机械毕业设计（论文）-液压挖掘机行走装置设计【15张优秀】.doc

福建工程学院毕业论文 I 题 目：液压挖掘机行走装置设计 专业名称：机械制造及其自动化 班 级： 机械 0805 姓 名： 学 号： 指导老师： 日 期： 液压挖掘机行走装置设计 II 液压挖掘机行走装置设计液压挖掘机行走装置设计 摘要摘要：当今随着科技的不断进步与发展，各行各业都面临着技术的革新，同时也面临着来自多方面 的挑战。而随着社会的发展进步，工程机械在各行各业中起到了举足轻重的地位。然而，在不同的 环境下，对挖掘机等工程机械的大小、性能的要求有所不同， 各种性能参数决定其工作环境。工程 机械在国民生产中有着很重要的位置，它在很大程度上取代了原始的、落后的生产工具，它在现今 中国和全世界的飞速发展的今天功不可没。而挖掘机的行走装置是整个机械的支撑部分，它承受机 械的自重及工作装置挖掘时的反力，使挖掘机稳定的支撑在地面工作，也是挖掘机在工作场地自由 移位的装置。行走装置设计的好坏会影响挖掘机的机动性、爬坡能力、越野性能、接地比压以及挖 掘机的稳定性等。 本设计的主要内容为：SY135C-8 型液压挖掘机底盘总体方案设计；绘制装配草图和总装配图； 行走装置牵引力的计算；行走装置传动方案的选择和传动比的设计计算；一些主要零部件的强度校 核；张紧装置、行走架和四轮一带的选型设计；绘制零、部件图和总装配图，编写设计计算说明书。 本设计的主要特点是：本方案设计中提出多种方案，从理论上、实际经验上、可靠性、可实现 性、综合性能等进行方案比较，从而选择最佳方案。技术设计中应考虑总体配置合理、安全；选材、 加工方法和技术条件可行；制图正确、标注齐全符合国家标准。充分注意整机各子系统之间的相关 性，力求整机性能的一致性和最优化性。 关键字：液压挖掘机、行走装置、底盘。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 福建工程学院毕业论文 III The design of Hydraulic Excavator Walking Device as technology continues to progress and development all walks of life are faced with technology innovation, is also facing challenges from a wide range 液压挖掘机行走装置设计 IV 福建工程学院毕业论文 V 目录目录 目录 摘要.II 1 绪论.1 1.1 挖掘机行走装置的组成.1 1.2 国内外挖掘机行走装置的研究现状.2 1.2.1 行走装置的国外研究现状 .2 1.2.2 行走装置的国内研究现状 .3 1.3 液压挖掘机的分类与优缺点及适用范圈.4 1.4 课题研究的主要内容 .4 本设计所要完成的主要任务.4 1.6 课题研究的目的和意义 .5 2 挖掘机行走装置的总体方案设计.6 2.1 履带式液压挖掘机的组成 .6 挖掘机行走装置设计的依据.6 履带式行走装置的主要特点.6 设计的主要参数 .7 挖掘机行走装置总体设计原则.7 挖掘机行走装置总体设计的方法.8 挖掘机行走装置的动力装置的比较与选型.8 行走装置传动方式的确定.9 机械式.10 液力机械式 .10 液压挖掘机行走装置设计 VI 全液压式（静液压式和液压机械式）.11 电力式.11 行走装置行走方式的确定.12 液压挖掘机行走装置的设计原则.12 液压挖掘机行走装置的介绍与比较.13 3 挖掘机行走装置的详细设计.16 3.1 行走装置的总体几何尺寸设计.16 3.2 行走装置驱动轮的设计.18 主要参数的确定.18 强度校核 .19 行走装置轮边减速器的设计.20 行星齿轮的传动特点.20 行星减速器传动方案的选定.21 3.3.3 减速器传动比的分配原则.22 3.3.4 行星减速器齿轮的配齿.22 行走装置功率及挖掘力的设计.23 3.4.1 发动机功率.23 液压功率.23 挖掘力参数Pf的计算.23 最大转弯力矩的计算.24 平均接地比压的计算.24 3.5 行走装置的牵引力计算 .24 3.5.1 履带运行阻力计算.25 3.5.2 牵引力的校核：.34 3.6 行走装置液压马达的选型.34 3.7 行走装置张紧机构的设计 .36 液压挖掘机张紧装置的结构及工作原理.36 履带式底盘对张紧装置的设计要求.37 张紧弹簧的设计.38 弹簧强度的校核.42 福建工程学院毕业论文 VII 张紧油缸主要尺寸的设计.43 行走装置四轮一带等零件的选型.44 履带的选型 .44 支重轮的选型 .45 托链轮的选型：.45 3.9.4 导向轮的选型.46 3.9.5 驱动轮的设计.47 3.9.6 行走架.47 3.9.7 推土装置.47 4 设计总结.48 参考文献.50 液压挖掘机行走装置设计 VIII 福建工程学院毕业论文 1 1 绪论绪论 1.1 挖掘机行走装置的组成挖掘机行走装置的组成 履带式行走装置如图所示由四轮一带（即引导轮、支重轮、托 链轮、驱动轮、履带） ，张紧装置，行走机构，行走架，推土装 置（选用）组成。 