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推土机设计_百度文库

2019-12-14 20:32 admin

  推土机设计_工学_高等教育_教育专区。毕业设计论•□▼◁▼文 题目 履带式推土机 工作装置设计 前言 推土机主要用来推铲工作,也能进行轻度的装卸成堆散料。由于它适用于建筑、 矿山、铁道、公路、水电等国民经济各个部门,因此,在国内外产量与品种的发

  毕业设计论文 题目 履带式推土机 工作装置设计 前言 推土机主要用来推铲工作,也能进行轻度的装卸成堆散料。由于它适用于建筑、 矿山、铁道、公路、水电等国民经济各个部门,因此,在国内外产量与品种的发展 都较快,是工程机械中的一个主要机种。 推土机根据不同的使用要求,发展形成了不同的结构类型。通常,按使用场合 的不同,分成露天用推土机和井下用推土机;接行走系统结构不同,分成履带式推 土机与履带式推土机;按卸料方式不同,分为前卸式(前端式)、后卸式推土机。本 书主要论述露天工程用的履带式推土机的设计。 推土机的设计,大致要经历:明确任务、调查研究、制订设计任务书,进行整 车布置、确定整机的主要性能参数,进行各部件的方案设计与强度计算,技术设计 和工艺设计,试验鉴定和修改定型等这样一些阶段。一台推土机的设计是否成功, 首先是从能否满足使用要求,好造、好用、好修,具备较高的作业生产串和较低的 使用成本来衡量的。这体现在设计工作中,就是应当使推土机具有较完善的技术经 济性能与指标以及先进的部件结构方案。 2 摘要 我所设计的推土机既保留了传统推土机的优点,而有具有新的性能和优点。 本次设计主要进行的工作装置的设计。推土机推铲货物的作业是通过工作装置 的运动实现的。推土机的工作装置由铲斗,支撑臂、连杆及液压系统等组成。铲斗 以推铲物料;支撑臂和支撑臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接;转斗油缸 通过支撑板,连杆使铲斗转动。支撑臂的升降和铲斗的转动采用液压操作。 先对推土机的发展概况几设计的指导思想、特点、任务进行概述,然后确定方 案,在技术设计部分罗列了推土机的主要技术性能和参数,进行了牵引特性计算, 工作装置设计。工作装置设计中有工作装置运动分析,对铲斗、支撑臂、连杆机构 进行设计等几部分组成。 在工艺设计中叙述了工艺工程。应用程序计算了受力分析。总之,整个设计是 有序地完成的。 在整个设计的过程中,在老师及其他老师的指导下顺利完成的,通过这次设计, 我学到很多东西,在实践中把大学中所学的知识综合运用复习了一次,同时也学到 很多新的东西,受益非浅。在此,本人表示衷心感谢!并真诚希望各位老师对我提 出宝贵的意见。 2 Abstract This type of ZL15 loader that I have designed has the common virtues of the traditional loaders.And it has some new-improved virtues and function. In my design progress,I put emphasis on the working-device. The ZL15 loader also has some traditional virtues like the articulited wheel-type loader.The loader digging and unload the goods by the working-device.The working-device has many Parts and it is connected to the machine.Some parts of the device’the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL15 loader are listed.The following part is the calculation part of the tractive features and the designing of the working device. The necessary computer progress is placed in the end of my designing progress,all the computer program was composed with C language .In a word,the whole designing progress is designed carefully and step by step.I wish my design could clearly explained my designing idea. With the kind help of Mr.LiFeng and other teachers,I finished my design successfully.Through designing this type of ZL15 loader,I have attained a lot which was new to me.Here,I want to express my heartful gratitude to those teachers.At the same time ,the shortcomings in my design need to be poingted out by the teachers.thank you all. 2 目录 第一章 设计任务书……………………………………………………1 第二章 推土机的发展及应用 2.1 推土机在的介绍……………………………………………1 2.2 推土机在地下推铲作业中的用………………………………2 2.3 我国推土机的发展前景 …………………………………3 第三章 履带式推土机总体参数的确定…………………………………4 第四章 推土机的总体布置 4.1 推土机的总体布置原则……………………………………6 4.2 推土机各部件的布置………………………………………7 4.3 推土机的总体构造和分类…………………………………9 第五章 推土机工作装置的设计 5.1 工作装置结构分析……………………………………… 10 5.2 铲斗设计………………………………………………… 11 5.3 工作机构连杆系统的尺寸参数设计…………………… 15 5.4 工作装置强度计算……………………………………… 21 5.5 推土机工作装置中油缸作用力的确定 ………………… 29 5.6 工作装置的限位机构 …………………………………… 30 总结…………………………………………………………………… 31 参考文献……………………………………………………………… 32 第一章 设计任务及要求 一. 课题名称(包括主要技术参数)及要求 推土机工作装置设计 额定载重量:1.5 t 柴油机功率:50 kw 整机重量:21 t 要求:保证推土机工作的功能,满足工程机械的各项使用性能。 二. 课题内容几工作量 1. 总体方案确定 2. 工作装置结构形式分析 3. 工作装置运动分析 4. 工作装置性能分析 5. 图纸设计 6. 电算程序 7. 译文(机械设计类) 第二章 推土机的应用与发展状况 2.1 履带式推土机的介绍 金属矿山的推铲作业可划分为露天推铲作业和地下推铲作业两大类。