0127-液壓挖掘機行走裝置設計【全套8張CAD圖】
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畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 液壓挖掘機行走裝置
一、選題的依據及意義：
挖掘機歷來為世界各國工程機械行業(yè)永恒不變的焦點，但由于其復雜的制造技術、內部結構以及投入產出比高的特點，長期以來挖掘機所配套的關鍵液壓零部件技術被歐美日韓所掌控，我國在挖掘機產品上的技術與世界先進水平存在較大差距。然而，近年來國產挖掘機品牌的市場占有率正在逐步攀升，一批具有較強自主創(chuàng)新能力的挖掘機生產商在不斷壯大。從國際市場看，我國已經成為世界最大的挖掘機生產國和消費國之一。但是國內將近80%的市場份額被國外品牌占領。
而今，我國的挖掘機市場正在蓬勃發(fā)展，但是我們不具備核心技術和自主知識產權，在發(fā)動機、液壓件、控制元件上等關鍵配套方面還完全受制于人，因此，提高核心部件的國產化率、健全的配套體系就不可或缺了。
二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
國外研究現狀：
近些年來，隨著微電子技術，計算機技術，控制技術通信技術等新技術的日益滲透液壓挖掘機技術中，智能化的進一步應用，使得動力系統(tǒng)內部一些控制元件能夠隨著挖掘機具體工作狀況而改變，從而提高工作效率，使操縱變得更容易。世界各工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機技術得以迅速提高，像國外的這些廠家如日本的小松、日立、神鋼、住友等，美國的卡特，韓國的大宇、現代，尤其是德國的挖掘機，技術都已經很先進了。而今，挖掘機技術更是朝著智能、環(huán)保的方向發(fā)展，像Carnegie Mellon 大學的自主裝載系統(tǒng)、澳大利亞機器人中心、英國蘭卡斯特大學的智能挖掘機等都在開始新興技術的融合發(fā)展，上世紀80 年代初, 美國Kraft TeleRobtics 公司和John Deere 公司等都相繼成功開發(fā)出遙控挖掘機，日本小松制作所以PC200- 2 型液壓挖掘機為基本機型進行遙控挖掘機研制。
國內研究現狀：
國產挖掘機的功能比較單一，其衍生產品較少，而且國產挖掘機規(guī)格主要集中在30t以下，6t以下的規(guī)格比較齊全，從1.5t-30t基本形成系列，200t以上基本空白，因此我國挖掘機還處于“發(fā)展期”。我國挖掘機企業(yè)在研發(fā)體系和試驗體系建設方面雛形難見，產品的開發(fā)基本上處于仿造階段，電控技術只有山東眾友等少數公司自己開發(fā)，大多數企業(yè)都在選購。節(jié)能減排，降噪安全部件精細作業(yè)的工作裝置、不同功能的附屬裝置等方面的研發(fā)個別企業(yè)才剛剛起步，大多數企業(yè)沒有能力涉及。目前我國挖掘機的質量問題主要表現在：結構件、電控、發(fā)動機、液壓件等核心部件，以及諸如軸銷、司機室、四輪一帶等其他部件。國內挖掘機廠家諸如廣西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龍工集團等，正在崛起的江西南特、桂林華力、湖南九五重工、南昌華工、大連黑貓、合肥振宇等。
三、研究內容及實驗方案：
主要研究內容：
1；根據要求，初步確定行走裝置總體方案的設計。
2；行走裝置等有關參數和行走裝置結構布置。
3；行走機構傳動方案，確定行走液壓馬達主參數和傳動比等。
4；進行變速箱設計、軸及其他相關部件選擇，并對相關行走裝置強度的計算。
5；驗算行走速度、爬坡能力。對行走穩(wěn)定性進行驗算。
采用的方法：
主要是根據公式計算法（查表法）以挖掘機的機重為指標，對現代挖掘機總體參數用概率的方法得出各主要參數的經驗系數，以公式來確定挖掘機的各種參數，然后根據所得出的參數與給出的參數對比，求得最接近的設計參數。根據所得的數據進行CAD圖紙的繪制，利用Pro/e軟件將行走裝置的零件進行三維裝配，并進行仿真行走運動的模擬，通過三維仿真模擬檢驗設計參數的合理性。
四、目標、主要特色及工作進度
目標：
一、培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。
二、培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。
三、培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。
四、培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。
主要特色：
通過畢業(yè)設計，使我們進一步鞏固、加深對所學的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；培養(yǎng)我們獨立思考、獨立工作和綜合運用已學知識分析與解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨立獲取新知識的能力；培養(yǎng)我們在方案設計、設計計算、工程繪圖、文字表達、文獻查閱、計算機應用及工具書使用等方面的基本工作實踐能力。因此，大力研究發(fā)展液壓挖掘機行走裝置，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重要意義。
工作進度：
1搜集挖掘機的中文和外文資料，撰寫開題報告。 1-2周
2挖掘機行走裝置總體設計，參數確定和尺寸設計及計算。 3-5周
3行走馬達選型設計，變速箱減齒輪的設計和強度校核驗證。 6-8周
4完成行走裝置相關部件圖和裝配圖的繪制。 9-11周
5UG/Solidworks進行三維建模和仿真設計 12-13 周
6撰寫畢業(yè)設計說明書。 14-16 周
7準備答辯 17 周
五、參考文獻
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液壓挖掘機行走裝置設計
摘要：在本次設計中，由于輪式行走機構結構緊湊且工作效率高，通過比較采用了輪胎式行走裝置來滿足設計要求。 根據設計要求，機重為11噸；輪胎規(guī)格為9.00-20；輪胎動力半徑r=0.491米。挖掘機最大牽引力P=0.6機重；發(fā)動機功率N=58.8KW，轉速2000r/min；油泵最大流量2×100l/min；最大工作壓力21MPa。最高行駛速度31Km/h，設計取全橋驅動。上部轉臺是全回轉式，因此它可在一個更大的范圍內工作。又因采用液壓機械傳動控制而使整機性能得以改善。與傳統(tǒng)機械式挖掘機相比，其行走能力提高到了很多。本次設計的主要內容為：液壓挖掘機行走裝置方案設計；繪制裝配草圖和總裝配圖；動力源選擇及有關參數的確定；行走裝置牽引力的計算；傳動方式比較與選擇、傳動方案的確定及傳動系統(tǒng)的技術設計；行星減速器及零、部件的設計計算，主要零件強度校核；繪制零、部件圖和總裝配圖，進行仿真設計，編寫設計計算說明書。
本設計的主要特點是：方案設計中提出多種方案，從可靠性、可實現性、綜合性能等進行方案比較，選擇方案。其構造特點是行走部件之間的傳動采用齒輪傳動和液壓傳動，通過油缸的伸縮來實現挖掘行走過程中的動力傳遞。差速器與回轉平臺鉸接技術設計中應考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術條件參閱相關技術資料；圖紙按照所設計的參數進行繪制。充分注意整機各子系統(tǒng)之間的相關性，力求整機性能的一致性和最優(yōu)化性。從中可以看出整機作業(yè)能力有了很大的改進，不僅行走速度快，且整體挖掘機器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結構緊湊。
關鍵詞：液壓挖掘機 行走裝置 減速器
Hydraulic excavator equipment design
Abstract：In this design, because the compact wheel running gear is high efficiency, by comparing the use of a tire to meet the design requirements of walking devices.According to design requirements, machine weight 11 tons; tire sizes 9.00-20; tire dynamic radius r = 0.491 meters. Excavator maximum traction P = 0.6 Weight; engine power N = 58.8KW, speed 2000r/min; pump maximum flow rate 2 × 100l/min; maximum working pressure of 21MPa. Maximum speed 31Km / h, designed to take full bridge driver.Upper turntable is the entire rotation, so it can be in a larger range.Because of the use of hydraulic mechanical transmission the entire machine performance can be improved.Compared with the traditional mechanical excavators, and its capacity to a lot of walking.The design of the main contents are: hydraulic excavator equipment design; assembly drawing general assembly drawings and sketches; power source selection and the determination of the parameters; running gear traction calculation; Transmission comparison and selection, determination and drive schemeTransmission of the technical design; planetary gear and parts and components of the design calculations, the main part strength check; drawn components and parts drawings, and assembly drawings, design calculations prepared statement.
