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1、优秀设计大学毕 业 设 计（论 文）题目 PY180平地机工作装置系统设计 前言近几十年来，我国的建设事业发展十分迅速，从而使得工程机械也得到了空前的发展。大凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。其中平地机是土方工程中用于整形和平整作业的主要机械，广泛用于公路、机场等大面积的地面平整作业。平地机之所以有广泛的辅助作业能力，是由于它的铲土板能在空间完成六自由度运动。它们可
2、以单独进行，也可以组合进行。平地机在路基施工中，能为路基提供足够的强度和稳定性。它在路基施工中的主要方法有平地作业、刷坡作业、填筑路堤。平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程机械。它可以完成公路重要内容场、农田等大面积的地面平整和挖沟、刮坡、推土、排雪、疏松、压实、布料、拌和等工作。是国防工程、矿山建设、道路修筑、水利建设和农田改良等施工中的重要设备。公路路基，是路面的基础，是公路工程的重要组成部分。路基承受由路面传来的交通荷载，是路面的支承结构物，它必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。本文共分为三个部分：PY180平地机工作装置机械设计部分、液压系统设计部分和基于AMESim液压仿
3、真部分。PY180平地机工作装置机械设计部分是从第1章到第3章，包括了平地机的基本结构、工作原理、总体参数的选择、工作装置的选型和设计，其中重点在平地机铲刀作业形式分析和铲刀的设计上。工作装置液压系统部分是从第4章到第5章，结合前一部分工作装置作业工况来确定液压系统的工况，从而设计合理的液压参数和液压元件选型。基于AMESim液压仿真部分是第6章，在工作装置液压系统的设计基础上模拟实际情况进行仿真。在编写设计过程中参阅了许多书籍和资料，在此我对这些著作的作者表示衷心的感谢！由于我的知识和设计经验有限，论文中的错误和不足之处在所难免，恳请各位专家老师多多批评指正。经过这几个月的努力，在各位老师的
4、督促指导，以及一起学习的同学们的支持下，本次毕业设计已圆满结束，由于自身经验的匮乏和学习上的欠缺，整个设计中肯定还存在尚未发现的缺点和错误，设计上还有许多考虑不周全的地方，恳请评阅的各位老师，多予指正，不胜感激在我将在以后工作中一定会逐步改正。首先，我要特别感谢指导老师这段时间对我的悉心指导。每次与导师见面的时候，指导老师总是会仔细询问我们的设计状况，我设计内容中遇到困难，指导在百忙之中通过邮件来给我指出错误并附加说明，细心的为我讲解设计中的疑惑，让我改正，让我能更好的完成毕业设计。他严谨的治学和科研精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次，我要感谢大学里所有给予我知识的老
5、师。正是有了你们的教导，我学到了丰富的专业知识，使自己的知识储备得到了升华。你们无私的奉献促使我们尽早的成长起来，我们坚实的翅膀源于你们不懈的滋养。等到参加工作时，我们将去实现我们的伟大理想，将你们所授尽数回报社会。我还要感谢这段时间同学们对我的帮助，当我遇到不懂的题目时，他们也是尽自己所能来为我讲解。最后，我要感谢我伟大的母校，感谢与我朝夕相伴四年的朋友。四年时光，如梭如梦，我们又要各自奔天涯。留恋学校的一草一木，怀念那平凡的每一天。四年的学习生活，酸甜苦辣一一饱尝，无论是开心时的愉悦，还是失落时的惆怅；无论是入校时的迷茫，还是毕业时的感伤，都将化作永久的记忆深深地镌刻在我心里。相信这份缘分
6、，更要珍惜这份缘分。再一次感谢所有给予我帮助的人，愿你们永远快乐！愿母校明天会更好！目录中文摘要I英文摘要II第1章 绪论11.1 国内外平地机的发展现状11.2 国内外平地机的发展方向41.3 本设计研究的意义和内容5第2章 PY180平地机总体设计72.1 平地机概述72.2 平地机整机结构82.3 平地机工作原理92.4 总体参数选择10第3章 PY180平地机工作装置设计133.1 工作装置的选型133.2 牵引架设计143.3 转盘、角位器及回转圈设计153.4 PY180平地机铲刀设计183.4.1 平地机的铲刀结构及作业形式183.4.2 铲刀阻力计算193.4.3 铲刀尺寸设计
7、223.4.4 平地机刀片标准设计24第4章 PY180平地机工作装置液压原理图设计294.1 工作装置液压系统工况分析294.2 液压系统要求304.3 液压系统类型选择314.4 液压系统原理图拟定32第5章 PY180平地机工作装置液压系统设计计算355.1 液压系统负载分析355.2 液压系统主要参数的确定385.3 执行元件的选择计算395.4 液压缸设计计算435.4.1 液压缸基本参数的计算435.4.2 缸体厚度及外径强度校验445.4.3 活塞杆直径强度及稳定性校验455.4.4 缸底厚度设计465.4.5 缸体连接计算和校核475.5 液压泵的选择485.6 液压阀的选择4