我国露天矿 采以矿石的比重约占 70%,但从事地下推铲作业的人员比露天推铲作业的人员多。这 是因为地下推铲作业的条件复杂,使用的设备种类繁多,在产量相同的条件下,对地 下矿投资的人力和物力远大于露天矿的缘故。 保护自然环境和合理地利用矿藏资源,是发展社会主义经济的必要条件。随着浅 埋矿床的耗尽而愈来愈向深部推铲作业,或当露天升采的深度很•☆■▲大而使地表遭受大面 积的破坏时,就必须采用地下推铲作业。可以预料今后地下推铲作业仍将逐渐增加。 不论是露天矿推铲作业还是地下矿推铲作业,对矿体较硬的金属矿山,都是经凿 岩爆破将崩落松散矿石或岩石,经装运作业运至下步工序的作业地点。装载作业是矿 山整个生产过程小既繁重又费时的作业。所以努力提高推土机械的作业能力,对实现 矿山生产的高效率低消耗想着重要的作用。 ZL 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 1 导产品之一。 为适应推土机多功能作业的要求,履带式推土机已经向一机功能方向发展。这主 要靠主机控制适合多种作业的组合工作装置完成。80 年代国外推土机和液压挖掘机除 了不断完善装,挖功能外,正向一机多能方向发展。许多公司竞相生产各式各样的辅 助机构。这种机型使用范围很广,其产品受到用户的普遍关注。 在通用拖拉机前端加装载装置,后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机, 亦称挖掘推土机,俗称“两头忙”。 工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法,工作量繁重,精度较低。 当分析工矿较多时问题更为突出,为克服手工画图的误差。本次设计前面所进行的工 作装置 CAD 设计是通过看资料、实物,通过初步分析、计算而确定的方案。其次要考 虑各个工作液压缸作用力的均衡性,整机的稳定性,整机与地面的附着性、满足结构 和布置的可能性,以综合比较初选方案,从而确定机构参数(一般来说,从计算机辅 助分析中发现不合理的现象可究其原因,采取改进措施,是设计合理化。对已经拟订 的各种方案可通过计算机辅助分析作进一步的取舍和修改,以便确定较合理的方案)。 同时,通过性能分析能够很清楚的了解到这个推土机装置在各个位置或各种工况时的 里和其它参数,有利于更有效地使用挖掘推土机和使这种推土机工作效率得到最大限 度的发挥。 2.2 推土机在地下推铲作业中的应用 地下矿的推铲★-●=•▽作业,包括开拓、采准、回采三个步骤。开拓是矿山的基建工程, 它是用井巷把地表与山地下矿体接通,并建成完整的运输、通风、排水的并巷工程, 包括竖井、斜井、盲井、井底车场,如水泵房、变电室、机修站、火药库等,还有石 门、阶段运输巷道、溜井等。 采准是指掘进形成采区外形的一些巷道及为了回采工作面的碎岩和爆破而需要 的自由空间。前者如◇…=▲采区的运输巷道、通风和人行天井,以及电耙巷道等,如切割槽、 拉底空间、放矿漏斗等。 回采就是做完采准后,在采区工作面进行的落矿、装运和管理作业。回采中的 矿石装运作业是矿山生产的重要环节。 装载作业就是把开拓、采准、回采的矿石或岩石装入运输工具或卸入溜井。开拓、 采准和回采三者在使用装运机械方面对比起来,采准工程的特点是:它的装运作业工 作量,是在阶段水平以上或矿房内部及矿床上下盘中进行的。一般地说,这些巷道断 面尺寸小、长度短,分布在阶段水平以上不同的高度上,要求机械设备轻便灵活,便 于调入和调出及迁移到不同高度上。在断面只寸很小的空间内工作,由于设备的调入 迁移和使用都比较困难,致使采准工作的机械化程度低、工作效率低、成本高。因此 采准工作量的多少,便成为衡量采矿方法好坏的重要指标之一。 2 2.3 我国推土机的发展前景 随着我国国民经济建设的调整发展,大型履带式推土机的需求量会有大幅度上 升,特别是西部大 开发,许多大型工程建设等,大型履带式推土机大有用武之地。 另外,世界上生产大型履带式装载 机的国家、企业也不多,出口前景也非常好,苦 于我们还拿不出产品。 1999 年,我国全行业 ZL60 型共销 28 台,ZL80 型及 ZL100 型一台也未销售。因 此,我国大型 履带式推土机可以说是基本上未推向市场。影响推出市场的主要原因 是,除开发水平较低外,主 要是配套件跟不上。大型 履带式推土机的配套件国内基 本上没有,有少量的也是水平低,可靠 性差,不太适用,进口配套件价格又太贵。 因此大型履带式推土机的国内市场基本上被国外大公 司所占领。我国推土机行业, 特别是主要推土机制造企业,应抓住我国加入 WTO 后进口件价格 降低的机遇,进口 一部分重要的关键部件,同时为尽量降低成本,加大力度开发一些目前已经有能力开 发的零部件,如传动系统中的驱动桥、液压件中的缸、阀等,经过精心设计,开发出 具有中国特色的大型履带式推土机。只要我们的产品能占领国内市场,也一定能打进 国际市场。 国产挖掘推土机及小型多功能推土机数量很少,在我国 ZL20 型以下属小型推土 机,据 1999 年全行业主要企业统计,共销售小型推土机有 1546 台,能占全行业的 8.2%。 国外小型推土机及小型多功能推土机,包括挖掘推土机在内,市场份额已相当大。 美国的 山猫牌小型多功能推土机年销量在 5 万台左右,还有美国的凯斯、约翰迪尔、 卡特彼勒、英国 的 JCB 公司等的挖掘推土机及小型多功能推土机年销量都在万台上。 可见世界市场上挖掘装载 机及小型多功能推土机市场是多么大,而中国目前这类产 品基本上还没有。这类产品特别适用 于市政建设、中小城镇建设、乡间非等级公路 建设、一般公路的维护保养、港口码头作业,还 有改造环境、植树造林等。特别是 西部大开发,这类产品将有广阔的潜在市场。这类产品的开发,今后肯定是以静液压 件传动为主,目前世界上小型推土机、小型多功能推土机基本上都是 静液压传动。 我国要能真正把这类产品发展起来,必须有自己的创新。推土机行业的广大企 业, 特别是有能力的大企业,应加大创新力度,去争我国小型推土机、小型多功能推土机、 挖掘推土机等这一巨大的潜在市场。 我国西部 3000 米以上高海拔地区及沙漠地区占了很大的面积,在实施西部大开 发中,高原 及沙漠型特殊用途推土机需要量较大,国内目前基本上还没有这类产品, 而国外大公司在这方 面已经有成熟的产品。因此,我国加入 WTO 后,这个巨大的潜 在市场很可能被国外大公司所占领。我国的推土机行业从现在起应积极行动起来,与 有关科研院所及有关发动机等配套件企业联合起来,尽快开发出具有中国特色的高 原、沙漠型特殊用途推土机,去抢占我国西部这一潜在大市场。 中型履带式推土机是国内最成熟而产量又大大过剩的产品。这种产品只要“入世” 后实行国 际采购,提高质量、水平、可靠性,那么大批进入国际市场的机遇就在眼 3 前。 第三章 履带式推土机总体参数的确定 3.1 推土机铲掘时的作业阻力 推土机在进行铲掘作业中的作业阻力主要是:铲斗插入料堆时的插入力;提升支 撑臂时的铲起力;翻起转斗时的转斗阻力矩。影响这些阻力的因素很多,例如铲掘的 物料种类、铲斗的形状,铲斗插入的深度等。而铲掘的物料种类又是多种多样的,可 能是土壤砂石,也可能是各种块度的矿石,因此在这些复杂因素影响下,难以准确的 计算出推土机铲掘时的作业阻力,为确定这些阻力,则通过铲掘散状物料试验的办法 得出经验公式和多种系数进行计算,下面分别计算推土机在铲掘散状物料时的各种阻 力。 一、插入阻力 插入阻力是推土机铲斗插入料堆时,料堆对铲斗的反作用力。