稳定土拌合机总体设计.doc

前言随着公路建设的现代化发展，稳定土拌和机在性能和可靠性方面有了飞速的发展，并且在使用方面边的更加广泛用于公路、机场等底基层稳定材料的就地拌和，并切对旧路面进行铣削与破碎，做到一机多用。本次设计在参考国内外同类型资料的基础上，并根据技术参数要求进行设计的，在设计过程中得到了指导老师展朝勇的亲切关怀和耐心指导，并且得到了同组同学的帮助与支持，在此特表示衷心的感谢。由于我们经验不足，水平有限难免存在遗漏与不足，敬请各位老师批评指正。第一章 绪论1.1用途及工作对象稳定土拌和机是一种稳定材料处理机械主要用于稳定材料修筑道路、机场、城市建筑的基础层拌和施工，亦可用于土壤改良的拌和及旧路面的翻新和破碎作业，稳定土拌和机通过其工作装置转子在道路施工现场就地完成对土壤的切削、破碎作业并将土与加入的稳定剂（乳化沥青、水泥、石灰等）搅拌均匀。利用稳定土拌和机进行材料路拌施工由于就地取材，施工简便，成本低廉，有厂拌法不可取代的优点。现场施工经验表明，对灰土、灰砂小颗粒等稳定材料，经过性能良好的拌和机12次的拌和作业，一般都可以达到质量要求。但目前国内一些粉料撒布机的性能均不够理想，所以靠人工作业的方式完成粉料即干稳定剂的撒布，其均匀性能难达到要求，这就影响了拌和机的使用效果。也就是说，稳定土拌和机就其本身而言，性能是可靠的。由于配合机械的缺陷，因而就影响了该设备在路面上的使用。相信在不久的将来，配套机械一定会得到解决，路拌法将会得到更广泛的应用。并且随着计量精确撒布均匀的粉料撒布机械的开发和应用，路拌法将会获得更好的应用前景。1.2国外发展水平及趋势国外稳定土拌和机发展的历程是：旋耕机代用拖拉机或汽车改制小功率机械传动式专用稳定土拌和大功率全液压专用稳定土拌和机和大功率液压、机械组合式专用稳定土拌和机。在成熟的机型中，BOMAG公司的MPH100型稳定土拌和机和CATERPILLAR公司的SS-250稳定土拌和机等具有一定的代表性。 全液压专用稳定土拌和机的转子多用低速大扭矩马达直接驱动，结构简单、维修方便，然而整机效率低，可靠性较差。近年来国外公司为改进低速大钮矩马达传动这一缺点，成功地研制出高速马达加行星减速直接驱动转子的方式，置减速机和马达于转子轴内，减小了转子直径和宽度尺寸，大大改善了机器的综合性能。 现代优良的稳定土拌和机除了性能和可靠性外，正朝着多功能转子的方向发展，即使用一种综合型的刀具来完成松土拌和及硬土翻松等作业，避免了用户更换转子的困难。此外，现代稳定土拌和机还配有液体料喷洒装置，从输料车上将水、乳化沥青等液体料吸入，经准确计量后从转子罩壳前上方沿横向配置的喷嘴中均匀喷出并与拌和料均匀混合。 国外也曾出现过一些两转子甚至更多转子串联排列、联合作业的稳定土拌和机，利用多转子不同旋向的复合破碎与拌和作用达到机械一次通过即对稳定材料完成均匀拌和的目的，不过由于结构复杂、机器庞大而没有普遍推广。 关于稳定土拌和机转子的旋向，早期多取正转方式，刀具自上而下切削土壤，切屑随之向后抛出，不在转子前方形成堆积，驱动阻力小，且转子工作的水平切削分力起推进机器前进之作用。随着现代道路施工对拌和质量要求的提高以及稳定土拌和机采取正转方式有行走稳定性差的缺点，反转方式得到越来越多的采用。反转刀具由下而上切削土壤，切屑由薄到厚变化，载荷平稳，在硬土翻松和旧路面铣削作业中尤有优点；此外，后继刀具对堆积于转子前方的切屑进行复拌，有利于改善拌和质量，因而现代大功率稳定土拌和机几乎都取反转方式。 近年来国外先进机型在行走系统和转子系统间设置了功率自动调节装置，自动控制机器在负荷变化的情况下始终保持发动机在额定工况工作，还设有拌深自动调节装置等。这种自控装置的设置大大提高了机器的综合性能，减轻了司机的操作强度。1.3国内发展水平及趋势我国在20世纪60年代先由石油部门购进美国REXNOTD公司的SPDM型及HDS型稳定土拌和机，并开始研究小型后置式稳定土拌和机，但由于多种原因未能批量推广。80年代初期，由交通部西安筑路机械厂生产了中小功率(120kW以下级)稳定土拌和机；80年代末期，随着道路发展的需求，大力发展和生产大功率稳定土拌和机列入日程，并先后由交通部新津筑路机械厂生产出235kW全液压稳定土拌和机，徐州筑路机械厂生产出220kW全液压稳定土拌和机；至此中国的稳定土拌和机生产开始步人成熟阶段。随着进口液压动力元件的引入和生产工艺的改进，其技术日臻完善。目前国产稳定土拌和机已达年产300台以上的生产能力。1.4稳定土拌和机的分类及特点1.4.1按行走部分的形式：分为履带式、轮胎式和复合式。履带式稳定土拌和机由于机动性不好，所以目前很少生产。现代稳定土拌和机以轮胎式为主，其轮胎多为宽基低压的越野型轮胎，以满足机械在松软土壤上行驶作业时对附着牵引性能的要求。1.4.2按转子和行走机构的驱动方式：分为液压驱动式、机械驱动式和混合驱动式（机液结合）。