8、95.7 主要液压辅助元件选择515.8 液压油的选择555.9 液压系统验算565.9.1 系统压力损失计算565.9.2 系统容积效率计算595.9.3 系统发热估算60第6章 基于AMESim的液压系统仿真636.1 AMESim仿真原理及方法636.2 铲刀升降系统仿真646.2.1 绘制草图模型和子模型646.2.2 参数模式656.2.3 运行模式666.3 仿真结果分析676.4 影响仿真精度的因素分析70第7章 结论与展望717.1 结论717.2 展望71致 谢73参考文献75摘 要铲刀是平地机的主要工作装置，直接影响平地机的作业效率。本设计旨在对PY180平地机的工作装置系
9、统进行设计计算，意在优化铲刀结构、改进液压系统，提高作业效率。结合PY180平地机工况要求，根据国家标准合理地设计铲刀尺寸。根据PY180平地机的作业特点及工况要求拟定了工作装置的液压系统原理图，对工作装置液压系统进行设计计算和分析，并对主要液压元器件进行选型，同时设计了铲刀升降油缸。最后对液压系统中典型回路进行了能量损失和系统温升的分析和验算，并基于AMESim软件对铲刀升降系统进行液压仿真分析。确保整个液压系统方案合理，性能可靠。关键词：平地机，铲刀结构设计，液压系统设计，性能分析，AMESim仿真ABSTRACTBlade is the main working member so it
10、 directly affects the graders working efficiency. This paper aims to design and work out the PY180 graders working member system. In order to optimize the blade structure, improve hydraulic system and increase work efficiency. This paper reasonably designs blades dimension according to the national
11、standard and the requirement of the graders conditions. Considering of the drafts typical circuit diagram of the hydraulic system with operating features and working conditions, not only of the grader calculates and analyzes for hydraulic system of working member, moreover the main hydraulic compone
12、nts type have been selected, and then blade lifting cylinder is designed. Finally, it makes each circuit of hydraulic system performed analysis and checking that the energy loss and temperature increasement, and the blade lifting circuit simulated with AMESim software, in order to ensure the reasona
13、ble plan and reliable performance, Keywords: Grader, Blades structure design, Hydraulic system design, Performance analysis design, AMESim simulation第1章 绪论平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程机械。它可以完成公路重要内容场、农田等大面积的地面平整和挖沟、刮坡、推土、排雪、疏松、压实、布料、拌和等工作。是国防工程、矿山建设、道路修筑、水利建设和农田改良等施工中的重要设备。公路路基，是路面的基础，是公路工程的重要组成部分。路基承受由路
14、面传来的交通荷载，是路面的支承结构物，它必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。1.1 国内外平地机的发展现状平地机已有一百多年的发展历史，拖式平地机最早出现在19世纪后期的英国，美国开发西部铁路采用了马拉的拖式平地机，上世纪20年代出现了自行式平地机。国外平地机技术的发展多数是把其它工程机械成熟的技术应用到平地机产品上来，提平地机的利用率，通过增加附加装置来拓展平地机的应用领域，其次是提高平地机的生产制造水平，以较低的生产成本来提高平地机的性价比。上世纪80年代后期，一些国家开始在平地机上采用机电一体化技术，并配有铲刀自动调平装置用以提高平地精度，逐步实现了平地机的现代化、节能化和自动化。1.
