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1、 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 平地机的用途和现状11.2 平地机的发展趋势21.3 平地机的分类31.4研究内容4第2章 平地机总体方案设计52.1平地机方案选择52.2 总体参数的选择62.2.1平地机的整机重量62.2.2平地机的作业速度72.2.3发动机功率的确定82.2.4机架型式的选择82.2.5整机尺寸的确定92.2.6最小转弯半径的确定12第3章 工作装置设计133.1 平地机工作装置操纵机构设计143.2平地机铲刀设计183.2 .1铲刀阻力计算183.2 .2铲刀尺寸的确定203.2 .3刀片的标准化设计223.3牵引架的设计253.4回转圈的设计
2、263.5回转圈驱动装置的设计263.5.1回转圈液压马达的选择273.5.2回转圈减速器的选择273.5.3回转圈传动齿轮的粗略设计283.6回转圈支承装置的设计283.7角位器的设计28第4章 刮土工作装置液压系统设计314.1 液压系统设计的内容与要求314.1.1 液压系统设计要求314.1.2 液压系统设计内容及步骤314.2 液压系统图的设计和分析324.3 确定液压系统的主要参数344.3.1 系统压力的确定344.3.2系统最大流量的确定344.4 液压元件的选择和设计364.4.1 液压元件选择的原则364.4.2液压泵的选择384.4.3液压阀的选择394.4.4油缸主要零
3、部件的设计404.5液压系统的性能计算414.5.1 系统总效率的验算414.5.2 温升的验算42结 论44参考文献45第1章 绪论1.1 平地机的用途和现状随行我国现代化建设事业的迅速发展,交通运输所担负的任务日益繁重,要求兴建更多的现代化机场及铁路、公路,尤其是建设高等级公路。机场和高等级公路对路面的平整度有很高的要求,这种高精度的大面积平整作业,通常必须使用具有较高生产率和平整精度的平地机。因此,在土方施工作业中,平地机有着其它机械所不可替代的独特的作用。平地机的操纵系统主要包括作业操纵系统、转向操纵系统、制动操纵系统等。作业操纵系统是用来控制各种工作装置运动的,主要是控制刮刀、耙土器
4、、松土器、推土铲的运动。刮刀的运动形式如下:刮刀左侧提升与下降;刮刀右侧提升与下降;刮刀回转;刮刀侧移相对于回转圈左移和右移刮刀随回转圈一起侧移,即牵引架引出刮刀切削角的改变。a.机外刮土b.刀角刮土图1.1 平地机刮土方式现代平地机已发展到比较完善的地步,并向作业自动化方向发展。它的原始形式是一个牵引犁的变形,发动机的出现和应用到平地机上来是它自身迅速发展的关键,由牵引式平地机发展到今天的自行式平地机的水平,液压技术的应用已使较为笨重的机械式操纵的平地机趋于被淘汰,以至目前占绝对优势的是液压操纵的自行式平地机,这种平地机从传动方式来看又分为机械直接传动的和液力机械传动的自行式平地机,但较为流
5、行的是后者。现代的平地机的转向方式有:前轮转向;前轮和后轮两种转向方式共存的平地机。这两种转向方式是平地机的传统转向方式。但其转向半径仍很大,机动性受到限制。因此为了提高平地机的机动性,出现了前轮转向和折腰转向两种方式共存的平地机。这种措施除提高其机动性而外,还提高了它的作业能力,缩小了不易平整到的死角,而增大了作业范围。由于现代科学技术的发展给铲土运输机械实现自动化作业提供了条件,美国海军工程试验室为平地机研制出了利用激光技术的自动化系统,它包括两个控制系统:铲刀的升降自动控制系统和铲刀的倾斜控制系统。目前国外平地机生产厂以美国卡特公司、瑞典VOLOV公司、日本小松、以及德国0&K公司生产的
6、平地机最为著名,均代表了国际当代平地机最高水平。其主要技术有:铰接式机架、动力换档、后桥带自锁差速器、可调整操纵台,ROPS驾驶室、电子监控、自动调平、全轮驱动等技术,产品可靠性高。? 目前国内平地机生产厂家有十余家,其中主要厂家有7家,分别是中外建、徐工、常林、哈尔滨四海、黄工、三一、成工。平地机行业国内主导厂家优势较为突出,市场占有率基本上集中在这些厂家之间。国内平地机生产企业中,有相当一部分是兼业厂,但其技术实力不容忽视。而国外生产厂家的产品质量高、规格全、功能强,是我国平地机行业的目标。1.2 平地机的发展趋势随着高新技术的发展及在工程机械产品上的应用,以现代微电子技术为代表的高科技正