插入阻力分别由以 下阻力组成:铲斗前切削刃口和两侧壁切削刃口的阻力;铲斗底和侧壁内表面与物料 的摩擦阻力;铲斗外表面与物料接触时的摩擦阻力。这些阻力与物料的类型、料堆的 高度、铲今插入料堆的深度、铲斗的结构等因素有关。由实验得知,随着铲斗插入料 堆深度的增加,插入力随指数稍大于 1 的抛物线而增长,推荐用下面的经验公式 11 算: Pc ? K1 K 2 L1.25 G BK K 3 K 4 式中: P c ——铲斗插入阻力(公斤); K ——取决于被铲掘物科的块度和松散程度的影响系数,取块度小于 400 1 1 毫米时,K =1.1; 0.12; K 2 ——物科种类(容积比重)的影响系数,散状物料种类为沙石,系数为 L。——铲斗插入料堆深度(厘米);取 50cm;▽•●◆ BK ——铲斗宽度(厘米); K 3 —一散状物料料堆高度影响系数,料高度为 1.4m, K 3 =1.15。 4 Pc ? K1 K 2 L1.25 G BK K 3 K 4 ? 1.1? 0.12 ? 501.25 ?197 ?1.15 ?1.5 ? 5964 二、铲起阻力 铲起阻力是指铲斗插入料堆一定深度后,用支撑臂油缸提升支撑臂时,;料堆对 铲斗的反作用力。 铲斗插入料堆 Lc 深度后,用支撑臂提升铲斗,铲起阻力由铲斗斗底插入科堆深度 Lc 和铲斗宽度 BK 所决定的矩形面积上的物科所决定。 铲起阻力同样受到物科的块度、松散性、容积比重、温度、湿度、物料之间及物 料与斗壁摩擦之间的影响。最大的铲起力发生在铲斗刚刚开始提升的时刻.随着支撑 臂的提升,铲起阻力逐渐减小。 铲斗开始提升时的铲起阻力 Pc 可按下式确定: Pc = 2.2Lc BK K? l c ——铲斗插入科堆深度(米); B ——铲斗宽度(米); K K? ——铲斗开始提升时物科的剪切阻力(公斤/米 3 )。 Pc ? 2.2Lc BK K? ? 2.2? 0.50?1.970?3500 ? 7585(公斤) 三、转斗阻力矩 转斗阻力矩是当铲斗插入科氓一定深度后,用转斗油缸使铲斗向上翻起时,料 堆对铲斗的反作用力矩。当用翻转铲斗来铲掘物科比如不考虑铲斗翻转的角加速度, 在铲斗翻起最开始时刻静阻力矩 M c ;具有最大值以 M c 。表元而当铲斗继续回转时, M c 的数值迅速减小,回转到? 0 值时,即铲斗底板前线开始离开料堆坡面,这时静阻 力矩为 M c 。,仅由铲斗中物科重量决定。翻起铲斗的静阻力矩肥;随铲斗翻转角? 的 5 变化,M 0 表示开始转斗时刻的静阻力矩,这时铲斗翻转角? ? 0 ,M 0 表示铲斗离开 科堆时静阻力矩,这时铲斗翻转角? ? ? 0 。 第四章 推土机的总体布置 4.1 推土机的总体布置原则 一. 总体布置的内容 总体布置内容应包括以下几个方面: 1.确定各个部件在整机上的位置,并对外形尺寸提出要求; 2.确定各部件之间、部件与整机之间的连接方式; 3.估算整机重量几重心位置,并对各部件的重量提出要求; 4.布置各个操纵机构、机棚、驾驶室等; 5.审核各运动件的运动空间,排除可能发生的运动干涉; 6.定出标准化、通用化和系列化的零、部件的名细表。 二.总体布置的原则 总体布置时要考虑以下几条原则: 1.保证整机的稳定性; 2.结构紧凑、并有较高的传动的效率; 3.便于操作和维修,工作安全可靠; 4.外形平整美观。 三.总体布置的基准选择 总体布置时,应注意以下几个基准选择: 1.通过后桥中心线的水平面,为上、下位置的基◆●△▼●准面; 2.以通过后桥中心线的垂直面,为前、后位置的基准面; 3.以整机的铅垂纵向对称面,为左右位置的基准面。 四、设计中应考虑的整机性能 1)牵引性,是推土机在不同工作速度下所能发出的最大牵引力的性能。它影响到 机子的工作能力与工作效率。牵引性能的好风是用牵引功率和牵引效率来评价的。它 反映了推土机利用发动机功率进行工作的有效程度,是最重要的一个性能指标。 2)动力性,是反映推土机在行驶中,以不同档位工作时,所具有的加速性能,以 及所能达到的最大行驶速度和爬坡能力的一个性能。动力性能的好讯用动力因数来评 价。 3)经济性,是反映推土机在工作中燃树消耗是否经济合理的性能。它有两个指标: 是依牵引马力小时消耗的燃油克数,这个指标可以用来比较不同推土机的经济性的好 6 坏,另一个是作业中装卸每吨物料消耗的燃料这个指标可以用来核算作业的生产成 本。由于后者包含着使用中各种因素的影响,因此不能用作评价不同推土机经济性能 好坏的指标。 4)稳定性,是推土机在坡道上行驶时不失去稳定和不倾翻的性能。它关系到推土 机机在坡道行驶的安全性,因此,是一个很重要的性能指标。推土机的稳定性用稳定 度这一指标的大小来表示。 5)机动性,是推土机能否在狭窄场地转向和通过的性能因此,可以用外侧履带和 铲斗的转向半径来标志。机动性的好坏,影响到推土机的适用程度。 6)作业性,是反映推土机整机使用好坏的性能,通常以功率到生产率的高低为评 价指标,它与整机所具有的切削力、掘起力、铲斗容量和容积效率,以及工作装置杠 杆系统的工作速度等有关。 4.2 推土机各部件的布置 一.发动机和传动系的布置 发动机一般置于推土机后部,起着对前置铲斗中负荷的平衡作用,并增加推土机 的稳定性。发动机是预选现成的,故主要尺寸均已知。根据载荷分配确定发动机相对 后桥中心的前后位置,并参考同类型推土机的发动机布置来确定曲轴中心线相对车架 上线的高度。发动机位置的布置要结合传动系各总成的结构和整机的使用要求全面考 虑。发动机位置确定后,即可安排变矩器、变速器的位置然后确定传动轴数目。 二、工作装置布置 工作装置布置在▷•●整车的前端,结合工作装置的设计要求确定支撑臂与车架铰点的 位置。假如支撑臂长度不变,铰点布置向前,最大卸载距离大,但由铲斗中载荷作用 的倾翻力矩增加,为减小此倾翻力矩而不减小载重量,一般将铰点向后布置,但最好 不安排在驾驶室两侧或驾驶室之后,以免支撑臂举升时恰在驾驶员的两侧影响驾驶人 员的安全性。支撑臂落在最低位置时铲斗位于前轮之前,不能◇•■★▼与前轮干涉。支撑臂的 最大举升与最低位置的夹角一般为 90 ? 左右,此角度太大,特使最大卸载高度时的卸 载距离急剧下降,同时支撑臂油缸与支撑臂铰点间的距离(力臂)也大大减小,使受力 情况不利。 三、转向系的布置及分类 轮胎式推土机的转向系:有偏转前轮转向和铰接式转向两类,偏转车轮转向又分 为偏转前轮、偏转后轮、偏转前后轮三种。 (一)偏转前轮转向 前轮转向半径大于后轮转向半径,这样当前轮能从障碍物的内侧通过时,后轮 也一定能从障碍物内侧通过,驾驶员可以利用前轮估计后轮避开障碍物,有利于安全 行驶。 在整体车架的车辆上,多采用偏转前轮的转向系。但是对推土机来说,由于工作 7 机构布置在前端,转向机构的布置,受到前部空间的限制;又因为推土机的前轮负荷 大、转向阻力大、所以,转向机构不易布置在前轮上。只有沿用其它车辆的前轮转向 的底盘时,才采用偏转前轮转向。 (二)偏转后轮转向 后轮的转向半径大于前轮的转向半径,当前轮从障碍物的内侧通过后,后轮不一 定就能从障碍物的内侧通过,这就不利于安全行驶。在一般车轮上,不采用偏转后轮 的转向,但是在整体车架的推土机上,多采用偏转后轮的转向。这是因为推土机的油 轮负荷大,并且前端空间位置又难以布置转向,所以,多采用偏转后轮转向。 采用偏转后轮转向时,要求驾驶员要有熟练的操作技术。 (三)偏转肋、后轮转向 一般采用前、后轮偏转角度相等的结构。全轮转向的转弯半径小,机动性好;前、 后车轮的转向半径相同,后轮行驶在前轮的轮辙上,减小了后轮的行驶阻力。但是, 由于驱动轮又是转向轮,造成结构复杂。 (四)铰接式车架采用铰接转向 铰接转向的铰销位置有以下三种情况: 1)铰销位于前后轴线的中间,转弯时,前后轮轨迹重合。 2)铰销位置在前后轴中间偏前,前轮转弯半径大于后轮转弯半径。 3)铰销位置在前后轴中间偏后,前轮转弯半径小于后轮转弯半径。 一般多采用第一种布置方案,故前轮与后轮轨迹相同,可以减小在劣路上的行驶 阻力,并且前轮能通过的狭小地段,后轮也能顺利通过。 整体式车架采用偏转车轮转向,推土机重载时前桥负荷比后桥大,所以多采用后 轮转向。第二种方案比第一种结构复杂,尤其是要保证前转向轮与支撑臂不发生干涉, 因而也给总体布置方而带来一定困难。 在布置转向车轮时应保证它的周围有一定的空间,在任何转向角时车轮都不与周 围的零部件相碰,尤其是在最大转向角时不能与车架相碰。转向梯形可布置在桥的前 部或后部。 六、驾驶室的布置 为使驾驶员在作业时前方有良好视野,整体式车架驾驶室是布置在车架的前部。 驾驶室布置在前车架后端。这种布置形式前方视野舱便于驾驶员铲挖作业,但后 方视野较差。转向时驾驶员随前车架一起转动,铲斗始终在驾驶员的正前方,便于对 准料堆和卸载卡车。由于驾驶它在全车的较前部,因此在铲挖时驾驶员受到的冲击较 大,容易疲劳。另外因驾驶室在前车架上,而发动机、变速箱等均在后车架上,所以 操纵机构一般只能采用电、气压或液压操纵。目前国外有少数推土机驾驶室是这样布 置的。 4.3 推土机的总体构造和分类 一.推土机的总体构造:推土机一般有发动机,动力传动系统,行走系统,工作装 8 置,液压系统和操作系统等组成,发动机的液力变矩器把动力传给变速箱,然后经前 传动轴和后传动轴分别传给前后驱动桥,以驱动车轮转动,工作装置是由支撑臂,铲 斗,连杆机◆■构,支撑臂油缸和转斗油缸等组成,支撑臂一端铰链在机架上,另一端和 铲斗铰链连接。支撑臂的升降由支撑臂油缸带动,铲斗翻转则由转斗油缸通过连杆机 构来实现,车架由前后两部分组成,中间用前后车架铰链联接,依靠转向油缸可使前 后车架绕铰销相对地转动,以实现转向。 二.推土机的分类: (1)按行走装置分:有轮胎式和履带式两种。 轮胎式推土机是以轮胎式专用底盘为基础车,配置工作装置及操作系统组成。其 重量轻,速度快,机动灵活性及效率高,因而他的品种与产量都发展快。 履带式推土机是以专用底盘或工业履带式拖拉机为基础,装上工作装置及操作系 统完成。其接地比压小,通用性好;重心低,稳定性好;重量大,附着性能好。因此, 在履带式推土机不适宜的场合更显优越性。 (2)卸料方式分:有前卸式,回转式,后卸式 前卸式推土机的工作装置不回转,装料与卸料都是整机走动进行,作业过程中调 车费时,但因结构简单,工作可靠,视野良好,因此应用最广泛。 回转式推土机的支撑臂安装在转台上,铲斗在前端装料后,回转至侧面卸掉,装 载时不需要调车,作业效率高,适宜于厂区工作。但结构复杂,回转卸载时偏心载荷 较大,整机侧向稳定性不好。 后卸载推土机是在前端装料,卸载时铲斗越过驾驶室向后端卸料,作业时不需要 调车,可直接向后停在起后面的运输车辆卸载,作业▪…□▷▷•效率高。但卸载时铲斗越过驾驶 室不安全,只用于矿井下狭窄的场地。 (3)联接方式分为:整体式、铰接式 整体式推土机的△▪▲□△车架是一个整体,利用偏转后轮同时偏转进行转向。 铰接式推土机的车架有前后两部分组成,中间用垂直铰销联接,它通过连接 前后车架的油缸推动前后车架绕垂直铰链相对转动折腰转向。由于前后车架折腰 度大(大约 35~40 度),所以转弯半径小,可在半径比较小的场地作业。 (4)铲斗的额定量分:小型0.5t;中型 0.6 ~ 2.0t ;大型铲斗额定量10t。 三.推土机的作业方式: 推土机是循环作业式的工程机械。它的一个作业循环由驶进料堆、铲取、后退、 转向、驶进卸料目标和卸料等动作构成。其中,对物料的铲取方法和作业时运输车辆 的配置方案,将影响生产率的高低。 1. 铲取方法:推土机对物料的铲取方法有一次铲取法和复合铲取法两种。 (1)一次铲取法:铲斗一次插入料堆,一次收斗而装满铲斗的铲取方法。作业 时推土机从正前方驶进料堆,边进边放下铲斗,在料堆前 1m 处使铲斗落到地面,处 于浮动位置,斗刃能触及料堆时,加大油门缓缓插入料堆,然后铲斗上翻,提升支撑 臂到运输位置再倒退驶出。该法是最简单常用方法,比较适用于阻力比较小的松散料 堆。 9 (2)复合铲取法:推土机前进插入料堆的同时,铲斗与提臂相配合铲取物料的 方法。这样铲取切削阻力小,适合铲装切削阻力较大的物料。 2. 作业配置方案:推土机与运输车辆的作业配置方案,主要取决于现场的条件、 运输车与推土机的数量和类型。广泛使用的有“I 形”、“V 形”、“L 形”作业方法。 (1)“I”形作业法:运输车平行与工作面并往复地前进和后退,所以也称之为 穿梭作业法。 这种作业方式可减少推土机改变方向的次数,如果推土机与运输车配合的好,会 有较好的生产率。 (2)“V”形作业法:运输车与工作面成 60 度的角度,推土机装满铲斗后,在倒 车驶离工作面的过程中,并调转驶向料堆,进入下一次的作业循环。 这种作业方式可以得到较短的工作循环时间,故应用十分广泛。 (3)“L”形作业法:运输车垂直于工作面,推土机铲装物料后,倒退并翻转 90 度,然后向前驶向料堆进行下次铲装。 这种作业方式在运距较短时,一个司机可轮换在两辆运输车上工作,以减少人力。 这种作业方式适用宽广的作业场合。 第五章 推土机工作装置设计 5.1 工作装置结构分析 推土机采掘和卸载货物的作业是通过工作装置的运动实现的。推土机的工作装置 由铲斗,支撑臂、支撑板、连杆及液压系统等组成。铲斗以铲装物料;支撑臂和支撑 臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接;转斗油缸通过支撑板,连杆使铲斗转动。 支撑臂的升降和铲斗的转动采用液压操作。 由支撑臂、支撑臂油缸、铲斗、转斗油缸、支撑板、连杆及车架相互铰链而成的 机构,在推土机工作时需要保证:当支撑臂处于某种作业位置不动时,在转斗油缸的 的作用下,通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动;当转斗油缸闭锁时,支撑臂在支撑 臂油缸的作用下提升或下降铲斗过程中,连杆机构应该能使铲斗在提升过程中保持平 动或与地面的夹角变化控制在很小的范围,以免装满料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料 洒落;而在支撑臂下降时,又自动将铲斗放平,以减轻驾驶员的劳动强度,提高生产 效率。 一.结构形式的选择 推土机的工作装置的结构形式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。 有铲斗托架的工作装置其支撑臂和连杆的后端与车架的支座铰链,支撑臂和连杆的前 端与铲斗托架铰链,托架上部铰接转斗油缸,其活塞杆几托架下部与铲斗铰接。当托 架、支撑臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构,则在支撑臂提升、转斗油缸 闭锁时,铲斗始终保持平动,斗内物料不会洒落。 无铲斗托架的工作装置,结构比较简单,同时,由于转斗油缸及铲斗都是直接铰 10 接在托架上,所以铲斗的转动角较大。但是,支撑臂前端的较重的托架减少了铲斗的 载重量。根据支撑板、连杆数目及铰接位置的不同,可组成不同形式的连杆机构,铲 斗的铲起力 P 随铲斗转角 a 的变化关系,倾斜时的角速度大小以及工作装置的运动特 性也不同。因此,推土机工作装置的结构形式的选择,既要考虑结构简单,也要考虑 作业性质和挖掘方式来确定。 