小型挖掘機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)

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1、摘要 當(dāng)今隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，各行各業(yè)都面臨著技術(shù)的革新，同時(shí)也面臨著來自多方面的挑戰(zhàn)。而隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，工程機(jī)械在各行各業(yè)中起到了舉足輕重的地位。然而，在不同的環(huán)境下，對(duì)挖掘機(jī)等工程機(jī)械的大小、性能的要求有所不同，各種性能參數(shù)決定其工作環(huán)境。工程機(jī)械在國民生產(chǎn)中有著很重要的位置，它在很大程度上取代了原始的、落后的生產(chǎn)工具，它在現(xiàn)今中國和全世界的飛速發(fā)展的今天功不可沒。而挖掘機(jī)的行走裝置是整個(gè)機(jī)械的支撐部分，它承受機(jī)械的自重及工作裝置挖掘時(shí)的反力，使挖掘機(jī)穩(wěn)定的支撐在地面工作，也是挖掘機(jī)在工作場(chǎng)地自由移位的裝置。行走裝置設(shè)計(jì)的好壞會(huì)影響挖掘機(jī)的機(jī)動(dòng)性、爬坡能力、越野性能、接地比壓以

2、及挖掘機(jī)的穩(wěn)定性等。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：液壓挖掘機(jī)行走裝置總體方案設(shè)計(jì)；繪制裝配草圖和總裝配圖；行走裝置牽引力的計(jì)算；行走裝置傳動(dòng)方案的選擇和傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)計(jì)算；一些主要零部件的強(qiáng)度校核；張緊裝置、行走架和四輪一帶的選型設(shè)計(jì)；繪制零、部件圖和總裝配圖，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：本方案設(shè)計(jì)中提出多種方案，從理論上、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)上、可靠性、可實(shí)現(xiàn)性、綜合性能等進(jìn)行方案比較，從而選擇最佳方案。技術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術(shù)條件可行；制圖正確、標(biāo)注齊全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。充分注意整機(jī)各子系統(tǒng)之間的相關(guān)性，力求整機(jī)性能的一致性和最優(yōu)化性。 關(guān)鍵字：液壓挖掘機(jī)、行走裝

3、置、底盤。 Abstract Today?as technology?continues?to?progress and development,?all walks of life?are?faced with?technology innovation.The same time that it?is also facing?challenges?from a wide range. With? social progress and development, engineering machinery?in all walks of life?played a? piv

4、otal position. However, indifferent circumstances, excavators and other construction machinery on the size, performance requirements are differ- ent,various performance parametersto determine their working environment. Cons- truction machinery in the national product in a v

5、ery important position, it lar- gely replaced the original, backward production tools, in present-day China and the rapid development of the world. Excavator?walking device?is?supporting part?of ?the?whole?machinery.The?reaction force?it? to withstand?the dead weight?of?machinery?a

6、nd work?equipmentexcavation?excavator?stable?support ?on the ground, ?the?device?is also the?excavator?at the workplace?and freedom of movement.?The quality?of?the ?walking device?design?willaffect?the?maneuverability?of?the?excavator,?climbing abil- ity,?off-road performance,?theground pressure?an

7、d?the?stability?of?the?excavator. The?main content?of?this design:?walking ?the ?calculation?ofthe?traction?of ?the?device; ?walking device? drive?program? selection and?the?design? of?the transmi- ssion ratio?calculation;? some of the major?componentsstrength check;? tensioning de-vice,

8、 ?walking?frames and? four? in the vicinity of? Selection and Design;? draw? zero? parts drawings?and?assembly drawing, the preparation of? design calculations?manual. The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized

9、, such as comprehensive performance programme, the op- tions. Technical design should be considered in the overall allocation of rea-sonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national sta

10、ndards.full attention to the rela- tionship between the various subsystems, to the consistency and performance op- timization of. KeyWords: Hydraulic Excavators,Walking Device ,Chassis. 目錄 第1章緒論1 1.1 研究小型挖掘機(jī)行走裝置的意義1 1.2 設(shè)計(jì)背景1 1.3 國內(nèi)外小型挖掘機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)和存在問題2 第2章小型挖掘機(jī)概述3 2.1 小型挖掘

11、機(jī)的組成3 2.2 小型挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)的組成5 2.3 小型挖掘機(jī)類型確定7 第3章小型挖掘機(jī)行走裝置傳動(dòng)系統(tǒng)9 3.1 機(jī)械式9 3.2 液力機(jī)械式9 3.3全液壓式（靜液壓式和液壓機(jī)械式）10 3.4 電力式11 第4章小型挖掘機(jī)行走裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)13 4.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)13 4.2行走裝置的總體幾何尺寸13 4.3履帶運(yùn)行阻力計(jì)算15 4.3.1 土壤變形的阻力(即外部行駛阻力)16 4.3.2 履帶對(duì)地面的水平擠壓力16 4.3.3 履帶的運(yùn)行比阻力17 4.3.4 坡度阻力18 4.3.5 內(nèi)部阻力18 4.3.6 轉(zhuǎn)彎阻力21 4.3.

12、7 風(fēng)載阻力23 4.3.8 慣性阻力24 4.3.9 牽引力的校核25 4.4平均接地比壓的計(jì)算26 4.5 行走裝置輪邊減速器的設(shè)計(jì)26 4.5.1 行星齒輪的傳動(dòng)特點(diǎn)26 4.5.2 行星減速器傳動(dòng)方案的選定27 4.5.3 減速器傳動(dòng)比的分配原則28 4.5.4 行星減速器齒輪的配齒29 4.6行走裝置張緊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)29 4.6.1 液壓挖掘機(jī)張緊裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理30 4.6.2 履帶式底盤對(duì)張緊裝置的設(shè)計(jì)要求30 4.6.3 張緊彈簧的設(shè)計(jì)31 4.6.4 彈簧強(qiáng)度的校核35 4.6.5 張緊油缸主要尺寸的設(shè)計(jì) 36 4.7 行走裝置功率及挖掘

