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1、液压挖掘机行走装置设计的零部件的设计3.1 履带3.1.1 作用和布置方式履带是挖掘机行走装置的重要组成部分，不仅要时刻支撑挖机总重，还要承受施工过程中产生的冲击和不均匀载荷，除此之外还要利用本体与地面之间的承受摩擦来传递来自驱动轮的驱动力.由于接地容易卷入泥石，所以履带属于易坏部件，因而履带的强度和刚度必须达到足够的值数，才能保证高耐磨和长久高效果的贴地能力。1左链轨节；2右链轨节；3销轴；4销套；5锁紧销套；6销垫；7锁紧销垫；8锁紧销轴；9螺栓；10螺母；11履带板图3-1履带的典型结构及其构成考虑到杂质的入侵也会影响降低使用寿命，因此选择密封性优秀的组成式履带，三筋式履带板由于筋多，所
2、以履带板的强度刚度都比较高，载重能力大，它的带板上有四个联节孔，中间有清洁孔，当链轨绕过驱动轮时，可利用轮齿清除链轨节上的淤泥。所以本课题选择三筋式履带板。3.1.2 确定履带的宽度b，履带支撑面长度L0通过查阅资料得知，履带宽度公式： （3-1）式中M是挖掘机总重，本课题挖掘机重量是6.3T；B是履带板宽度；履带的宽度的确定是非常重要的，履带的宽度决定着接地比压，按公式（3.1）算出履带的宽度范围 。根据国家标准取履带的宽度为400mm根据查阅资料得知，履带支撑面长度公式： （3-2）式中G是总重，本课题挖掘机总重是6.3T；q是挖掘机的平均接地比压，取q=40Kpa得出。将已知的数据代入履
3、带支撑面长度满足公式： （3-3）式中B是履带轨距；是附着系数，取1； f是摩擦系数，取0.1；经过计算，符合公式要求，因此履带的支撑面长度符合设计原则3.1.3 确定履带节距t0履带节距公式： （3-4）根据这一条公式，代入已知的挖掘机机重，得履带节距范围 本课题确定为。3.1.4 确定履带的带长L根据公式： （3-5）式中是尺寸系数； 是挖掘机总重，是6.3T；经过计算，带长的范围得到确定，由于考虑到整体布局，取L为，在计算的结果上增加了。3.1.5履带的高度H根据公式： (3-6)式中KT是尺寸系数，范围是0.30.35； M是总机重；经过计算得H=554mm646mm，由于考虑到整体布
4、局，在此基础上扩大了17%，取H为750mm。3.1.6转台离地高度h1根据公式： (3-7)式中K0是尺寸系数，范围值是在0.370.42之间，.取0.4经过计算得h1=740mm，由于考虑到整体布局，取h1=761mm3.1.7 履带板的强度计算及校核履带的计算工况公式： （3-8）履带销的剪切强度： （3-9）所受拉伸应力的危险截面为销孔的最窄处： （3-10）式中G是挖掘机总重；是三个销孔宽度的总和为；R履带销套半径为27.5mm；r履带销半径为18mm； 履带的计算工况；利用公式（3-8）得出=46.305KN，代入公式（3-10)，得到得数是许用拉伸应力150200MPa，履带的抗
5、拉强度满足要求。3.2 驱动轮3.2.1驱动轮的作用和装配及选型行走装置需要驱动轮的驱动才能移动，驱动轮分为直线型，凸型和凹形这三种类别，考虑到整体的运行，齿形的构造选为凹齿形。驱动轮最基本的要求就是在销套受到磨损时不能出现跳齿现象，必须保证啮合平稳，履带挖掘机等工程机械大多为后轮驱动，这样可以使行驶更加平稳。设计成品才能安全运行。图3-2驱动轮示意图3.2.2 主要尺寸参数因为驱动轮与履带必须好好的啮合，也就是节距相等，那么节距就。参看工程机械底盘构造与设计，齿数Z确定是，所以它的名义齿数为。根据节圆半径计算公式 (3-11)式中是驱动轮的节距；是驱动轮节圆半径；是驱动轮的名义齿数；那么根据
6、公式： （3-12）式中是驱动轮的齿根圆直径；是履带销套的直径；所以通过计算，根据公式： （3-13）式中是齿顶圆直径；是节圆直径；是履带销套的直径；经过计算，求得，取整，那么就是660mm为了得到驱动轮的齿高，查找到齿高计算公式： （3-14）齿股半径公式和齿谷距离计算公式： （3-15） （3-16）根据公式，求得齿谷半径是，齿谷距离半径3.2.3 驱动轮的强度计算利用上一节的数据，我们利用公式可以轻松得出的数据，那么根据抗弯截面系数公式： （3-17）式中b是已经知道的驱动轮宽度： h是已经知道的驱动轮齿高；所以可以利用公式（3-14）求得的已知数据齿高和已知驱动轮宽度，并利用公式（3-