图履带式行走装置 挖掘机行走运行时，驱动轮在驱动力矩的作用下产生一个拉力，企图把履带从支重 轮下拉出，由于支重轮下的履带与地面间有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使整 机克服阻力向前移动使驱动轮卷动履带，导向轮再把履带铺设到地面上，从而使挖掘机 沿着履带轨道向前持续运行。挖掘机转向时，由安装在两条履带上、分别由液压泵供油 的行走马达通过对油路的控制，很方便地实现转向或就地转弯，以适应挖掘机在各种地 面、场地上运动。下面介绍主要组成部分的功能和结构特点： 支重轮：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，支重轮的工况恶劣，密封性要求可靠；支重轮的布置设计 需考虑履带链轨的节距，以免引起下车共振现象。 托链轮：用于托起上部履带，防止其过度下垂。在托链轮的布置设计时，需考虑履 带脱离驱动轮的离去角和滑向引导伦的引入角，以减小履带运行过程时的内阻。托链轮 的结构与支重轮类似，所以在有些挖掘机上用支重轮来替代。 履带：履带是将挖掘机的重力及工作和行走时的载荷传给地面。挖掘机履带按材质 可以分为钢履带与橡胶履带；钢履带耐磨性好，维修方便，经济性好因而运用普及； 橡胶履带是为了保护路面不受损伤一般运用在小型液压挖掘机上。钢履带由履带板、链 轨节、履带销轴和销套等组成；常用履带板分为单筋、双筋和三筋三种，单筋履带板 液压挖掘机行走装置设计 2 筋较高，易插入地面产生较大的牵引力，主要用于推土机上；双筋履带板筋稍矮易于转 向，且履带板刚度较好，三筋履带板由于筋多，使履带板的强度和刚度都得以提高，承 重能力大，所以在挖掘机上广泛应用，三筋履带板上有四个联接孔，中间有清泥孔， 当链轨绕过驱动轮时可借助轮齿清除链轨节上的淤泥；相邻两履带板制成搭接部分，防 止履带板之间夹进石块而产生过高的张力。 导向轮：导向轮用于引导履带正确运转，可以防止跑偏和越轨，大部分液压挖掘机 的导向轮同时起到了支重轮的作用，这样可增加履带对地面的接触面积，减小比压。导 向轮的轮面大多制成光面，中间有挡肩环作导向用，两侧的环面则能支撑轨链起支重轮 的作用。导向轮的中间挡肩环应有足够的高度，两侧边的斜度要小，导向轮与最靠近的 支重轮距离愈小则导向性能愈好。 驱动轮：用来将行走机构的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求是啮合平稳， 并在履带因销套磨损而伸长时，仍能很好啮合，不得有“跳齿”现象。履带行走装置的 驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履带张紧段的长度，减少功率损失，又可提高履带 的使用寿命。 1.2 国内外挖掘机行走装置的研究现状国内外挖掘机行走装置的研究现状 1.2.1行走装置的国外研究现状行走装置的国外研究现状 近些年来，随着微电子技术，计算机技术，制约技术通信技术等新技术的日益渗透 到液压挖掘机技术中，智能化的进一步运用，使得动力系统内部一些制约元件能够随着 挖掘机具体工作情况而改变，从而提高工作效率，使操纵变得更容易。世界各工业发达 国家的液压挖掘机技术得以迅速提高，像国外的这些厂家如日本的小松、日立、神钢、 住友等，美国的卡特，韩国的大宇、现代，尤其是德国的挖掘机，技术都已经很先进了。 而今，挖掘机技术更是朝着智能、环保的方向进展，像 Carnegie Mellon 大学的自主装 载系统、澳大利亚机器人中心、英国兰卡斯特大学的智能挖掘机等都在开始新兴技术的 融合进展，上世纪 80 年代初, 美国 KraftTeleRobtics 公司和 John Deere 公司等都相 继成功开发出遥控挖掘机，日本小松制作所以 PC200- 2 型液压挖掘机为基本机型进行 遥控挖掘机研制【1】 【1】 。 如今，随着市政设施及公路养护压力的增加，工程机械行业主机面临着向更小发展 的趋势，可靠耐用的小型工程机械将成为市场追逐的热点之一。 因此，与其相配套的 基础零部件也需要向体积更小效率更高以及寿命更长发展。同时，各类吨位工程机械造 福建工程学院毕业论文 3 型外观的升级也对基础件的空间占用设计提出了更高的要求【2】 【2】 。