由于液压技术日趋完善，液压传动具有结构设计布置简等优点，稳定土拌和机目前采用全液压传动的较多。其行走和转子拌和系统采用液压马达驱动。行走系统中只采用一个液压马达作为变速箱驱动桥总成的动力输入，而不是采用两个液压马达分别驱动两侧的驱动轮。这主要是因为在驱动车轮上直接安装低速车轮马达的传动方式，要求液压马达能承受地面传给驱动轮的各种轴向和径向的复杂载荷且用马达本身数量有限的排量规格匹配主机扭矩的要求有一定的困难，另外，由于低速马达出现的比高速马达晚的多，相对而言没有前者那麽成熟，它的效率（特别是容积效率）低于高速马达，而价格比较昂贵。基于这些原因，全液压稳定土拌和机目前都采用这种传动布置格局。1.4.3按拌和装置在车辆上安装的位置：分为转子前置式、转子中置式和转子后置式。前置转子式稳定土拌和机拌和过的作业面残留有轮迹，仅见于早期生产的稳定土拌和机。中置式稳定土拌和机没有上述缺陷，且整机机构比较紧凑，但保养维护转子和更换搅拌刀具时不够方便。后置转子式稳定土拌和机的转子保养维护和搅拌刀具的更换较为方便，也不会在拌和过的表面留有作业轮迹，但是这种布置型式需要在拌和机的前方增设配重， 因而增加了整机长度和行驶转弯半径。1.4.4按拌和转子旋转方向：可分为正转转子和反转转子两种。转子正转时，拌和转子从上向下削切土壤。从受力情况看，正转转子切削反力的水平分力与拌和机的前进方向一致，减少了行进阻力，有助于拌和机的行走，但是，当遇到地下有较大的拌和障碍物时，切削阻力增加很快，会对转子形成冲击载荷。反转方式的拌和转子由下向上翻起土壤进行切削，其切削阻力比正转方式小。在破坏旧的沥青混凝土路面或翻修硬的基层作业中，切削阻力很大，这时采用反转方式为合理。有下向上翻时，切曾有薄变厚，阻力平稳增加，这样可以减少冲击载荷，使得工作比正转转子平稳些。从反转转子受力分析中可以看出，转子切削阻力的水平分力与拌和机行进方向相反，因而整机消耗功率较大。第二章 稳定土拌和机结构分析2.1总体构造稳定土拌和机的部件结构与作业装置的构造和安装部位可以有不同的形式，但是稳定土拌和机均由主机和作业装置两个部分组成。有些稳定土拌和机还设置了稳定剂计量撒布系统。图1是稳定土拌和机的外形图。组成部分包括发动机和底盘。底盘作为拌和作业装置的安装基础，它由传动系统、行走驱动桥、转向桥、操纵机构、电气、液压系统、驾驶室、翻滚保护架以及主机架等部分构成。各个部分均安装于主机架上。主机是稳定土拌和机的基础车辆，其组成部分包括发动机和底盘。底盘作为拌和作业装置的安装基础，它由传动系统、行走驱动桥、转向桥、操纵机构、电气、液压系统、驾驶室、翻滚保护架以及主机架等部分构成。各个部分均安装于主机架上。2.2拌和转子装置稳定土拌和机的主要工作装置是转子装置。它由转子、转子架、罩壳、转子升降油缸、罩壳后尾门启闭油缸等组成。如图2.2所示。工作装置由转子、转子动臂、转子罩壳等机构组成。转子是一个强度、刚度较大的空心钢管轴，在轴上装有若干个刀盘，刀盘刚性地固接在轴上，每个刀盘都装有六把可更换刀片。转子两端通过转子轴头支承在转子动臂上。转子动臂两端分别安装两个滚动轴承来支承转子。转子动臂由厚钢板焊接而成，并通过在根水平管梁将左、右转子动臂连为一体，成为转子架。主横梁可以相对支承座转动。转子动臂前上端内侧安装有两个低速大扭矩液压马达，液压马达从两侧驱动行星减速器立功经过链传动带动安装在转子轴上的链轮，从而驱动转子旋转。链传动封闭在转子动臂里，打开动臂的侧板就可以进行维修。转子动臂由一对往复作用式液压缸进行升降，液压缸的一端同主机底盘上的销轴连接，另一端的活塞杆与支架连接；支架刚性地固定在水平横梁上。液压缸的伸缩就可带动转子动臂和转子围绕主横梁上下升降。转子罩壳由钢板焊接而成，与转子之间采用浮动连接。工作时四壳靠自重浮于地面构成一封闭工作室，转子提升时，带动罩壳脱离地面。为防止浮动田罩壳相对转子倾斜或翻转，有拉杆将罩壳与底盘机架相连，使浮动罩壳相对于转子只限于水平运动。罩壳上还装有尾板，尾板由液压缸控制启闭，它可用来均匀地刮平被拌和机处理的稳定土混合料。图2.1稳定土拌和机外形图图2.2 稳定土拌和机工作装置1-分土器；2-液压马达；3-举升轴；4-举升油缸；5-保险销6-深度指示器；7-举升升臂8-牵引杆；9-调整螺栓；10-罩壳；11-护板；12-尾门开度指示器；13-尾门油缸；14-尾门15-加油口16-油面口17-放油口18-转子拌刀图2.3 转子结示意图1-转子动臂；2-转子轴头；3、12-转子轴；4-刀盘；5-轴承；6-链轮；7-动臂侧板；8、13-刀片；9-固定螺栓；10-刀臂；11-刀头转子用来削切土壤并将其与结合料均匀拌和。由于它直接接触，承受处理土壤时所产生的各种载荷，因此要求转子轴具有足够的强度和刚度。转子在处理土壤时，要尽力保证动力传动装置所承受的载荷平顺、稳定和均匀。