5.2 铲斗设计 一.铲斗结构形式的选择 铲斗是直接用来切削、卸出物料,推土机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲 斗直接发挥出来的,铲斗的结构形状及尺寸直接影响推土机的作业效率和工作可靠 性,所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗设计的主要要求。铲斗是在恶劣的环境 下工作承受很大的冲击载荷和剧烈的磨▲★-●损,所以要求铲斗具有足够的强度和刚度,同 时要耐磨。 铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同,一般分为直☆△◆▲■线型或非直线型 两种。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业,但切削阻力较大。非直线型切削刃有 V 型和弧型等,推土机用的较多是 V 型斗刃。这种切削刃由于中间突出,在插入料堆 时,插入力可以集中作用在斗刃中间部分,易于插入料堆;同时减少“偏载切入”有 一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。 装有斗齿的铲斗,在推土机作业时,插入力有斗齿分担,形成较大的比压,利于 插入密实的料堆疏松物料,便于铲斗的插入,斗齿磨损后容易更换。因此,对主要用 于铲装岩石或密实物料的推土机,其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料 或粘性物料,其铲斗可以不装斗齿。 斗齿的形状对切削阻力的影响:对称齿型的切削阻力比不对称的大;长而狭窄的 齿比宽而短的切削阻力小。弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小,但弧线型侧刃容 易从两侧泄漏物料,不利于铲斗的装满适宜于铲装岩石。对主要用于土方工程的推土 机,在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性,减少物料在斗体的移动或滚动阻力,同时 要有利于在铲装粘性物料是有良好的倒空性。 铲斗底板的弧度(圆弧半径,见图)越大,铲掘时泥土的流动性越好,但对于流 动性差的岩石等,则应将底边加长而弧度减小,使铲斗容积加大,比较容易铲取。但 是当底边过长,则铲斗的铲起力变小,且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度 成比例的急剧增加,如图所示。相反,如底边短,不但铲斗的铲起力大,而且卸载时, 斗刃口的降落高度小,也易于将物料卸净。因此,铲斗转铰销的位置以近于刃口处为 好。 二.铲斗容积 一). 铲斗基本参数的确定 铲斗宽度应大于推土机轮胎宽度,每侧为 50 ~ 100mm,以便保护轮胎侧壁,减少 行使阻力。 11 在确定铲斗各部分尺寸时,一般把铲斗的回转半径 R 作为基本参数。着是因为它 直接影响铲斗前壁的长度,前壁长度的铲斗要求插入深度大,插入力大,卸载时所占 的高度空间大,而且直接○▲-•■□影响铲斗铲取力和斗容的大小。 R0 ? VK B0{0.5?g (?Z ? ?K cos? 1) sin ? 0 ? ?2R [ctg ?0 2 ? 0.5? (1 ? ?0 180? )]} 式中 : VK ——几何 4 容量(图 3—18 小所示阴影断面),由设计任务书给定(米 3 ) B。——铲斗内侧宽度(米); ? g ——铲斗斗底长度系数,通常 ? g =1 ?Z ——后斗壁长度系数,通常 ?Z =1.1-1.2, ?K ——挡板高度系数,通常 ?K =0.12-0.14; ?R ——斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数,通常 ?R =0.35-0.40; r1 ——挡板与后斗壁问的夹角,通常 rl=5 ? -10 ? ; r0 ——斗底和后斗壁间的夹角,通常 r。=48 ? -52 ? , (有推荐 55 ? -65 ? ) 由计算得: R0 ? 1024 ~ 1234 mm 选取 R0 ? 1065 mm 斗 底 长 度 Lg 是 指 由 铲 斗 切 削 刃 到 斗 底 与 后 斗 壁 交 点 的 距 离 : Lg ? ?g R0 ? (1.4 ~ 1.5)R0 =1528mm 后斗壁长度 LZ 是指后斗壁上缘到与底相交点的距离: LZ ? ?z R0 ? (1.1 ~ 1.2)R0 =1216mm 挡板高度 L K : LK ? ?K R0 ? (0.12 ~ 0.14)R0 =143mm 12 铲斗圆弧半径 R1 : R1 ? ?R R0 ? (0.35 ~ 0.40)R0 =386mm 铲斗与支撑臂铰销距斗底的高度: hw ? (0.06 ~ 0.12)R0 =165mm 铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角 a0 ? 50 ? ~ 60 ? 。在选择? 1 时,挡板的夹角为 90 ? 。 5.3 工作机构连杆系统的尺寸参数设计 转斗油缸后置式反转机构 这种机构有两大优点: (1)转斗油缸大腔进油时转斗,并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值。所 以可以获得相当大的铲取力; (2)恰当地选择各构件尺寸,不仅能得到良好的铲斗平动性能,而且可以实现 铲斗自动放平。这是其它 6 种工作机构所望尘莫及的。 此外,结构十分紧凑、前悬小,司机视野好也是此种机构的突出优点。 缺点足支撑板和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄部位,容易发生构件相互干 扰,设计时需特别精心。 一.工作装置结构设计 根据推土机的用途、作业条件及技术经济指标等拟订的设计任务书的要求,选定 了工作装置结构形式以后,可开始进行工作装置的结构设计。 13 推土机工作装置图 二.装载工作对工作机构设计的要求 (一)轮胎式装教机工作过程 轮胎式推土机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械,它的工作过程由 5 种工 作状态或工况组成: 1)工况 I——插入状态 支撑臂下放,铲斗放置地面,斗尖触地,铲斗前壁对地面呈 3 ? ~ 5 ? 前倾角;开 动推土机铲斗借助机器的牵引力插入料堆。 2) 工况 II——铲装状态 工况 I 以后,转动铲斗,铲取物料,待铲斗口翻转至近似水平为止。 3)工况 III——重载运输状态 举升支撑臂,待工况 II 之铲斗升高到适合位置(以斗底离地的高度不小于最小允 许距离为准),然后驱动推土机,载重驶向卸载点。 4)工况 IV—一卸载状态 在卸载点,举升支撑臂使铲斗至卸载位置;翻转铲斗,向运输车辆或固定料仓卸 载;卸毕,下放支撑臂,使铲斗恢复到运输状态。 5)工况 V——空载运输状态 卸载结束后,推土机由卸载点空载返回装载点。在露天矿或工地,通常轮胎式推 土机是向载重汽车卸裁,出于装载点和卸载点距离很近,卸载位置较高,所以一般称 作“定点高位卸载”。 地下矿山使用的轮胎式推土机习惯上称“井下铲运机”。目前,铲运机多数向溜 井或矿仓卸载,运输距离较长,卸载位置较低,所以一般被称为“动点低位卸载”. 14 工作装置的结构设计包括: 1)确定支撑臂的长度、形状及车架的铰接位置。 2)确定支撑臂油缸的铰接位置及支撑臂油缸的行程。 