所以挖掘机逐渐的向 节约空间的紧凑型方向发展，本设计将对行走装置向这方面进一步改善。 据统计，2011 年 11 月份，主要合资生产企业斗山、小松、日立分别实现销售 1513、2000 和 1451 台，同比增长 6.9%、38.4%和 34%；市场份额 10.5%、13.9%和 10.1%， 同比下降 5.7、2.6 和 2.3 个百分点。 11 月份，民族挖掘机品牌三一、山河智能、柳工和厦工销量 2105、391、475 和 205 台，同比分别增长 297.2%、98.5%、70.9%和 105%；市场份额 14.7%、2.7%、3.3%和 1.4%， 同比分别上升 8.6、0.5、0.1 和 0.3 个百分点；其中三一单月份额首次跃居行业第一， 这也是三一历史上单月份额最高的一个月。前 11 个月累计，斗山、小松、日立份额分 别下降 2.24、0.95 和 1.37 个百分点；三一、厦工和柳工分别提升 1.81、0.46 和 0.12 个百分点【3】 【3】 。 面对国内挖掘机的发展前景，我们应看准时机打出自己的品牌，抢占市场，从而提 高国际知名度。 1.2.2行走装置的国内研究现状行走装置的国内研究现状 从国内挖掘机的市场和企业的发展状况，我们不难看出国内挖掘机的行走装置发展 存在着几个问题【4】 【4】： 结构单一，没有自己的品牌； 配套系统不健全，产品自主开发能力不足； 很多企业一哄而上，没有优化资源，将企业做大形成强有力的竞争力。 同时，国产挖掘机规格主要集中在 30t 以下，6t 以下的规格比较齐全，以 1.5t- 30t 基本形成系列，200t 以上基本空白，因此我国挖掘机还处于“进展期” 。我国挖掘 机企业在研发系统和试验系统建设方面雏形难见，产品的开发基本上处于仿造阶段，电 控技术只有山东众友等少数公司自己开发，大多数企业都在选购。节能减排，降噪安全 部件精细作业的工作装置、不同功能的附属装置等方面的研发个别企业才刚刚起步，大 多数企业没有能力涉及。目前我国挖掘机的质量问题主要体现在：结构件、电控、发动 机、液压件等核心部件，以及诸如轴销、司机室、四轮一带等其他部件。国内挖掘机厂 家诸如广西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龙工集团等，正 在崛起的江西南特、桂林华力、湖南九五重工、南昌华工、大连黑猫、合肥振宇等。 但是，小型液压挖掘机发展迅速，因为其兼具有中型挖掘机的多项功能，又具有运 输、能耗、灵活性、适应性等方面优势。而且价格低、重量轻保养维修方面等优点得到 液压挖掘机行走装置设计 4 广泛的应用【5】 【5】 。故此在本设计主要针对小型挖掘机，同时对其中涉及的零部件进行规 划性的设计，以方便实现流水线生产。 1.31.3 液压挖掘机的分类与优缺点及适用范圈液压挖掘机的分类与优缺点及适用范圈 按行走方式分类 轮胎式：液压挖挖掘机它可以分为标准汽车底盆、特种汽车底盘、轮式拖拉机 底盘和专用轮胎底盘式。轮胎式液压挖掘机主要用于城市建筑等部门。 履带运行和支撑装置：这种装置可分为刚性多支点和刚性少支点、挠性多支点 和挠性少支点四种。斗容量大于的挖掘机多用履带行走装，履带式挖掘机主要用于 露天开采和矿场开矿。 迈步式运行装置：这种装置又可分为偏心轮式、绞式、滑块式和液力式。迈步 式又称步行式挖掘机主要用在松软土壤和沼泽地等接地比较小的工作场所的剥离作业。 有些大型采砂场也使用这种迈步式挖掘机。 1.4 课题研究的主要内容课题研究的主要内容 ）了解挖掘机的组成，以及挖掘机各种行走装置的优缺点。 ）熟悉行走装置的设计流程。 ）根据工作要求正确选用行走装置的设计方案。 ）根据相关的基本参数，进行挖掘机行走装置的设计。 ）绘制行走装置的装配图及零件图。 ）整理资料，撰写论文。 本设计所要完成的主要任务本设计所要完成的主要任务 ）行走机构的总体结构方案设计，绘制草图和总装配图； ）液压马达的选型设计及减速器传动比设计； ）行走装置的选型及设计； ）张紧装置的选型及设计； ）履带链环的选型及设计； 福建工程学院毕业论文 5 ）支重轮、托链轮、履带的选型； ）所有零、部件设计计算、绘制零、部件图。 1.6 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 液压挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、农田水力、油田矿山、市政工程、机 场、港口等部门土石方施工中，占有重要位置。并反映了这些部门施工机械化水平。该 课题结合机械设计专业的教学内容和国内外液压挖掘机的应用与发展。对履带式液压挖 掘机底盘作较深入的分析研究。