The design of the main features are: program design presented in a variety of programs, from the reliability, can be realized, for programs such as comprehensive performance comparison options.Its structure is characterized by walking between the drive components and hydraulic transmission with gear drive, stretching through the cylinder to achieve the excavation of the power during walking.Differential with the rotary platform articulated the overall technical design should be considered a reasonable allocation, security; selection, processing methods and criteria refer to the relevant technical information; drawings in accordance with the design parameters to draw.Full attention to machine the correlation between the various subsystems, and strive to overall performance of the consistency and optimization.Machine operation capability can be seen from a considerable improvement, not only walking speed, and overall mining machinery, light weight, smooth drive, high efficiency, compact structure.
Keywords: Hydraulic walking device reducer
Signature of Supervisor:
精選的脫皮豆類混合大米壓縮物的液流學與營養(yǎng)學的質量
S. Balasubramaian & Anjan Borah & K. K. Singh &R. T. Patil
摘要：人們通過最小成本的夾頭壓縮機對即食大米及其豆類（如黑豆，綠豆，小扁豆和豌豆）的基本壓縮物的研究。壓縮物是通過維持不變的供給率與保濕成分及其在15%的豆類混合水平下制備而成的。由壓縮面粉做成的稀飯的液流學性質通過使用快速黏膠分析機進行評估。大米壓縮物的最大及其最小的黏膠性是697cp.，大米混合物與15%的豌豆的黏膠性是523cp，對豆類混合物的水平增加，.黏膠的程度呈減少的趨勢。其他的快速黏膠分析機的液流學參數，像在轉折階段，中間階段及其最后階段的黏膠性 分別是266cp-226cp.,431-297cp,452-375cp.在大米壓縮物與混合15%的豆類中發(fā)現 最大價值的蛋白質，脂肪，纖維和灰末成分的存在。 大米壓縮物內加上豆類成分，營養(yǎng)值呈現出增加的趨勢。僅僅是大米壓縮物的膠凝程度是在29.4%，與加上豆類混合物的膠凝度上呈現個降低的趨勢，也只是大米混合15%的脫皮豆類的最小膠凝度。 所有的壓縮物的感官評估價值的得分呈現出最讓人接受的范圍：6至8.因此，脫皮豆類的豆類混合水平獲得了好的分數，并且對低成本的膨脹壓縮物及其速溶粉的生產展呈現出很大的趨向。
關鍵詞：大米，脫皮豆類，壓縮物，感官質量，營養(yǎng)
簡介
擠壓烹飪是生產膨脹消除與速溶粉的有效加工法之一。，在擠壓烹飪中，經過高度扭曲的原材料因此允許部分的淀粉水解。 固有的擠壓系統(tǒng)需要跟高的金融投資，生產能力于及技術知識。，這就不適用與發(fā)展中國家。 為生產輔食，在20世紀八十年代初期，科羅拉多大學研發(fā)了的單個的夾頭擠壓機/干燥擠壓機除了擁有高生產力，但是還需要花昂貴的成本。在發(fā)展中國家，對速溶粉生產的擠壓烹飪加工還未被采用。因此，具有很小的生產力的簡單機器的使用還是具有潛在的利益的。為了研究小吃與速溶粉的生產，還需要對低成本的夾頭擠壓機的可能性進行研究。大米，是制作無骨蛋白食物最常用的谷類之一。豆類是植物蛋白，卡路里及其他營養(yǎng)的主要來源。豆類的擠壓烹飪增加了豆類營養(yǎng)的消化。
圖1一低成本擠出機夾頭
主視圖 側視圖
圖1
在產品研發(fā)期間，為對加工期間與加工之后的產品行為的理解，最高與最后的膠凝度是最重要的參數?？焖僬硰椘諆x可以用來調查脂肪的黏膠效應與大米淀粉和米粉的氨基酸。擠壓加工的緊密結構能夠構建一個緊密的營養(yǎng)網，以便減少液化淀粉酶對淀粉顆粒的侵襲。 再者，由營養(yǎng)網創(chuàng)造的物理障礙限制了對淀粉酶的淀粉可取性，并且延誤其在試管內的水解作用。 各種報告顯示，膠凝的特性，漿糊的流變性能，膠體和其他的淀粉功能性質隨物種和變體的變化 而變化。淀粉的凝膠性性能取決于種類，顆粒的結構，植物的起源和淀粉的比例。糯米和一般水稻在60至78℃時可凝膠化。許多因素影響了食物的偏好與接受性。許多因素是產品固有的，比如表面，味道和氣味，其他外在的因素，如社會文化因素。
圖2典型參數快速粘度分析儀粘度專為豆類混合飯擠壓
圖2 測試時間.分鐘
表1粘滯性譜參數
性狀縮寫 描述（術語參考）
PV 峰值粘度（61-02，1999年）
T 海槽（61-02）
BD 擊穿（寶和1999年夏，61-02），降低在烹飪過程中粘度在95℃
FV 在最后時刻結束糊粘度期間在50℃
把以上的點作為目標，現在的工作是研究精選出脫皮豆類混合大米壓縮物的液流學和營養(yǎng)學的質量。
原料與方法
不同的脫皮豆類，如黑豆，綠豆，小扁豆和豌豆與精米都是從當地市場購買的。通過清理與分級，原材料放在在粗超的扎板機表面是為了制成1.65-2.36mm顆粒大小的玉米片。在0，5,10與15%混合水平的不同豆類玉米片被與大米玉米片混合。為制出擠壓物，需要2KG的加濕至14%濕度的混合原料。
低成本的擠壓機，它是一個小的單個螺釘自動擠壓機，由7.5KW的電動馬達所驅動。 它 的芯管是250mm的，直徑率為6:1.，和一個4mm直徑，5mm長度的圓柱體的刀模。螺釘的轉動速度高，可允許高度扭曲。螺釘構型有個定螺距，螺紋深度克允許摩擦力與芯管內溫度的遞增。螺釘的直徑是42.5mm，根部直徑是32.5mm..含濕量保持在14%。擠壓機的芯管墻有個螺旋槽，可以增加產品的摩擦和烹調。為確保正常的供給率，擠壓機裝置了一個保濕螺釘，在研究中它不會被改變。
擠壓之后，壓縮物是磨碎的，并把 液流學與營養(yǎng)學的分析列為主題。
流變學性能,擠壓的粉末黏膠性能是使用第162個方法，通過粘膠分析儀 （MODEL -3 –D）的3.0版本的變溫軟件而得出的。樣品 懸浮是通過在放有蒸餾水的鋁筒里放入3g擠壓的粉末準備而成的。一個程序化的加熱與冷卻系統(tǒng)在這就使用了。每種樣品在加溫至50℃的時候進行攪拌，剩下的加工過程中保持不變的扭曲率。溫度保持在50℃，持續(xù)1分鐘。
測試時間（秒） 測試時間（秒）
圖3典型的快速粘混紡不同糙大米儀積擠壓
圖4 度糊化大米混合不同糙擠壓 豆類團的水平，％
然后樣品加熱在95℃，持續(xù)2分30秒。，之后，樣品冷卻至50℃，持續(xù)2分鐘。一個粘性坐標曲線的快速黏膠分析儀的繪圖被用于決定最高的粘性，低谷期的粘性，衰落期的粘性以及最后的粘性。每種分析都進行過兩次。
營養(yǎng)學的分析。不同豆類混合大米壓縮物決定了營養(yǎng)成分，脂肪與灰末和纖維。擠壓物的粘膠性的程度 被Wootton 研究。
感官評價。由11個成員主城的辦培訓的專家小組評估擠壓物。如顏色，氣味，表面處理，氣味，松脆性和所有的擠壓物的可接受性等感官的特性被用9點的快感標度來評價（1—4點，非常不喜歡至輕微的不喜歡，5點，即喜歡也不喜歡。6-9點喜歡至稍微喜歡。樣品在經過加溫至105℃，持續(xù)三分鐘，后供給評價小組服用。
數據分析所報告出來的數據是10中觀察的平均數，并是以MS EXCEL 2000 為準的。
結果與討論