13、力的設(shè)計(jì)37 4.7.1 發(fā)動(dòng)機(jī)功率N37 4.7.2 液壓功率 P37 4.7.3 挖掘力參數(shù)Pf的計(jì)算37 4.7.4 最大轉(zhuǎn)彎力矩的計(jì)算38 4.8 四輪一帶的設(shè)計(jì)38 履帶的選型設(shè)計(jì)38 驅(qū)動(dòng)輪的選型設(shè)計(jì)39 4主要參數(shù)的確定39 4強(qiáng)度校核40 導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)40 支重輪的設(shè)計(jì)41 托輪的計(jì)算41 4.9 行走架設(shè)計(jì)42 第5章設(shè)計(jì)總結(jié)和未來展望43 5.1總結(jié)收獲43 5.2未來展望44 參考文獻(xiàn)45 第1章緒論 1.1 研究小型挖掘機(jī)行走裝置的意義 挖掘機(jī)在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、農(nóng)田水力、油田礦山、市政工程、機(jī)場(chǎng)、港口等部門土石方

14、施工中，占有重要位置。并反映了這些部門施工機(jī)械化水平。該課題結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。對(duì)履帶式液壓挖掘機(jī)底盤作較深入的分析研究。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)及要求，完成挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)總體及減速器傳動(dòng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們進(jìn)一步鞏固、加深對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；培養(yǎng)我們獨(dú)立思考、獨(dú)立工作和綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析與解決實(shí)際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨(dú)立獲取新知識(shí)的能力；培養(yǎng)我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、文字表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)應(yīng)用及工具書使用等方面的基本工作實(shí)踐能力；使我們樹立具有符合國情和生產(chǎn)實(shí)

15、際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，樹立嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、勇于創(chuàng)新、善于與他人合作的工作作風(fēng)。 1.2 設(shè)計(jì)背景 隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入和在建設(shè)中挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，挖掘機(jī)市場(chǎng)有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國國情所需要的挖掘機(jī)是十分必要的。而工作裝置作為挖掘機(jī)的重要組成部分，對(duì)其研究和控制是對(duì)整機(jī)開發(fā)的基礎(chǔ)。 反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，國內(nèi)外對(duì)其運(yùn)動(dòng)分析、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都作了較深入的研究，具體的設(shè)計(jì)特別是中型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于成熟。而關(guān)于反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)也很多，這些文獻(xiàn)從不同側(cè)面對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。而筆者的設(shè)

16、計(jì)知識(shí)和水平還只是一個(gè)學(xué)步的孩子，進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)是為對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)有一些大體的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力。 1.3 國內(nèi)外小型挖掘機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)和存在問題 當(dāng)前，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。我國己經(jīng)形成了挖掘機(jī)的系列化生產(chǎn)，近年來還開發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國外的一些先進(jìn)的生產(chǎn)率較高的挖掘機(jī)型號(hào)[1]。 由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。目前，單斗液壓挖掘機(jī)的發(fā)展

17、著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能;應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性;電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化;提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來，單斗液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢(shì): （1）向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。 （2）更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。 （3）不斷提高可靠性和使用壽命。 （4）工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴(kuò)大。 （5）由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。 （6）液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。 （7）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。 （8）增

18、大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。 （9）人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。 第2章小型挖掘機(jī)概述 2.1 小型挖掘機(jī)的組成 一般由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、行走裝置和工作裝置等組成。原理：用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料，并裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)的土方機(jī)械。用鏟斗從工作面鏟裝剝離物或礦產(chǎn)品并將其運(yùn)至排卸地點(diǎn)卸載的自行式采掘機(jī)械。歷史：第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 履帶式行走裝置如圖 1.1 所示由?四輪一帶?（即引導(dǎo)輪 2、支重輪 6、托鏈輪 7、驅(qū)動(dòng)

19、輪 8、 履帶 3），張緊裝置 4，行走機(jī)構(gòu) 9，行走架 6，推土裝置 1（選用）組成。 圖2.1 履帶式行走裝置 挖掘機(jī)行走運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下產(chǎn)生一個(gè)拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出， 由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使整機(jī)克服阻力向前移動(dòng)使驅(qū)動(dòng)輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使挖掘機(jī)沿著履帶軌道向前持續(xù)運(yùn)行。挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，由安裝在兩條履帶上、分別由液壓泵供油的行走馬達(dá)通過對(duì)油路的控制，很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以

20、適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地面、場(chǎng)地上運(yùn)動(dòng)。下面介紹主要組成部分的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 支重輪：挖掘機(jī)的重力通過支重輪傳給履帶，在挖掘和行走時(shí)還經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支重輪所承受的載荷很大，支重輪的工況惡劣，密封性要求可靠；支重輪的布置設(shè)計(jì)需考慮履帶鏈軌的節(jié)距，以免引起下車共振現(xiàn)象。 托鏈輪：用于托起上部履帶，防止其過度下垂。在托鏈輪的布置設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮履帶脫離驅(qū)動(dòng)輪的離去角和滑向引導(dǎo)倫的引入角，以減小履帶運(yùn)行過程時(shí)的內(nèi)阻。托鏈輪的結(jié)構(gòu)與支重輪類似，所以在有些挖掘機(jī)上用支重輪來替代。 履帶：履帶是將挖掘機(jī)的重力及工作和行走時(shí)的載荷傳給地面。挖掘機(jī)履帶按材質(zhì)可以分為鋼履帶與 橡膠履帶；鋼履帶耐磨性好，維修方

21、便，經(jīng)濟(jì)性好因而運(yùn)用普及；橡膠履帶是為了保護(hù)路面不受損傷一般運(yùn)用在小型液壓挖掘機(jī)上。鋼履帶由履帶板、鏈軌節(jié)、履帶銷軸和銷套等組成；常用履帶板分為單筋、雙筋和三筋三種， 單筋履帶板筋較高，易插入地面產(chǎn)生較大的牽引力，主要用于推土機(jī)上；雙筋履帶板筋稍矮易于轉(zhuǎn)向，且履帶板剛度較好，三筋履帶板由于筋多，使履帶板的強(qiáng)度和剛度都得以提高，承重能力大， 所以在挖掘機(jī)上廣泛應(yīng)用，三筋履帶板上有四個(gè)聯(lián)接孔，中間有清泥孔，當(dāng)鏈軌繞過驅(qū)動(dòng)輪時(shí)可借助輪齒清除鏈軌節(jié)上的淤泥；相鄰兩履帶板制成搭接部分，防止履帶板之間夾進(jìn)石塊而產(chǎn)生過高的張力。 導(dǎo)向輪：導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確運(yùn)轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌，大部分液壓挖掘機(jī)的導(dǎo)

