KCJ25型柏油路面开槽机设计【说明书+CAD】
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单位代码02学号080105655分类号TH6密级秘密毕业设计说明书KCJ25型柏油路面开槽机设计院（系）名称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名金贺指导教师薛东彬2012年5月3日黄河科技学院毕业设计说明书第I页KCJ25型柏油路面开槽机设计摘要开槽机主要用于沥青、水泥路面裂缝病害处治时的开槽作业，通过特质刀片快速将不规则裂缝整理成均匀的凹槽，形成新的结合面。我国在过去的几十年中，高速公路建设的速度很快，规模也达到了顶峰时期，并且在将来的一段时间中也将持续的发展，同时公路运输完成的运输量也在迅速的增加。由于我国气候和车辆超载严重等诸多原因，新修的柏油路通车几年就产生了车辙、开裂、泛油、坑槽等一些早期损坏现象。鉴于此，对高速公路早期损坏进行小型维修是很必要的，特别是对裂缝和坑槽的修补，可以延长公路的寿命，对社会和经济效益都有很大的作用。而对这些局部损坏路面的修复又主要是通过灌封填补实现的。因此，一台高效率的柏油路面开槽机是十分必要的。目前开槽机广泛应用于公路建设及市政工程中的新路面收缩缝的切割，以及旧混凝土路面维修切割和开槽切割作业。其工作原理可以简单地描述为通过动力驱动刀轴带动刀片运动完成开槽作业。本文较为详尽地描述了KCJ25柏油路面开槽机的开发设计过程。关键词开槽机，柏油路面，损坏，修补黄河科技学院毕业设计说明书第II页KCJ25ASPHALTSLOTTINGMACHINEDESIGNAUTHORJINHETUTORXUEDONGBINABSTRACTSLOTTINGMACHINEISMAINLYUSEDFORASPHALT，CEMENTPAVEMENTCRACKSDISEASETREATMENTSLOTTINGOPERATIONS，IRREGULARCRACKSTHROUGHTHECHARACTERISTICSOFTHEBLADEQUICKLYORGANIZEDINTOAUNIFORMGROOVETOFORMANEWJOINTSURFACECHINAINTHEPASTFEWDECADES，THESPEEDOFTHEHIGHWAYCONSTRUCTIONWILLSOONSCALEREACHEDITSPEAKPERIOD，ANDWILLCONTINUEINTHEFUTUREPERIODOFTIMETHEDEVELOPMENTOFTRANSPORTBYROADTRANSPORTALSOINCREASEDRAPIDLYSERIOUSOVERLOADINGANDSOMANYREASONSDUETOOURCLIMATEANDVEHICLES，THENEWLYBUILTPAVEDROADOPENTOTRAFFICAFEWYEARSTOPRODUCEARUTTING，CRACKING，WEEPING，PITSSOMEOFTHEEARLYDAMAGEPHENOMENONVIEWOFTHIS，THEHIGHWAYEARLYDAMAGEISNECESSARYTOCARRYOUTMINORREPAIRS，ESPECIALLYTHEREPAIROFCRACKSANDTRENCHES，CANEXTENDTHELIFEOFTHEROAD，HASASIGNIFICANTROLEINTHESOCIALANDECONOMICBENEFITSREPAIRFORLOCALIZEDDAMAGETOTHEROADISMAINLYACHIEVEDBYPOTTINGTOFILLTHEREFORE，ANEFFICIENTASPHALTSLOTTINGMACHINEISVERYNECESSARYSLOTTINGMACHINEISWIDELYUSEDINROADCONSTRUCTIONANDMUNICIPALPROJECTSINTHENEWPAVEMENTCONTRACTIONJOINTCUTTING，ASWELLASTHEMAINTENANCEOFTHEOLDCONCRETEPAVEMENTCUTTINGANDSLOTTINGCUTTINGOPERATIONITSWORKINGPRINCIPLECANBESIMPLYDESCRIBEDASDRIVENBYPOWERDRIVENBLADESHAFTBLADEMOVEMENTSLOTTINGOPERATIONSMOREDETAILEDDESCRIPTIONOFTHEKCJ25ASPHALTSLOTMACHINEDEVELOPMENTANDDESIGNPROCESSKEYWORDSSLOTTINGMACHINE，ASPHALT，DAMAGE，REPAIR黄河科技学院毕业设计说明书第III页目录1绪论111课题的背景及目的112国内外研究状况213课题研究方法214论文构成及研究内容32总体方案设计421设备介绍4211开槽机的工作原理和组成4212开槽机的分类4213开槽机的作用5214应用限度522设计要求523设计方案分析624刀具分析6241刀具材料的选择6242刀盘整体构造的确定7243切削刃几何角度的选择825带传动的设计826轴的设计12结论16致谢17参考文献18黄河科技学院毕业设计说明书第1页1绪论11课题的背景及目的近年来国内公路建设发展迅速，且不说绝大多数城市干道和城际通道几乎全部以公路为主，继国家实施“村村通（公路）”政策以来，广大农村地区的柏油马路更是如雨后春笋般被建出来。据调查，截至到2009年底，全国公路总里程达到230万公里，其中等级公路里程15918万公里，占公路总里程的825。按公路技术等级分，各等级公路里程分别为高速公路41005公里、一级公路38381公里、二级公路246442公里、三级公路344671公里、四级公路921293公里，等外公路338752公里。由于沥青（柏油）路面具有足够的力学强度和一定的弹性、塑性变形能力，有高度的减振性，行车平稳舒适、噪声低，且不扬尘等特点，已修和待建的交通主干道，特别是高速公路大部分为沥青路面。虽然国内外对柏油路面的修筑进行了不懈的研究和总结，施工技术已较为完善，并得到了广泛的应用，但在存在着气候和交通荷载条件恶劣，车辆超载严重等问题，新修的柏油路通车几年就发生了车辙、严重丌裂、泛油、坑槽等一些早期损坏现象。其实即便是在筑路技术已经非常发达的国家，也难以避免马路破损的问题，因为它们毕竟是暴露在大自然的带状工程结构物，长期经受着日晒、雨雪、醅热、严寒和冻融，并承受着频繁交通瞬时动荷载的反复作用。据统计，高等级公路的一般设计寿命为1215年。有路面破损，自然就需要及时的养护和修复。而我国在八十年代末和九十年代初修建的沥青路面已经进入了养护维修期，有些路面的破损己相当严重。特别是近几年大量修建的沥青路面，由于各种原因使许多沥青路面出现早期破损现象，提早进入养护维修期，其中某些路面第一年修建第二年便出现破损，需要维修；而有些路面甚至出现当年修建当年维修。但通过大量的调查研究发现，必须进行大面积维修的柏油路病害只占一定比例，更多的是诸如开裂、车辙、水损坏等局部的、个别的路面损坏，它们虽然降低了柏油路的使用性能，但大部分可以通过局部性的维修得到缓解。鉴于此，对高速公路早期损坏进行小型维修和经常性的养护是很有必要的，特别是对裂缝和坑槽的修补，可以延长公路的寿命，对社会和经济效益都有黄河科技学院毕业设计说明书第2页很大的作用。开槽机虽然是一小型机械，结构简单，但是它在路面局部维修和日常养护中作用巨大，开槽亦是施工中必不可少的环节，直接影响路面强度、寿命，因此其发展、开发也是必不可少。12国内外研究状况20世纪60年代初，我国公路建设处在以砂石路面为主的时代，可供公路养护用的机械很少，加上当时国家经济条件的限制，对公路养护投入的资金严重不足，公路养护大多以人工为主。改革开放以后，特别是高速公路的发展，为引进先进的养护机械创造了机遇。但是，我国的养护机械无论是产品性能还是品种、数量、质量都难以满足我国高等级公路维修养护作业的需要，部分类型的公路养护机械国内还不能自主生产。国内缺少混凝土切割理论，制约着切割工具的设计、机械的效率及刀具磨损，影响机器的工作与性能。因此，切割技术发展缓慢。经济发达国家很早就发展了公路的施工建设，养护管理工作同时也跟上了建设的步伐，由于日常养护工作做得好，这些国家高速公路虽然建成使用了近半个世纪，但至今仍在使用。他们在公路养护和管理方面有较完善的质量保证体系，普遍建立了公路养护计算机管理系统，并配备了先进的养护机械，在不断发展养护机械的同时，注重养护施工工艺与养护材料的研究与开发工作。近几年来，发达国家更加重视养护管理系统的建设，利用开发出的公路路况诊断检测、评估设备等多种养护辅助系统，实现对公路状况的自动检测与数据的采集，建立公路信息管理数据库，对公路路况实施动态管理，达到以预防为主的养护目的。