7、越来越普遍地用来改造工程机械产品的传统结构。成熟技术的移植应用已大大促进了平地机综合技术水平的进一步提高。在满足新的技术要求前提下选择合理的价位,适应不同档次的用户需求是目前平地机的发展方面。中国市场与国外市场不同,国外发达国家的公路交通网络已形成,平地机的市场走势处于低谷,而中国平地机市场刚刚开始启动,另一方面中国是发展中国家,经济实力等远远落后于发达国家,多种因素决定了现阶段的中国市场对平地机不需要很高的技术含量和高的配置,只要具有同样的作业功能和较好的可靠性,具有性能价格比的优势,就会有高的市场份额。近年来,国外平地机之所以从中国市场逐步退出不是因为国外产品的技术水平不高,而是价位太高。
8、进口机的价位约是国产同类机型的3倍以上。因此,国产平地机必须在保持或略高于原同类机型价位的基础上,尽量提高整机的可靠性和操作舒适性来适应中国的市场。?从技术发展角度考虑,中国平地机的发展,依然要跟踪国际领先水平。展望迅速发展的中国市场,加入WT0后国内市场国际化的趋势日趋明显。参与国际交换和分工,充分利用国际先进的配套资源和科学技术,实现技术资源的优化配置,成为国内平地机制造业发展的必经之路。中国平地机技术发展的基本特征应是:高、中、低档产品并存。加快产品更新换代的同时,发展多种作业装置,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
9、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,这是国产平地机的发展趋势。 今后将面向数字化装备也是平地机发展的方向,数字化设备具有数据采集、数据分析、检测诊断、信息储存、实时传送等功能,实现运行状态跟踪、作业质量监控、运行工况分析、故障检测诊断、信息采集传送,它为提高平地机运行效率和质量提供了先进的、可靠的技术支撑。1.3 平地机的分类按行走方式可分为自行式和拖式两类。自行式平地机因其机动灵活、生产率高而广泛采用;早期生产和使用的拖式平地机,由于机动性差、操纵费力,已被淘汰。按工作装置和行走装置的操纵方式分为机械操纵和液压操纵两种。目前
10、自行式平地机的工作装置基本上都采用液压操纵。按铲土刮刀的长度和发动机的功率大小可分为轻型、中型和大型三种。按行走车轮数可分为四轮和六轮两种。四轮平地机是前、后桥各两轮,用于轻型平地机;六轮平地机是前桥两轮、后桥四轮,用于大中型平地机。 按车架的形式可分为整体式车架和铰接式车架两种。整体式车架是前后车架为整体,这种车架刚性好,也称刚性机架,如中外发展公司的PYl60B型平地机。铰接式车架是将两者铰接,用液压缸控制其转动角,使平地机获得更小转弯半径和更好的作业适应性。海内外平地机厂家大多采用此种结构,如美国卡特公司G系列,德国O&K?FAUN公司的F系列,中外建发展公司的PYl60C型、PYl80
11、型和PY200型,常林PY190A型,哈尔滨四海DRESSERS00系列等。按车轮的转向方式可分为前轮转向、后轮转向和全轮转向。按车轮驱动情况又可分为后轮驱动和全轮驱动。平地机的车轮布置形式的表示方法是:车轮总轮数X驱动轮数X转向轮数,一般有:4X2X2、4X4X4、6X6X6、6X6X2、6X4X6、6X4X2等6种。国内外大多数平地机多采用6X4X2铰接机架。国产的PYl60B型平地机的车轮布置为6X4X6;PYl60C型、PYl80型平地机的车轮布置为6X4X2。1.4研究内容本次设计中,我主要研究的是自行式平地机的工作装置。平地机的工作装置包括刮土工作装置和耙土装置。刮土工作装置主要由
12、牵引架、回转圈、刮刀和摆架装置等组成。本次设计主要研究刮土工作装置。本文研究的目的就是建立一个自行式平地机工作装置的设计模型,运用所学知识设计出一套性能优良、符合设计要求并且结构合理的工作装置方案。通过此次毕业设计,掌握工程机械产品设计的基本方法、基本技巧和基本过程,熟悉计算机辅助设计和技术文件的写作方法,掌握自行式平地机总体设计及计算,工作装置设计的基本知识和技巧。本次设计的主要内容有:.自行式平地机总体方案设计,总体参数计算确定具体设计内容包括整机重量、发动机功率、机架型式、最小转弯半径、最大行驶速度等数据的确定;.刮土工作装置总成及零件设计具体设计内容包括工作装置方案牵引架、转盘、转盘驱