22、向輪同時(shí)起到了支重輪的作用，這樣可增加履帶對(duì)地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面大多制成光面，中間有擋肩環(huán)作導(dǎo)向用，兩側(cè)的環(huán)面則能支撐軌鏈起支重輪的作用。導(dǎo)向輪的中間擋肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度，兩側(cè)邊的斜度要小，導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離愈小則導(dǎo)向性能愈好。 驅(qū)動(dòng)輪：用來將行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞給履帶，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的主要要求是嚙合平穩(wěn)，并在履帶因銷套磨損而伸長(zhǎng)時(shí)，仍能很好嚙合，不得有“跳齒”現(xiàn)象。履帶行走裝置的驅(qū)動(dòng)輪通常放在后部，這樣既可縮短履帶張緊段的長(zhǎng)度，減少功率損失，又可提高履帶的使用壽命。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)40年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，20世紀(jì)50年代初期和

23、中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從20世紀(jì)60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。液壓挖掘機(jī)一般由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置

24、和行走裝置三大部分組成。其相應(yīng)的布置如圖 2.1。 圖 2.2 挖掘機(jī)的基本組成 2.2 小型挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)的組成 液壓挖掘機(jī)的行走裝置，按結(jié)構(gòu)可分為履帶式和輪胎式兩大類。 履帶式行走裝置的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)力大（通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的35%～45%），接地比壓小（40～150kPa），因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%～80%，最大的可達(dá)100%），且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。履帶式行走裝置在液壓挖掘上使用較為普遍。 但履帶式行走裝置制造成本高，運(yùn)行速度低，運(yùn)行和轉(zhuǎn)向時(shí)功率消耗大，零件磨損快，因此，挖掘機(jī)長(zhǎng)距離運(yùn)行時(shí)需借助于其他運(yùn)輸車輛。 輪

25、胎式行走裝置與履帶式的相比，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快、機(jī)動(dòng)性好，運(yùn)行時(shí)輪胎不損壞路面，因而在城市建設(shè)中很受歡迎，缺點(diǎn)是接地比壓大，爬坡能力小，挖掘作業(yè)時(shí)需要用專門支腿支撐，以確保挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。 履帶式行走裝置組成與工作原理 履帶式行走裝置由?四輪一帶?（即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)，行走架等組成。 挖掘機(jī)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在履帶的緊邊??驅(qū)動(dòng)段及接地段（支撐段）產(chǎn)生一個(gè)拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出，由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使挖掘機(jī)借支重輪沿著履帶軌道向前運(yùn)行。

26、液壓傳動(dòng)的履帶行走裝置，挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)由安裝在兩條履帶上、分別由兩臺(tái)液壓泵供油的行走馬達(dá)（用一臺(tái)油泵供油時(shí)需采用專用的控制閥來操縱）通過對(duì)油路的控制，很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地面、場(chǎng)地上運(yùn)動(dòng)。 輪胎式行走裝置輪胎式液壓挖掘機(jī)行走裝置的結(jié)構(gòu)型式很多，有采用標(biāo)準(zhǔn)汽車底盤的可輪式拖拉機(jī)底盤的，但斗容量稍大、工作性能要求較高的輪胎式液壓挖掘則采用專用的輪胎式底盤行走裝置。 1）無支腿，全輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)布置在兩軸的中間，兩軸輪距相同。其優(yōu)點(diǎn)是省去了支腿，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于在狹窄工地上作業(yè)，機(jī)動(dòng)性好。缺點(diǎn)是挖掘機(jī)行走時(shí)轉(zhuǎn)向橋負(fù)載大，轉(zhuǎn)向操作費(fèi)力或需要設(shè)置液壓助力裝置。因此這種結(jié)構(gòu)型式

27、的行走裝置僅適用小型輪胎式液壓挖掘機(jī)。 2）雙支腿，全輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)偏于固定軸（后橋）一邊。其特點(diǎn)是：減輕了轉(zhuǎn)向橋的負(fù)載，使轉(zhuǎn)向操作較輕便；支腿裝在固定軸一邊，保證了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)型式的行走裝置多用于小型輪胎式液壓挖掘機(jī)。 3）四支腿，單軸驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)遠(yuǎn)離中心。其特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)輪的輪距較寬，而轉(zhuǎn)向輪的輪距較小，轉(zhuǎn)向時(shí)繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)；由于車輪形成三支點(diǎn)布置，受力較好，無需懸掛擺動(dòng)裝置，行駛時(shí)轉(zhuǎn)向半徑小，作業(yè)時(shí)四支腿支撐，穩(wěn)定性好。其缺點(diǎn)是：在松軟地面上行駛會(huì)形成三道輪轍，行駛阻力增大，而且三支點(diǎn)底盤的橫向穩(wěn)定性差。因此這種結(jié)構(gòu)型式的行走裝置僅適用于小型挖掘機(jī)。 4）四支腿，全

28、輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)接近固定軸（后橋）一邊。其特點(diǎn)是：前軸擺動(dòng)，由于重心偏后，因此轉(zhuǎn)向時(shí)阻力小，易操作，并且通過采用大型輪胎和低壓輪胎，因而對(duì)地面要求較低。這種結(jié)構(gòu)型式的行走裝置廣泛應(yīng)用于中型、大型挖掘機(jī)上。 與履帶式液壓挖掘機(jī)行走裝置相比較， 輪胎式行走裝置的主要特點(diǎn)是： 1）要求地面平整、堅(jiān)實(shí)，以免輪轍過深，增加挖掘機(jī)行駛阻力、轉(zhuǎn)向阻力，影響挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。 2）輪胎式挖掘機(jī)的行走速度通常不超過20km/h，爬坡能力為40%～60%。 3）為了改善挖掘機(jī)的越野性能，宜采用全輪驅(qū)動(dòng)，液壓懸掛平衡擺動(dòng)軸。作業(yè)時(shí)由液壓支腿支撐，使前后橋卸荷并整機(jī)穩(wěn)定性得以提高。 綜上：履帶式行走系比之輪

29、胎式有以下特點(diǎn)： 1）履帶式挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪只卷繞履帶而不在地面滾動(dòng)，機(jī)器全重經(jīng)支重輪壓在多片履帶板上，全部重量都是附著重量（這相當(dāng)于全輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)器），加上履帶支承面上同時(shí)抓地的履齒較輪式機(jī)器同時(shí)抓地的胎面花紋多得多，所以履帶式機(jī)器的牽引附著性能要好得多； 2） 與同馬力的輪胎式機(jī)器相比，由于履帶支承面大，接地比壓?。ㄒ话阈∮?0.1MPa），所以在松軟土壤上的下陷深度小，因而滾動(dòng)阻力小，有利于發(fā)揮較大的牽引 力； 3）履帶銷子，銷套等運(yùn)動(dòng)副使用中要磨損，要有張緊裝置調(diào)節(jié)履帶張緊度，它兼起一定的緩沖作用； 4）履帶式行走系重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，緩沖減振作用小。結(jié)構(gòu)中最好有某些彈性元件；