根据设计依据及要求，完成挖掘机行走机构总体及减速 器传动设计，进一步掌握挖掘机的设计方法和步骤。通过毕业设计，使我们进一步巩固、 加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化；培养我们 独立思考、独立工作和综合运用已学知识分析与解决实际问题的能力，尤其注重培养我 们独立获取新知识的能力；培养我们在方案设计、设计计算、工程绘图、文字表达、文 献查阅、计算机应用及工具书使用等方面的基本工作实践能力；使我们树立具有符合国 情和生产实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探 索、勇于创新、善于与他人合作的工作作风。 液压挖掘机行走装置设计 6 2 挖掘机行走装置的总体方案设计挖掘机行走装置的总体方案设计 2.12.1 履带式液压挖掘机的组成履带式液压挖掘机的组成 液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。 液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包 括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。液压挖掘机一般由 工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。其相应的布置如图。 图挖掘机的基本组成 福建工程学院毕业论文 7 挖掘机行走装置设计的依据挖掘机行走装置设计的依据 履带式行走装置的主要特点履带式行走装置的主要特点 机器的全部重量经支重轮压在履带的接地段上，附着重量等于整机重量。这 相当于全轮驱动的轮式机械。履带与地面之间的附着力由履带与地面之间的摩擦力和切 入土壤的履齿所受的土壤剪切变形抗力构成，故附着性能较好； 与同功率的轮式机械相比，由于履带支承面积大，接地压力较小（一般小于 ）所以对于泥泞、藻泽和松软路面的通过性较好； 履带式行走机构总量大，运动惯性大，内部构件运动冲击大，因而运行速度 受限制，一般用于低速场合； 结构复杂，机构内部的活动关节多，且磨损严重，维修工作量大，保养调整 不便； 牵引力大（通常每条履带的牵引力达机重的） ，转弯半径小，机 动灵活； 采用液压传动，能实现无极调速； 每条履带各自有驱动的液压马达及减速装置。 设计的主要参数设计的主要参数 工作质量 ： 标准铲斗容量： 额定功率 ： 行走速度（高低）： 液压挖掘机行走装置设计 8 回转速度： 爬坡能力： 挖掘机行走装置总体设计原则挖掘机行走装置总体设计原则 在设计新机械或对现有机械进行改造设计时，设计人员应遵循的基本原则： 满足使用要求、满足经济性的要求、满足劳动保护的要求、满足工艺性的要 求、满足机器的结构性能要求、满足某些零部件的耐磨性的要求、满足其他特殊要求。 这些要求应贯穿于机械设计的各个阶段； 各个部件或总成的性能应相互协调、匹配，力求整体性能的一致性和最优 化，不可盲目追求某个局部的最佳性能，否则，可能造成整体性能恶化，或产生薄弱环 节（即瓶颈现象） ； 整机、部件选型及处理某些问题时，应综合考虑技术上的先进性与经济上 的合理性，实现的可行性与可靠性； 正确分析所设计的机器在同类机器系列中所处的地位，应为发展系列产品 打下基础，留有余地； 由于工程机械的工况多变，受载情况复杂，应科学地处理小概率的极端工 况下的受力分析及相关技术问题； 正确地处理继承与创新的辩证关系，应以采用成熟技术、成熟可靠地机电 零部件进行精心设计和科学的综合为主，也应通过深入的理论分析，进行必要的科学实 验。 挖掘机行走装置总体设计的方法挖掘机行走装置总体设计的方法 由于总体设计所涉及的技术问题十分复杂，综合运用多科学的理论知识开展设计是 基本的方法。又因工程机械的理论和方法并不完善，经常遇到难以从理论上解决的问题。 福建工程学院毕业论文 9 所以在此下列所述的方法解决： 采用国内外技术成熟的同类机械的性能参数，取得参考值； 对现有国内外同类机器的某种性能参数进行统计分析，找出规律或综合成 经验公式来处理问题； 进行一定的模拟试验，以试验结果作为设计依据； 采用相似原理的方法，根据现有的同类机器的主要参数，按一定比例关系 放大或缩小来初步确定相对应得参数。 挖掘机行走装置的动力装置的比较与选型挖掘机行走装置的动力装置的比较与选型 考虑到挖掘机所需的动力较大，环境与经济方面的问题，普通的的电力发动机和逐 渐退出舞台的蒸汽机已经无法满足挖掘机的动力需求。所以这里考虑的主要是燃油机， 其所产生的动力与经济效益，已经逐渐成为中、大型机械的主导动力源。而当今燃油机 的主要产品有两大类为：汽油机和柴油机。