13、动装置、转盘支撑装置、刮刀、角位器等具体零件设计;.刮土工作装置液压系统设计;第2章 平地机总体方案设计平地机总体设计的目的是确定整机性能参数和选择合理的结构方案,从而获得优良的整机性能。2.1平地机方案选择在所有各类型平地机中以液压操纵三桥液力机械传动的平地机最为流行。其优点是:压操纵非常有效地代替了老式的机械操纵装置,使得结构简化、外型美观、操纵力大大减小,从而减少了机器重量;三轴式具有平衡悬挂的三桥平地机的突出特点是十分有效地提高了平地作业精度。液力机械传动提高了平地机的动力经济性和起动的平稳性。基于以上原因,本设计中选择三轴式平地机,示意图如图2.1所示。平地机的终传动有两种型式:齿轮
14、传动和链条传动。齿轮传动的优点是可靠性大们结构复杂,必须经过中间齿轮;链条传动的优点是结构简单、链条的弹性可以减缓发动机和车轮之间各传动件之间的冲击载荷,链条磨损后所引起的链条的伸长可用车轮轴承偏心法兰加以调整。链条在平衡箱的油池中得到充分润滑,因而寿命较长,目前这种型式应用比较普遍。因此,本设计中采用链条传动。平地机的终传动有两种型式:齿轮传动和链条传动。齿轮传动的优点是可靠性大们结构复杂,必须经过中间齿轮;链条传动的优点是结构简单、链条的弹性可以减缓发动机和车轮之间各传动件之间的冲击载荷,图2.1 三轴式布局链条磨损后所引起的链条的伸长可用车轮轴承偏心法兰加以调整。链条在平衡箱的油池中得到
15、充分润滑,因而寿命较长,目前这种型式应用比较普遍。因此,本设计中采用链条传动。前桥有驱动的和非驱动的两种型式,中型以上具有铲掘能力的平地机,其前桥多数具有驱动能力,以便发挥更大的牵引力;对于大多数轻型平地机,包括中型平地机前桥都做成非驱动桥。因此,本设计中采用前桥转向和铰接式机架转向,驱动桥与平衡箱联接驱动中桥、后桥的型式。目前各大厂家生产的平地机工作装置基本上都选择具有液压操纵的型式;铲刀的悬挂方式、回转方式和变换切削角等都是液压操纵,机械式操纵已被淘汰。因此,本设计中工作装置也选择液压操纵的型式。2.2 总体参数的选择总体参数选择的基本任务就是根据合理的工况来妥当地匹配平地机各件能参数之间
16、的关系,以便使整机获得优良的性能。它大致包括以下内容: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确定传动系的传动比;4合理地把工作装置的尺寸与机器的牵引力匹配起来。2.2.1平地机的整机重量平地机的使用重量基本上代表该机器的附着重量,当平地机并非全轮驱动时,其使用重量不能全部用来产生附着力,参照【铲土运输机械设计】得公式: (2.1)式中?平地机附着重量利用系数,是用来说明平地机的使用重量有多少是被用采产生切线牵引力的。对于只有一桥转向、二桥驱动的三轴平地机,为0.70.75;对于全轮驱动的平地机,=1。平地机属于连续作业的机器,这一点与装载机和
17、推土机不同,连续作业的机器其最大牵引功率工况与最大生产率工况在牵引特性曲线上是一致的,根据【铲土运输机械设计】得:根据理论分析和试验证明,当=20%时,平地机的牵引功率接近于最大值。因此规定把=20%称为额定滑转率,把此时的牵引力称为额定有效牵引力,于是额定工况下所对应的附着系数=0.70.73,所以0.70.73 (2.2)为使平地机在额定牵引工况厂作业,共使用重量必须满足以下关系: 2.3通常在设计时将由式2.3所求得的值与同类产品的重量/千瓦相对比。根据任务书中已知条件平地机的最大牵引力为80KN,则 取0.72,0.72得154321N15432.1KG圆整得, 平地机的使用重量为15
18、400KG,则估算平地机的整机重量为15300KG。2.2.2平地机的作业速度由于平地机按多种作业方式来完成其作业工序,因此要求有多种作业速度与之相适应。与装载机推土机相比,平地机的档位数和速度种类比较多,这一点对于提高发动机功率利用率是有利的。在确定作业速度时,可根据平地机理论牵引特件曲线,结合使用经验和对比同类型机器的速度数据综合分析比较之后加以确定。机械直接传动的平地机档位通常有前4后4、前6后4、前6后6和前8后8等方案,根据【铲土运输机械设计】得:其各档速度值大约为:档 3.25公里/小时档 67公里/小时档 810公里/小时档 1114公里/小时档 1518公里/小时档 2023公
19、里/小时档 3540公里/小时I档速度适用于精加工作业和铲掘作业,档速度适用于普通路面的刮削和粗加工,档速度适用于除雪和搅拌作业;、档速度适用于中、短距离运输;、档速度适用于中、长距离运输。具有多个前进和后退档的平地机,其后退速度一般等于或略低于同档位的前进速度。车速与发动机匹配得合适与否须由样机的试验牵引特性曲线来检验。2.2.3发动机功率的确定在这里讨论如何确定发动机功率的问题。这实质是讨论如何把发功机的功率与底盘的使用重量进行匹配的问题。我们把由公式3.8所决定的总作业阻力作为发动机在I档作业时的额定有效牵引力,即作为发动机的额定工况。毫无疑问,我们也是按此额定工况由公式2.3来匹配底盘
20、的使用重量的,这自然也能按额定有效牵引力工况把发动机与底盘的使用重量相匹配起来,并且是按最大生产率或最大牵引功率工况匹配的。因此,由 牛和公里/小时,并考虑发动机附件所消耗的功率,则所需发动机的最大功率,根据【铲土运输机械设计】公式(8.7)得:(KW) (2.4)或+KW (2.5)式中?滚动阻力系数; ?发动机功率输出系数,可由发动机适应性系数来决定:当1.15时, 0.87;当1.151.30时,=0.97; ?传动系统效率。取发动机功率输出系数为0.94,根据【机械设计】相关内容,传动系统效率取为0.85,考虑到平地机工作时所行驶的路面状况较差,根据表2.1取滚动阻力系数f0.1,档速
21、度取为4KM/h, 粗略取为10KW,根据式(2.4)计算得: 139.8KW,圆整为140KW。参照三一PQ190A型平地机,试选用康明斯6BTA5.9型,额定功率为149KW,额定转速2500r/min,最大功率为149KW,最大转速2700r/min,最大扭矩814N.m。将149KW代入式(3.4)进行验算,得84554.9N80000N,则能满足设计需要。2.2.4机架型式的选择 按机架结构形式分:整体机架式平地机和铰接机架式平地机。整体式机架是最普通的箱形结构的机架,它是一个弓形的焊接结构。弓形纵梁为箱形断面的单衍梁,工作装置及其操纵机构就悬挂或安装在此梁上。机架后部由两根纵梁和一
22、根后横梁组成。机架表2.1 不同地面的滚动阻力系数f支承面种类滚动摩擦系数f附着系数铺砌的路面0.050.6-0.8干燥的土路0.070.8-0.9柔软的砂质路面0.100.6-0.7细砂地0.100.45-0.55收割过的草地0.100.7-0.9开垦的田地0.10-0.120.6-0.7冰雪冻结的道路0.03-0.040.2上面安装发动机、传动机构和驾驶室;机架下面则通过轴承座固定在后桥上;机架的前鼻则以钢座支承在前桥上。整体机架式有较大的整体刚度,但转弯半径较大。传统的平地机多采用这种机架结构。目前生产的平地机大都采用铰接式机架,如图2.2所示,它的优点是:1转弯半径小,一般比整体式的小
23、40%左右,可以容易地通过狭窄地段,能快速调头,在弯道多的路面上尤为适宜。2采用铰接式机架可以扩大作业范围,在直角拐弯的角落处,刮刀刮不到的地方极少。3在斜坡上作业时,可将前轮置于斜坡上,而后轮和机身可在平坦的地面上行进,提高了机械的稳定性,使作业比较安全。根据以上分析,铰接式机架有诸多优势,则本设计中采用铰接式机架。2.2.5整机尺寸的确定平地机的整机尺寸的设计应能保证平地机机架有足够的空间承载驾驶室,发动机等大型零部件,同时也应能保证刮刀能自由的实现六个工作状态。另外,整机尺寸还会影响到平地机工作的灵活性和稳定性。而且整机尺寸会直接影响到平地机的外形美观。因此,合理的设计平地机的整机尺寸对