15、国内平地机的发展现状1) 平地机生产与销售情况中国平地机制造业起始于上个世纪60年代初，经过几十年艰难的发展历程，目前已拥有以天津中外建（原天津工程机械厂）为代表的包括徐州筑路、常林股份、成都工程、三一重工、沈阳山河、黄河工程和哈尔滨四海等10多家平地机生产企业。产品设计也从技术引进转向自主研发，品种有PY系列、PQ系列、F系列和GR系列等十几种规格型号，市场竞争异常激烈。下面是平地机在2009年12月的销量报告：表1.1 2009年12月我国平地机销量 单位：台销量出口1月2月1月2月2008年2242211241132009年1421747848表1.2 2009年12月我国平地机国内主要
16、厂商平地机销量 单位：台企业名称2009年2008年1月2月1月2月徐工集团徐州筑路机械厂31548050鼎盛天工工程机械股份有限公司40322073常林股份有限公司29343829广西柳工机械股份有限公司814209三一重工股份有限公司6232035国产平地机还是以天工、徐工为主导力量，也就是说他们两家的平地机技术水平也就代表了中国平地机最高科技前沿。2) 平地机的现状中国平地机行业起步晚、发展慢。根据中国市场的特点，需要经济实惠型的平地机，不太注重其多功能和高新技术的应用，因而对平地机的基本性能要求不高。近年来，随着中国经济的快速发展，内需拉动以及国家重点工程项目的施工工期和质量的要求越来
17、越高，对平地机的技术水平和价位提出了新的课题。平地机在保持原基本结构和价位的基础上，新技术的应用也越来越引起人们的关注。如出现静压传动、六轮驱动、电液比例控制系统的应用等。从基本结构上看，没有大的突破，依然是绞接车架、动力换档、后桥带差速器和差速自锁，可加装自动找平设置。但自动找平装置仍依靠进口，由于价位偏高，市场接受能力所限，一直未能普及。2. 国外平地机的发展现状与新技术现今，世界著名的平地机生产商主要有美国的卡特彼勒、德莱赛、日本的小松、三菱、德国的O&K、意大利的菲亚特阿里斯以及加拿大的沃尔沃、约翰迪尔等，这些品牌在国内都有销售。以美国、日本和欧洲为代表的工业发达国家，其平地机融合了其
18、他领域的先进成果：全轮驱动技术、自动找平装置、电子监控系统、液压负荷传感系统及悬浮式座椅等已广泛采用，使其平地机作业性能和舒适性等方面得到了很大提高。另外，在产品功能方面除平地、松土外也增加了装载、压实、破冰、除冰和除雪等多种功能，使其应用范围得到很大拓展。在产品型号方面，在向大型化发展的同时也向小型化发展，主要是为了以机械替代人工作业，在农田、水利基本建设和边坡地带施工中，小型平地机有着非常重要的作用。通过对国外各厂商平地机品牌技术特点的分析发现，国外平地机采用的新技术发展趋势集中在以下方面：1. 多种传动方式并存目前为止，国外平地机的传动方式仍然多样化。其中由变速箱等组成直接传动一直占有主
19、流地位，这主要是由于直接传动方式具有较高的传动效率。而为了使解脱繁重的换档操作，许多直接传动系统同时支持自动换档。除机械式的直接传动相当一部分平地机采用由液力变矩器组成的液力传动，这主要是由于液力变矩器负载自适应能力强，使得平地机可以在更多复杂工况下作业。例如小松公司Laterra系列平地机，在低四档可选择直接传动或变矩器传动。2. 前轮液压驱动各大平地机厂商的高端产品均采用静液压传动方式的前轮驱动系统。例如G900系列和CAT的M系列均在配备前轮驱动系统，为满足特殊场合的高精度平整作业，可以选择纯前轮驱动模式。Deere在其D系列平地机上设计了前轮加力系统，许驾驶员控制前轮加力的程度。3.