低成本的擠壓機對擠壓物表面的粘性的作用，所有的粘性參數決定著與單個的大米擠壓物相比下的豆類的混合水平增長與降低。但是，綠色谷物的一般擠壓物的粘性減弱不是很明顯。在低谷期的粘性，豌豆最大，因此變化范圍在288-297cp，是所有品種中比較低的。最后的粘性在所有的品種中都在下降，但是，降低的程度比綠豆高，從437cp變至404cp。在最高階段的粘性的相似的觀察已經被記錄。 當擠壓粉末懸浮液加溫至以上一定的溫度，水攝入顆粒內，減弱了淀粉段內的氫鍵，由于機械的輸入，與它一致的原材料相比，反射出一個趨向下降的快速黏膠性分析儀輪廓。這種粘性在加溫至95℃時會加強，在冷卻時繼續(xù)降低，最后圖像顯示：不同豆類與混合水平呈現出穩(wěn)定的趨勢，單在加工的最后階段顯示出稍微的上升趨向。所有研究系統(tǒng)的粘性溫度圖像都是簡單的模式。
表2 營養(yǎng)分析不同糙豆類混合擠壓大米
豆類 豆類% 蛋白質% 脂肪% 纖維% 灰分%
黑豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.2 0.90 0.25 0.62
10 9.8 0.96 0.27 0.78
15 10.5 1.03 0.29 0.96
綠豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.7 0.90 0.24 0.74
10 10.1 0.96 0.26 0.88
15 10.9 1.02 0.28 0.98
小扁豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.7 0.90 0.23 0.66
10 10.1 0.96 0.25 0.76
15 11.2 1.03 0.27 0.88
豌豆 0 8.6 0.86 0.19 0.56
5 9.0 0.90 0.32 0.66
10 9.6 0.96 0.39 0.78
15 10.2 1.03 0.50 0.86
當顆粒在其最腫脹的狀態(tài)時，它的粘性最大，在最高的粘性時任然保持完好的在這個階段可堅持加熱，然而，顆粒的破碎便會使得粘性降低。粘性在冷卻階段的第二次增加和衰減現象及其所觀察到的淀粉成分有關。
粘性程度的影響。大米壓縮物的粘性程度是%29.4.粘性變化范圍是：22.4至29.4%。 豆類混合壓縮物同大米壓縮物相比，粘性稍低。在15%的水平時的豆類混合壓縮物之間的粘性程度沒有太大的差異，黑豆和綠豆的粘性卻是稍低的 （22.4%和22.6%），隨之在后的是豌豆（23.3%）與小扁豆（（23.2%）。部分的淀粉糊化是合適的，因為在糊化準備時減少了腫脹，因此為維持在較高的濃度可允許合適的半液體稠度。也就是，高能量密度。這個也就指明 擠壓烹飪已經提高了壓縮物的膠凝程度。根據LIN et.al. 壓縮物的脂肪成分 嚴重影響了淀粉膠凝度。因此，同大米一樣，豆類混合的膠凝度減低是由于 營養(yǎng)和脂肪的增加水平。
營養(yǎng)價值的影響。大米，黑豆，綠豆，小扁豆及其豌豆分別是6%，8%，24%，19.7%，25.1%與19.7%的營養(yǎng)值。大米和豆類的混合形成了一種營養(yǎng)豐富的食物。豆類混合大米壓縮物的營養(yǎng)成分范圍是：8.6%至11.15%。在壓縮物中，同豆類相比，大米的營養(yǎng)成分低。營養(yǎng)成分的高低取決于豆類的種類。這也許是應為豆類本身就有很高的營養(yǎng)成分。小扁豆混合大米壓縮物呈現最高的營養(yǎng)成分。僅僅是由大米做成的壓縮物，或是單獨的豆類混合大米壓縮物都呈現出低的脂肪百分數：0.86%至1.03%，而玄米是：（0.5%）和豆類：如：黑豆，綠豆，小扁豆，豌豆。在豆類之間脂肪沒有很大的差別，綠豆除外，呈現出較低的價值。大米和豆類混合大米壓縮物的纖維成分范圍是0.19%至0.5%。 隨著豆類成分的增加，壓縮物的纖維成分呈現出增長的趨勢：因為豆類的纖維成分比大米的高。 豌豆在水平上混合大米壓縮物顯示出更高的纖維價值。 灰末壓縮物成分隨著豆類水平的增加而增加?；夷┏煞址秶牵?.56%至0.98%。黑豆和綠豆混合壓縮物呈現出高點的灰末成分（0.96%和0.98%），小扁豆（0.88%）和豌豆（0.86%）在其后。
感官特性的影響。在所有的例子中，感官屬性也明顯地被豆類水平影響。 然而，同綠豆和小扁豆基本壓縮物為相比，黑豆和豌豆混合壓縮物在整體的范圍內并沒有顯示出太多的變化，這也許是應為豆類的內在顏色特征。
表5 擠壓由不同粗糙度混合而成的大米享樂分數
黑豆 綠豆
顏色 顏色
脆度 表面處理 脆度 表面處理
味道 味道
顏色 顏色
脆度 表面處理 脆度 表面處理
味道 味道
然而，同單單的大米壓縮物相比，在沒有變化整體可接受性分數，黑豆（15%），豌豆（15%）綠豆（10%）及其小扁豆（10%）的混合水平是可以接受的。
結論
帶有小生產力的低成本擠壓機適合加工和生產豆類混合大米膨脹小吃食物與帶有低水分和低液體成分的速溶粉。在經過加工中，被部分糊化和膠化的擠壓粉，可縮性的速溶粉顯示了高能量密度顆粒的制備范圍。壓縮粉的低粘性圖像與原始成分的粉，高營養(yǎng)及其高感官價值相比，揭示出產品發(fā)展的用處和可能性，尤其是為正餐和輔食。
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畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
液壓挖掘機行走裝置設計
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求：
主要對由托輪、從動輪、托架了、履帶板等組成挖掘機行走裝置進行設計。具體內容包括以下四部分:
(1) 挖掘機行走裝置的總體設計。
(2) 挖掘機的行走裝置詳細的力學分析。
(3) 行走裝置各部分的基本尺寸的計算和驗證。
(4) 行走裝置主要部件的結構設計。仿真設計。
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間：
1. 查找資料，外文資料翻譯（不少于6000字符），開題報告 第1周-第2周
2．行走裝置參數計算 第3周-第4周
3．總裝配圖設計 第5周-第6周
4. 行走裝置各部分基本尺寸設計 第7周-第8周
5．用UG/Solidworks對裝置進行實體建模和設計 第9周-第11周
6. 繪制零、部件圖 第12周-第13周
7. 畢業(yè)論文撰寫 第14周-第16周
8 .答辯準備及論文答辯 第17周-第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 李獻忠，劉鑫. JYL21 0E型挖掘機行走、制動液壓系統(tǒng)的改進 工程機械 2006.10.pp44-46
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目 錄
1 緒 論 1
1.1 選題意義 1
1.2 國內外研究現狀 2
1.3 研究內容及方法 3
2 行走裝置設計總體基本方案 4
2.1行走裝置設計原則 4
2.2輪式液壓挖掘機行走裝置的結構形式 4
2.3液壓系統(tǒng)的設計 6
2.4輪式行走裝置的傳動設計（液壓機械傳動） 10
2.5輪式行走裝置的構造 11
2.5.1懸掛裝置選擇 11
2.5.2 轉向機構 12
2.5.3 轉向方式 13
3 整機傳動系的設計 15
3.1選擇液壓馬達類型、行走速度及傳動比 15
3.2實際速度及牽引力 17
3.3挖掘機行走裝置參數 17
3.4 變速箱設計 18
3.4.1低速檔齒輪設計 18
1 材料選擇 18
2 齒數確定 18
3 按齒面接觸強度設計 18
4 按齒根彎曲強度設計 21
5 齒輪幾何尺寸計算 23
3.4.2高速檔齒輪設計 23
3.4.3齒輪變位 24
3.5 輪邊減速器 26
3.5.1傳動方案的選擇 26
3.5.2配齒選擇 26
3.5.3行星傳動系設計 27
主要參數確定. 27
4 其他部件設計 28
4.1軸和軸承設計 28
4.2軸承、鍵和連軸器的選擇 28
4.2.1輸入軸 28
4.2.2 輸出軸 29
5液壓挖掘機行走裝置運動仿真設計 31
5.1模型的建立 31
5.2構件運動配裝 31
5.2.1相似點 31
5.2.2 不同點 31
結 論 35
參考文獻 36
致 謝 37
1 緒 論