24、增强平地机的性能是有很大意义的。表2.2是三一系列平地机的整机尺寸,由于本设计中的平地机和三一PQ190系列平地机参数相近,则可用类比法得出本设计的平地机整机尺寸如图2.4和2.5所示。 1.前车架;2.销轴;3.油缸;4.后车架图2.3 铰接式机架表2.2 三一系列平地机整机尺寸图2.4 平地机整机尺寸图1图 2.5 平地机整机尺寸图2 2.2.6最小转弯半径的确定参照三一PQ190平地机,选取机架最大铰接转向角度25,取值为45,机架铰接中心到后桥中心的距离AB取为1500mm, 前桥两主销中心距的一半CE取为1000mm。由图2.5所示参数,画出最小弯曲半径的计算简图,如图2.6所示。
25、L.前后桥轴距;AB.机架铰接中心到后桥中心的距离;AC.机架铰接中心到前桥中心的距离;CE.前桥两主销中心距的一半;EF.前桥主销中心到前轮中心的距离;.前桥转向梯形的内转角;.前桥转向梯形外转角;.铰接转向角;. 前桥倾斜最大后引起整机相对前桥中心的转角 图2.6 最小弯曲半径的计算简图则最小弯曲半径计算公式为:代入图中各值,经计算得7.2(m)。第3章 工作装置设计平地机的主要工作装置是刮土工作装置。刮土工作装置的结构如图3.1所示:牵引架的前端是个球形铰,与车架前端铰接,因而牵引架可绕球铰在任意方向转动和摆动。回转圈支承在牵引架上,可在回转驱动装置的驱动下绕牵引架转动,从而带动刮刀回转
26、。刮刀的背面有上下两条滑轨支撑在两侧角位器的滑槽上,可以在刮刀侧移油缸的推动下侧向滑动。角位器与回转圈耳板下端铰接,上端用螺母固定住。当松开螺母时,角位器可以摆动,从而带动刮刀改变切削角也称铲土角。1.角位器;2.角位器紧固螺母;3.切削角调节油缸;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.刮刀;10.油缸头铰接支座;11.刮刀侧移油缸;12.回转圈图3.1 刮土工作装置作业装置操纵系统可以控制刮刀作如下六种型式的动作:刮刀左侧提升与下降;刮刀右侧提升与下降;刮刀回转;刮刀侧移相对于回转圈左移和右移;刮刀随回转圈一起侧移,即牵引架引出;刮刀切削角的改
27、变。其中、一般通过油缸控制,采用液压马达或油缸控制,而一般为人工调节或通过油缸调节,调好后再用螺母锁定。不同的平地机,刮刀的运动也不尽相同,例如有些小型平地机为了简化结构没有角位器机构,切削角是固定不变的。3.1 平地机工作装置操纵机构设计由【铲土运输机械设计】可知,平地机工作装置操纵机构包括具有固定铰支点的操纵机构和具有可变铰支点的操纵机构。如图3.2和图3.3。 图3.2 具有固定铰支点的操纵机构 图3.3 具有可变铰支点的操纵机构由于具有固定铰支点的操纵机构应用比较普遍,且结构简单,因此本设计中采用具有固定铰支点的操纵机构。图3.2是一个具有固定铰支点d和e的操纵机构。参考同类样机尺寸,
28、在设计草图上初步决定g和h点的位置见图3.2,然后将铲刀按刮立坡的极限位置给出点g和h的位置见图3.4,再按油缸外廓不与机架主粱外廓发生干涉的极限情况两出两油缸的极限位置左边油缸的活塞杆全部缩进缸内,右边活塞杆全部伸出缸外,最后按高于主机架外廓上缘的一条水平线mn分别与两极限位置的油缸中心线交于d、e即为所确定的固定铰支点位置,一般取degh。图3.4 具有固定铰支点的操纵机构极限位置从图中可见,当油缸闭锁后油缸就成为一个固定长度的杆,其简图dghe为一四杆机构,它有一个自由度,如再加一油缸3相当于简图中的gf便可形成具有固定位置和形状的刚架。工作装置就是靠改变这三个油缸的长度来改变这四杆所形
29、成的刚架的形状和位置的。由于油缸的伸缩作用改变杆件长度,使它的设计不必按四杆机构的没计程序进行设计,只用简单的作图法即可解决。具体设计内容如下:1已知铲刀长度为3965mm,根据类比法,参照PY180平地机尺寸,取gh1320mm,de1350mm,取油缸的活塞杆全部缩进缸内时活塞杆连接孔到油缸铰支点距离为500mm,取铲刀宽度为610mm,定出铲刀粗略形状,画出草图。2首先画出铲刀与水平面平行,且铲刀处于最大提升高度时的草图。如图3.5所示,作铲刀中心线,由gh1320mm定出g点和h点,过h点作垂直线,以h点为圆心,500mm为半径画圆,圆与垂直线的交点定为e点,过e点作一直线与水平面成约