20、电喷发动机变功率控制技术国外新型的平地机普遍采用了发动机变功率控制技术，采用多功率（扭矩）匹配方式，可以使平地机在不同工况使用时，选择不同的、更适合该工况的功率曲线，使发动机使用更为合理，更为节能。例如Volvo平地机的发动机设计了3曲线，并且较低的两档曲线可以通过速度开关限制发动机最高转速。4. 操作方式出现新变化平地机传统的作业装置操作方式是通过操纵方向盘两侧的两排手柄完成的。2006年在其M系列平地机上，率先采用两个多功能操纵手柄，在替代传统的工作装置控制手柄的同时取消了方向盘，平地机的所有控制动作（铲刀调整与行驶）均通手柄及其上的按钮完成，与原有的操作方式相比，这一操作方式可减少操作员
21、78%的手臂运动量，对平地机的操作方式有重大影响。5. 其它开发更为先进的状态监测平台与故障报警系统，采用降低噪音的技术和设计驾驶使室设计上追求更为宽阔的视野，控制系统方面包括电子超速保护、总线通信、平以及自动巡航等。1.2 国内外平地机的发展方向1. 国内外平地机技术水平与差距我国平地机制造水平总体上落后于国外平地机制造业。虽然一些大的企业集团在板材预处理、切割下料、弯型及数控机床加工等方面与国外基本相同，但在其他方面仍有很大差距。1) 技术水平和制造工艺差距较大国产平地机近年来通过技术创新和国际化配套，制造质量有了很大的提高，但与国外产品相比，仍有较大差距。主要表现在工作的可靠性差和早期故
22、障率偏高。由于国产基础零部件的质量不能满足整机性能可靠性的要求，国产平地机无故障工作时间为200 h 400 h，而国外平地机无故障工作时间为 600 h 1000 h。2) 控制技术落后国外先进的控制技术多采用电子监控系统、自动故障报警和自动换档，微电脑的应用实现整机的全自动化和一机多用，大大提高了平地机的经济性。3) 功能单一国外平地机全新的设计理念，大大拓展了平地机的应用领域。如芬兰VAMMAS公司的RG281平地机除平整路面外，还具有除雪、破冰和摊铺功能等。4) 在制造工艺方面存在较大差距2. 国产平地机的发展方向随着高新技术的发展及在工程机械产品上的应用，近年来，已大大促进了平地机产
23、品的更新换代，产品的综合技术水平有了进一步提高。以现代微电子技术为代表的高科技正越来越普遍地用来改造工程机械产品的传统结构。1) 大型化、功能多样化、高速度目前国外平地机工作装置的功能有了明显增加，如卡特彼勒的平地机仅铲刀就有四种选择，以满足不同路面的作业要求，沃尔沃可配两种推雪板，有些还可装配铣刨头、清扫设备、前置式铲斗等。国产平地机应在加快产品更新换代的同时，发展多种作业装置，如挖沟刀、扬雪、除雪、破冰和摊铺作业装置，装载压实作业装置等，实现一机多用。2) 提高产品的可靠性和使用寿命我国的制造技术与发达国家存在着阶段性的差距。国外采用的先进制造技术在中国还处在初级阶段，并且普及率较低。总之
24、，中国平地机技术发展的基本特征主要是：在加快产品更新换代的同时，发展多种作业装置，如挖沟刀、扬雪、除雪、破冰、摊铺作业装置、装载压实作业装置以及自动找平作业装置等，实现一机多用。用微电子技术提升产品的技术水平，对平地机产品进行安全、节能、工作状态的智能化控制，进行故障自诊断和不解体检测，实现机电一体化以及广泛使用新材料、新工艺，提高制造工艺水平，提高产品的可靠性和寿命。1.3 本设计研究的意义和内容1. 本设计研究的意义近年来，由于国家加大对基础设施建设的投资力度，大力发展公路交通事业从而带动了平地机市场的繁荣。今后几年，国家将继续实施扩大内需的宏观经济政策，基础设施建设还将是国民经济的热点，