改革開放以來，我國的科學技術、信息技術迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機械行業(yè)同樣得到了相應的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機械品種不斷增加、產量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢頭強勁。液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的土方機械。它的發(fā)展與應用反映了一個國家施工機械化的水平。液壓挖掘機由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、回轉機構、工作裝置、底盤五部分組成。發(fā)動機的作用是提供動力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機機械能以油液為介質，利用油泵轉變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達等，再傳動各個執(zhí)行機構，實現各種運動；回轉機構是實現轉臺的回轉；工作裝置的作用是進行作業(yè)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機構的性能優(yōu)劣直接影響整機的使用性能、經濟性能，因此著力研究液壓挖掘機的行走裝置具有十分重要的意義。根據設計依據及要求，完成挖掘機行走機構總體及減速器設計，進一步掌握挖掘機的設計方法和步驟；鞏固、加深對所學的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握；了解國內外液壓挖掘機發(fā)展狀況。
液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切割刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現代化軍事工程中都有著廣泛的應用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設備。所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據建筑施工部門統(tǒng)計，一臺容量為1.0 m3的液壓挖掘機挖掘Ⅰ~Ⅳ級土壤時。每班生產率大約相當于300~400 和工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重要意義。
1.1 選題意義
液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。
液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現代化軍事工程中都有著廣泛的應用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設備。
在建筑工程中，可用來挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。
在水利施工中，可用來開挖水庫、運河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。
在鐵路、公路建設中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。
在石油、電力、通信業(yè)的基礎建設及市政建設中，用來挖掘電纜溝和管道等。
在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。
在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。
所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重要意義。
1.2 國內外研究現狀
國外研究現狀：
近些年來，隨著微電子技術，計算機技術，控制技術通信技術等新技術的日益滲透液壓挖掘機技術中，智能化的進一步應用，使得動力系統(tǒng)內部一些控制元件能夠隨著挖掘機具體工作狀況而改變，從而提高工作效率，使操縱變得更容易。世界各工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機技術得以迅速提高，像國外的這些廠家如日本的小松、日立、神鋼、住友等，美國的卡特，韓國的大宇、現代，尤其是德國的挖掘機，技術都已經很先進了。而今，挖掘機技術更是朝著智能、環(huán)保的方向發(fā)展，像Carnegie Mellon 大學的自主裝載系統(tǒng)、澳大利亞機器人中心、英國蘭卡斯特大學的智能挖掘機等都在開始新興技術的融合發(fā)展，上世紀80 年代初, 美國Kraft TeleRobtics 公司和John Deere 公司等都相繼成功開發(fā)出遙控挖掘機，日本小松制作所以PC200- 2 型液壓挖掘機為基本機型進行遙控挖掘機研制。
國內研究現狀：
國產挖掘機的功能比較單一，其衍生產品較少，而且國產挖掘機規(guī)格主要集中在30t以下，6t以下的規(guī)格比較齊全，從1.5t-30t基本形成系列，200t以上基本空白，因此我國挖掘機還處于“發(fā)展期”。我國挖掘機企業(yè)在研發(fā)體系和試驗體系建設方面雛形難見，產品的開發(fā)基本上處于仿造階段，電控技術只有山東眾友等少數公司自己開發(fā)，大多數企業(yè)都在選購。節(jié)能減排，降噪安全部件精細作業(yè)的工作裝置、不同功能的附屬裝置等方面的研發(fā)個別企業(yè)才剛剛起步，大多數企業(yè)沒有能力涉及。目前我國挖掘機的質量問題主要表現在：結構件、電控、發(fā)動機、液壓件等核心部件，以及諸如軸銷、司機室、四輪一帶等其他部件。國內挖掘機廠家諸如廣西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龍工集團等，正在崛起的江西南特、桂林華力、湖南九五重工、南昌華工、大連黑貓、合肥振宇等。
1.3 研究內容及方法
研究內容：
1；根據要求，初步確定行走裝置總體方案的設計。
2；行走裝置等有關參數和行走裝置結構布置。
3；行走機構傳動方案，確定行走液壓馬達主參數和傳動比等。
4；進行變速箱設計、軸及其他相關部件選擇，并對相關行走裝置強度的計算。
5；驗算行走速度、爬坡能力。對行走穩(wěn)定性進行驗算。
研究方法：
主要是根據公式計算法（查表法）以挖掘機的機重為指標，對現代挖掘機總體參數用概率的方法得出各主要參數的經驗系數，以公式來確定挖掘機的各種參數，然后根據所得出的參數與給出的參數對比，求得最接近的設計參數。根據所得的數據進行CAD圖紙的繪制，利用Pro/e軟件將行走裝置的零件進行三維裝配，并進行仿真行走運動的模擬，通過三維仿真模擬檢驗設計參數的合理性。
2 行走裝置設計總體基本方案
2.1行走裝置設計原則
單斗液壓挖掘機的行走裝置是整機的支撐部分，其作用是用來承受機械的自重及工作裝置挖掘時的反力，使挖掘機穩(wěn)定的支撐在地面上工作。同時又使挖掘機能在工作時作場內運動及轉移工地時作運輸性（輪式行走裝置）運行。
因而，設計單斗液壓挖掘機的行走裝置時應盡量滿足以下要求：
1、單斗液壓挖掘機應有較大的牽引力，使挖掘機在濕軟的地面或高低不平的地面上行走時具有良好的越野性能，并有較強的爬坡能力和轉彎能。
2、在不增高行走裝置的總高度的前提下應使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機在不平地面上行走具有良好的通過性能。
3、要降低挖掘機的接地比壓或使其具有較大的支撐面積，以提高挖掘機的穩(wěn)定性。
4、挖掘機在斜坡下行時不發(fā)生超速溜坡現象，挖掘時不發(fā)生下滑，提高工作時的安全可靠性。
5、挖掘機的行走裝置外形尺寸應符合道路運輸的要求。
輪胎式行走裝置與履帶式相比，最大的優(yōu)點是機動性好，運行速度快（通常達到20KM/h）。如將傳動箱脫檔后由牽引車拖運作長距離運輸時，速度可達60KM/h。輪胎式行走裝置的缺點是接地比壓較大（150～500KPa）爬坡能力較?。ㄍǔ２怀^65％）。挖掘時需用專門的支腿支撐使機身穩(wěn)定。目前輪胎式行走裝置基本上只用在斗容量1m以下的挖掘機中。單斗液壓挖掘機的行走裝置按照傳動方式可分為液壓式和機械式兩類。
選擇行走裝置的形式時，應根據工作地點的土壤條件、工作量、運輸距離及使用條件等決定。
2.2輪式液壓挖掘機行走裝置的結構形式