这里主要对这两种燃油机进行比较分析，从 而选出适合挖掘机的发动机。 柴油发动机的优点有：热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法提高空气 温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时 自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单， 因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需 要，柴油机压缩比很高。 汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花 塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷 油咀将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压 下自燃，推动活塞作功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。 汽油机汽车具有转速高（轿车用汽油机转速可高达转分，货车用 汽油机达转分左右）质量轻、工作时噪声小、起动容易、制造和维修费用低等 特点，故在中、小型货车及军用越野车上得到广泛应用。其不足之处是燃油消耗较高， 因而燃油经济性较差。柴油机车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机车低左右， 所以燃油经济性较好。一般货车大都采用柴油机。柴油机的弱点是转速较汽油机低（一 般最高转速在转分左右） 、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵 液压挖掘机行走装置设计 10 和喷油器加工精度要求高） 。但目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服，它的应用范 围正在向中、轻型货车扩展。国外柴油轿车也有很快的发展，其最高转速可达转 分。 通常，柴油发动机与汽油发动机相比热效率高，因而从节约能源、降低燃料 成本角度上讲，柴油发动机的推广使用具有重大意义。柴油发动机与汽油发动机相比具 有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应比汽油低，一氧 化碳与碳氢排放也低，在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于汽油机。柴油机的不 足之处是有害颗粒物排放大。近年来，柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催 化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油发动机的排放已达到欧、欧排放标准。 在欧洲，柴油车比较普及，随着环保与节能可持续发展的严格要求，柴油机将成为主导 的产品。 普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。 这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而随着 电控柴油机的共轨喷射式系统的产生与应用，较好解决了这个问题。 所以从挖掘机作业环境与工作要求，同时考虑到经济与环境保护的方向出发，选择 柴油机作为挖掘机的动力源是最佳的选择。 行走装置传动方式的行走装置传动方式的确定确定 传动系是动力装置和行走机构之间的动力传动和操纵、控制机构组成的 系统。它将动力装置输出的功率传给驱动轮，并改变动力装置的功率输出特性以满足工 程机械作业行驶要求。 传动系根据动力传动形式分为机械式、液力机械式、全液压式和电传动式等四种传 动系统类型。 机械式机械式 所谓机械传动是指传动系统中采用刚性零部件传递动力的方式。它是通过齿轮、齿 条、带、链等机件传递动力和进行控制。工程机械中使用机械传动系统由来已久。下面 介绍轮胎式与履带式行走的机械式主要传动路线，同时比较机械式传动的优缺点。 福建工程学院毕业论文 11 轮式：发动机主离合器变速箱传动轴主传动器、差速器轮边减速器； 履带式：发动机主离合器变速箱传动器（中央传动）终传动装置； 优点：结构简单，工作可靠，价廉，传动效率高，可利用惯性作业等。 缺点：当外阻力变化剧烈时易熄火； 换档时动力中断时间长； 机械循环作业时频繁换档劳动强度大； 传动系零部件受到的冲击载荷大； 机械变速箱档位较多，结构复杂。 液