25、面对这种形势，国内各平地机生产企业都在通过应用先进技术提升产品质量或开发新产品。平地机在工作时，其工作装置是主要的工作部位，它的工作便利直接影响到整机的工作效率。如下图所示的作业方式时，对两侧驱动轮压差比较大，同时工作装置的空间位置要求合理，运动便捷。因此，根据作业环境合理设计、布置工作装置是课题研究的重点，同时对最重要的刮刀进行选材设计。平地机在整机性能方面的追求目标是获得最大的作业生产率，设计合适的布置方案，生产率有重要的意义。因此，进对提升产品整机性能、提高作业效率。2. 论文主要研究内容本论文基于平地机工作装置，对其主要工作装置的结构、动作和性能问题进行了一些研究，主要研究内容如下：1
26、) 本论文结合PY180平地机工况对铲刀进行设计；2) 对平地机工作装置进行静态力系的分析；3) 拟绘PY180平地机工作装置液压系统原理图；4) 设计计算PY180平地机工作装置液压系统，并进行性能验算。5) 完成主要液压元器件的选型。第2章 PY180平地机总体设计平地机的总体设计是根据主要用途、作业条件及生产等情况。合理选择机型、性能参数、整机尺寸及各总成的结构形式，并进行合理的总体布置。本设计主要是讨论平地机工作装置设计，但总体参数选择是工作装置设计的前提，只有选择好平地机的重量、轮廓尺寸，才能为工作装置设计和液压系统设计提供必须的分析基础。2.1 平地机概述1. 用途平地机的用途广泛
27、，作业形式也比较多，在“绪论”中也提到了很多平地机的用途，在这一节中就不在鳌述了，选重点的阐述一下：1) 可平整和刮平其他机械（推土机、铲运机等）所铺填的土壤。2) 可修整路基的横断面、边坡。3) 具有清除杂草，扫除路面积雪和障碍等功能。4) 路基上拌和路面材料。2. 分类根据平地机的结构和性能特点，有多种不同的分类方法。1) 按行走方式分为托式和自行式。拖式平地机无驱动能力，主要由工作装置和机架组成。自行式平地机有发动机，带驱动底盘，能独立行走。2) 按传动形式分为机械传动、液力机械传动和全液压传动式平地机。3) 按工作装置的操纵方式分为液压操纵和电液自动控制等形式，其中机械操纵式平地机已经
28、被淘汰了。4) 按机架结构形式分为整体机架和铰接机架。整体机架又称刚性机架，如天工PY160B型。铰接机架前后机架由垂直地面的铰接轴连接，其机动性比整体机架好，但铰接机架降低了机器的稳定性，所以，在布置铰点位置时，要注意分析铰点处的受力情况，并建议使车架铰接轴对于垂线向后倾斜一个角度；而且 在运输过程中使用安全销将前后机架锁住，提高整机刚性，保证作业安全。5) 按车轮布置形式：采用总轮对数驱动轮对数转向轮对数的方式表示(1) 六轮平地机321型前轮转向，中后轮驱动；331型前轮转向，全轮驱动；333型全轮转向，全轮驱动。(2) 四轮平地机221型前轮转向，后轮驱动；222型全轮转向，全轮驱动。
29、如图2.1所示，很直观的表达了按车轮布置形式分类的方式：图2.1 平地机车轮分类示意图2.2 平地机整机结构以PY180平地机为例，其整机结构如图2.2所示。平地机主要由发动机、液力机械传动系统、前后机架、工作装置、转向制动系统以及液压控制系统等组成。图2.2 PY180平地机外形1-前推土板；2-前机架；3-摆架；4-铲刀升降油缸；5-驾驶室；6-发动机罩；7-后机架；8-后松土器；9-后桥；10-铰链转向油缸；11-松土耙；12-刮刀；13-铲土角变换油缸；14-转盘齿圈；15-牵引架；16-转向轮机架：采用铰接方式连接。（1）转弯半径小，可容易通过狭窄地段，快速调头，弯道多的作业；（2）
30、扩大作业范围：直角拐弯出也能刮到；（3）斜坡上作业时，提高稳定性。这种结构所能达到的平整精度和效率要远比推土机、铲运机、装载机高得多。2.3 平地机工作原理平地机工作简图，如图2.3所示： (a) (c) (b) (d)图2.3 平地机工作原理简图当两前轮同时越过高为H的障碍物，左右平衡箱同时摆，铲刀整体上升1/2H，平整精度提高一倍，如图2.3（a）所示。当两中轮或后轮同时越过高为H的障碍物，左右平衡箱同时摆动，铲刀整体上升1/4H，平整精度提高3倍，如图2.3（b）所示；当一只前轮越过高为越过高为H的障碍物，前桥、平衡箱同时摆，铲刀整体上升1/4H，平整精度提高3倍，如图2.3（c）所示；