转子轴的刀盘或刀臂的拌和刀具在其横向排列上应呈螺旋线形式，使刀具能依次连续地切削和粉碎土壤。目前，转子拌和刀具大多采用左、右对称呈螺旋等角布置，以保证转子在拌和过程中对称切削受力，有利于减小转子的动载冲击。 转子有刀盘结构式转子和刀臂结构式转子两种型式，如图2.3所示。刀盘结构式转子轴上焊接着若干个刀盘，转子轴采用大口径薄壁空心钢管，在相同质量的前提下，可以提高整体强度和刚度；还可减少刀盘的尺寸，增加刀盘的强度。这种结构形式适合于拌和深度较浅的工作条件；刀臂结构式转的强度和刚度比刀盘式的要差些，不适合于切削阻力比较大的破碎工况；当切削阻力较小，拌和深度较大时，采用这种结构形式比较合理。拌和机转子上使用的刀具有四种结构形式，如图2.4所示。其中：a)、b)为铲形刀具，刀头的切削刃处镶有耐磨硬质合金材料，以增强刀头的强度和耐磨性并延长其工作寿命；c)、d)分别是直形和弯角形刀片，这种刀片安装在转子轴上时，相邻刀片之间可以有一定重叠或正好搭接，这样其拌和均匀性和效果将会很好；e)为子弹形铣削刀，这种刀头在刀尖上镶嵌有硬质合金，能承受住极大的磨擦力，其强度和耐磨性均很好，适用于破碎旧的沥青路面以及拌和加石料的稳定土。图2.4 子刀具结构形式a)、b)铲形刀具；c)直形刀具；d)弯角形刀具；e)弹形刀具工作装置为液压驱动的稳定土拌和机转子动力来自液压马达，有两种传动布置型式：一种型式是低速大扭矩液压马达直接驱动转子，另一种传动型式是液压马达经过行星齿轮闰速器和传动链，降速增扭后将动力传给转子轴。2.3前后桥前桥为转向桥，拟采用全液压转向，液压油缸使车轮偏转，前轮采用混合花纹的载货汽车轮胎。图2.5 压式稳定土拌和机传动原理图1-发动机；2-万向节传动轴；3-转向油泵；4-行走变量泵；5-操纵系统油泵；6-分动箱；7-转子变量泵；8-行走定量马达；9-变速箱；10-驱动桥；11-转子定量马达；12-拌和转子后桥采用液压马达输入动力的液压-机械驱动方式，如图2.5示，动力传递路线为：发动机1万向传动装置2分动箱6双向变量液压泵4液压马达8两级变速箱9驱动桥10，其中驱动桥选择国内相关生产厂家的驱动桥总成作为外购件，驱动轮采用人字形花纹的宽基低压越野型轮胎。2.4制动系统因全液压稳定土拌和机的行使速度较低，故我们所设计的拌和机采用气压式制动驱动，采用凸轮张开式制动器实现前后轮的制动，制动系统的组成部件有：空气压缩机、油水分离器、压力控制阀、手制动阀、脚制动阀，其工作原理如图2.6示。该制动系统包括行车制动和驻车制动，凸轮张开蹄式制动器的制动鼓装在前、后车轮上。凸轮转动一个角度迫使制动蹄张开，压紧制动鼓的内壁，产生制动效果。行车制动用脚操纵，驻车制动为手操纵。行车制动时，前后四个车轮制动器都产生制动作用；驻车制动时，只有两个后车轮制动作用。气压缩机由柴油机驱动。压缩空气经油水分离器、压力控制阀进入储气筒。压力控制阀使储气筒中空气压力保持在0.680.7Mpa。油水分离器可把水分和润滑油从压缩空气中分离出来，以免腐蚀气筒及管路中不耐油橡胶件。图2.6 稳定土拌和机制动系统原理图1-前左制动室；2-前右制动室；3-压力表；4-三位四通转阀；5-制动阀；6-空气压缩机；7、9-油水分离器；8-手制动阀；10-储气筒11-压力控制器12-制动灯开关；13-后右双气室制动室外；14-后左双气室制动室第三章WB230型稳定土拌和机总体方案的设计与论证3.1WB2300型稳定土拌和机的功用WB2300稳定土拌和机械是一种将土壤粉碎，并与稳定剂（石灰、水泥、沥青、乳化沥青或其他化学剂）均匀拌和，以提高土壤稳定性，修建稳定土路面或加强路基的专用自行式机械。稳定土拌和机主要用于公路工程施工中，完成稳定土基层的现场拌和作业。由于该机型拌和幅度变化范围大，所以它既适用于高等级公路稳定土基层施工，又适用于中、低级路面或县级道路路面施工，可以拌和I、II级土壤，也可以拌和III、IV级土壤；附设有热态沥青或乳化沥青再生作业自动洒水装置，可就地改变稳定土的含水量并完成拌和。使用WB2300型稳定土拌和机械不仅可以节约施工费用，加快施工进程，更重要的是保证施工技术要求和施工质量。3.2总体方案设计的基本要求本机在设计中应满足以下几项基本要求：1.机动灵活：要具有一般汽车或挂车装载和行使的各种性能，符合一般工程机械的一切技术要求。2.安全可靠：在行驶和作业过程中，要保证操作人员和机器的安全，不妨碍其它交通。3.功能齐全：要充分做到一机多用，满足路面的要求，不仅能拌和，而且还可以铣刨旧的沥青混泥土路面，完成破碎再生作业。4.良好的效率：要做到提高工作效率，保证施工质量，降低工程成本，减轻劳动强度，保护环境。3.3主要技术参数的初定WB2300型稳定土拌和机总体参数的选择就是对其主要性能指标提出总体要求，作为整体和总成部件的设计依据。 