7、17）得出抗弯截面系数为mm。那么我们就可以知道本课题的驱动轮强度是否符合要求了 弯曲强度计算公式： （3-18）式中Wu是抗弯界面系数； h是齿高；由此可以得出结果挤压强度计算公式： （3-19）式中b是驱动轮宽度；d是是履带销套的直径；由此可以得出那么满足挤压强度和弯曲强度都满足了。3.3 轮边减速器3.3.1轮边减速器的选型查阅行星齿轮传动设计了解到，我们需要轴向尺寸和径向尺寸都比较小的减速器。因此本设计课题选用斜盘式轴向柱塞马达和双行星排减速机构。根据设计原则，由于我们需要结构相对简单的减速器，所以我们选择轴固定行星式。查行星齿轮传动设计这本书。选择三个行星齿轮3.3.2行星齿轮传动比
8、计算图3-3轴固定式行星齿轮减速器的原理图 液压马达将动力传递给太阳轮，使得齿圈转动，最终传动了驱动轮， （3-20） 1和6指的是太阳轮，3和4指的是齿轮圈，5和2代表行星齿轮，齿轮1和6的齿数分别是14和13，齿圈3和4的齿数分别是76和71，行星齿轮是5和2齿数分别是是29和31。第一排行星轮6、5、4和系杆构成差动轮系， （3-21）第二排行星轮1、2、3构成定轴轮系， （3-22）因此， （3-23）所以 （3-24） （3-25）经过计算其总传动比为40.54 3.4液压马达的主要参数液压马达是一种将液压能转化成机械能的元件，理论上，马达的排量可以通过公式求得： (3-26)式中是
9、液压马达的输出转矩；是液压马达的有效工作压力；是液压马达的机械效率；通过查阅期刊资料，我们知道机械效率范围一般为，并通过课本找到液压马达的有效工作压力公式，和它的输出转矩公式： （3-27） （3-28）式（3-27）中是液压泵的出口压力；是压力损失；是回油背压；通过查阅书籍资料，得知液压泵的出口压力范围是25MPa32MPa，本课题取。压力损失一般为，本课题取。回油背压一般取，本课题取。所以可以代入公式（3-27）得到液压马达的有效工作压力是。式（3-28）中是单条履带的牵引力，是； 是节圆半径，是；总传动比，是；是行走机构效率，通常取；通过利用公式（3-28）得出液压马达的输出转矩是根据公
10、式（3-27）（3-28）的结果，代入公式（3-26）计算得出，马达的理论排量是。通过查阅资料，马达每分钟的排量可以根据下行公式求出： （3-29）这需要知道马达的最高输出转速，公式是： （3-30）已知道总传动比是现在需要知道驱动轮的最高转速，而已知驱动轮的节圆半径和挖掘机最高移速，所以直接代入公式： （3-31）得出驱动轮的最高转速是45.45将结果代入公式（3-42）得到液压马达的最高输出转速：1842.54接着将结果代入公式（3-41）得到马达每分钟的排量就是24.21根据液压马达输出功率公式： (3-32)式中是单条履带的牵引力，是；是最低移动速度，是；是节圆半径，是；是行走机构效率
11、，通常取；求得液压马达的输出功率为最后根据这些参数，参考液压马达选用与维修手册，选用型号为的斜轴式轴向柱塞液压马达。 3.5 支重轮3.5.1支重轮的介绍组合式履带的支重轮分单凸缘和双凸缘两种。凸缘的存在意义是防止履带转弯时脱轨。安装在装置两侧，轮架的下侧，一般考虑发动机的功率，最低可以安装四个，最多可以安装七个。安装的时候，由于每排支重轮前有张紧机构，后有驱动轮。所以有安装标准，离张紧机构最近的支重轮不能影响到张紧机构的工作，最远的支重轮不影响驱动轮运行。挖掘机的重力通过支重轮传给履带，在挖掘和行走时还经常受到冲击，所以支重轮所承受的载荷很大，又容易受到腐蚀或者卡入泥沙，因此要求结构密封性可
12、靠材料耐磨耐压。支重轮的材料可以在50Mn或55SiMn这两个对象中中进行选择。 1螺塞；2端盖；3轴；4轴套；5浮动油封；6浮动油封环； 7O形圈；8销；9轮体，图3-4支重轮典型结构组成示意图3.5.2 个数的确定支重轮多了，可以让接地比压变得更均匀，更能适应那种比较松的地面，为了使接地比压分布比较均匀，一般根据支重轮的间距公式： (3-33)得出间距范围，取。最后端支重轮到驱动轮轮轴的间距： （3-34）得出间距范围，取间距。最前端的支重轮与导向轮之间的距离： （3-35）取距离是代入支重轮的个数公式： （3-36）式中是最前端支重轮到导向轮的间距；是驱动轮轴到最后端支重轮的间距；是支重