輪胎式液壓挖掘機形式很多，有裝在標準汽車地盤上的液壓挖掘機，也有裝在輪胎式拖拉機地盤上的懸掛式液壓挖掘機。這些挖掘機的斗容量斗較小，工作裝置回轉角度受一定的限制。若斗容量稍大、工作性能要求較高的輪胎式挖掘機斗具有專業(yè)的輪胎地盤行走裝置。
專用輪胎地盤的行走裝置式根據挖掘機的工況、行駛要求等因素合理設計的行走裝置，挖掘機的作業(yè)及行駛操作均在駕駛室內進行，因此，操作方便，靈活可靠。
圖2.1 輪式挖掘機行走裝置
1-車架；2-回轉支承；3-中央回轉接頭；4-支腿；5-后橋；6-傳動軸；
7-液壓馬達及變速箱：8-前橋
輪胎式行走裝置的主要特點:
a 用于承載能力較強的越野路面:
b 輪式挖掘機的行駛速度通常不超過20KM/h。對地面最大比壓為150~500KPa。爬坡能力為40~60%。標準斗容小于0.6立方米的挖掘機可采用與履帶行走裝置完全相同的回轉平臺及上部機構。
c 為了改善越野性能。輪胎式行走裝置多采用全輪驅動。液壓懸掛平衡擺動軸.作業(yè)時有液壓支腿支撐。使驅動橋卸荷，工作穩(wěn)定。
d 長距離運輸時為了提高效率。傳動分配箱應脫擋。有牽引車牽引。并應與拖掛牽引車達到同步行車。而挖掘機可以無司機照管。
輪式液壓行走裝置如圖2.1所示。行走液壓馬達直接與變速箱相連接（變速箱安裝在底盤上），動力通過變速箱由傳動軸輸出給前后驅動橋，或再經輪邊減速傳驅動車輪。
輪式單斗液壓挖掘機的行走速度不高，其后橋常采用剛性連接，結構簡單。前橋軸可以懸掛擺動，如圖2.2所示。
圖2.2 擺動前橋機構示意圖
1-車架；2-回轉支承；3-中央回轉接頭；4-支腿；5-后橋；
6-傳動軸；7-液壓馬達及變速箱：8-前橋
車橋與前橋4通過中間的擺動鉸銷鉸接。鉸的兩側設有兩個懸掛液壓油缸2，它的一端與車架5連接，活塞桿端與前橋4連接。挖掘機工作時，控制閥1把兩個液壓缸的工作腔與油箱的通路切斷，此時液壓油缸將前橋的平衡懸掛鎖住，減少了擺動，提高了作業(yè)穩(wěn)定性：行走時控制閥1左移，使兩個懸掛液壓缸的工作腔相通，并與油箱接通。前橋便能適應路面的高低坡度，上下擺動使輪胎與地面保持足夠的附著力。
2.3液壓系統(tǒng)的設計
一、根據挖掘機的工作環(huán)境和條件。液壓系統(tǒng)應滿足下列要求:
充分利用發(fā)動機功率。提高傳動效率;
系統(tǒng)和元件應保證在外負荷變化大和急劇的振動沖擊作用下。具有足夠的可靠性;
力求減少系統(tǒng)總發(fā)熱量。設置輕便耐振的冷卻裝置。使主機持續(xù)工作時。油溫不超過85度，或溫升不大于45度;
系統(tǒng)的密封性能要好.由于工作場地塵土多。油液容易污染。要求所用元件對油液污染的敏感性低。整個系統(tǒng)要設置濾油器和防塵裝置;
為了減輕司機操作強度。要考慮采用液壓或電液伺服操縱裝置。
全液壓推土機行駛系統(tǒng)的傳動方案圖2.3和控制原理圖2.4。
發(fā)動機
分動箱
左變量泵
左變量泵
左變量馬達
左變量馬達
左變速裝置
右變速裝置
左驅動輪
右驅動輪
圖2.3 液壓挖掘機行駛驅動系統(tǒng)傳動方案
全液壓推土機的行駛驅動系統(tǒng)主要由變量泵、變量馬達、補油泵、溢流閥等組成，確定電液比例控制全液壓推土機行駛驅動系統(tǒng)單邊回路和控制原理如圖2、3所示：
圖2.4液壓挖掘機機行駛驅動系統(tǒng)單邊回路
1變量泵2變量馬達3、4單向閥5過濾器6補油泵7、9溢流閥8電磁閥
確定整個系統(tǒng)的控制原理如圖2.5
發(fā)動機
變量泵
變量馬達
行走機構
控
制
器
電液比例變量機構
速度傳感器
速度傳感器
電液比例變量機構
油門控制機構
壓力傳感器
圖2.5 控制原理框圖
二、液壓系統(tǒng)中發(fā)動機、液壓泵，液壓馬達的控制策略。
推土機靜壓傳動整個系統(tǒng)的控制原理為極限負載控制。即根據負載的大小變化，發(fā)動機提供相應的功率和扭矩。
2.1控制策略部分
表1 挖掘機行走系統(tǒng)控制策略
工作狀態(tài)
發(fā)動機狀態(tài)
泵狀態(tài)
馬達狀態(tài)
系統(tǒng)壓力
車速
起步
由怠速起動，轉速上升功率增大
檢測泵排量，減少或增大泵排量到額定值區(qū)間
接受信號則調至最大效率排量
逐漸增大至馬達扭矩需要壓力
逐漸增大
800-2200
28ml/r
90ml/r
0-15mpa-21mpa
0-2km/h
行走
發(fā)動機處于低功率低油耗區(qū)
起步排量
定量
起步排量
定量
漸回落
3.7mpa
16.8ml/r
40ml/r
55ml/r
3.7
4mpa
0
4.3km/h
40ml/r
56ml/r
55ml/r
4mpa
4mpa
4.3
6.5km/h
56ml/r
55ml/r
38ml/r
4mpa
4mpa
6.5
8.5km/h
工作
最大深度
下鏟
40ml/r
56ml/r
107ml/r
16.8mpa
21mpa
3.3km/h
平均鏟運深度
鏟運
50ml/r
56ml/r
90ml/r
107ml/r
18mpa
21mpa
制動
低功率
0
0
0
2.2控制實現
控制系統(tǒng)需要通過多個控制系統(tǒng)共同作用，以PLC作為主控制器的控制系統(tǒng)簡圖2.6和驅動控制系統(tǒng)原理如圖2.7及挖掘機液壓系統(tǒng)圖2.8。
微
電
子
系
控
制
器
（PLC）
顯示器
電位計輸入信號
開關控制信號
傳感器信號
電液比例電磁閥
電液開關閥
報警信號燈等
發(fā)動機信號
GPS&GSM
J1939
CAN總線
輸入控制信號
輸出控制信號
圖2.6 PLC控制系統(tǒng)簡圖
圖2.7 液壓挖掘機行駛驅動系統(tǒng)控制原理圖
圖2.8 挖掘機液壓系統(tǒng)圖
1－補油閥；2－中央回轉接頭；3－馬達支腿分配閥；4－行走馬達制動閥；5－行走馬達；6－支腿油缸；7－支腿鎖閥；8－回轉馬達；9－回轉制動閥；10－斗桿油缸；11－懸掛分配閥；12－懸掛油缸；13－閥組II；14－閥組I；15－鏟斗油缸；16－動臂油缸；17-單向節(jié)流閥；18-柴油機; 19－雙聯(lián)齒輪泵;201－油箱;21－冷卻器;22－濾油器
2.4輪式行走裝置的傳動設計（液壓機械傳動）
單斗液壓挖掘機輪胎地盤較為普遍的傳動方式是行走液壓馬達直接裝在變速箱上。變速箱引出前后傳動軸驅動前后橋，或者再經過輪邊減速裝置驅動輪胎。變速箱有專門的氣壓或液壓操縱，有越野檔、公路檔。
液壓機械傳動采用高速液壓馬達，使用可靠。這鐘傳動系統(tǒng)比機械傳動簡單。省掉了上下傳動箱及垂直軸。機構布置較為方便，在轉向性能方面經過適當選擇液壓組件和變速箱檔位可以減少各檔間的牽引力突變。液壓機械傳動系統(tǒng)原理如圖2.9
圖2.9 輪胎式挖掘機行走液壓機械傳動系統(tǒng)原理圖
1-輪胎總成;2-轉向驅動橋;3-轉向油缸;4-轉向軸;5-行走馬達;6-變速箱;7-中央制動氣缸;8-驅動橋;9-制動鼓;
10-輪邊減速器;11-主減速器;12-中央制動器;13-換檔氣缸
2.5輪式行走裝置的構造
專用輪胎地盤通常由箱形結構的車架、轉向前橋、后橋、行走傳動機構以及支腿等組成.由于輪胎式挖掘機的行走速度不高。因此。后橋斗式剛性懸掛的.而前橋則采用中間鉸接液壓懸掛的平衡裝置。
2.5.1懸掛裝置選擇
輪胎式單斗液壓挖掘機由于行走速度不高。因此，一般采用后橋剛性固接，使結構簡單。但為了改善行走性能，前橋通常制成擺動式懸掛平衡裝置如圖2.10。車架與前橋通過中間的擺動銷軸鉸接。在鉸的兩側設有兩個懸掛液壓缸，液壓缸的一端與車架連接，活塞桿端與前橋連接。控制閥有兩個位置。圖示的位置為挖掘機在工作時的狀態(tài)?？刂崎y將兩個液壓缸的工作腔及油箱的聯(lián)系切斷。此時液壓缸將前橋的平衡懸掛鎖住。有利于穩(wěn)定工作，當挖掘機行走時控制閥向左移。使兩個懸掛液壓缸的工作腔連通，并與油箱接通。前橋能適應路面的高低坡度。上下擺動使輪胎與地面接觸良好，充分發(fā)揮牽引力。
圖2.10 液壓挖掘機懸掛平衡裝置
1-閥;2-懸掛液壓缸;3-擺動鉸;4-前橋
2.5.2 轉向機構
輪胎式挖掘機的司機室布置在回轉平臺上。轉臺可三百六十度回轉，因而挖掘機必須有一套專門的轉向機構，方可在司機室操縱輪胎轉向。
轉向機構應該滿足轉向機構的操縱:
(1).轉臺回轉不影響轉向機構的操縱;
(2).操縱輪胎轉向要有隨動特性。輪胎的轉交隨方向盤成比例而轉動。方向盤不動;輪胎也應停止轉動;
(3).操縱輕便。減輕勞動強度;
(4).要減輕轉向時輪子受到沖擊反應到方向盤的力.