3)连杆机构(支撑臂、铲斗、转斗油缸、支撑板构成) 4)工作装置的结构设计应满足以下要求: (1) 保证满足设计任务书中所规定的使用性能及技术经济指标的要求,如最大卸 载高度、最大卸载距离,在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置。 (2)保证作业过程中任何构件不与其它构件干涉。 工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题,因为组成工作装置的各个构件尺寸几位 置的相互影响,可变性很大。对于选定的结构形式,在满足上述条件下可以有各种各 样的构件尺寸及铰接点位置。通过多种方案的比较,选出最佳构件的尺寸及铰接点位 置,使所设计的工作装置不仅满足使用要求,而且具有较高的技术经济指标。 目前,在实际设计工作中,参考同类样机结构,采用比较法设计。下面以连杆式 的工作装置为例来进行分析。 三.机构分析 反转工作机构由转斗机构和支撑臂举升机构组成 举升机构主要由举臂油缸和支撑臂构成,若将整个反转机构放置在直角坐标系中。 一) 寸参数的图解 图解法是在初步确定了最大卸载高,最小卸载距离,卸载角等参数后进行的。 (一) 支撑臂与铲斗,支撑板,机架的三个铰链点 GBA 的确定 1.定坐标系 先在坐标纸上选取直角坐标系 XOY,并选定长度比例 2.画铲斗图 把已画好的铲斗横截面外廓图按比例画在坐标里,斗尖对准 O 点,与 X 轴成 3 ~ 5 度的前倾角。此时铲斗插入料堆的位置工矿 I。 3.确定支撑臂与铲斗的铰链点 G 由于 G 点的 X 坐标值越小转斗铲取力就越大,G 点的 Y 坐标值一般取120 ~ 200mm 15 反转工作机构简图 4. 定支撑臂与机架的铵接点 A 以 G 为圆心,使铲斗顺时针转动,至铲斗斗口与 x 轴平行为止。 即工矿 II,Y 值为 YZ ? Rk ? 25.4[ d w 2 ? ( H bw )bw (1 ? ? )] 轮胎选标准系列: ? 25.4 ?[24 ?1?16(1? 0.15) 2 ? 25.4? 25.6 ? 650(mm) 16-24 外直径为 1460 ? 10mm, (a)根据最大卸载高度 h 和最小卸载距离 l 和卸载角? 画出工矿Ⅳ,G 点位置为 G 。以 G 点为圆心,顺时针旋转铲斗,使铲斗口与 x 轴平行,即得铲斗被举升到最 高位,即工况图 III。 (b)连接 G 和 G ,作 G G 的垂直平分线,A 点必在垂直平分线上,且 A 点取在前 轮的右上方,与前轴心水平距离为轴距的 1/3~1/2 处。 5.确定支撑臂与支撑板的铰接点 B B 点位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比,倍力系数,连杆机构 的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。一般 B 点在 AG 连线的上方,过 A 点水 16 平线下方,相对于前轮外廓,B 点在其左上方。 (二)连杆与铲斗和支撑板两个铰接点 E﹑F 的确定 确定 E﹑F 两点时,既要考虑对机构运动学的要求,如必须保证铲斗在各工矿时 的转角又要注意动力学的要求,如铲斗在铲装物料时输出较大的力,同时还要考虑各 种机构运动被破坏的现象。 1.按双摇杆条件设计四杆机构,并令 GF 杆为最短杆,BG 为最长杆,即必有: GF+BGFE+BE 若令 GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并将上式两边同时除以 d 得下式: K ? b ? c ? a ?1 ddd 初步设计时,上式可在下列值内选取: K ? 0.950 ~ 0.995 a ? (0.3 ~ 0.5)d c ? (0.4 ~ 0.8)d 因为 d 值已经由—确定,所以可求得 a、b、c 三值。 d=1352mm, a=406mm~676mm, c=541~1081mm 这两点位移的确定要综合考虑如下四点要求:1)E 点不可与前桥相碰,并有足够 的最小离地高▪•★度;2)工况 I 时,使 EF 杆尽处与 G 杆垂直,这样可获得较大的传动角 和倍力系放;3)工况时,EF 与 GF 两杆的夹角必须小于 170 度,即传动角不能小于 l★▽…◇0 度,以免机构运动时发生自铡;4)工况 IV 时,EF 与 GF 杆的传动角也必须大于 l 0 度。 具体作法有两种: 1)初选 E 点法 如图 4—9 所示,铲斗取工况 I 。以 B 点为圆。以 BE=c 为半 径画弧;人为地初选 E 点,使其落在 B 点右下方的 弧段上;再分别以 B 点和 G 点为圆心,以 FE=b 和 GF=a 分别为半径画弧,得交 点,即为 F。 2)图解法 分别以 B 点和 G 点为圆心,c 和 a2 ? b2 分别为半径画弧,其交点为 E;再 分别以 G 和 E 点为圆心,a 和 b 为半径画弧,则其交点必为 F。如下图所示: 若上述所得 E 和 F 点均满足要求则罢,否则,可调整 a、b、c 长◆▼度,重新作 图,直至满意为止。但是,同时满足上述四点要求是不易的,尤其若保证 EF 上 ▲●…△GF 是很难的,所以,设计时,一般使 ?EFG不小于 70 ? 即可。 3.为了防止机构出现“死点”、“自锁”或“撕裂”设计时还应满足下列不 等式: 17 工况 l 时 GF 十 FE>GE 工况 IV 肘 FE 十 BE>FB (三)转斗油缸与支撑板和机架的铰链点 C 和 D 的确定 1. 确定 C 点 从力传动效果出发,显然使支撑板 BC 段长一些有利,那样可以增大转斗 油缸的作用力臂,使攫取力相应的增加。但增加 BC 段,必将减小铲斗与 支撑板的转角比,造成铲斗转角难以满足各工矿的要求,并且使转斗油 缸行程过长。因此初步设计取: BC ? (0.7 ~ 1.0)BE C 点一般取在 B 左上方,BC 与 BE 夹角可取 ?CBA ? 130? ~ 180? ,并使工矿一时 支撑板与转斗油缸趋近垂直,C 点运动不得与铲斗干扰。 2.确定 D 点 转斗油缸与机架的铰链点 D 的确定,是依据工矿Ⅱ举升到工矿 Ⅲ过程为平动, 由工矿Ⅳ到工矿Ⅰ时为启动放平这两大要求来确定的。 当以上铰链点确定下来后,则铲斗在各工矿的 C 位置也唯一的被确定下来。因为铲斗 油缸由工矿Ⅱ举升到Ⅲ或由Ⅳ放到工矿Ⅰ的过程中,转斗油缸的长度均分别保持不 变,所以 D 点必为 C2 和 C3 点连线 连线的垂直平分线的交点。 (四) 升油缸与支撑臂和机架的铰接点 H 及 M 的确定 举升油缸布置应本着工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好 的原则来确定。 一般 H 点选在 AG 连线上方,并取 A▲=○▼G≥AG/3。AH 不能取太大,它受到油缸行程的 限制。M 点尽量与地保持最小高度,并且望前桥方向靠是比较有利的,这样举升工作 力臂大小变化比较小。 四.支撑臂形状的选择 支撑臂按其纵向中心线形状分为直线型与曲线型两种。前者结构简单,腹板变形 小,重量轻,而且支撑臂的受力情况好。后者可使工作装置布置更为合理。 支撑臂的断面尺寸由强度分析决定,为减轻工作装置重量,通常按等强度梁设计 支撑臂断面尺寸。 支撑臂断面的结构形式有单板式、双板式和箱体式三种。大型推土机的支撑臂多 采用双板式或箱体式结构。因为这种支撑臂形式能较好的改善支撑臂的受力情况,消 除了单板式支撑臂因支撑板支撑力作用使支撑臂承受附加扭矩的影响。