30、 5）履帶式行走系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬消耗多，磨損嚴(yán)重，維修量大，運(yùn)行速度受限制。履帶式行走裝置是液壓挖掘機(jī)用得最多的一種裝置。 所以，考慮到挖掘機(jī)一般在野外作業(yè)，工作載荷變化大，作業(yè)環(huán)境惡劣，技術(shù)保養(yǎng)條件差；而履帶式行走裝置又是液壓挖掘機(jī)用得最多的一種裝置。因此本設(shè)計(jì)采用了履帶式行走裝置。 綜上所述總體方案的選型設(shè)計(jì)，最終確定行走裝置的動(dòng)力路線為： 柴油機(jī)?液壓泵?控制閥?液壓馬達(dá)與減速器總成?驅(qū)動(dòng)輪?履帶。 2.3 小型挖掘機(jī)類型確定 按行走方式分類: 1)輪胎式：液壓挖挖掘機(jī)它可以分為標(biāo)準(zhǔn)汽車底盆、特種汽車底盤、輪式拖拉機(jī)底盤和專用輪胎底盤式。輪胎式液壓挖掘機(jī)主要用于城市建筑等部門

31、。 2)履帶運(yùn)行和支撐裝置：這種裝置可分為剛性多支點(diǎn)和剛性少支點(diǎn)、撓性多支點(diǎn)和撓性少支點(diǎn)四種。斗容量大于1m3的挖掘機(jī)多用履帶行走裝，履帶式挖掘機(jī)主要用于露天開采和礦場(chǎng)開礦。 3)邁步式運(yùn)行裝置：這種裝置又可分為偏心輪式、絞式、滑塊式和液力式。邁步式又稱步行式)挖掘機(jī)主要用在松軟土壤和沼澤地等接地比較小的工作場(chǎng)所的剝離作業(yè)。有些大型采砂場(chǎng)也使用這種邁步式挖掘機(jī)。 第3章小型挖掘機(jī)行走裝置傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系是動(dòng)力裝置和行走機(jī)構(gòu)之間的動(dòng)力傳動(dòng)和操縱、控制機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)。它將動(dòng)力裝置輸出的功率傳給驅(qū)動(dòng)輪，并改變動(dòng)力裝置的功率輸出特性以滿足工程機(jī)械作業(yè)行駛要求。 傳動(dòng)系根據(jù)動(dòng)力傳動(dòng)形式分為機(jī)械

32、式、液力機(jī)械式、全液壓式和電傳動(dòng)式等四種傳動(dòng)系統(tǒng)類型。 3.1 機(jī)械式 所謂機(jī)械傳動(dòng)是指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)中采用剛性 零部件傳遞動(dòng)力的方式。它是通過齒輪、齒 條、帶、鏈等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。工程機(jī)械中使用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由來已久。下面介紹輪胎式與履帶式行走的機(jī)械式主要傳動(dòng)路線，同時(shí)比較機(jī)械式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 輪式：發(fā)動(dòng)機(jī)?主離合器?變速箱?傳動(dòng)軸?主傳動(dòng)器、差速器?輪邊減速器； 履帶式：發(fā)動(dòng)機(jī)?主離合器?變速箱?傳動(dòng)器（中央傳動(dòng)）?終傳動(dòng)裝置； 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)廉，傳動(dòng)效率高， 可利用慣性作業(yè)等。 缺點(diǎn)：1) 當(dāng)外阻力變化劇烈時(shí)易熄火；

33、 2) 換檔時(shí)動(dòng)力中斷時(shí)間長(zhǎng)； 3) 機(jī)械循環(huán)作業(yè)時(shí)頻繁換檔勞動(dòng)強(qiáng)度大； 4) 傳動(dòng)系零部件受到的沖擊載荷大； 5) 機(jī)械變速箱檔位較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 3.2液力機(jī)械式 在上述機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)加入液力變矩器（或液力偶合器）后，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過液力變矩器（或液力偶合器）及機(jī)械傳動(dòng)部件傳到驅(qū)動(dòng)輪，這個(gè)系統(tǒng)稱為液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。液力機(jī)械傳動(dòng)分兩種情況，一種是在車輛以低速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率，一部分通過液力元件---液力變矩器，另一部分通過機(jī)械變速箱，經(jīng)匯流行星排匯流后輸給主動(dòng)輪，亦稱功率

34、分流式傳動(dòng)；另一種是在車輛高速行駛時(shí)利用閉鎖離合器將變矩器閉鎖，使功率僅從機(jī)械部件傳遞。液力機(jī)械傳動(dòng)的研究對(duì)象是如何最大限度地把液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體。下面介紹輪胎式與履帶式行走的液力機(jī)械式主要傳動(dòng)路線，同時(shí)比較液力機(jī)械式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 輪式：發(fā)動(dòng)機(jī)?變矩器（動(dòng)力換檔）?變速箱?傳動(dòng)軸?主傳動(dòng)器、差速器?輪邊減速器； 履帶式：發(fā)動(dòng)機(jī)??變矩器（動(dòng)力換檔）??變速箱??中央傳動(dòng)??終傳動(dòng)裝置； 優(yōu)點(diǎn)：1) 變速箱檔位少，動(dòng)力換檔輕，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)； 2) 發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用好，防熄火，換檔次數(shù)少，勞動(dòng)強(qiáng)度低； 3) 傳動(dòng)系振動(dòng)小，機(jī)械零部件壽命長(zhǎng)；

35、 4) 機(jī)械可實(shí)現(xiàn)零起步，起步平穩(wěn)。 缺點(diǎn)：（與機(jī)械傳動(dòng)系比較）成本相對(duì)較高，傳動(dòng)效率較低。 適用范圍：中、大型施工機(jī)械（推土機(jī)、裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)），高級(jí)轎車，重型汽車等。 液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)相比有何優(yōu)點(diǎn)？（1）能自動(dòng)適應(yīng)外阻力的變化，使機(jī)械能在一定范圍內(nèi)無級(jí)地變更其輸出軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，當(dāng)阻力增加時(shí)，則自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩，從而提高機(jī)械的平均速度與生產(chǎn)率；（2）因液力傳動(dòng)的工作介質(zhì)是液體，所以能吸收并消除來自內(nèi)燃機(jī)及外部的沖擊和振動(dòng)，從而提高了機(jī)械的壽命；（3）因液力裝置自身具有無級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)，故變速器的檔位數(shù)可以減少，并且因采用動(dòng)力換檔變速器，減小了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度