13、轮的间距；是履带支撑面的长度；代入经过之前计算所得的数据，经过简单的计算，本小节确定支重轮的数目为5个。3.5.4 轮与轴的强度及其检验 （3-36）根据上述公式和计算过程，轮的接触应力合格。在移动时候，路面不平有凸起来的地方的时候，每侧的单个支重轮所承受的载荷应当满足公式为 （3-37） 图3-5 支重轮轴受力及应力图 轴所受的最大弯矩： （3-38）轴的抗弯截面系数： (3-39)轴的弯曲强度公式： (3-40)式中是轴所受的最大弯矩； 是轴的抗弯截面系数；根据公式（3-38）(3-39)得出轴的弯曲强度是47.3MPa所以支重轮轴的弯曲强度满足设计要求。 3.6 托链轮3.6.1 托链轮
14、的作用和布置方式托链轮作用正如其名“托”，就是用来拖链的轮子，让履带有一定力量的附着在各机轮上，有一定的张紧度，保证挖掘机的正常运行，如果没有拖链轮，履带与各机轮之间的摩擦力会减小，再加上履带张进度的大大下滑，机构很可能发生出轨进而影响正常运行。装在装置的上部，履带的下部，两侧都要安装一两个。让履带和驱动轮好好的啮合。1端盖；2螺塞；3螺钉；4垫片；5轴套；6轮体；7浮动油封；8浮动油封环；9端盖；10轴图3-6拖链轮典型结构3.6.2托链轮个数与取决于行走装置上方履带的长度，一般驱动轮轴到导向轮轴的距离大于等于2米的话，行走装置每侧的托链轮数目选择两个，小于2米的话选择一个，本课题设计的行走
15、装置选择两个托链轮。3.7 导向轮3.7.1 导向轮的作用和布置方式导向轮就是职务是引导方向的轮子，如图所示就是导向轮的位置，它后面就是第一个支重轮，它与导向轮不能太远，太远会削弱导向轮的效果，而且，装置的空间也是有限，所以这个间距的最小不能小于履带节距的三倍。导向轮可以增加与地面的接触，减小压强，使得履带正常运转，方向盘的大部分轮子是肩环在中间用作导向，突起的就是引导的，两边的就是承重的，一般它用40钢或者40Cr的材料来制造，导向轮中间挡肩环两侧坡度应当渐渐变小。1轮体；2浮动油封；3浮动油封环；4螺栓；5垫圈；6销；7连接板；8密封圈；9滑轨；10轴套；11螺塞图3-7导向轮示意图3.7
16、.2 导向轮轴的强度计算及校核导向轮采用滑动轴承。导向轮轴的弯曲应力是在液压式挖掘机向后行驶的情况下进行计算的，导向轮轴的计算载荷一般取。所受的最大的弯矩： (3-41)导向轮轴的抗弯截面系数： (3-42)导向轮轴最大弯曲应力公式： (3-43)根据公式（3-41）(3-42）得出轴的弯曲强度是238MPa因此，导向轮轴的弯曲强度满足设计，要求。3.8 张紧装置3.8.1 张紧机构的作用和布置方式张紧机构位于在导向轮与行走装置两侧的箱体之间，使履带有并保持稳定的的松紧度，防止履带太松或者太紧。如果在移动过程中，履带卡入石头子，或者撞到什么东西，张紧机构就可以让导向轮后移，等通过这些障碍，导向
17、轮位置恢复。行走装置就能安全运行,让机构不因为外界因素而发生影响啮合。1张紧油缸；2弹簧；3限位套；4支承座；5螺母；6螺钉；7组合垫圈；8加油工具图3-8张紧机构结构图3.8.2确定张紧机构型号和材料依据工程机械底盘构造与设计，选定前置滑动式张紧机构，其缓冲弹簧的旋绕比在4左右，参看机械设计手册得知常用的旋绕比C的数值，在本课题设计的张紧机构缓冲弹簧的旋绕比取5，参看机械设计得知常用弹簧的材料是。 3.9 行走架的结构设计和选型行走架主要起承受上部操作室和工作臂的所产生的载荷的作用，一般为底架和履带架，材料通常选用HT200的钢材进行焊接。组合式行走架安装方便，并且还可以使挖掘机稳当，还可以降低给地面的压强。易拆卸，可以配套不同长度的履带，但是这种易拆卸的优势，带来的却是容易产生开裂的劣势。考虑到方便生产，为了适应小型挖掘机，于是本课题选择整体式行走架。4.0本章小节为了设计本课题，在图书馆花大量时间查阅了资料，弄清楚了关键零部件的具体作用以及安装在什么位置，花了不少的时间去计算零部件的尺寸和强度，动了不少脑筋，为了符合要求，还对强度各方面参数进行了准确的验证，在考虑到设计的需要，比较了许多的零部件型号，最终选出来了符合要求的部件，确定了部件需要什么样的材料。