此工作装置是 ZL45-40 型推土机的工作装置,固采用双板式曲线型结构,其具体参数见上述所示。 18 5.4 工作装置强度计算 一.计算位置 分析推土机插入料堆、铲起、提升、卸载等作业过程可知,推土机在铲掘物料时, 工作装置的受力最大,所以取铲斗斗底与地面的前倾角 5 度时的铲取位置作为计算位 置,且假定外载荷作用在铲斗的切削刃上。 二.外载荷的确定 由于物料种类和作业条件的不同,推土机实际作业不可能使铲斗切削刃均匀的受 力,可将其转化为两种情况:1.认为载荷沿切削刃中部的集中载荷来代替均布载荷, 称为对称受载的情况;2.由于铲斗偏铲,料堆密实程度不同,使载荷偏于铲斗一侧。 形成偏载情况,通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边第一斗齿上。 推土机的铲掘过程通常分为如下三种受力情况: (1)铲斗水平插入料堆,工作装置油缸闭锁,此时认为切削刃只受到水平力的 作用。 (2)铲斗水平插入料堆后,翻转铲斗(靠转斗油缸工作)或提升支撑臂(依靠 支撑臂油缸工作)铲掘时,认为切削刃只受到垂直力的作用。 (3)铲斗边插入边转斗或边提臂铲掘时,认为水平力与垂直力同时作用在铲斗 切削刃上。 综合上述分析,可以得到以下六种工作装置的典型结构和工矿: 1.水平力的作用工况 水平力(即插入力阻力 Pc )的大小由推土机的牵引力决定,起水平力的最大值 为: Rx ? Pk max ? Pc =5964(N) 式中: PK max——推土机空载时的最大牵引力 Pc ——插入力 2.垂直力的作用工况 垂直力(即铲取阻力)的大小受推土机的纵向稳定条件限制,其最大值为: RY ? WL1 l ? 5100?1423 2093 ? 34670(N) 19 式中:W ——推土机空载是的自重; L1 ——推土机重心到前轮与地面接触点的距离; l ——垂直力 RY 的作用点到前轮与地面接触点的距离; 3.对称水平力与垂直力同时作用的工况 此时垂直力由上式给出,水平力取发动机扣除工作油泵功率后,推土机所能发出 的牵引力 Pkp 。 4.偏载的作用工况。 5.受垂直力偏载的作用工况,垂直力大小与工况 II 相同。 6.受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况,水平力与垂直力的大小与工况Ⅲ相 同。 三.工作装置受力分析 在确定了计算位置及外载荷的大小后,可进行工作装置的受力分析。 (1)在对称受载的工况下,由于工作装置是个对称结构,固两支撑臂受的载荷 相等。同时略去铲斗及支撑横梁对支撑臂与受力与变形的影响,则可取工作装置;则 一侧进行分析,其上作用的载荷取相应工况外载荷的一半进行分析计算,即: Rxa ? 1 2 Rx ? 59640/ 2 ? 29820 (N) R a y ? 1 2 Ry ? 34670/ 2 ? 17335 (N) (2)在偏载的工况中,近似地用求简支梁支反力的◇=△▲方法,求出分配于左右支撑 臂平面内的等效力 Ra 与 Rb : Rxa ? a?b b Rx ; Rxb ? Rx ? R a x ; R a y ? a?b b Ry Ryb ? R ? Rya 由于 R a x ? R b x , RYa ? RYb , 所以只求 Rxa , RYa 在工作装置中 a= 165mm, b= 1500mm Rxa ? 165 ?1500 ? 59640 ? 1500 66200 N RYa ? 165 ?1500 ? 34670 ? 1500 38483N 认为支撑臂轴线与连杆处于同一平面内,则所有的作用力都通过构件(铲斗除外) 20 断面的弯曲中心,即略去的由于安装铰座而产生的附加扭转,从而可以用轴线、折线 或曲线来代替实际构件。 通过上面的分析与假设,就能将工作装置这样一个空间超静定结构简化为平面问 题进行受力分析。 工作装置的受力分析,就是根据上述工况下作用在铲斗的外力,用解析法或作图 法求出对应工况下工作装置各构件的内力。下面以工况Ⅲ为例进行分析,其它工况与 此类同。 取铲斗为脱离体,根据平衡原理,分析铲斗的受力: ? 由 M B ? 0 R a X h1 ? RYa l1 ? Pc (h2 cos?1 ? l2 sin?1 ) 所以 Pc ? RXa h1 h3 cos?1 ? RYal1 ? l2 sin?1 66200?165 ? 38483?1065 ? 580? cos14? ? 20 ? sin14? ? 51907395 567.6 ? 91451(N) ? 由 X ?0 R a X ? Pc cos?1 ? XB ?0 所以 XB ? ?( R a X ? Pc cos?1 ) ? ?(66200 ? 91451 ? cos14 ? ) ? 154934(N) ? 由 Y ?0 ? RYa ? Pc sin ?1 ? YB ? 0 所以 YB ? ?(RYa ? Pc sin ?1 ) ? ?(38483 ? 91451 ? sin14 ? ) ?16359(N) 所示,取连扦为脱离体,根据平衡原理,作用于连扦两端的力大小相等,方向相 反,即: PF ? Pc ?MG ? 0 PF (h3 cos? 2 ? l4 sin? 2 ) ? PE (h4 cos?3 ? l3 sin?3 ) 21 所以 PE ? PF h3 ? cos? 2 ? l4 sin? 2 h4 cos? 3 ? l3 sin ? 3 ? 91451? 445.26 420.4 ? 96859 由 ?X ?0 工作装置受力分析 X G?PE cos? 3 ? PF cos? 2 ? 0 所以 X G ? PF cos? 2 ? PE cos? 3 ?Y ? 0 ? 91451? cos14? ? 96859? cos8? ? 18465(N) ? YG ? PE sin ?3 ? PF sin ?2 ? 0 所以 YG ? PE sin? 3 ? PF sin? 2 ? 96859? sin 8? ? 91451? sin14? ? ?8644(N) 由图示受力分析可知,连杆此时受拉。 如图所示,取支撑板为脱离体,根据平衡原理,分析支撑板的受力 ? 由 M A ? 0 PH (h6 cos? 4 ? l5 sin?1 ) ? X G h5 ? YGl6 ? X B h7 ? YBl7 ? 0 所以 PH ? X G h5 ? YGl6 ? X B h7 ? YBl7 h6 cos? 4 ? l5 sin ?1 ? 18465? 311 ? 8644?1265 ? 262? cos55? 154934?1665 ? 311? sin 55? ? 16359?1065 ? 280579490 405 ? 692789(N) 由 ?X ?0 X A ? PH cos?1 ? X G ? X B ? 0 22 所以 X A ? PH cos?1 ? X G ? X B ?Y ? 0 ? 692789? cos55? ?18465?154934 ? 260898(N) YA ? YG ? YB ? PH sin? 4 ? 0 所以 YA ? ?(YG ? YB ? PH sin? 4 ) ? ?(?8644 ?16359 ? 692789 sin 55? ) ? ?542496(N) 四.支撑臂强度校核 根据计算工况及受力分析,即可按强度理论对工作装置主要构件进行强度校核。 1.支撑臂 支撑臂可看成是支撑在车架 A 点和支撑臂油缸上铰点 H 点的双支点悬梁臂,其危险断 面在 H 点附近,在此断面上作用有弯曲应力和正应力: ? ? M ? N ? [? ] 1 WF 式中: F ——计算断面的截面积; M ——计算断面上的弯矩; N ——计算断面上的轴向力; W ——计算断面的抗弯断面系数。 