根据WB2300型稳定土拌和机的主要用途，并结合其生产的工况的实际情况及可能性，对其技术参数最初提出如下要求：表3.1原始设计参数拌和宽度2300最大拌和深度0-400行驶速度0-25工作速度0-3.5转子转速0-150最小转弯半径7000机重15000kg外形尺寸长7950宽3256高3277/2567发动机型号CumminsNTA-855（初定）发动机功率258发动机额定转速2100爬坡能力30%3.4稳定土拌和机总体方案确定因后置转子式稳定土拌和机的转子保养、维护和搅拌刀具的更换较为方便，也不会在拌和过的表面留有作业轮迹，且发动机与工作装置便于在主机上布置，国内生产厂家可供参考的机型也较多。经过调研、对所收集的资料进行分析并与与设计小组其他同学探讨后，我最终选择后置式全液压驱动的逆拌式稳定土拌和机为我们设计小组所设计的WB230型稳定土拌和机总体方案，我们所设计的WB230型稳定土拌和机总体布置如图3.1所示，其基本参数如表3.2所示。图3.1 WB230型稳定土拌和机总体布置图1发动机；2-驾驶室；3-驱动轮；4-横梁；5-举升臂；6-拌和装置；7-尾门油缸；8-侧板；9-径向柱塞液压马达；10-液压油箱；11-转向轮；12-机架；13-配重表3.2 WB230型稳定土拌和机总体参数表名 称单 位参 数整机质量kg约15000拌和宽度mm2300最大拌和深度mm400行驶速度km/h025工作速度km/h03.5转子转速r/min0150转子旋向逆向发动机型号（初定）康明斯NTA855C360型柴油机发动机功率kW258爬坡能力%303.5 发动机的初定我们设计小组所初定的发动机为康明斯NTA855C360型柴油机，其主要参数如表3.3示。表3.3 康明斯NTA855C360型柴油机主要参数表名 称单 位参 数型式四冲程水冷直喷式缸数与排列直列式六缸机气缸内径与活塞行程mmmm140152吸气方式废气涡轮增压中冷式燃油系PT燃油供给系统总排量L14标定功率/转速kW/(r/min)258/2000最大扭矩/转速（Nm）/(r/min)1509/1400最低比油耗g/(kW/h)207高原工作能力m3000净质量kg1305大修周期h1000012000外形尺寸（长宽高）mmmmm作顺序153624第四章 发动机的选型与计算4.1功率计算拌和机工作所需要的功率是拌合机的主要参数。整机运行所需的功率包括机器运行所耗功率，铣削土壤所耗功率和计量系统工作所需功率。切削土壤所耗功率： N1=p0bhh1zn（W） （4-1）式中： p0土壤的切削阻力（Pa）； b铣桨宽度（m）； h切削深度（m）； h1切削厚度（m）； z铣筒上的铣桨数； n转速（s1）。土壤的切削阻力视土壤的级别而定，在此取土的级别为，则p0=220000N。根据本机的设计要求可知h=0.4h1=0.004n=2.35所以有N1=2200000.10.40.0041452.35=12kw。抛掷土壤所耗功率： N2=k0mv02/2=k0Bhvpv02/2 （4-2） 式中： k0抛掷系数，对窄和宽的铣桨，相应地取为0.75和1；m每秒钟被抛掷土的质量（）；v0铣桨端的圆周速度（m/s）；B铣削宽度（m）；土的密度（/）由于本机采用宽铣浆所以取=1本设计要求转子转速为150rpm,经计算可得v0=11m/s查资料可知土壤密度为2.7103kg/m3所以有 N2=12.30.43.5 /3.61122.71000/2=146kw拌合机移动所耗功率： N3=Gfvp （4-3）式中 ：G机器的重力（N）,根据设计参数要求有G=15t; f滚动阻力系数,取f=0.3。所以有N3=1510009.80.33.5 /3.6=42.9kw克服自功率输出轴至铣筒间传动机构摩擦力所耗功率：N4=（N1+N2）（1-1） （4-4）式中： 1传动机械效率。所以有N4=（12+146）（1-0.95）=7.9kw4.2发动机的选型因整机由发动机来提供所有动力，所以有发动机的功率即为：N=N1+N2+N3/2+N4=12+146+42.9+7.9=231.9kw取10%的功率作为发动机的功率储备则得：本机所需的发动机的功率为：P=N/0.9=231.9/0.9=257.7kw所以综上所述，选用康明斯NTA-855-c360其主要参数见表4.1。表4.1 康明斯NTA855C360型柴油机参数表名 称单 位参 数型式四冲程水冷直喷式缸数与排列直列式六缸机气缸内径与活塞行程mmmm140152吸气方式废气涡轮增压中冷式燃油系PT燃油供给系统总排量L14标定功率/转速kW/(r/min)258/2000最大扭矩/转速（Nm）/(r/min)1509/1400最低比油耗g/(kW/h)207高原工作能力m3000净质量kg1305大修周期h1000012000外形尺寸（长宽高）mmmmm作顺序153624康明斯NTA-855-C360柴油机结构特点为：装有干式空气滤清器、空气滤清器帽、 空气阻力指示器。 