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公路铣刨机整机的设计【优秀】【带UG三维】【word+5张CAD图纸】【毕设】

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摘要

随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。

路面冷铣刨机是一种高效的路面维修养护设备, 具有使用成本低、铣深范围广及不污染环境等优点。主要用于大面积路面铣刨破碎、常见病害的铣平修整以及路面拉毛作业。路面铣刨机的主要工作装置是铣刨转子，铣刨转子上均匀布置着按左右对称螺旋线排列的铣刀。铣刨转子是以垂直进给和水平进给两种方式进行工作。路面铣刨机以工作速度向前移动，铣刨转子旋转均匀分布于滚筒上并按螺旋线排列的铣刨刀，铣刨刀顺序接触路面，路面材料在铣刨转子刀具的冲击和挤压下破碎为颗粒状；同时呈螺旋状对称排列的刀具将铣下的废料向转子中央聚集，通过抛料板将废料抛到输送机上，并转移到指定位置和运输车辆上。

本设计说明书包括了整机的总体设计和计算，动力机构及行星减速器的设计，行走机构的设计，铣刨部分的设计，输料装置的设计，并对路面铣刨机械的技术发展趋势和市场前景做了简单介绍。

本说明书与图纸配套使用。

关键词：铣刨机；行星减速器；履带；输料装置；刀具

Abstract

With rapid advances in municipal roads and the construction of high-grade highways, mass maintenance time has come. As road maintenance and recycling equipment of main machine kind of pavement milling machine is one of a growing source of concern for experts of road maintenance and construction units.

Cold milling machine is a high performance pavement maintenance equipment, with low cost, wide range of milling depth and does not pollute the environment and so on. Mainly used for common disease of large area of broken pavement milling, milling picking jobs in flat trim as well as pavement. Road milling machine milling rotor are the main working device, evenly milled rotor layout arranged in a symmetrical helical milling cutters. Rotor is based on vertical and horizontal milling feed work in two ways. Pavement milling planing machine to work speed forward mobile, milling planing rotor rotating uniform distribution Yu drum Shang and by spiral arranged of milling Shaver, milling Shaver order contact pavement, pavement material in milling planing rotor tool of impact and extrusion Xia broken for particles shaped; while is spiral shaped symmetric arranged of tool will milling Xia of waste to rotor Central gathered, through throwing material Board will waste throwing to conveying machine Shang, and transfer to specified location and transport vehicles Shang.

The design specifications, including the the overall programme, power and design of the planetary gear reducer, mechanism design, milling parts design, design of the feeding device, and pavement milling machine technology trends and market prospects of doing a simple introduction.

Supporting the use of these instructions with drawings.

Keywords: milling planer ;planetary reducer ;track ;transporting machine ;tool

摘要III

AbstractIV

1 绪论1

1.1路面铣刨机及其发展概况1

1.1.1路面铣刨机的分类1

1.1.2路面铣刨机的应用特点2

1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理2

1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况3

1.2 路面铣刨机设计的指导思想5

1.3 路面铣刨机设计的设计原则5

1.4本文设计的主要内容5

2 路面铣刨机的总体设计6

2.1 路面铣刨机的选型6

2.2路面铣刨机的总体参数的选型6

2.3 路面铣刨机的总体布置8

2.4 铣刨机总体方案的设计8

3 铣刨机动力机构及行星减速器的设计10

3.1 发动机的选择10

3.2 传动形式的选择11

3.3 行星减速器的设计13

3.3.1 型行星减速器的运动设计13

3.3.2 减速器的结构设计17

4 铣刨机行走系统的设计20

4.1 铣刨机行走系统的基本要求20

4.2 铣刨机行走驱动形式20

4.3 导向与张紧缓冲装置的设计参数分析21

4.4 履带式铣刨机的运动学与动力学分析25

4.4.1 铣刨机行驶系统的运动学分析25

4.4.2 履带式铣刨机动力学分析26

4.5 附着条件决定的最大切线牵引力27

4.6 行走系统功率分析27

5 铣刨机铣刨系统的设计29

5.1 路面铣刨机铣刨转子排列方式分析29

5.2 路面铣刨机铣刨轮刀具排列参数分析30

5.3 路面铣刨机铣刨轮主要参数的研究34

5.3.1 铣刨轮的切削量34

5.3.2 铣刨轮直径35

5.3.3 铣刨轮最佳螺旋升角的选取36

6 输料系统的设计38

6.1 输料系统的主要功能部件38

6.2 输送带的跑偏及防偏措施40

6.2.1 跑偏的危害及原因40

6.2.2 输送带跑偏的常见处理方式40

7 总结与展望43

7.1 总结43

7.2不足之处及未来展望43

致谢45

参考文献46

附录48

1 绪论

1.1 路面铣刨机及其发展概况

路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削方式把沥青路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。公路建设部门对路面铣刨机等成套设备的需求会越来越迫切，需求量也会越来越多。

1.1.1路面铣刨机的分类

按照铣刨宽度，路面铣刨机可分为大中小三种，0.3~1.0米为小型；1.2~2.0米为中型，2.0米以上为大型。对于铣刨宽度小于或等于1.0米的小型铣刨机主要是机械传动，机械式传动工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低，但其结构复杂、操作不轻便、作业效率较低、牵引力较小，一般适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。铣刨宽度在1.2米以上的中型铣刨机主要是液压传动，液压式结构紧凑、操作轻便、牵引力较大，但制造成本高、维修较难，适用于切削较深的中、大规模路面养护作业。我国目前以生产小型路面铣刨机为主，且以 0.5米和1.0米两种规格居多，大中型产品基本上还是空白。

