面与履带之间的附着性能比较好。附着力小，说明路面与履带之间的附着性能比较差。对应滑转率为 100%时得出的附着系数，称为最大附着系数，相应的附着力28为最大附着力。最大附着力常用下式计算；= (4-7)maxPG式中： 最大附着系数；max作用在履带支撑承面上的整机重量。G这里根 据已知条件得 TY180 的整机重量为 18500kg。从最大附着力公式可以看出，最大附着力的大小不仅取决十推土机的机重，还取决十最大附着系数。对十同一推土机来说，机重是一定的，但是最大附着系数并不是所有的路面都是一样的，不同的路面最大附着系数是不一样的，所以不同路面的最大附着力也是不一样的。不同路面下的最大附着系数值如表 4-7所示表 4-7 不同路面条件下的 值max路面土质 路面土质 混凝土 0.45 干粘土 0.9湿粘土 0.7 压实粘土 0.7干沙土 0.3 湿沙土 0.5岩石土 0.55 压实雪地 0.2坚实土路 0.55 松散土路 0.45冰 0.12 松散砾石 0.36本次设计选用的路面为干粘土，干粘土路面的最大扶着系数比较大，最大附着系数值为 0.9.由公式（4-7）,计算得推土机最大附着力为；= =0.9185009.8=163 KNmaxPG294.3.3 推土铲最大外载荷的计算推土铲在水平方向上受力的最大值是当推土机具有最大顶推力和惯性力时出现的，即推土铲顶到障碍物，履带滑转时出现的。取动载系数为 1.5,那么推土铲顶到障碍物所受的最大水平力为:=1.5 =1.5163170=245 KN maxFmaxP（4-8）因为水平最大负荷 245KN 小于最大牵引力 263KN，所以负荷计算要求。4.4 作业强度的计算4.4.1 推土铲的强度计算由式 4-8 知推土铲所承受的最大受力，则顶推架所受力为 = ，如c12XmaxF图 4-3 所示。30根推土板在外力作用下，在其断面上作用在轴力 ，弯矩 ，从 图可 见推土板中间截面及顶推架的中间截面弯矩最大，当确定某一截面为校核的危险 F 截面后先找出其中心中间的位置，截面中间的位置由下式计算：（m）1FX（m）i1ZY初步确定各段横截面积为2000 、3350 、4800 、4100 、17332 、14000 。2 2 2 2 2 2则 X=142mm Y=513mm计算惯性矩：= + AxJc2= + Ayc2求解得：=1.27xJ104=5.69y104则各部分惯性积得：=1002002000=4 1xyJ1064=2.12xy104