36、，簡(jiǎn)化了機(jī)械的操縱 3.3全液壓式（靜液壓式和液壓機(jī)械式） 液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。該傳動(dòng)方式取消了主離合器、變速箱、后橋等傳動(dòng)部件，使工作裝置的操縱和整機(jī)驅(qū)動(dòng)方式統(tǒng)一，可減輕機(jī)重、結(jié)構(gòu)緊湊、總體布置簡(jiǎn)單，原地轉(zhuǎn)向性能好，可實(shí)現(xiàn)牽引力和速度的無極調(diào)整，大大提高了牽引性能。下面介紹靜液壓式與液壓機(jī)械式行走的全液壓式主要傳動(dòng)路線，同時(shí)比較全液壓式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 靜液壓式：發(fā)動(dòng)機(jī)??液壓泵??液壓馬達(dá)??輪邊減速器； 液壓機(jī)械式：發(fā)動(dòng)機(jī)??液壓泵??液壓馬達(dá)??減速箱??輪邊減速器； 優(yōu)點(diǎn)：1)無級(jí)變速，速度變化范圍大，可實(shí)現(xiàn)微動(dòng)； 2)

37、 系統(tǒng)元件少，布置方便，維護(hù)和操作簡(jiǎn)單； 3) 液壓系統(tǒng)本身可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 缺點(diǎn)：液壓元件加工精度和密封要求高，國產(chǎn)件的壽命 短，使用維護(hù)要求高。 3.4 電力式 電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。采用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)。工程機(jī)械中最常見的電力傳動(dòng)系統(tǒng)是?電動(dòng)輪?的形式，其基本原理是有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，然后用發(fā) 電機(jī)輸出的電能驅(qū)動(dòng)裝在車輪中的直流電動(dòng)機(jī)，車輪和直流電動(dòng)機(jī)（包括減速裝置）裝成一體稱為?電動(dòng)輪?。下面介紹電力式的主要傳動(dòng)路線，同時(shí)比較電力式傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 組成：內(nèi)燃機(jī)??發(fā)電機(jī)??電動(dòng)機(jī)

38、??減速裝置?? 驅(qū)動(dòng)輪 優(yōu)點(diǎn)：1) 動(dòng)力裝置與車輪間無剛性聯(lián)系，易總體布置和維修； 2) 無級(jí)變速，功率利用好； 3) 電動(dòng)輪通用性好，易組合成多種驅(qū)動(dòng)形式； 4) 可采用電制動(dòng)，制動(dòng)器壽命長(zhǎng)， 5) 系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作方便。 缺點(diǎn)：價(jià)高，耗有色金屬量大，自重大。適用于大型、重型作業(yè)機(jī)械。 表 3.1 幾種傳動(dòng)方式的主要傳動(dòng)特性比較 比較 方式 功能與重量比 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比 響應(yīng)速度 可控性 負(fù)載剛度 調(diào)速范圍 機(jī)械式 小 小 低 差 中等 小 電力式 小 小 中等 中等 差 中等

39、全液壓式 大 大 高 好 好 好 從上述的介紹與比較不難看出，對(duì)本課題所研究的挖掘機(jī)類型選擇液壓式傳動(dòng)方式是最合理的。而隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，液壓方面的一些缺點(diǎn)已逐漸改善。它的一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)一直受工程機(jī)械的喜愛。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。所以，在本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式選用液壓式。 第4章小型挖掘機(jī)行走裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì) 4.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù) (1)行駛速度4km/h (2)慢檔和退檔 1.8km/h (3)最大牽引力4300N (4)標(biāo)準(zhǔn)斗容量0.02m3 (5)預(yù)估機(jī)重 0.5T (6)發(fā)動(dòng)機(jī)功率37kw 4.2行

40、走裝置的總體幾何尺寸 由于本設(shè)計(jì)初始設(shè)計(jì)時(shí)，一些相關(guān)的參數(shù)還無法提前確定，所以按照標(biāo)注選定法、理論分析計(jì)算法等方法得出的參數(shù)值不可能都是完全切合的。因此在未知參數(shù)的前提下，本設(shè)計(jì)有的參數(shù)采用了經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算。 （1）履帶帶長(zhǎng)K： K=KAG1/3（4.2-1） 式中：KA為尺寸系數(shù)（1.25～1.5），本設(shè)計(jì)取KA=1.40； G為整機(jī)重量，本設(shè)計(jì)G =0.5T（本設(shè)計(jì)除特殊說明外，G含相同）。 考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大?10%；故K可取為1222mm。 （2）驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪軸向中心距 L： L=KiG1/3 （4.2-2） 式中: Ki

41、 為尺寸系數(shù)(1.0?~?1.2), 本設(shè)計(jì)取 Ki =1.10; 考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大10%；故L可取為960mm.。 （3）軌距B： B=KBG1/3 (4.2-3) 式中：KB為尺寸系數(shù)(0.75?~?0.85)。本設(shè)計(jì)取KB =0.76； 考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大?10%；故?B??可取為665mm。 （4）履帶高度H0： H0=KTG1/3 (4.2-4) 式中:KT ?