31、当一只中轮或后轮越过高为H的障碍物，一个平衡箱摆，铲刀中心上升1/8H，平整精度提高7倍，如图2.3（d）。由此可见，平地机平整作业时，将铲刀与六只车轮置于同一水平面上，只要在场地上反复作业行驶，不必操作铲刀，则平地机行驶一遍，平整精度将提搞17倍。2.4 总体参数选择平地机的总体设计是根据主要用途、作业条件及生产等情况。合理选择机型、性能参数、整机尺寸及各总成的结构形式，并进行合理的总体布置。本设计主要是讨论平地机工作装置设计，但总体参数选择是工作装置设计的前提，只有选择好平地机的重量、轮廓尺寸。由于现代平地机的总体布置形式均为发动机在整机后部，工作装置布置在中间，操纵驾驶室位于工作装置和发
32、动机之间，导致前后桥距较大。总体布置工作是结合总体初步设计图来完成的，本设计主要是根据PY180平地机的参数进行设计，因此，这里的总体参数是依据已有的天工PY180平地机实际参数加以确定的。在设计初步阶段时，要将铲刀空间的六个自由度的极限位置、前桥倾斜的极限位置、转身时前轮的极限位置、平衡悬挂时的极限位置等。总之，总体设计必须从保证整机的主要性能出发，要正确地确定几何参数，正确选择各部件的结构形式，并时行的布置。些外，还要考虑各部件的通用化、标准化、系列化、尽量降低成本，坚决贯彻国家有关工程机械标准，例如刀片设计标准。平地机总体性能参数确定的基本任务就是根据合理的工况和作业来妥当处理各性能参数
33、之间的关系，以便使整机获得良好的性能。平地机总体性能确定大致包括以下内容：(1) 确定发动机与车体重量之间的匹配关系；(2) 确定发动机与作业档数和作业速度之间的匹配关系；(3) 确定传动系统的传动比；(4) 合理地把工作装置的与机器的牵引力匹配好。由于本设计的重点在于工作装置的设计上，这里的总体参数就参照PY180型平地机的实际参数。如表2.1和表2.2所示。表2.1 PY180型平地机基本参数发动机额定功率额定转速标准外型尺寸标准工作重量车速最小转弯半径最大牵引力（）最大爬坡能力外形尺寸（长宽高）前后桥轴距中后轮轴距工作系统压力最大工作压力注：以上是来自鼎盛天工机械PY180平地机参数表。
34、该参数是参照天工平地机，机型为PY180，其工作质量为。前轮转向，后桥驱动。表2.2 铲刀基本参数长弦高回转角度最大倾斜角度（左/右）最大入地深度铲刀最大提升高度铲刀切削角注：此参数作为一种设计后的参考，并不作为数据来源。第3章 PY180平地机工作装置设计3.1 工作装置的选型平地机工作装置大多数都选择具有液压操纵的形式：铲刀的悬挂方式、回转方式和变换切削角等都是液压操纵。铲刀的悬挂的支撑装置：摆架有活动和固定两种形式，活动式摆架的铲刀调整范围更大能使铲刀的最大倾斜角左、右都能达到90。操纵机构方式：可分为固定铰支点操纵机构和可变铰支点操纵机构两种形式。具有固定铰支点操纵机构的平地机，因受其
35、结构的限制，只能使得铲刀向一侧立起并实现各种位置作业，而向另一侧将会受到主梁的干涉；可变铰支点操纵机构包括带转臂可变铰支点操纵机构和转动摆架可变铰支点操纵机构两种。带转臂可变铰支点操纵机构也可使铲刀左、右两侧立起，实现各种位置作业，但其结构复杂，制造困难，对生产厂家是很不利的。而转动摆架可变铰支点操纵机构，其结构简单灵活，操纵方便，可完成各种复杂的工作形式，相比之下，转动摆架更具有优越性。铲刀回转装置有托盘齿圈式和滚盘式两式。滚盘式回转装置相对运动件间的间隙较小，平整精度更高，而具不必像托板齿圈式那样需要经常调整间隙，维护保养方便。托板齿圈式分内齿和外具两种。铲刀回转装置的驱动方式有两种：一种