装有通径为127mm的90排气弯管、同时带610mm长的排气波纹管，可带排气消音器。装有燃油供油和回油单向阀，可带容量为5.7升安装在发动机左侧的浮子油箱, 旋装式机油帝通滤清器.装镍铜管热交换大及皮带传动的自吸式海水泵. 在减振器前可安装双槽动力输出皮带动轮. 发动机前端装有多槽皮带轮, 可带各种前端动力输出装置. 发动机装有前后其共四只支架. 装有24V、60A双线制充电发电机，包括电压调节器；24V电马达，安装于发动机右侧；启动继电器。发动机仪表板包括转速表/小时计、水温表、发动机油压表、排温表、电源指示灯、熔断器电源开关、启动开关。由上表可知所选发动机满足本机需要！4.3整机质量与桥荷后置式稳定土拌合机由于后悬较大易使重心后移，需加配重调整。一般应保证前桥静负荷为整机质量的（302）%。整机重约15t，因此我拟定前桥承重5t，后桥承重10t。前桥我负荷的重量有发动机及其罩壳和一些支架，发动机重1305kg，加上其余的罩壳等有2t，所以其余的3t用配重来调整。配重用钢板制成，钢的密度为7.84103gkg/m3，所以所需的体积为=0.38m3又因为本机宽为2.6m，断面为梯形，平均后为0.4m，经计算可得厚度为0.37m。第五章 制动系统的设计制动系是用于使行使中的车辆减速或停车,使下坡行使的车辆的车速保持稳定以及使已停的车辆在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构.车辆的制动系直接影响着车辆行驶的安全性和停车的可靠性.车辆制动系至少应有两套独立的制动装置,即行车制动装置和驻车制动装置.行车制动装置用于使行驶中的车辆强制减速或停车，并使车辆在下短坡时宝石适当的稳定车速。驻车制动装置用于使车辆可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于车辆在破路上的起步。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式和盘式之分。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮的；而驻车制动则多采用手制动杆操纵，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。行车制动装置的驱动机构分液压和气压两种形式。本机因为行驶速度最高为25km/h所以拟定采用气压驱动的制动系统，制动器采用凸轮轴鼓式制动器。本机的制动系统设计相应的分成气压驱动装置设计和制动器的设计两部分。5.1制动器主要零部件的结构设计5.1.1制动鼓制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其温升不应超过极限值。制动鼓的材料应与摩擦衬片的材料相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀。制动鼓一般用HT15-33、HT20-40、HT25-47等标号的灰铸铁铸造，本机采用HT2005.1.2制动蹄轿车和微型、轻型载货汽车的制动蹄广泛采用T形型钢辗压或钢板冲压焊接制成；大吨位载货汽车的制动蹄则多用铸铁、铸钢或铸铝合金制成。本机为工程机械类，所以选用铸铁来制造制动蹄。制动蹄的结构尺寸和断面形状应保证其刚度好，以便使制动摩擦衬片与制动鼓之间的接触压力均匀，因而，使衬片的磨损较为均匀，并可以减少制动时的尖叫声。5.1.3制动底板制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。为此，由钢板冲压成形的制动底板均具有凹凸起伏的形状。本机采用KTH370-12的制动底板。5.1.4制动蹄的支承采用二自由度制动蹄的支承，其结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。为了十具有支承销的一格自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使支承位置可调。5.1.5凸轮式张开机构凸轮式张开机构的凸轮及其轴是由45号钢模锻成一体的毛坯制造，在机加工后经高频淬火处理。凸轮及其轴由可锻铸铁或球墨铸铁的支架支承，而支架则用螺栓或铆钉固定在制动底板上。为了提高机构的传动效率，制动时凸轮是经过滚轮推动制动蹄张开。滚轮由45号钢制造并高频淬火。5.1.6摩擦材料制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能要好，不应在温升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降，材料应有好的耐磨性，低的压缩率、低的热传导率，和低的热膨胀率，高的抗压、抗拉、抗剪切、抗弯曲性能和耐冲击性能；制动时应不产生噪声、不产生不良气味，应尽量采用污染小和对人体无害的摩擦材料。