42、為尺寸系數(shù)(0.3?~?0.35)，本設(shè)計(jì)取KT =0.32； 為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大?17%左右，計(jì)算得H0=300mm。 （5）履帶寬度b： 根據(jù)資料，可以初步確定履帶寬度為230mm。 （6）底盤總寬?C： C=B+b (4.2-5) =665+230 =895mm （7）履帶接地長(zhǎng)度： (4.2-6) 式中：Dk ?為驅(qū)動(dòng)輪直徑，約為K- L ?。 （8）后端支重輪到驅(qū)動(dòng)輪間距C3： (4.2-7) 式中：?KC1為尺寸系數(shù)（2.4

43、?~?2.6)，本設(shè)計(jì)取2.4； 履帶節(jié)距 ： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇履帶節(jié)距為80mm。 （9）前端支重輪到導(dǎo)向輪間距C1： (4.2-8) 式中：KC2為尺寸系數(shù)(2.4?~?3)，本設(shè)計(jì)取 2.4； (10)??兩端支重輪間距l(xiāng)o： lo?=??L?-?C1?-?C3 (4.2-9) （11）轉(zhuǎn)臺(tái)離地高h(yuǎn)1 ： h1=K0G1/3 (4.2-10) 式中：K0為尺寸系數(shù)(0.37?~?0.42)，本設(shè)計(jì)

44、取 0.4。 為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大?3%左右，計(jì)算得h1?=330mm。 (12)??相鄰兩支重輪間距? t1: t1?=(1?~?2)?lt (4.2-11) =1.9×80 =152mm 現(xiàn)將行走機(jī)體的主要線性尺寸列于表4.1 表4.1 項(xiàng)目 履帶長(zhǎng)度K 軌距B 輪距L 履帶總高H0 轉(zhuǎn)臺(tái)離地高?h1 履帶板寬?b 結(jié)果/mm 1222 665 960 300 330 230 4.3履帶運(yùn)行阻力計(jì)算 履帶運(yùn)行時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪與履帶軌鏈的嚙合，履帶銷軸間的摩擦以及支重輪，導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力等構(gòu)成了履帶運(yùn)

45、行的阻力；履帶式行走裝置的運(yùn)行阻力有土壤變形阻力、坡度阻力、內(nèi)阻力和轉(zhuǎn)彎阻力及風(fēng)阻力和慣性阻力。 土壤變形的阻力(即外部行駛阻力) 土壤變形阻力是土壤對(duì)履帶運(yùn)行的阻力，由于支重輪沿履帶滾動(dòng)，履帶使土壤受擠壓變形而引起的。對(duì)于一條履帶的變形阻力為： (4.3-1) 對(duì)于雙履帶的變形阻力為： (4.3-2) 式中：p0?土壤的變形模量（如下表：取500KN/m3），（kPa） b?履帶寬度，（cm） h?受壓表面下

46、陷深度，（cm） 土壤變形模量po（單位：KN/mn+2） 土質(zhì) 相對(duì)含水量（耗水量/塑性上限） >1 0.5~1.0 <0.5 沙土 147.09~490.3 ----- ------ 粘性土 980.6~1470.9 196.12~588.36 49.03~98.06 松土 1470.9~2451.5 490.3~980.6 ------- 而h可以用以下簡(jiǎn)化式計(jì)算： (4.3-3) 式中： p ??履帶接地區(qū)段部位的接地比壓（用平均比壓）； 土壤抗陷系數(shù)（取5000KPa/m）。 故： Fw1= p0bh2 履帶對(duì)

47、地面的水平擠壓力 圖4.5表示地面在履帶滾輪作用下的變形情況，若履帶寬度為b，則圓周上擠壓土壤的微段ds的面積為bds，則bds面上所受擠壓力為： （4.3-4） 式中：p/ ?深度h′處的比壓力，（Pa） dFp ?變形土壤ds段圓弧面上的總擠壓力，（N） 擠壓力的水平分為： （4.3-5） 又根據(jù)圖，設(shè)滾輪半徑為R，則有： （4.3-6） 圖4.5 履帶對(duì)水平地面的擠壓力 （4.3-7） 將式(4.3-6)和式(4.3-7)代入式(4.3-5)得: 在土壤變形圓弧段的包角范圍內(nèi)對(duì)上式積分，得到 將 代入上式，并經(jīng)整理化簡(jiǎn)得到單條履帶對(duì)地面的水平擠壓力

48、： （4.3-8） 履帶的運(yùn)行比阻力 雙履帶的地面總變形阻力即為運(yùn)行阻力： （4.3-9） 令履帶運(yùn)行比阻力系數(shù)：，即（4.3-10） 將式（4.3-10）代入式（4.3-9）并整理得： （4.3-11） 式中： ??運(yùn)行比阻力系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)確定，見表4.3-1 m??挖機(jī)總工作質(zhì)量，（kg） L??履帶接地長(zhǎng)度，（m） 表4.3-1運(yùn)行比阻力系數(shù) 路面系數(shù) 比阻力系數(shù) 路面系數(shù) 比阻力系數(shù) 圓石砌的中級(jí)公路 堅(jiān)實(shí)的土地 野地 0.05~0.06 0.06~0.12 0.09

49、~0.12 濕地 冰凍路面 0.10~0.15 0.03~0.04 由以上分析可得到如下結(jié)論： (1)履帶運(yùn)行阻力Fd與成正比，故多支點(diǎn)履帶裝置比少支點(diǎn)履帶的地面變形阻力?。? (2)運(yùn)行比阻力系數(shù)與平均比壓力pm成正比； (3)運(yùn)行比阻力系數(shù)與p0成反比，故地面愈松軟，阻力就愈大； (4)運(yùn)行比阻力系數(shù)與履帶支承長(zhǎng)度L成反比，如果從減小來看，在同樣的平均比壓力下，應(yīng)采用較長(zhǎng)的履帶，而不用寬履帶。 在實(shí)際計(jì)算中，通常采用Fd= mg計(jì)算運(yùn)行比阻力；在坡道中運(yùn)行比阻力為Fd=mgcosa，其中a為坡度角度。 故： 坡度阻力 坡度阻力是機(jī)器在斜坡上因自重的分力所引起的。設(shè)坡

50、角為a，則坡度阻力為： （4.3-12） 式中：m??挖機(jī)總工作質(zhì)量，（kg） 內(nèi)部阻力 （1）驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力Fn1： （4.3-13） 式中：Ft?履帶緊邊張力，（N） ?驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合效率，一般取=0.95 （2）驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸的摩擦阻力Fn2 驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸處的摩擦阻力是由履帶的張力造成的，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的不同旋轉(zhuǎn)方向，可分為兩種情況。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪正向旋轉(zhuǎn)，如圖4.3-2所示，即挖掘機(jī)向前行駛時(shí)，履帶下分支為緊邊，上分支為松邊。1點(diǎn)處履帶張力為Ft，由驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩產(chǎn)生，2、3、4點(diǎn)處履帶的張力為F0，是由初始張緊力及履帶上分分支懸垂造成的。將驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向