13课题研究方法本次的毕业设计思想就在于了解社会生活需要，并运用所学理论知识尝试着独立解决工程实际问题。在此过程中，根据设计的需要一方面使大学期间所学理论知识（机械原理、机械设计）跟设计实践有一次结合的机会，有效地锻炼自己独立完成工程设计的能力；另一方面通过查阅有关资料、书籍、期刊和说明书的撰写提高自己资料检索和总结工程设计问题的能力。用CAXA绘制装配图和零件图的过程也使自己用工程工具和语言表述自己研究内容、方法和结论的能力得到了提高。黄河科技学院毕业设计说明书第3页14论文构成及研究内容本次毕业设计主要涉及动力机构，传动机构和轴的设计，合理的选择发动机以保证机器能够满足工作要求，而一个良好的传动机构能够提高发动机的工作效率，节约动力，降低运转成本；刀具只有安装在轴上才能正常工作，所以需要轴满足一定的强度和刚度要求，这是需要通过计算研究才能确定的。黄河科技学院毕业设计说明书第4页2总体方案设计21设备介绍211开槽机的工作原理和组成开槽机的工作原理可以简单地描述为通过动力驱动刀轴带动类似于盘铣刀的开槽刀具高速旋转完成开槽作业。其工作循环为电动升降机构按开槽的深度要求收起一定的长度，使切削刃与路面接触汽油机开始工作带动带轮工作同时开槽刀具开始开槽满足开槽要求后，汽油机停止同时开槽刀具停止开槽电动升降机构伸出刀具与路面脱离接触去下一个开槽点重复以上流程。其中，开槽机机工作过程中电动升降机构是单独工作的，如开始开槽工作前，电动升降机构电动旋转收起；开槽完毕后，电动升降机构旋转伸出；开槽过程中，他同样可以自由伸缩，方便开槽深度的调节。它主要由扶手、电动升降机构、发动机、发动机座架、皮带传动机构、燃油箱、车轮架、车轮、刀盘架、刀盘、主轴组成。发动机安装在发动机座架上，发动机座架通过螺栓和支杆与刀盘架刚性连接成一体，车轮架通过铰轴与刀盘架铰接。电动升降机构通过螺栓分别与发动机座架和车轮架相连接，皮带传动机构由小皮带轮、三角皮带、大皮带轮组成。212开槽机的分类1、按动力分类电动开槽机以电机作为动力源；液压开槽机以液压马达作为动力源；柴（汽）油开槽机以柴（汽）油机作为动力源。本文所设计的开槽机是以汽油机作为动力源的公路开槽机。它比较轻巧，外形美观、搬运移动比较轻巧方便，使用中的启动比较容易，但价格相对较贵，主要用于市政工程较薄混凝土层的切割。黄河科技学院毕业设计说明书第5页2、按重量分类可分为轻、中、重型开槽机。因为水泥混凝土路面在不同的龄期它的强度、刚度不一样。龄期越长，路面硬度就越大，不同配重重量的开槽机适应于不同龄期、不同路面硬度的需要。在开缝施工中以中型机为多，采用电动机作为动力源。213开槽机的作用几乎在一切建筑领域内，开槽机都可作为切割机械使用。路面开槽机主要适用于下列工程中开槽作业和切割作业（1）沥青桥面路面；（2）天然石板和人造石板；（3）混凝土部件、混凝土桥面路面以及混凝土基础。不过在每种场合，都必须根据拟予处理的材料的结构及其硬度，选择某一种类的切割圆盘。214应用限度开槽机的可能应用限度除了可取得的切割功率等外，还取决于下列因素（1）在开槽机内可以装得下的切割圆盘最大直径；（2）借助切割盘最大直径可以达到的最大切割深度；（3）由于开槽机外部尺寸引起的运输要求和应用空间要求；（4）开槽机的总重或开槽机可拆开的最大结构组合件的重量。22设计要求KCJ25型柏油路面开槽机本机主要用于沥青、水泥路面裂缝病害处治时的开槽作业，为在裂缝中灌入填充物做准备。其主要参数有1开槽深度030毫米；2开槽宽度10毫米；3）线速度700米/分钟；4）功率25千瓦；5）切削力2100N黄河科技学院毕业设计说明书第6页23设计方案分析方案一使用单片刀，在轴上安装一片刀进行对路面的开槽。方案二使用多片刀。因为切割路面对刀具的材料要求较为严格，而且切割时摩擦剧烈，产热量较大，所以使用单片刀对刀具的要求和损耗更高，使用多片刀刀具的寿命会长些。方案二较为合理。KCJ25型柏油路面开槽机的开槽刀具如下图所示，采用组合式结构。24刀具分析241刀具材料的选择开槽机的刀具类似于进行周铣的盘式铣刀，在开槽过程中，首先要保证刀具材料比被切削的材料更坚硬，并且要有足够的硬度承受切削过程中承受的压力；然后刀具也必须不易磨损，以抵抗与工件接触所产生的振动；为了保持切削刃的锋利，刀具还要能抵抗切削过程中产生的热量和磨损。