对于 H 点的 m ? m 断面: M ? X B L1 ? YB L3 ? X Gl4 ? YG L2 ? ?154934?1603?16359?589 ?18465? 49 ? 8644? 446 =-2.6 ?108 23 N ? (YB ? Yc ) ? cos ? 2 ? ( X B ? X G ) ? cos ?1 =1.1 ?105 将式和代入得: ? m?m ? XB ? YB L3 ? X G L4 W ? X G L4 ? YG L2 ? (YB ? YG ) ? cos? 2 ? (X B F ? X G ) ? cos?1 同理,计算得 H 点的 n ? n 断面的应力?n ? n 2.支撑板 支撑板的受力分析,如图所示,弯曲应力和正应力,计算法和支撑臂相同。 3.铰销 其危险断面在支座 G 点附近,推土机工作装置铰销的一般结构形式及受力情况, 如图所示。 目前国内外对工程机械工作装置备销轴的强度计算都采用下面的计算公式 销轴的弯曲应力? w : ?w ? P1 L2 W ? [? ]= 15597.5 ?12.5 33.657 ? 3893(千克/厘米 2 ) 式中 : ? w ——销轴的弯曲应力; P1 ——计算载荷,为铰点所受载荷之半; L2 ——销轴弯曲强度计算的计算长度; W ——销轴的抗弯断面系数 取销轴直径为 70mm 为例: W ? 1 ?d 3 ? 1 ? 703 ? 33657 32 32 销轴支座的挤压应力: ? jy ? P1 L1d ? [? ] ? 155795 125? 70 =17.8=178(千克/厘米 2 ) 24 销轴套的挤压应力: ? jy ? P1 L3 d ? [? ] 式中: L3 为轴套的支承长度; 4.连杆 推土机在作业过程中,连杆有时受拉,有时受压,需要同时进行强度计算及压 杆稳定验算。其计算根据《工程力学》中所讲的方法进行。 强度计算中所用的许用应力[? ] 可按下式选取: [? ] ? ? s = 3600 ? 3000 (千克/厘米 2 ) n 1.2 ? s ——材料的屈服极限。国内推土机工作装置的支撑臂常用 16Mn 钢,其? s = 3600 千克/厘米 2 ;支撑板材料为 3 号钢,? s =2100 一 2400 千克/厘米 2 ; n——安全系数,设计手册规定 n=1.1 ~ 1.5 ;由于工程机械工作繁重,条件恶 劣,并考虑到计算上的误差,通常 M>1.5。 5.5 推土机工作装置中油缸作用力的确定 目前大多数推土机的工作装置只有两种油缸:支撑臂油缸和转斗油缸。推压(变 幅)油缸则采用较少。 支撑臂油缸与转斗油缸的作用力有两种情况:油缸推动机构运动时的作用力为主 动作用力(简称工作力或作用力),其最大值取决于液压系统的工作压力和油缸直径 (活塞作用面积);工作装置工作时作用于闭锁状态的油缸上的作用力为被动作用力, 25 其最大值取决于液压系统的过载阀压力值和承载活塞面积。如工作装置的支撑臂油缸 不动,靠转斗油缸转动铲斗而进行铲掘作业时,则转斗油缸所产生的作用力为主动作 用力,支撑臂油位所承受的作用力为被动作用力。当油缸最大被动作用力大于外裁荷 的作用力时,油缸无回缩现象,否则因过载阀打开而溢流,使油缸发生回缩。 . 油缸作用力的分析与确定是推土机设计中的重要内容之一。分析推土机的工作情 况可知,为保证推土机正常而有效地工作,油缸作用力应能保证推土机工作时发挥最 大的铲起力 Ng,使铲斗装满,同时支撑臂油缸的作用力还应保证把满斗的物科提升到 所需的卸载高度与卸载距离。所以最大铲起力 Ng 是确定油随作用力的依据。 确定了工作装置油缸作用力和可能产生的被动作用力后,便可按选定的液压系 统的工作压力设计油随所需之缸径,并选定过载阀之压力。至于油缸行程,如前所述, 它由工作装置结构方案决定。工作装置的结构方案,也影响各油缸在主动和被动状态 下的作用力,所以确定油缸作用力要在工作装置的结构方案、构件尺寸与铰接点位置 选定之后进行。 5.6 工作装置的限位机构 推土机工作时,为使操纵方便,提高劳动生产率,要求在工作装置的结构设计中, 对▼▲铲斗在地面时的后倾角,一般不小于 45 ? ,在最大卸裁高度时的卸载角(或前倾角), 一般不小于 45 ? 。对支撑臂提升与下降的高度进行控制与限位。因此,需要有相应的 限位装置与限位机构。此外,当铲斗在某一卸载高度卸载后,要求自动控制铲斗卸载 后的后倾角,使之放下支撑臂时、铲斗能自动放平。因此需要有铲斗自动放平机构。 一、铲斗转角限位装置 铲斗转角限位装置通常采用简单的挡块结构。如图所示,把挡块直接焊在铲斗后 的斗壁背面上,挡块 A 用来限制铲斗的后倾角,挡块 B 用来限制铲斗的前倾角,与之 相对应的挡块则分别焊在工作装置的支撑臂或横梁上。作业时,推土机水平插入料堆, 然后操纵转斗油缸使铲斗上翻,在运输位置的铲斗后倾到 45 ? 时,铲斗上的挡块 A 与 支撑臂或横梁上相应的挡块相碰铲斗即停止上翻。由于转斗油缸控制阀尚未回到中立 位置,故油泵继续向转斗油缸供油,造成液压系统的压力超过过载阀调出压力,过载 阀打开,避免机构损坏。铲斗前倾角的限位原理与上述一样,在最大卸载高度的铲斗 前倾角达到 45 ? 时,铲斗上的挡块 B 与支撑臂或横梁上相对应的挡块相碰,铲斗即停 止前倾。 26 27 总结 经过这三个月的集中努力,毕业设计已经接近尾声,至此我已经完成 了所有的设计任务。在我做设★△◁◁▽▼计期间,主要经历了实习,可行性分析,计 算和绘图等几个阶段。 由于设计的内容是第一次接触,所以开始着手时候不是很顺利,整个 设计过程中有很多反复计算,如设计推土机工作装置的工作部分确定各个 铰接点位置的过程中走了一些弯路。到目前为止对设计不是非常满意,我 所学知识有限没能弄懂某些知识点,在设计过程中,很多新的东西都是边 翻资料边作设计,对有些知识掌握的不透,还需要在以后的工作学习过程 中多实践学习。同时在设计过程中有粗心大意的时候,造成了一些影响, 望老师谅解。 设计过程中,我得到老师的细心指导,使我所遇到的困难得到了即时 的解决。另外,也感谢老师的督促指导,在此向所有的指导老师表示感谢! 28 主要参考文献 1. 《机械设计课程设计》 寇尊权 主编 吉林科学技术出版社 2. 《机械设计》 杨明忠 主编 3.《履带式推土机设计》 吉林工业大学工程机械教研室编 中国建 筑工业出版社 1982 年 12 月第一版 4.《矿山推土机设计》 东北工学院 李建成 主编 机械工业出版社 1989 年 5 月 第一版 5.《机械工程图学》 吉林大学 侯洪生 主编 科学出版社 2001 年 9 月 第一版 6.《露头推土机》 冶金工业部长沙矿山研究所 主编 7.《地下推土机 结构设计与使用》 高梦熊 主编 北京冶金工业出版社 8.《推土机工作装置优化设计》 王国彪,杨力夫 主编 机械工业出版社 9.《推土机械 高湖海主编工程机械构造图册》 刘烯平 主编 10.《推土机械 》 高湖海 主编 11.《中文版 Auto CAD 2004 机械制作轻松入门》 王建平,长会珍 编 科 学出版社 12.《机械原理》 机械原理 谢进, 万朝燕, 杜立杰主 编 13.《机械设计手册》 机械设计手册编委会 主编 14.《C 程序设计 第二版》 谭浩强 编 清华大学出版社 29

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