能實現上述轉向的機構有多種見圖2.11。如機械式轉向、液壓助力轉向和氣壓助力轉向等，其中以液壓動力轉動的轉向應用最為普遍。
圖2.11 轉向機構原理示意
1-轉向輪;2-左轉向節(jié)臂;3-轉向節(jié)主銷;4-轉向液壓缸;5-轉向橫拉桿;6-前軸;7-右轉向節(jié)臂; 8-液壓泵;
9-轉向器;10-方向盤;11-中心回轉接頭
2.5.3 轉向方式
圖2.12 各種轉向方式
a) 前輪轉向; b) 四輪轉向; c) 斜形轉向; d) 后輪轉向
液壓挖掘機的轉向性能優(yōu)劣也是影響作業(yè)效率的因素之一。為了使輪胎挖掘機機動靈活，可在轉向機構中增加一套四位六通閥?？梢园葱枰蔀樗姆N不同的方式操縱轉向輪，如圖2.12
a) 為前輪轉向，屬于一般情況;
b) 為前后輪轉向，車身較長時可使轉彎半徑較小;
c) 為斜形轉向，使整個車身斜形，便于車子離開或靠近作業(yè)面;
d) 為后輪轉向便于倒車行走時轉向。
圖1.7中列出了多種轉向方式。
3 整機傳動系的設計
根據設計任務書要求，機重為11噸；輪胎規(guī)格為9.00-20；輪胎動力半徑r=0.491米。挖掘機最大牽引力P=0.6機重；發(fā)動機功率N=58.8KW，轉速2000r/min；油泵最大流量2×100l/min；最大工作壓力21MPa。最高行駛速度31Km/h，設計取全橋驅動。
根據已知參數。查機械設計手冊選長江液壓件廠油泵G20＊-＊＊15＊-＊＊系列。額定壓力21MPa采用定量泵系統(tǒng)。
3.1選擇液壓馬達類型、行走速度及傳動比
(1) 確定油馬達的參數
此挖掘機采用定量系統(tǒng)，故液壓馬達選用雙速定量低速大扭矩（軸向柱塞液壓馬達），采用雙速的原因是因為雙速液壓馬達有利于調節(jié)牽引力和行走速度。最高行駛速度由設計任務書所給為Km/h。
根據樣機數據并參考機械設計手冊。液壓馬達選取長江液壓件廠的GM—16型液壓馬達。額定壓力21MPa.
Q=200L/min。 n=1800r/min。
q==0.111L/r (3--1)
==0.115L/min (3--2)
==×0.98=1704r/min (3--3)
=
=0.159×30×0.115×0.9=493.7N.M (3--4)
= ×△p×q×
=0.159×30×0.115×0.8=439N.M (3--5)
式中 ---壓力損失，
---容積效率，0.98
---機械效率，0.9
---額定扭矩(N.M)
---實際扭矩 即油馬達啟動扭矩(N.M)
(2) 傳動比分配
根據啟動牽引力作為計算第一檔速度的依據(越野檔)。則其總傳動比為:
(3--6)
式中 ---機重(T);
---油馬達啟動扭矩(N.M);
---輪胎半徑(m);
---軸與變速箱總效率。0.8.
第二檔速度(公路檔)取決于挖掘機的最大行駛速度合油馬達的最大轉速。其總傳動比為:
(3--7)
式中 ---油馬達最大轉速(r/min);
---輪胎半徑(m);
---挖掘機最大行駛速度(Km/h).
=
=10.175
根據上面的總傳動比計算。變速箱合驅動橋的傳動比分配如下:
驅動橋:一般工程車輛中多采用驅動橋合輪邊減速器結合使用。所以驅動橋總減速比可取
的大一點.參考樣機選取本機的驅動橋傳動比為21.
變速箱: 第一檔
第二檔
3.2實際速度及牽引力
越野檔速度: == 3.4 Km/h
牽引力為: == 66 KN
變速箱輸出軸扭矩:
公路檔速度: == 31 Km/h
牽引力為: == 7.28 KN
3.3挖掘機行走裝置參數
行走裝置型式: 輪胎式;
挖掘機重量: 11噸;
牽引力: 66 KN
輪胎規(guī)格: 9.00---20;
輪胎動力半徑: 0.491m;
油馬達主要參數:
排量: 0.115L/min;
扭矩: 493.7 N.m
轉速: 1704 r/min;
流量: 200 L/min.