当前，在制动器中广泛采用着模压材料，它是以石棉纤维为主并与树脂粘结剂、调整摩擦性能的填充剂与噪声消除剂等混合后，在高温下模压成型的。模压材料的扰性较差，故应按衬片或或衬块规格模压，其优点是可以选用各种不同的聚合树脂配料，使衬块或衬片具有不同的摩擦性能及其他性能。另一种为编制材料，它是用长纤维石棉与铜丝或锌丝的合丝编制的布，浸以树脂结合剂干燥后辗压制成。其扰性好，剪切后可以直接铆到任何半径的制动蹄或制动带上。无石棉摩擦材料是以多种金属、有机、无机材料的纤维或粉末代替石棉作为增强材料，其他成分和制造方法与石棉模压摩擦材料大致相同。若金属纤维和文墨的含量在40%以上，则称为半金属摩擦材料，这种材料在美、欧各国广泛用于轿车的盘式制动器上，已成为制动摩擦材料的主流。5.2气压驱动机构的设计计算5.2.1制动气室制动气室分为膜片式和活塞式两种。本机采用膜片式制动器气室，因为膜片式结构简单，对室壁的加工精度要求不高，无摩擦副，密封性较好。制动气室输出的推杆推力Q应保证制动器制动蹄所需的张开力。制动气室的工作容积Vs可按下式计算Vs=A2l=（D2+d2+dD）l3.14/6 （5-1）5.2.2储气筒储气筒由刚板焊成，内外涂以防锈漆，也有用玻璃制造的，其防腐蚀新很好。储气筒的容积大小应适当。设储气罐容积为Vc，全部制动管路的总容积为Vvg，各制动气室压力腔最大的容积之和为Vs。通常Vg约为Vs的25%50%。制动前储气罐与制动管路、制动气室隔绝。制动气室压力腔的容积为零，管路中的绝对压力与大气压p0相等。若此时储气罐中的相对压力为pc，则制动前由储气罐制动管路制动气室系统中空气的绝对压力与容积的乘积之和总为：pV=(pc+p0)Vc+p0Vg完全制动时，储气罐zhogn的压缩空气经制动阀进入所有制动管路和各制动气室，直至管路和气室中的相对压力达到制动阀所控制的最大工作压力pmax后，再度将储气罐与制动管路及制动气室隔绝为止。此时制动气室压力腔容积达到最大值Vs，同时储气罐中的相对压力降至pc。此时上述系统中的空气绝对压力与容积的乘积的总和为（pV）=(pc+p0)Vc+(Vg+Vs)(pmax+p0)设系统中空气的膨胀过程维等温过程，则pV=（pV）即(pc+p0)Vc+p0Vg=(pc+p0)Vc+(Vg+Vs)(pmax+p0)因此在空气压缩机不工作时，进行一次完全制动后的储气罐压力降为pc=pc-pc= （5-2）相对于调压器调定的储气罐气压的压力降pc应不超过0.03MPa.设计时一般取储气罐的总容积为Vc=（2040）Vs (5-3)5.2.3空气压缩机的选型空气压缩机的出气率应根据汽车各个气动装置耗气率 的总和来确定。每次制动所消耗的压缩空气的容积VB和压缩空气的质量wB分别为VB=Vg+VswB= kg式中：Vs制动气室的工作容积，m3； Vg制动管路的工作容积，m3； P制动管路的工作容积，Pa； R空气的气体常数，计算时可取为29.27； T绝对温度，K；T=273+t t周围大气温度，.单位时间内因制动所消耗的压缩空气质量（耗气率）式中：m单位时间内的制动次数所以根据上述公式计算并参考东风EQ1090E型汽车的制动系统可得如下配置制动阀膜片式并列双腔制动阀3514E2-010-A，如图5.1所示前制动气室膜片式3519D-010-A,其中膜片的尺寸为152X36(外径X高)后制动气室膜片式3519D-020-A,其中膜片的尺寸为178X40(外径X高)空气压缩机单缸式3509D-010-B见图5.2。储气罐主储气罐3513C-010B，副储气罐3513D1-010图5.1并列式双腔制动阀1-拉臂：2-平衡弹簧上座;3-平衡弹簧；4-防尘罩；5-平衡弹簧下座；6，10-钢球；7，12，23，24-密封圈；9-平衡臂；11-上体；13-钢垫；14-膜片；15-膜片回位弹簧；16-芯管；17-下体；18-阀们；19-阀们回位弹簧；20-密封垫；21-阀们导向座；22-防尘堵片；25-防尘堵塞（运输及储存时用）；26-锁紧螺母；28-拉臂轴；A1，A2-进气口；B1B2-出气口；图5.2 单缸风冷式空气压缩机1-出气阀座；2-出气阀导向座；3-出气阀；4-气缸盖；5-卸荷装置壳体；6-定位塞；7-卸荷柱塞；8-柱塞弹簧；9-进气阀；10-进气阀座；11-进气阀弹簧；12-进气阀导向座；13进气滤清器A-进气口；B-排气口；C-调压阀控制压力输入口第六章 车架设计及车桥选型6.1车桥选型汽车的驱动桥和从动桥统称为车桥。汽车的车桥又称为车轴，其两端安装着车轮并经悬架与车架或承载式车身相连，用于传递车架或承载式车身与车轮之间的铅垂力、纵向力和横向力及力矩。根据与之相匹配的悬架结构的不同，车桥分为非断开式和断开式两种。与非独立悬架相匹配的非断开式车桥犹如一根横置于左右车轮间的横梁；与独立悬架相匹配的的断开式车桥则为左右两端直接或间接相铰接的结构。