36、是具有液压马达的蜗轮箱驱动，能实现铲刀360回转；一种是双油缸驱动，驱动力较大，能实现带负荷情况360回转，但不是匀速转动。结论：通过上述的叙述和结合PY180平地机作业任务量大、效率高、平整精度高的要求，可以确定其工作装置的类型：采用活动摆架支撑结构、转动摆架可变铰支点操纵机构、蜗轮箱驱动的滚盘式铲刀回转装置。平地机工作装置总成，如图3.1所示：图3.1 平地机工作装置示意图1-角位器；2-角位器紧固螺钉；3-切削角调整油缸；4-回转驱动装置；5-牵引架；6-右升降油缸；7-左升降油缸；8-牵引架引出油缸；9-铲刀；10-油缸头铰接支座；11-铲刀侧移油缸；12-回转圈平地机工作装置有6种可
37、控动作：铲刀左侧升降；铲刀右侧升降；铲刀回转；铲刀侧移；牵引架引出；改变铲刀切削角。PY180工作装置的全部动作都是采用液压系统控制。3.2 牵引架设计牵引架是工作装置中的主要承载部件，主要有A形和T形两种结构形式。T形牵引架简单，容易制造，多用于油缸驱动回转装置的平地机。A形牵引架为箱形截面的A形钢结构焊接件，强度好，刚度大，多用于铲刀回转采用蜗轮箱驱动回转装置的平地机。由上节工作装置的选型可知道采用的是蜗轮箱驱动的滚盘式铲刀回转装置，由于也就确定牵引架选型应该是A形牵引架。与T形牵引架相比，A形牵引架承受水平面内弯矩能力强，相对于液压电动机蜗轮蜗杆减速器形式的回转驱动装置便于安装，由这些特
38、点也决定了A形牵引架应用更加普遍。如图3.2所示：图3.2 A型牵引架结构图1牵引架铰接头；2底板；3牵引架体；4铲刀升降油缸铰接头；5摆动油缸铰接头3.3 转盘、角位器及回转圈设计1. 转盘及角位器转盘结构如图3.3所示：图3.3 转盘结构图1带内齿的转盘；2弯臂；3松土耙支承架；4铲刀摆动铰销；5松土耙安全杆；6角位器定位销转盘是一个带有内齿的大齿圈，通过托板悬挂在牵引架的下方。通过驱动与转盘内齿圈相啮合的小齿轮使转盘和铲刀回转。在转盘的两侧焊有弯臂2，左右弯臂外侧可安装铲刀液压角位器。如图3.4所示，角位器弧形导槽套装在弯臂2的角位器定位销上，上端与铲土角变换油缸活塞杆铰接。铲刀背面的下
39、铰座安装在弯臂2下端的铲刀摆动铰销4上。图3.4 油缸调整角位器铲刀可相对弯臂前后摆动，改变它的铲土角。铲刀背上方焊有滑槽，铲刀滑槽可沿液压角位器上端的导轨左右侧移，铲刀可向左右两侧外伸或收回。铲刀背面还焊有铲刀引出油缸活塞杆铰接支座，液压引出油缸通过该铰接支承座将铲刀向左或向右引出。2. 回转圈如图3.5，回转圈是由齿圈、耳板和拉杆组成的。铲刀作业时的负载都传到耳板上，因此耳板必须牢固。回转圈属于不经常传动件，所以齿圈制造精度要求不高。配合面的配合精度也不高，并且暴露在外。图3.5 回转圈结构示意图1齿圈；2耳板；3、4、5拉杆回转圈在牵引架的滑道上回转，滑道是个容易磨损的部位，要求滑道与回
40、转圈之间有滑动的配合间隙且应便于调节。如图3.6所示的回转支承装置为该平地机所采用的结构形式。结构的滑动性能和耐磨性能都较好，不需要更换支承垫块。回转圈8的上滑面与青铜合金衬片接触，衬片6上有两个凸圆块卡在牵引加底板上；青铜合金衬片7有凸方块卡在支承垫块5上，通过调整垫片3调节上下配合间隙。回转圈在轨道内的上下间隙一般为。用调整螺栓1调节径向间隙（一般取值为），用3个紧固螺栓4固定，支承整个回转圈和铲刀装置的重量和作业负荷。图3.6 回转支持装置结构图1调节螺栓；2牵引架；3垫片；4坚固螺栓；5支承垫块；6、7衬片；8回转齿圈3. 回转驱动装置由于回转圈带动铲刀回转大都是全回转式，即360回转