51、輪軸頸上的摩擦力矩?fù)Q算到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上，則有： （3.5-16） 式中： Ft?履帶緊邊張力，（N）； F0?履帶松邊張力，（N）； ?軸頸中的摩擦系數(shù)用銅襯套，取 =0.08～0.10; d??驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑(假定二者直徑相同)，（m）； D??驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑，（m）； 圖4.3-2 前進(jìn)時(shí)履帶運(yùn)行張力 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪反向旋轉(zhuǎn)，如圖3.5-3所示，即挖掘機(jī)倒退行駛時(shí)，履帶下分支為松邊，上分支為緊邊。1點(diǎn)處履帶張力為F0，2、3、4點(diǎn)處履帶的張力為Ft，由驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩產(chǎn)生。同樣將驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向輪軸頸上的摩擦力矩?fù)Q算到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上，則有：

52、（4.3-13） 一般情況下，F(xiàn)0=〔0.03~0.15〕Ft，所以比Fn2大得多。 圖4.3-3 后退是履帶運(yùn)行張力 由此可見，當(dāng)挖掘機(jī)倒退行駛時(shí)，履帶中的摩擦損失將比向前行駛時(shí)大。因此，挖掘機(jī)行走時(shí)，一般應(yīng)后輪驅(qū)動(dòng)，向前行駛。 （3）履帶銷軸間的摩擦阻力： 設(shè)履帶節(jié)距為t，驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)為Z，則驅(qū)動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一圈，位于節(jié)圓上的Z塊履帶板都要繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每塊履帶板的轉(zhuǎn)角為： 在履帶張力作用下每塊履帶板銷軸轉(zhuǎn)過a角所做的摩擦功為： （W）（4.3-14） 式中：Ft ?履帶拉力，（N） ?履帶板銷與孔的摩擦系數(shù)=0.25~0.4；

53、 ?履帶銷軸直徑，（m） 如前所述，液壓挖掘機(jī)常用后輪驅(qū)動(dòng)，前進(jìn)和后退時(shí)，履帶上下分支中的張力是不同的，所以履帶銷軸的摩擦阻力?Fn3的計(jì)算也分兩種情況： a、?如圖?3.5-2所示，挖掘機(jī)向前行駛，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)一周時(shí)，在?1、2、3、4?各點(diǎn)均有履帶板繞上或繞出，每條履帶的履帶銷軸中的總摩擦功為： （W）（4.3-15） 設(shè)履帶板節(jié)距離為t，則挖掘機(jī)行駛距離為z2t，因此每條履帶板銷軸摩擦阻力換算到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上的摩擦阻力為： （4.3-16）s b、同理可得挖掘機(jī)后退行駛時(shí)履帶銷軸中的摩擦力為： （4.3-17） （4）支重輪的摩擦損阻力Fn4： 這項(xiàng)損失

54、的計(jì)算和車輛沿軌道運(yùn)動(dòng)一樣。 （4.3-18） 式中： m?作用于履帶上的總質(zhì)量，（kg） D0??支重輪外徑，（m） d0??支重輪銷軸外徑，（m） f???滾動(dòng)摩擦系數(shù)；f??=0.03~0.05 ?銷軸和支重輪軸套之間的摩擦系數(shù)；??=0.1。 綜上所訴：等效到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓上的每條履帶總內(nèi)阻力分別為: 當(dāng)挖掘機(jī)前進(jìn)時(shí)： Fn=Fn1+Fn2+Fn3+Fn4（4.3-19） 當(dāng)挖掘機(jī)后退時(shí)： （4.3-20） 上面這些計(jì)算公式只有當(dāng)知道履帶全部尺寸，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后才能使用，初算時(shí)，可取履帶本身阻力等于整機(jī)單

55、邊垂直自重載荷mg的6%，即 =0.06×0.5×9.81≈0.29KN （4.3-21） 考慮到這些損失，在計(jì)算內(nèi)阻力時(shí)也可取履帶行走裝置效率等于 0.8。 轉(zhuǎn)彎阻力 履帶行走裝置轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到的阻力較為復(fù)雜，其中包括履帶板與地面的摩擦阻力，履帶板側(cè)面剪切土壤的阻力以及履帶板突筋擠壓土壤的阻力等。這些阻力要全部進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算是困難的，但因第一項(xiàng)阻力最大，也是主要的，所以重點(diǎn)研究履帶板在轉(zhuǎn)彎時(shí)與地面的摩擦阻力矩。 履帶板與地面的摩擦阻力矩主要與履帶上比壓的分布以及不同的工況有關(guān)。對(duì)于挖掘機(jī)來說，由于轉(zhuǎn)彎時(shí)機(jī)器空載，而且工作裝置是懸起的，因此履帶比壓基本上可看作均勻分布。 因些，履帶的

56、轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)可看作如圖3-3所示沿折線行走，即履帶由2至3、3至4為直線運(yùn)行，而在3處繞履帶自身轉(zhuǎn)一角度。 設(shè)履帶寬為b，接地長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且L/b>5，則一條履帶的微面積bdx繞履帶中心點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力矩可表示為： d 式中：p?接地比壓，Pa； ?挖掘機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)履帶與地面的摩擦系數(shù)。 一條履帶的轉(zhuǎn)彎阻力矩為： （4.3-22） 式中：m ?挖掘機(jī)工作質(zhì)量，（kg） L?履帶接地長(zhǎng)度，（m） 對(duì)于雙履帶行走的液壓挖掘機(jī)，其轉(zhuǎn)彎阻力矩可認(rèn)為是單條履帶的2倍，即： （4.3-23） 摩擦系數(shù)與支承表面土壤性質(zhì)和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為： （4.3-24） 式中：R?行走履帶

57、的轉(zhuǎn)彎半徑，（m） B?履帶軌距，（m） ?單側(cè)履帶制動(dòng)條件下，履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)最大摩擦系數(shù)，見下表： 表4.3-4履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)最大摩擦系數(shù) 土壤性質(zhì) 土壤性質(zhì) 值 有雪的荒地 干的土路 干的沙路 0.6~0.8 0.7~0.75 0.8~0.9 濕地。耕地 沼澤地 潮濕的黏質(zhì)土 0.8~1.0 0.85~0.9 0.4~0.5 在實(shí)際計(jì)算時(shí)，值可近似選取，對(duì)于堅(jiān)實(shí)地面取較小值，于松軟地面取較大值，一般取值范圍：， 當(dāng)挖掘機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以把摩擦阻力矩?fù)Q算為轉(zhuǎn)彎行駛阻力： （4.3-25） 由此可見，轉(zhuǎn)彎行駛阻力與轉(zhuǎn)彎半徑成反比 將履帶平均接地比壓： P