根据车桥能否传递驱动力，它又分为驱动桥和从动桥；根据车桥左右车轮能否转向，它又分为转向桥和非转向桥。当车桥既非转向桥亦非驱动桥时，则又称为支持桥。本设计中前桥为驱动桥，后桥为转向桥。驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬挂结构形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，例如在绝大多数的载货汽车和少数轿车上，采用的是非断开式驱动桥。非断开式驱动桥的桥壳多采用整体式的，也有采用可分式的，但由于后者在维修、调整住减速器时拆装很不方便，故已很少采用。驱动桥不仅是车辆的动力传递机构，而且也是车辆的行走机构，还起着支承车辆荷重的作用。车架或车厢以及它们所承受的载荷等车辆簧载质量，是通过悬架总成的弹性元件传给由车轮支承德各个车桥的。 驱动桥不仅承受着作用于地面和车架或车厢之间的铅垂力，而且承受着它们之间的纵向力及横向力。除铅垂力有悬架的弹性元件来传递外，纵向力及横向力也能由悬架的某些类型的弹性元件来传递，例如一端由卷耳及卷耳销式铰链结构或组合式铰链结构与车架或车厢相联的纵置钢板弹簧。当悬架的弹性元件为螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧或其他不能传递纵向力横向力的钢板弹簧时，这些力可由悬架的导向装置、封闭式传动轴的套管等来传递。驱动桥的质量，在很大程度上取决于其桥壳及主减速器壳的结构形式。车辆的非悬挂质量与悬挂质量之比率，与驱动桥的结构形式有密切的关系。对于普通的非断开式驱动桥来说，整个驱动桥总成及一端与其相连并支承载其上的传动轴的部分质量，均未经悬架的弹性元件所支承，而直接由左右驱动车轮支承载地面上，它们与左右驱动车轮同属于车辆的非悬挂质量。因此，当车辆行驶时，这些非悬挂质量由于轮胎与不平路面相撞击而产生冲击载荷，该冲击载荷又经过悬架的弹性元件减缓后传给车架。显然，这种冲击载荷除随车辆的行驶速度的提高和路面不平度的增大而增大外，还随着车辆非悬挂质量的增大而增大。冲击载荷的增大将降低车辆的可靠性行驶的平顺性和缩短车辆的使用寿命。由上述情况可知，在车辆的行驶过程中，驱动桥的受力情况复杂。非断开式驱动桥的桥壳相当于受力复杂的空心梁，它必须有足够的强度和刚度，同时还应尽量减小其质量，在设计中应妥善地解决这两种要求之间的矛盾。对于断开式驱动桥来说，由于其主减速器壳装在车架上，这样，主减速器差速器全部传动轴的质量和半轴的部分质量都转化为悬挂质量，大大见小了汽车的非悬挂质量，加之又配以独立悬架，因此显著地提高了车辆的平顺性。但断开式驱动桥的结构较复杂。综上所述，对驱动桥的基本要求可以归纳为以下几点:1.所选择的主减速比应能满足车辆在给定使用条件下具有最佳的动力性和经济性;2.当两驱动轮以不同的角速度转动时，应能将转矩平稳且连续不断地传递到两个驱动车轮上；3.当左右两驱动车轮的附着系数不同时，应能充分利用汽车的牵引力；4.能承受和传递路面与车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力及其力矩；5.驱动桥个零部件在强度高、刚性好、工作可靠及使用寿命长的条件下，应力求做到质量小，特别是非悬挂质量应尽量减小，以减小不平路面给驱动桥的冲击载荷，从而改善车辆的平顺性；6.轮廓尺寸步大，以便于车辆的总布置及所要求的驱动桥的离地间隙相适应；7.齿轮及其他传动机件工作平稳，无噪声或低噪声；8.驱动桥各零件的设计应能尽量满足零件的标准化部件的通用化和产品的系列化及车辆变型的要求；9.在各种载荷及转速工况下有高的传动效率；10.结构简单，修理保养方便；机件工艺性好，制造容易。根据上述要求及本机的设计要求的本机的车桥如下后桥为美驰，单后驱动桥图6.1车桥实物图 产品介绍：美驰系列桥为我部引进美国ROCKWELL公司13，000Kg级单级减速桥，代表世界先进水平，主要结构是冲焊桥壳加准双曲线单级减速器，零件少，结构简单，传动效率高，自重轻，适合于公路运输，该桥可用于各种公路运输车辆使用。