41、，属于连续驱动形式。在本设计中采用的是液压马达涡杆减速器驱动装置。它具有良好的自锁性能，传动平稳、响应快速、结构尺寸小等优点，但是泄漏大，对密封要求较高。作业时当铲刀离回转中心较远的切削刃遇到障碍物，产生很大阻力时，容易引起铲刀扭曲变形式损坏。因此在回转机构上采用缓冲保护措施。涡轮涡杆减速器有一定的自锁性能，从而不宜采用液压过载保护。回转机构大多采用的时机械保护法，通常在涡轮减速器内用弹簧压紧的摩擦片传递动力，当过载时摩擦片打滑而起保护作用。3.4 PY180平地机铲刀设计平地机适用于公路、铁路、机场、矿山等大面积的场地平整作业，还可进行轻度铲掘、松土、路基成型、边坡修整、浅沟开挖及铺路材料的
42、推平整型等作业。3.4.1 平地机的铲刀结构及作业形式1. 铲刀的结构各种平地机的铲刀都基本相似，它是由铲刀体、刀片和侧刀片组成。如图3.7所示，刀体为一块钢板制成的长方形曲面弧形板，在其下缘和两端用螺栓装有切削刀片。图3.7 铲刀结构图1-铲刀体；2-刀片；3-侧刀片铲刀体1是一个焊接件，刀片和侧刀片用螺钉固定在铲刀体上，磨损后可随时更换刀片和侧刀片均用耐磨耐冲击的钢材制成，刀片需经过热处理。2. 平地机的基本作业形式图3.8 平地机刀角铲土侧移示意图左图：铲刀一端下铲土；右图：铲刀侧伸后下倾铲土1) 刀角铲土侧移如图3.8，利用平地机铲刀切入土中铲土，将土向平地机行驶方向的边侧移动一段距离
43、。在切土和刮土时，采用I挡速度前进。段落 12) 铲刀铲土侧移平地机以II挡或III挡的速度的前进，铲刀平面角（一般为）和铲土角（约）。机械以II挡或III挡速度前进。3) 铲刀刮土直移作业前，铲刀的铲土角调为，平面角调至，倾角为，如图3.9（左）所示，平地机以II挡或III挡速度前进，铲刀切入深度很小，所受阻力不大。4) 机外铲土如图3.9（中、右）所示，作业前，先将铲刀倾斜于机外，按照需要调整好一定的坡度角，铲刀的上端斜向行驶方向的前部，下端斜向行驶的后部。机械以I挡速度前进，铲刀贴向斜工作面。图3.9 平地机铲土示意图左：铲土直移； 中：修刷边坡边沟； 右：修刷路基路堑边坡在上述所有基本
44、作业中，只有刀角铲土侧移方法中的铲刀受力最大，而且受力不均，局部载荷过大。因此，对铲刀的设计应该以此为受力分析，在铲刀作业时可分为铲刀切削阻力、铲刀与土接触的水平摩擦阻力和铲刀前土堆沿地面移动时的阻力。3.4.2 铲刀阻力计算在前面讨论了铲刀的受力情况，知道在I挡铲土时，铲刀的阻力最大，就该对铲刀受力最的情况做出计算。1. 铲刀的切削阻力如图3.10所示的简图对这种种情况加以分析。式(3.1)式中铲刀切削阻力，kN；切削比阻力，见表3.1，KPa；铲刀切削土的长度，m；平载切厚度，m。图3.10 铲刀作业阻力分析表3.1 各种土的切削比阻力土壤级别土 的 名 称I砂、砂质土、中等温度的松散粘土
45、、种植土II粘质土、中细砂砾、松散软粘土III密实粘土、中等粘土、松散粘土、软泥炭IV具有碎面或卵石的粘土质、重湿粘土、中等坚实煤炭、有少量杂质的石砾堆积物V中等积岩、重干粘土、而硬的黄土、软石膏2. 铲刀与地接触的水平摩擦阻力由公所示：式(3.2)式中铲刀与土接触的水平摩擦阻力，kN；土与钢的摩擦系数；铲刀作业所受垂直阻力，kN。图3.11 铲刀垂直压力确定式(3.3)表3.2 土与钢、土与土的摩擦系数土的名称土的名称土的名称砂对砂0.80.35中等粘土1.00.50重粘土1.20.83. 铲刀前土堆沿地面移动时的阻力式(3.4)式(3.5)式中：；。表3.3 几种土的物理性能土的种类容重砂干自然含水量饱和含量亚 粘 土干湿粘 土干湿砂 石干湿砾 石有 棱 角圆 形4. 铲刀前面土堆沿铲刀表面纵向移动所造成的阻力式(3.6)式中：综上所述，铲刀作业水平总阻力式(3.7)3.4.3 铲刀尺寸设计由前的公式可以计算出作业的水平总阻力，通个这些值也就能确定牵引力的大小，也能对铲刀尺寸进行校核。1. 铲刀的长度平地机的工作是刮削不厚的土层，并把它移到平地机行驶路线一旁。铲刀的长度L就根据这一要求确定的，当平地机