现在大多数铣刀是由高速钢或者碳化钨制成的，但是由于硬质合金刀具具有能以比高速钢刀具快310倍的速度工作的独特优势，因此在注重效率的KCJ25型开槽机上理所当然地选用了硬质合金作为刀具切削部位的材料。同时，为了避免成本因此大幅增加，不参与切削又十分笨重的刀盘部分是由铸铁锻造而成的。黄河科技学院毕业设计说明书第7页图21槽机的刀具242刀盘整体构造的确定路面开槽机刀具应由齿轮状的刀体及合金刀头构成，这样可以延长单刀使用寿命，节省换刀时间，又不会大幅增加成本。在刀体每个齿的一侧由齿顶部到齿根部开一个圆形槽孔，并将一侧是圆柱或圆弧状的异型合金刀头镶嵌到刀体的槽内，使该合金刀头的圆弧面与刀体一侧的圆弧面重合，同时该合金刀头的底部向刀体的齿根部延伸并嵌入刀体内；其制造方法是将金属材料的刀体顶部按一定要求打圆形孔，并加工成齿轮状，然后选择所需要的尺寸，将刀头加工成圆一侧为圆柱或圆弧状的异型形状，之后将上述刀头凹嵌到刀体的一侧，使刀头的圆柱或圆弧面与刀体的圆柱或圆弧面重合，最后将刀体和合金刀头焊接在一起。黄河科技学院毕业设计说明书第8页为了在刀盘直径一定的情况下，获得尽可能多的齿数，使开槽机工作平稳，此开槽机采用如图所示结构，这同时也方便了切削刃的更换，避免了因部分切削刃损坏迫使整个刀盘被更换造成的浪费。表1标准系列铣刀直径与齿数的关系直径D/MM506380100125160200250315400500粗齿4444681012162025细齿68101216202634齿数Z密齿12182432405264由文献1，46可知，铣刀直径D125MM，由文献1，47可知，齿数Z6。243切削刃几何角度的选择方便起见，将开槽机切削刃和铣刀刀刃进行类比分析。由于相邻切削刃之间有间隔，可视为进行断续切削，因此前刀角应比进行连续切削的车刀前刀角小些，甚至可以取负值，以增加切削刃强度。并使角为较小值，以满足要求。此外，具有的前刀面也便于粉尘排出。为了减少铣削变形和铣削力，在保证铣刀有足够的强度和耐用度条件下，仍应增大铣刀前角，为了增加切削刃的耐冲击性，将刃倾角取为负值。25带传动的设计1、确定计算功率工况系数选为，故1KAKW2751PKACA2、选择V带带型根据、由文献2，811选用C型。CAP1N3、确定带轮的基准直径并验算带速D（1）初选带轮的基准直径1由表2和表3，取小带轮的基准直径MM，并取145035D11NMINR黄河科技学院毕业设计说明书第9页表2V带轮的最小基准直径槽型YZABCDE/MDIN）（205075125200355500表23普通V带轮的基准直径系列带型基准直径Y20，224，25，28，315，355，40，45，50，56，63，71，80，90，100，112，125Z50，56，63，71，75，80，90，100，112，125，132，140，150，160，180，200，224，250，280，315，355，400，500，630A75，80，85，90，95，100，106，112，118，125，132，140，150，160，180，200，224，250，280，315，355，400，450，50，560，630，710，800B125，132，140，150，160，170，180，200，224，250，280，315，355，400，450，500，560，600，630，710，750，800，900，1000，1120，C200，212，224，236，250，265，280，300，315，335，355，400，450，500，560，600，630，710，750，800，900，1000，1120，1250，1400，1600，2000D355，375，400，425，450，475，500，560，600，630，710，750，800，900，1000，1060，1120，1250，1400，1500，1600，1800，2000E500，530，560，600，630，670，710，800，900，1000，1120，1250，1400，1500，1600，1800，2000，2240，2500（2）验算带速）（MIN926106453106ND因为，故带速合适。