公路行駛時的主要參數:
速度: 31 Km/h;
變速箱傳動比: 0.485
變速箱輸出軸扭矩: 212.9 N.m
變速箱及驅動橋效率: 0.85
越野檔行駛時的主要參數:
速度: 3.4 Km/h;
變速箱傳動比: 4.5
變速箱輸出軸扭矩: 1975.5 N.m
變速箱及驅動橋效率: 0.85
3.4 變速箱設計
設計的變速箱要能保證一下要求:
(1) 改變傳動比。擴大驅動輪的轉矩合轉速的變化范圍，以適應經常變化的行駛條件。如起步、加速、上坡等，同時使發(fā)動機在有利的工況下作業(yè)。
(2) 實現倒檔。在發(fā)動機旋轉方向不變的前提下，使車輛能前進和倒退行駛;
(3) 實現空檔。可切斷傳動系統(tǒng)的動力傳遞，以使發(fā)動機能夠啟動、怠速。并可在發(fā)動機運轉的情況下，車輛長時間停車，便于變速箱換檔和動力輸出。
本設計采用機械式換檔，即人力通過操縱機構撥動嚙合套進行換檔。變速箱有兩對嚙合齒輪，采用齒輪常嚙合，嚙合套換檔。因此兩對齒輪的中心距離要相等。
3.4.1低速檔齒輪設計
根據設計方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。因其傳動速度不高，故齒面嚙合選用7級精度（GB10095－88）。
1 材料選擇
由參考文獻[3]第189頁，表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調質后表面淬火），硬度為50HRC，大齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS。
2 齒數確定
選小齒輪齒數 =18.大齒輪齒數＝＝18×4.5＝81，
?。?1。
3 按齒面接觸強度設計
由設計公式進行計算，即
(3--8)
式中 ----載荷系數；
----齒輪分度圓直徑；
----齒寬系數；
----齒輪傳動比；
----彈性影響系數；
----齒輪所傳遞的扭矩
----材料許用應力。
a 確定公式內的各計算數值
① 試選載荷系數=1.3
② 小齒輪所傳遞的扭矩
③ 由參考文獻[3]第201頁，表10－7 兩支撐相對小齒輪作不對稱布置，
故取 ＝1.0
④ 由參考文獻[3]第198頁，表10－6 彈性影響系數，
取 =189.8 MPa
⑤ 由參考文獻[3]第207頁，表10－21d 調質處理合金鋼的
查得 小齒輪得接觸疲勞強度極限＝1200 MPa；
大齒輪的接觸疲勞強度極限＝800 MPa
⑥ 計算應力循環(huán)系數
=60×1704×8×200×6
＝9.82× h (3--9)
=60××8×200×6
式中 ----轉速；
----同側齒廓嚙合次數；
----工作小時數。
⑦ 由參考文獻[3]第203頁，圖10-19 灰鑄鐵接觸疲勞壽命系數。
查得 =0.95; =0.97
⑧ 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%。安全系數為S=1
=
=0.95×1200=1140 MPa (3--10)
=
=0.97×800=776 MPa
b 計算
① 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的數值
=2.32×
=80.469 mm
② 計算圓周速度
==4.85 m/s (3--11)
③ 計算齒寬
==80.469 mm
④ 計算齒寬與齒高之比
模數: =/=4.47 mm
齒高: =2.25=2.25×4.47=10.06 mm
=80.469/10.06=8.0
⑤ 計算載荷系數
根據=4.85 m/s。7級精度.查參考文獻[3]第192頁，圖10-8 動載系數值
得動載系數=1.14。
由參考文獻[3]第190頁，表10-2 取使用系數=2.0，7級精度.
由參考文獻[3]第193頁，表10-3
及
(3--12)
=539.2 N.mm > 100 N.mm
查得 ==1.1
小齒輪相對支撐非對稱布置時:
=1.12+0.18(1+0.62)2+0.23×10-3b (3--13)
10-2
=1.593
由=8.0。 =1.593得=1.46。故載荷系數
(3--14)
=2×1.14×1.1×1.593
=3.995
⑥ 按實際得載荷系數校正所算得的分度圓直徑。有
=.= 80.469×= 112.25 mm (3--15)
⑦ 計算模數
M=d/z = = 6.23
(3--16)
4 按齒根彎曲強度設計
彎曲強度的設計公式為:
m≥ (3--17)
式中 ----載荷系數
----齒寬系數；
----齒輪齒數；
----齒形系數;
----應力校正系數;
----齒輪所傳遞的扭矩；
----彎曲疲勞強度極限。
a 確定公式內的各計算數值:
① 由參考文獻[3]第204頁，圖10-20 齒輪的彎曲疲勞強度極限
查得 小齒輪得彎曲疲勞強度極限=650 MPa;
大齒輪得彎曲疲勞強度極限=550 MPa.
② 由參考文獻[3]第202頁，圖10-18 彎曲疲勞壽命系數
查得 =0.85;=0.88.
③ 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞許用系數 S=1.4
得 == 0.85×650/1.4 = 394.6 Mpa
(3--18)
==0.88×550/1.4 = 345.7 MPa
④ 計算載荷系數
= 2×1.14×1.1×1.46 = 3.662 (3--19)
⑤ 由參考文獻[3]第197頁，表10-5齒形系數 及應力校正系數
查得 =2.91; =2.22
=1.54; =1.775
⑥ 計算大小齒輪的并加以比較
==0.01136 (3--20)
==0.01141
兩者比較,大齒輪的數值大.
b 設計計算
=4.81 mm
對比計算結果。由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數m。由于齒輪模數m的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力。而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力。僅與齒輪直徑(即模數與齒數的乘積)有關?？捎蓮澢趶姸扔嬎愕哪祄=4.81。取m=5。按接觸疲勞強度計算的分度圓直徑計算。.
小齒輪的齒數 =/m
=22.45
圓整取22。
大齒輪齒數 =4.5×22.45=101.025
圓整取102
5 齒輪幾何尺寸計算
① 分度圓直徑
=×m=110 mm
=×m=510 mm
② 計算中心距
=(+)/2=310 mm
③ 計算齒輪寬度
==110 mm
取 =110 mm;=115 mm
3.4.2高速檔齒輪設計
根據設計方案,選用直齒圓柱齒輪傳動。因其傳動速度不高,故齒面嚙合選用7級精度（GB10095－88）。
由于高速擋齒輪設計原理和步驟和低速擋齒輪一樣，因此低速擋齒輪設計同上步驟，經計算彎曲疲勞強度的模數m=2.517。取m=3。
按接觸疲勞強度計算的分度圓直徑
計算小齒輪的齒數 ==50
大齒輪齒數 =0.485×50=24
這樣設計出來的齒輪傳動即滿足了齒面接觸疲勞強度。又滿足了齒根彎曲疲勞強度。并做到結構緊湊。避免浪費.
3.4.3齒輪變位
因為計算的上對齒輪已將兩軸的中心距確定。所以現在需要調整兩對齒輪的分度圓直徑。來滿足兩軸的中心距.
解決方法:先在傳動比不變的條件下改變齒數。使改變后的中心距與實際要求的相差較小。再通過齒輪的變位來達到滿足中心距的要求.
重新確定小齒輪齒數為:
;
此時的中心距為
==309
采用角度變位齒輪傳動中的正傳動。其中心距大于標準中心距。嚙合角大于分度圓壓力角。兩輪的齒全高比標準齒輪短.
正傳動的優(yōu)點是可以減少齒輪機構的尺寸。并且兩輪均采用正變位。能使齒輪機構的承載能力有較大提高.缺點使。由于嚙合角的增大和實際嚙合線減短。故使重合度減少較多.
a 變位齒輪傳動的設計
已知 、、m、、
① 確定嚙合角
=arccos ()
= arccos ()
② 確定變位系數和
+= (+)(+)/(2)
=0.4217
③ 確定中心距變動系數
===0.33
④ 確定齒頂高降低系數
=(+)-
=0.4217-0.33=0.0917
⑤ 分配變位系數(盡量平均分配)
=0.2117; =0.21
⑥ 計算齒輪的幾何尺寸
齒頂高 =(+-)m
=(1+0.2117-0.0917) ×3
=3.36
(+-)m
=(1+0.21-0.0917) ×3
=3.355
齒根高 =(+-)m
=(1+0.25-0.2117) ×3
=3.115
=(+-)m
=(1+0.25-0.21) ×3
=3.12
節(jié)圓直徑 =
=418.668 mm
=
=201.805 mm
齒頂圓直徑 =+2
=423.72
=+2
=207.71
3.5 輪邊減速器
3.5.1傳動方案的選擇
由參考文獻[12]第123頁，初定輪邊減速傳動比為。方案采用常見得一級大減。太陽輪輸入行星架輸出。由此確定行星排參數.等于齒圈齒數與太陽輪齒數之比.下圖為其傳動簡圖3-1.
圖3-1 輪邊減速器傳動簡圖
1-半軸套管;2-半軸;3-太陽輪;4-行星齒輪;5-行星齒輪軸;
6-齒圈;7-行星架.
3.5.2配齒選擇
a 各行星排齒圈齒數盡量接近，最好是取成相同。
b小齒輪的齒數不要取得過小，應考慮軸和軸承的布置和避免產生根切。
c行星輪最小齒數不小于14～17，太陽輪的最小齒數應取得更多一些。
本設計取的太陽輪18個齒。行星輪30個齒。滿足要求.
3.5.3行星傳動系設計
主要參數確定.