58、m=mg2bL（4.3-26） 代入式（4.3-25），可得： （4.3-27） 由此可見，轉(zhuǎn)彎行駛阻力與履帶接地長(zhǎng)度平方成正比。從這一點(diǎn)來看，加大履帶長(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)彎是不利的。 當(dāng)液壓挖掘機(jī)以單條履帶制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，履帶板側(cè)邊與地面刮土的附加阻力系數(shù)β ( =1.15)，根據(jù)式（3.5-31），由 R=B，有，所以，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎行駛阻力可表示為： （4.3-28） 2KN 風(fēng)載阻力 風(fēng)載阻力可表示為： Fw=qwAw（4.3-29） =250×2.49×2.74×0.8 =1.36KN 式中：

59、 Fw?挖掘機(jī)的風(fēng)載阻力，（N） qw?挖掘機(jī)工作狀態(tài)的風(fēng)壓，取qw=250Pa; Aw?挖掘機(jī)的迎風(fēng)面積，（m2） 慣性阻力 挖掘機(jī)的行走工況較為復(fù)雜，慣性阻力主要指整機(jī)啟動(dòng)行駛時(shí)的慣性力，慣性阻力Fi為: Fi= (0.01~0.02)mg (N) （4.3-30） = 0.015×0.5×9.81 0.07KN 綜上所述，以上6種運(yùn)行阻力中，以坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為最大，往往要占到總阻力的2/3，尤其液壓挖掘機(jī)的原地轉(zhuǎn)彎阻力比機(jī)械式的繞一條履帶轉(zhuǎn)彎阻力更大，但轉(zhuǎn)彎和爬坡一般不同時(shí)進(jìn)行。因此，可

60、以根據(jù)上坡時(shí)作直線行走的情況計(jì)算履帶行走裝置，并根據(jù)平道上轉(zhuǎn)彎的情況來驗(yàn)算。 故在實(shí)際計(jì)算履帶行走裝置的牽引力時(shí)，總是從下面兩種組合情況中選用較大者，即: 爬坡時(shí)： FT= Fd+ Fs+ Fw+ Fn+ Fi（4.3-31） =0.49+2.8+1.36+0.29+0.07 =5.01KN 轉(zhuǎn)彎時(shí)： FT = Fd+ Fr+ Fw+ Fn+ Fi（4.3-32） =0.49+2+1.36+0.29+0.07 =4.21KN 故：牽引力取 式中：?履帶式液壓挖掘機(jī)的行走牽引力，（N）； ?履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)的運(yùn)行阻力，（N）；

61、 ?履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)的坡道阻力，（N）； ?履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)行風(fēng)載阻力，（N）； ?履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)的轉(zhuǎn)彎阻力，（N）； ?不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的慣性阻力，（N）； ?履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)的內(nèi)阻力，（N）。 在對(duì)液壓挖掘機(jī)的履帶底盤進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，有些阻力很難精確計(jì)算，因此可用整機(jī)重力估算液壓挖掘機(jī)的行走牽引力，即： （4.3-33） 為了保證挖掘機(jī)在坡道上運(yùn)行，應(yīng)驗(yàn)算其附著力，即牽引力必須小于履帶和地面之間的附著力： （4.3-34）

62、 式中： ?履帶和地面間的附著系數(shù)； Tf ?挖掘機(jī)的地面附著力，（N） m ?挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量，（kg） a ?坡度角。 表4.3-5履帶和地面間的附著系數(shù)ψ 地面情況 平履帶 具有尖筋的履帶 地面情況 平履帶 具有尖筋的履帶 公路 土路 不良的野路 0.3~0.4 0.4~0.5 0.3~0.4 0.6~0.8 0.8~0.9 0.6~0.7 難以通過的斷絕路 結(jié)冰的堅(jiān)實(shí)道路 0.2~0.3 0.1

63、5~0.3 0.5~0.6 0.3~0.5 牽引力的校核 由上可知： ，滿足牽引力的計(jì)算原則，符合設(shè)計(jì)要求。 4.4平均接地比壓的計(jì)算 平均接地比壓Pc ： （4.4-1） 式中：b履帶接地寬度（即0.23+0.23=0.46），m；L為履帶接地區(qū)段長(zhǎng)度，m。 4.5 行走裝置輪邊減速器的設(shè)計(jì) 行星齒輪的傳動(dòng)特點(diǎn) 行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較，他具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它的最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流：同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，具輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一軸線上。所以，行星齒輪傳動(dòng)已經(jīng)被人們用來代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械

64、傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對(duì)于要求體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下： （1）體積小、質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大 由于行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流和各中心構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)以及合理的運(yùn)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。再由于在中心輪的周圍均勻的分布著數(shù)個(gè)行星輪來共同分擔(dān)載荷，從而使得每個(gè)齒輪所承載的負(fù)荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能

65、力大和內(nèi)齒圈本身的可容積，從而有利于縮小其外形尺寸，使其體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊且承載力大。一般，行星齒輪傳動(dòng)的外形尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的0.5～0.25（即相同的載荷條件下）。 (2) 傳動(dòng)效率高 由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，即它具有數(shù)個(gè)均勻分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用。在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)、機(jī)構(gòu)布置合理的情況下，其效率可達(dá)0.97~0.99 。 （3）傳動(dòng)比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類型及配齒方案，便可以少用幾個(gè)齒輪而獲得

66、很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí)，仍然可以保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。而且，它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。 (4) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和震動(dòng)能力較強(qiáng) 由于采用了數(shù)個(gè)相同的行星輪，均布的分布在中心論的周圍，從而可使得行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使與嚙合的齒數(shù)增多，故 行星齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊和震動(dòng)能力較強(qiáng)，工作較可靠。 總之，行星齒輪具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大幾小效；率高(類型選型得當(dāng)）等優(yōu)點(diǎn)。因此，行星齒輪傳動(dòng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械，輕工機(jī)械、石油化工機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、汽車、坦克、火炮、飛機(jī)、輪船、儀器和儀表等各個(gè)方面。行星齒輪傳動(dòng)不僅適用于高轉(zhuǎn)速、大功率，而且在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置上也已經(jīng)獲得應(yīng)用。他幾乎可以適用一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)世界各國機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。 4.5.2行星減速器傳動(dòng)方案的選定 行星減速器的傳動(dòng)形式有很多種，以下對(duì)最為典型的三種傳動(dòng)