INMI5（3）计算大带轮的基准直径黄河科技学院毕业设计说明书第10页M350L0D）（072145NIM8573402ID212根据普通V带基准直径系列表圆整为MD（4）确定V带的中心距和基准长度0AL1）初定中心距0根据式）（）（D210D21A70初定中心距900MM2）计算所需的基准长度根据式02D1D210D4AAL）（）（18001672353507MM由V带基准长度系列及长度系数表选定3）计算实际中心距A2LAD00123507994中心距的变化范围是8901050MM。（5）验算小带轮上的包角A357D18021）（94357）（0418（6）计算带的根数1）计算单根V带的额定功率黄河科技学院毕业设计说明书第11页由MM和1450，由参考文献2,84A得KW。35D11NMINR124P0根据1450，I207和C型带，由参考文献2,84B得。NIRKW7由表24得094K表24包角修正系数小带轮包角）（180175170165160155150145140135130125120K100099098096095093092091089088086084082由参考文献2,82得带长系数099，于是LKL0RP）（3214901274）（2）计算V带的根数Z9214357ZRCA取2根（7）计算单根V带的初拉力的最小值由表25得C型带的单位长度质量Q03MKG表25V带单位长度的质量带型YZABCDEQ（）MKG002006010018030061092）（）（）（N2364192630960575QZVKP22CA黄河科技学院毕业设计说明书第12页应使带的实际初拉力（8）计算压轴力压轴力的最小值为2SIN7936412SINF2Z1M0P）（25195（N）（9）带轮结构的设计1）带轮材料为HT200；2）由于带轮基准直径，所以采用轮辐式；30D3）技术要求轮槽工作面不能有气孔，沙眼；各轮槽间距的累积误差不超过08；轮槽表面粗糙度为3226轴的设计1、求输出轴上的功率和转矩1P1T由参考文献3,17可知，V带传动的效率096，一对球轴承的效率099，则1PKW829062522又MINR7N于是1TMN130P912、确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。表26轴常用几种材料的及值T0A黄河科技学院毕业设计说明书第13页轴的材料Q235A、20Q275、35（1CR18NI9TI）4540、35RCIMNS、38SIMNMO、3CR13/MPAT15252035254535550A14912613511212610311297由表3取105，于是得05M4270815NPD33MIN3、轴的结构设计取轴的最小轴径为128MM，带轮与轴之间采用类似于胀紧连接，定心性好，装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力高，并且有安全保护作用。因带轮宽为45MM，段轴取240MM，且与右端轴需要制出一个轴肩，所以段直径取130MM，段放置刀具所以与段安放带座外球面轴承，暂取段长度为162MM，段长度为195MM。图22轴结构4、轴的强度校核做出轴的计算简图，并做出弯矩图黄河科技学院毕业设计说明书第14页图23弯矩应力图轴的弯扭合成强度条件是黄河科技学院毕业设计说明书第15页WTM2T422CA）（）（）（代入得1CA满足强度要求27汽油机的选择根据所要求的额定功率P25KW，1450R/MIN选用百力通6117汽油机1N其排量993行程865MM缸径855MM3CM缸体双缸，铸铁缸套重量568KG尺寸（长宽高）601514626MM图24百力通34HP发动机黄河科技学院毕业设计说明书第16页结论在设计的开始，考虑到对开槽机的了解不是很多，不太清楚开槽机的工作过程，总体设计更是无从着手。在老师的指导和建议下，我耐心、细致地查阅了与数控技术相关的图书资料，并在互联网上参考了众多的图片及实物信息，从而在感官上对开槽机有了一个较好地认识。对开槽机设计主要在于刀具的选择，对切槽深度的控制，这相当于铣削加工，可以类比于铣削加工进行设计；选择切削深度就是对四杆机构的灵活运用，开始感觉复杂难办的设计，在进行细致的分析之后变得简单了，这也告诉了我，遇到难题不要胆怯与退缩，仔细分析研究，终会找到合适的方法解决的。经过长期认真地工作，我已完成开槽机设计及其零部件的设计。但是
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