主要技术参数Main Specification型号 ModelJTA26160JTA26180结构 Type单级减速/钢板冲压焊接桥壳 Single-reduction， pressed welded housing额定轴荷Axle Weight Rating（良好路面允许轴荷Highway Permissible AWR）13，000Kg13，000Kg最大列车总重Max.GCW36，500Kg43，400Kg速比 Ratios4.875，4.89，5.63，5.8334.22从动锥齿轮上承受的最大行驶扭矩Max.Torque at Driven Ring Gear34，780Nm45，360Nm桥壳断面（板簧座处）牙包尺寸Housing Size at Spring Seat/Bowl Dia150130/520mm158145/552mm板簧中心距Spring Center Distance9301，010mm标准轮距Standard Track1820mm输入法兰Input FlangeDIN165DIN180差速器锁止装置 Diff.Lock选用装置Option从动锥齿轮节圆直径 Gear Pitch Dia457.2mm498.5mm制动器形式及尺寸Brake Type & SizeQ-plus S凸轮轴鼓式制动器 419178Q-plus S cam drum brake 419178Q-plus S凸轮鼓式制动器 419220Q-plus S cam drum brake 419220重量：不包括板簧座和润滑油Weight：Without Spring Seat & Lube Oil685Kg（包括支座）700Kg车轮安装方式Wheel Pilot轮辋中心孔定位，车轮螺栓10-M221.5，分布圆335 Hub pilot，wheel stud 10-M221.5， B.C 335最小轮辋尺寸（英寸） Min.Rim（inch）20前桥为：前桥选择斯太尔转向前桥，其形式和特点如下图6.2 前桥实物图特点：1 高承载能力：引进奥地利斯太尔先进技术，额定负荷达6. 5t；2 高通过性能：根据整车系统匹配，可选装11：00-20、11：00R20、12：00-20、12：00R20、14：00-20等轮胎。使整车具有较高的通过性；3 高可靠性能：集三十年桥研发、生产经验和国际先进技术装备，提高了寿命，降低了桥的维护费用。4 高安全性能：轮边制动器经优化设计和苛刻实验考核以保证您的行车安全，制动器具有420160规格，可选装ABS防抱死系统、刹车自动间隙调整臂等。5 完善的服务：依托集团遍布全国的200多个特约服务站，全方位、高效率，迎合用户需求的服务理念是我们追求的终极目标。6.2机架设计车架把发动机底盘和车身中各个重要总成连成一个整体。车架的功用是做这些总成的安装集体，承受载荷，包括汽车自身零部件的质量和承受行驶时所受的冲击扭曲惯性力等。虽然目前市场上一体式车架占了大半江山，但仍有部分汽车将车架作为独立的机件，车身或驾驶室通过弹性支撑安装于车架上，可减轻车身内的噪声和振动。现代的车架有大梁式承载式钢管式等。大梁式是最早出现的车架类型（从世界上第一辆汽车开始沿用至今）。大梁式车架的原理很简单：将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后再这个钢架上安装发动机悬架车身等部件，这个钢架就是名副其实的“车架”。大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低。致命的缺点是钢制大梁质量大，车架质量占全车质量相当大的部分；此外，粗壮的大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间的利用率，大梁的厚度是安装在其上的坐厢和车厢的地台升高，使整车中心偏高。综合这些因素可见，梁式车架实用于要求有大载重量的火车，中大型客车以及对车架刚度要求很高的车辆，如越野车。大梁式车架形状有梯形，X型，Y型等。主要从车架的强度抗弯刚度扭转刚度及自身质量方面来考虑采用哪种结构形式。产量较低的轿车，由于产量少，为了控制成本，一般采用“共用平台”的策略。所谓的“共用平台”是指共用悬架，传动系统等底盘部件，然后再使车身与车架的形状吻合。但对于各个汽车厂家的不同车身造型，车架厂家的共用车架就不能实现真正意义上的共用。于是，钢管式车架便应运而生。顾名思义，钢管式车架就是用很多钢管焊接成一格框架，在将零部装在这个框架上。它的结构简单，很适合小规模生产，20世纪5070年代英国有很多小规模的车厂生产各式各样的汽车，都是用自行开发制造的钢管车架，这也是钢管车架的全盛时期。时至今日仍采用钢管车架的都是一些产量较小的跑车厂，如蓝博尼和TVR，原因是可以省去冲压设备的巨大投资。由于对钢管车架进行局部加强十分容易（只须加焊钢管），字啊质量相等的情况下，往往可以得到比承载式车架更强的刚度，这也是很多跑车厂仍乐于用它的原因。有了钢管车架，汽车厂商又研制出了铝合金车驾。铝合金车架将铝合金条梁焊接铆接或贴合在一起组成一格框架，可以理解为钢管车架的变种，只是铝合金是方梁状而非管状。铝合金车架最大的优点是轻。但是成本高，不宜大量生产，而是铝合金本身的特性决定了其承载能力受限制，暂时只有少数车厂运用在小型的量产跑车上，如莲花ELISE和雷诺SPIDER 。副车架并非完整的车架，只是支承前后车桥悬架的支架，使车桥悬架通过它再与“正车架”柔性相连以提高乘坐的舒适性，习惯上称为“副架”。副架的作用事阻隔振动和