首先找倒現有的同類機械。統(tǒng)一等級和機構類型相似的輪邊減速器作為參考.然后根據情況的不同。適當的選擇參數.
a 齒輪模數
齒輪模數直接決定齒輪彎曲強度。從增加彎曲強度出發(fā)。應選大模數.但在中心距和速比一定的情況下若選用小模數。則可以增加齒數。使重疊系數增大。傳動的平穩(wěn)性和齒輪接觸強度有所改善.因此在滿足彎曲強度的前提下。應盡量采用小模數。
一般可按下面的經驗公式來初選模數:
(3--21)
式中 ---太陽輪扭矩
---模數系數。
模數初取4 mm.
經計算:
=96 mm。
b 齒寬
在一定范圍內齒寬大齒的強度就高。但輪邊減速器受徑向尺寸和軸向尺寸的限制。又不能太大。試驗證明。齒寬過分增大時。由于沿齒寬方向負荷分布不均勻性增大。反而使齒輪承載能力隨之降低.
查參考文獻[3]第201頁，表10-7 圓柱齒輪的齒寬系數
結合本機工作情況。取=0.5.
則: =0.5×18×4=36
4 其他部件設計
4.1軸和軸承設計
初選軸徑
由參考文獻[3]第362頁，公式(15--2)可初步估算出軸得直徑
即
式中 ---軸所受得扭矩 KW;
---軸的轉速 r/min;
=(查參考文獻[3]第362頁，表15—3取126)
代入各數據得:
所以輸入軸得最小直徑取40毫米。兩端軸承選內徑為40毫米深溝球軸承.載荷大，尺寸受限制時。往往采用圓錐滾子軸承。其支撐剛度大。但對軸的變形敏感.內外圈可分離。裝拆方便.圓錐滾子軸承能承受軸向力。當要求承載能力大時。還可采用雙列球面滾柱軸承。這種軸承耐沖擊能力好。能自動調心。允許內外圈軸線有較大的現對偏斜。對軸線偏差能起補償作用.但徑向球軸承價格便宜、且能承受一定得軸向力、對軸的變形不敏感、點接觸的摩擦小。適宜用于高速。因其額定負荷小，因而主要用于中、小載荷。
代入輸出軸的扭矩。計算如下:
所以輸出軸選最小軸徑65毫米。兩端用65毫米的圓錐滾子軸承支撐。中部為花鍵形式。
4.2軸承、鍵和連軸器的選擇
4.2.1輸入軸
根據輸入軸的軸徑選擇其鍵、軸承和連軸器.
已知輸入軸的軸徑為40 mm。由參考文獻[4]第107頁，表11-28。選擇普通平鍵。公稱直徑=12×8.
由參考文獻[3] 第103頁，公式(6--1)
校核普通平鍵聯(lián)接的強度.
式中 ---傳遞的轉矩，N. m；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。 =0.5h
---鍵的工作長度，單位為mm。平頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，單位為mm;b為鍵的寬度，單位為mm
---軸的直徑。單位為mm
---鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力。單位為MP
對于變速箱軸上的鍵。 取為100 MPa.
代入數值得:
=48.99 MPa
故，此鍵滿足工作要求.
連軸器:
由軸徑和轉矩并查參考文獻[4]第125頁，表13-2 選取YL10型.
軸承:
由軸徑和轉矩并查參考文獻[4]第119頁，表12-6 選取6209型深溝球軸承.
軸承端蓋:
由軸徑和轉矩并查參考文獻[4]第132頁，表14-1 計算軸承端蓋得各幾何參數.端蓋的連接螺釘直徑為
4.2.2 輸出軸
根據輸出軸的軸徑選擇其鍵、軸承和連軸器.
已知輸出軸的軸徑為65 mm。由參考文獻[4]第107頁，表11-28。選擇普通平鍵。公稱直徑=22×14.
由參考文獻[3]第103頁，公式(6--1)
校核普通平鍵聯(lián)接的強度.
式中 ---傳遞的轉矩，N. m；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， ；
---鍵的工作長度，單位為mm，平頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，單位為mm;b為鍵的寬度，單位為mm。
---軸的直徑，單位為mm；
---鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為MP
對于變速箱軸上的鍵， 取為100 MPa。
代入數值得:
=13.59 MPa≤
故，此鍵滿足工作要求.
連軸器:
由軸徑和轉矩并查參考文獻[4]第123頁，表13-2 選取YLD 10型.
軸承:
由軸徑和轉矩并查參考文獻[4]第119頁，表12-6 選取6214型深溝球軸承.
軸承端蓋:
由軸徑和轉矩并查參考文獻[4]第132頁，表14-1 計算軸承端蓋得各幾何參數.端蓋的連接螺釘直徑為
5液壓挖掘機行走裝置運動仿真設計
5.1模型的建立
液壓挖掘機的行走過程是通過輪胎與地面的摩擦力使得產生運動的一個過程。斗裝滿后提升,回轉到卸土位置進行卸土。液壓挖掘機行走裝置為了實現上述周期性作業(yè)動作,整機由下列幾個基本組成部分:動力裝置、回轉機構、傳動操作機構、行走裝置和輔助設備。對液壓挖掘機行走裝置的零件進行三維實體造型幾乎要用到Pro/ E 中所有的常用操作方法,如拉伸、旋轉、倒角、以及圓角等常用操作命令。例如傳動齒輪先繪制草繪圖,用到[ 直線] 、[圓] 、[修剪]等操作,再拉伸得到齒輪的主體。接下來主要用[拉伸]操作依次繪制傳動軸、減速箱,[切除]操作繪制軸孔,最后用相關其他工具完成整個行走裝置的繪制。其它主要零部件還包括車架、輪子等。
5.2構件運動配裝
為了使裝配完的挖掘機能夠進行機構運動仿真,需要將各零件進行運動裝配。運動裝配既要使兩個構件直接接觸,又要使兩個構件產生一定運動。由于運動裝配與零件裝配都是將單個零部件裝成一個完整的機構模型,它們之間有很多相似之處。
5.2.1相似點
①兩者都利用[元件放置]對話框連接或安裝零部件,并根據同軸、共面等幾何約束關系將各零件裝配起來：②裝配和子裝配之間的關系相同, Pro/ E 將連接信息保存在裝配文件中,使父裝配繼承了子裝配中的連接定義。
5.2.2 不同點
①創(chuàng)建機構是應用[元件放置]對話框的[連接]功能連接機構中的各個機構,而零件裝配直接在[元件放置]對話框中通過定義裝配約束來安裝各個零部件;
②由零件裝配得到裝配體,其內部的零部件之間沒有相對運動,而由連接得到的機構其內部的構件之間可以產生一定的相對運動;
③創(chuàng)建機構以后必須添加驅動器才能進行機構運動仿真。運動裝配首先插入回轉支撐,單擊元件放置對話框中的“默認位置”,以系統(tǒng)默認位置裝入回轉支撐零件。接下來插入齒輪軸,設置放置類型為“約束”,選取齒輪軸和回轉支撐之間的基準軸線,再分別選取齒輪軸和回轉支撐的FRON T 基準面作為配合。同理,按一定的順序,將挖掘機其它部件裝配到相應的固定位置,得到的總裝配如圖和行走裝置機構如下面5-1，5-2，5-3，5-4圖示
圖5-1 輪式挖掘機行走裝置總裝配圖
圖5-2 減速箱
5-3 車架及行走裝置整體
5-4 挖掘機傳動軸
結 論
本課題主要進行了液壓挖掘機的行走裝置、動力機構、變速箱和轉向機構等進行了設計。在設計過程中，通過查找相關的設計資料和詳細的計算過程，選擇了發(fā)動機型號，對行走裝置中的液壓系統(tǒng)進行了設計選擇，控制系統(tǒng)采用較為普遍的PLC控制系統(tǒng)，確定了行走裝置各部分的結構尺寸并對主要部件進行了強度校核，對減速器的行星傳動齒輪進行了鉸詳細的設計和校核，盡可能使行走裝置設計結果能滿足作業(yè)要求和理論工作時間。
通過本次設計，鞏固了大學許多所學的課程，掌握了一些基本的設計思路，為今后從事設計方面工作打下了良好的基礎，由于知識有限，本次設計仍然有很多的不足和缺陷，需要以后不斷的學習改進。
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