30、5,长度为1350mm,定出d点,连接dg,取f点在e点左下方垂直方向距离为300mm,水平距离为200mm,连接gf。作距离铲刀中心线为1324mm的直线A.A,该线为车轮外边界线。由于任务书要求铲刀的提升高度为480mm,则作距离铲刀底面为500mm的直线B.B,该线为地平面。(3)如图3.6所示,保持d点、e点、及直线A.A,B.B的相对位置不变,将铲刀竖直方向下移至直线B.B下方500mm处,作出铲刀处于最大切土深度时的简图。(4)如图3.7,图3.8所示,保持d点、e点、及直线A.A,B.B的相对位置不变,分别做出铲刀与水平位置成45度,30度的简图,此时平地机均处于机外刮斜坡的工作
31、状态。图3.5 铲刀与地平面平行(处于最大提升高度) 图3.6 铲刀与地平面平行(处于最大铲土深度)用CAD进行标注,得出铲刀在处于各工作位时三个油缸所需的长度。从图中,我们可看到,油缸3的布量只能使得铲刀向左侧立起和实现各种任意作业位置而向右侧就不可能了,因为油缸3不能绕点f逆时针转动很大范围,它会受到主梁的干涉。也正是由于这个原因而将油缸2的铰接点e布置得略低于点d。国外某些平地机给出铲刀伸出机外刮斜坡时铲刀倾斜角为4070,实际上按此数据设计的铲刀操纵机构其倾斜范围是不够用的,本设计由于采用固定铰支点结构,故机外刮斜坡倾斜角度不能设计得太大。图3.7 铲刀与水平面成45度 图3.8 铲刀
32、与水平面成30度通过简图可以看出,在四个工作状态中:dg的最大长度为1696mm,eh的最大长度为2081mm,gf的最大长度为2895mm。由于设计误差的存在,取dg、 eh所能达到的最大长度为2200mm,取gf所能达到的最大的长度为3000mm,由于设计中取油缸活塞杆全部缩进缸内时活塞杆连接孔到油缸铰支点距离为500mm,则dg、eh杆所在的油缸长度设计为1700mm,gf杆所在的油缸长度设计为2500mm。eh杆所在的油缸铰支点离地高度设计为1900mm,刮刀侧移油缸设计为1500mm。3.2平地机铲刀设计如图3.9所示,铲刀是有铲刀体,刀片和侧刀片组成。1.铲刀体;2.刀片;3.侧刀
33、片图3.9 铲刀结构图铲刀体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。3.2 .1铲刀阻力计算在平地机的所有作业工况中,要以构筑路堤的铲掘作业阻力为最大。耙松硬土时的作业阻力也很大,但它不是与铲掘作业同时进行。其它作业工况如平整地面、刮削边坡等,由于切削层很薄、土质松软,因此与上述作业阻力相比较小。平地机作业时,铲刀上的作业阻力计算方法与推土机大体相同,可用图2.1所示简图加以分析。图3.10 铲刀工作阻力分析3.2 .1.1铲刀切削阻力目前确定切削比阻力大多采用的经验公式,根据【铲土运输机械设计】公式(1.13
34、)可知:MPa(3.1)式中?作用在刀刃上的切削阻力(N); ?切削刃宽度m; ?切削层厚度m。可得铲刀切削力为:3.2结合平地机铲刀之尺寸参数,则切削阻力为:(3.3)式中?切削比阻力(MPa); ?铲刀刃切削土部分的长度m; ?平均切削厚度(m)。根据【铲土运输机械设计】表1.1得:表3.1各种土的切削比Kb3.2.1 .2铲刀与土接触的水平摩擦阻力根据【铲土运输机械设计】公式(8.2)得:N3.4?土与钢的摩擦系数(见表3.2);?铲刀作业所受垂直阻力N。根据【铲土运输机械设计】表1.5得:表3.2土与钢、土与砂的摩擦系数、3.2.1 .3铲刀与土接触的水平摩擦阻力根据【铲土运输机械设计
35、】公式(8.3)得:N (3.5)式中(3.6)其中H?铲刀高度尺寸(m)。3.2.1 .4铲刀前面土堆沿铲刀表面纵向移动所造成的阻力根据【铲土运输机械设计】公式(8.4)得:N(3.7)式中?土的内摩擦系数(见表3.2)平地机作业水平总阻力为: (3.8)3.2 .2铲刀尺寸的确定3.2.2 .1铲刀长度的验算平地机的作业目的与推土机不同;推土机以铲掘和推运土方为主,而平地机则以刮削不厚的土层,并把它连续地侧移到平地机行驶路线?旁。铲刀的长度L是根据平地机的额定有效牵引力来确定的,任务书中要求铲刀的长度为3965mm,故有必要对铲刀的长度进行验算。根据章节2.2.3内容可知,在选取平地机功率
36、为149KW后,平地机的约为84554.9N,即约为84.6KN。令,则。根据表3.1,选取90,又由任务书已知铲刀切土深度为500mm,取500333.3mm。则2.82(m)。根据【铲土运输机械设计】图8.10和图8.11得图3.11和图3.12。图3.11 根据F和确定图3.12 铲刀作业系数由图3.11可知,根据铲土截面积F和铲刀的倾角可直接查得之值。计算铲土截面积2.820.3330.470()取9,据图3.11可知,0.61。根据【铲土运输机械设计】公式(8.12)可知,铲刀全长:(3.9)参照【铲土运输机械设计】取60,则L3961mm。则计算结果与任务书中要求接近,则满足要求。
37、3.2.2 .2铲刀高度的计算根据【铲土运输机械设计】公式(8.13)可知, (3.10)由作图法粗略估算0.25(),其中为土垄斜边夹角,参照【铲土运输机械设计】,取为38,625mm参照三一系列平地机,取H为610mm。3.2.2 .3铲刀曲率半径的计算根据【铲土运输机械设计】公式(8.14),得曲率半径 (3.11)参照徐工PY180平地机,取为45,则431(mm)图3.13 铲刀曲率半径3.2 .3刀片的标准化设计根据平地机行业的标准要求,刀片采用GB699.65优质碳素结构钢钢号和一般技术要求规定的66Mn材料制造,也可选用耐磨性和强度等机械性能与65Mn相近或更好的材料。3.2.
38、3.1刀片横剖面选择根据国家标准JBT 2648.1.1995,平地机刀片横剖面应符合图3.14所示标准。图3.14 平地机平地机刀片横剖面标准参照徐工PY180平地机,选取刀片宽度W,厚度T,弯曲半径R,E30,F3。3.2.3.1刀片安装用螺栓孔位置的确定根据国家标准JBT 2648.1.1995,平地机刀片刀片安装用螺栓孔位置的确定应符合图3.15所示标准。图3.15 刀片安装用螺栓孔位置标准根据公式Ln-3P+2A+Q可确定螺栓的个数,公式中P、A、Q的值由图3.15来查得。试选P152.4,QA76.2,则3965n-3P+2A+Q,得n27.0227, 螺栓数太多,且为奇数,不可取
39、。试选P304.8,QA76.2,则3965n-3P+2A+Q,得n15.0115,螺栓数太少,且为奇数,不可取。试选P250,QA62.5,则3965n-3P+2A+Q,得n17.8618,螺栓数合适,且为偶数,可取,故取n18。3.2.3.1刀片安装用螺栓孔形状和尺寸的确定根据国家标准JBT 2648.1.1995,平地机刀片刀片安装用螺栓孔形状和尺寸的确定应符合图3.16所示标准。因章节3.2.3.1中选取刀片厚度T为,则根据图3.16,选取D30,B,A22,R2.5,d16。 图3.16 安装螺栓孔形状和尺寸标准3.3牵引架的设计牵引架在结构形式上可分为A型和T型两种。A型与T型是指
40、从上向下看牵引杆的形状。A型牵引架图3.17为箱形截面三角形钢架,其前端通过球铰1与弓形前机架前端铰接,后端横梁两端通过球头4与刮刀提升油缸活塞杆铰接,并通过两侧刮刀提升油缸悬挂在前架上。牵引架前端和后端下部焊有底板,前底板中部伸出部分可安装转盘驱动小齿轮。在牵引架后端的左侧支架上焊有刮刀摆动油缸铰接球头5见图3.17。刮刀摆动油缸伸缩可使刮刀随转盘绕牵引架对称轴线左右摆动。图3.18所示为PY180型平地机T型牵引架,其牵引杆12为箱形截面结构。这种结构的优点是在回转圈前面的部分只是一根小截面杆,横向尺寸小,当牵引架向外引出时不易与耙土器发生干涉。但它在回转平面内的抗弯刚度下降。与T型牵引架
41、相比,A型牵引架承受水平面内弯矩能力强.对于液压马达驱动蜗轮蜗杆减速器型式的回转驱动装置便于安装。所以A型结构比T型结构应用普遍。当松土耙土器装在刮刀与前轮之前时,A型牵引架的运动占用空间大,容易与耙土器干涉。但是,如果使用液压马达涡轮减速器的回转驱动装置,其结构布置不如A型结构方便。因此,本设计中采用A型牵引架。牵引架具体尺寸设计见相关设计图。1.牵引架铰接球头;2. 牵引架体;3. 底板;4.铲刀升降油缸铰接球头;5.铲刀摆动油缸铰接球头图3.17 A型牵引架1、7.刮刀升降油缸球铰头;2.回转圈安装耳板;3、4.回转驱动油缸;5、10.底板;6.横梁;8.牵引架引出油缸球铰头;9、13.
42、回转齿轮摇臂;11.球铰头;12.牵引杆图3.18 T型牵引架3.4回转圈的设计回转圈图3.19,由齿围1、耳板2、拉杆3、4、5等焊接而成。回转圈的主要作用就是带动刮刀做360旋转。刮刀作业时的负荷都传到耳板上,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。回转圈在牵引架的滑道上回转,滑道是个易磨损部位,要求滑道与回转圈之间有滑动配合间隙且应便于调节。参照三一PQ190型平地机,选取回转圈直径为1455mm。具体设计尺寸见设计图纸。3.5回转圈驱动装置的设计 由回转圈带动刮刀回转基本上都是全回转式,即360回转,属于连续驱动型式。驱
43、动方式主要是液压马达带动蜗轮蜗杆减速器驱动回转小齿轮;另一种是 1.齿圈;2.耳板;3、4拉杆 图3.19 回转圈双油缸交替随动控制驱动小齿轮,回转小齿轮上带有偏心轴,偏心轴与两个回转油缸的活塞杆连接;回转油缸的缸体分别铰接在牵引架底板上。这样、就组成一个类似曲柄连杆机构的v型结构,在两个油缸活塞杆伸、缩和缸体绕铰点摆动的互相配合作用下,通过偏心轴带动小齿轮回转。双油缸驱动式传动过程中油缸的作用力和作用管是交替变化的,因此驱动力矩变化幅度较大。目前多数平地机采用液压马达带动蜗轮蜗杆减速器驱动型,这种传动结构尺寸小,驱动力矩恒定、平稳。蜗轮蜗杆减速器的输出轴朝下,很容易漏油,因此对密封要求高。本
44、设计中采用液压马达带动蜗轮蜗杆减速器驱动回转小齿轮的方式。3.5.1回转圈液压马达的选择由于回转圈属于不经常传动件,且转速很低,考虑制造成本,及安装空间,宜选择价格便宜且外型尺寸较小的齿轮马达。参照机械设计手册第四版第四卷,选择CM.C10C18.FL型液压齿轮马达,额定转速为1800r/min。3.5.2回转圈减速器的选择根据平地机回转圈转动速度慢的特性,宜选用蜗轮蜗杆减速器,参照机械设计手册第四版第四卷,选择符合JB/T 7935.1999标准的CW型圆弧圆柱蜗杆减速器,型号为CW63.50.,公称传动比为50,中心距为63mm。3.5.3回转圈传动齿轮的粗略设计回转圈属于不经常传动件,所
45、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,则传动齿轮进行粗略设计即可。在章节3.4中,已选取回转圈直径为1455mm,则取回转圈分度圆直径为1250mm,涡轮输出端的圆柱齿轮分度圆直径为125mm,液压马达输出端的圆柱齿轮分度圆直径为60mm,涡杆输入端的圆柱齿轮分度圆直径为240mm。则 4;减速器50; 10;则回转圈转速0.9r/min ,即约为56/s。选45,则3;则450。选择齿宽系数1,则125mm,则120mm。选择20,3;则80。选择齿宽系数1,则36mm,取为40mm,则35mm。3.6回转圈支承装置的设计图3.20所示的回转支承装置为大部分平地机所采
46、用的结构形式。这种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6接触,衬片6上有两个凸圆块卡在牵引架底板上;青铜合金衬片7有两个凸方块卡在支承块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1.3mm。用调整螺栓1调节径向间隙一般值为1.53mm,用三个紧固螺栓4固定,支承整个回转圈和副刀装置的重量和作业负荷。这种结构简单易调,成本也低,因此得到普遍采用。具体尺寸设计见设计图纸。3.7角位器的设计平地机刮土作业时,应根据土壤性质和切削阻力大小适时调整刮刀切削角。刮刀切削角的调整有两种方式:人工调整图3.21和液压缸调整图3.22。1.调节螺栓;2.牵引架;3.垫片;4.紧固螺栓;5.支承垫板;6.衬片;7.衬片;8.回转齿圈图3.20 回转支承装置 图3.21人工调整方式角位器 图3.22油缸调整方式角位器图3.22为液压缸调节切削角的一种结构。油缸体铰接在回转圈两侧,缸杆头部与角位器铰接,当松开紧固螺母后,操纵油缸伸缩,即可使角位器绕下铰点转动,使切削角改变,调好后人工将紧固螺母锁紧。人工调节方式目前仍比较多,尤其在中小型平地机亡。不论采用哪种方式调整切削角,调整后都必须将紧固