另外，按铣刨型式不同，可分为热铣和冷铣。热铣式因为增加了加热装置而使结构比较复杂，一般用于路面再生作业。冷铣由于适用范围广，目前占据主导地位。冷铣式配置功率比较大，刀具磨损比较快，切削料粒度较为均匀，可设置洒水装置喷水，使用广泛，且产品成系列；按铣刨机按行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮式的机动性好、换场方便，特别适合于中小型的路面作业。履带式多为铣削宽度2000mm以上的大型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程；按铣刨鼓旋转方向与行走方向不同，可分为逆铣和顺铣；按有无废料回收输送机，可分为输送式和无输送式；按铣刨鼓安装方式不同，可分为固定式和移动式。

1. 使用铣刨机铣削路面，可以快速有效地处理路面病害，使路面保持平整；

2. 道路的翻修工程采用铣削工艺可保持原路面的水平高程。铣削工艺可将损坏路面切除掉，由新材料填补原有空间，经压实后与原路面等高，保持路面的原有水平高程，这使穿行于高架桥或立交桥涵的路面载荷对桥体不致产生冲击载荷，并且桥涵通过高程不变；

3. 保证新旧路面材料的良好结合，提高其使用寿命。采用铣削工艺可使填料坑边侧及底部整齐、深度均匀，形成新旧料易于结合的齿状几何表面，从而使翻修后新路面的使用寿命大大提高；

4. 有利于旧路面材料的再生利用。由于可以掌握切削深度，铣削下来的材料不仅干净且呈规则的小颗粒，可以不用再破碎加工即可遮现场或固定料场再生利用，大大降低了施工成本，同时也是一种环境保护措施。

参考文献

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内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目公路铣刨机整机的设计 2、专题二、课题来源及选题依据课题来源于工厂。选题依据：沥青混凝土路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削的方法把沥青混凝土路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经再生处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青混凝土砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：实现铣刨机的行走，驻停，铣刨和废料收集传送；能够实现铣刨深度为0-300mm；铣刨宽度为4000mm ；铣刨速度为0-5m/min，行走速度为0-84m/min; 熟练地掌握UG仿真。四接受学生：机械94 班姓名陈双成五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：公路铣刨机整机的设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923159 学生姓名：陈双成指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：）2012年11月25日课题来源本课题来源于工厂。科学依据（1）课题科学意义沥青混凝土路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削的方法把沥青混凝土路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经再生处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青混凝土砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。（2）铣刨机的研究状况及其发展前景国外路面铣刨机起源于20世界50年代，经过50年的发展，其产品已成系列化，生产效率一般为150-2000，铣刨宽度0.3-4.2m，最大铣刨深度可达350mm，其机电液一体化技术已趋成熟，铣削深度可通过自动找平系统自动控制，同时为改善作业环境，延长铣削刀具的使用寿命，设计有喷洒水装置和密闭转子罩壳。为了减轻劳动强度，近年来开发的产品都带有回收装置，使铣削物从铣削转子直接输送到运载卡车上。国外制造厂商众多，主要有维特根、英格索兰、比泰利、卡特彼勒、戴纳派克等。维特根在国际上处于主导地位，尤其是小型铣刨机更是无人能及。主要生产SF和DC系列铣刨机，已形成了铣刨宽度从0.3-4.2米的近20种规格的产品系列，最大铣削深度为350mm，我国主要以进口该公司产品为主。比泰利已具有40年多制造铣刨机的历史，其SF系列冷铣刨机有11种型号，铣刨宽度为0.6-2.1米，铣刨深度340mm。卡特彼勒主要生产PR和PM两大系列，铣刨宽度为1.9-3.18，铣刨深度305mm，其铣刨机具有铣刨深度和铣刨表面自动调平自动控制功能，铣刨深度误差为3mm。戴纳派克主要生产PL系列铣刨机，铣刨宽度为0.35-2.1米，铣刨深度80-150mm。研究内容由于国内外已经具有先进的比较完善的铣刨机机型可参考，我们的总体方案设计可以充分利用现有资源，在原有的结构基础上进行类比设计和优化设计。针对铣刨机的每一个子系统，分析其功能、结构，了解国内外现有的结构，比较各种机构的优缺点，再结合当前技术的发展，提出新的或改进的系统结构设置。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）实验方案到工厂进行实地观察，仔细了解各部分的结构形式，弄清其工作原理。使用UG画出各个零件，再进行装配、修改，确定正确后，最后进行有限元分析，运动仿真，以检验方案的合理性与可行性。（2）研究方法实地考查 UG仿真研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：UG绘图。2013年4月12日-2013年4月25日：仿真，出工程图。2013年4月26日-2013年5月25日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：了解了公路铣刨机的工作原理，基本组成部分，强化了使用UG画图的能力，检验了四年学习的知识，提高了实践能力。特色或创新之处使用UG画三维图，出工程图，效果明显，方便改变参量，能够直观判断方案的合理性。采用固定某些参量、改变某些参量来研究问题的方法，思路清晰，简洁明了，行之有效。已具备的条件和尚需解决的问题实验方案思路已经非常明确，已经具备使用UG绘图的能力和图像处理方面的知识。使用UG仿真的能力尚需加强。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编编号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：公路铣刨机整机的设计公路铣刨机整机的设计信机系系机械工程及自动化专专业业学号： 0923159学生姓名：陈双成指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚信信承承诺诺书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）公路铣刨机整机的设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 94 学号： 0923159 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I无无锡锡太太湖湖学学院院信信机机系系机机械械工工程程及及自自动动化化专专业业毕毕业业设设计计论论文文任任务务书书一、题目及专题：一、题目及专题：1、题目公路铣刨机整机的设计 2、专题二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据课题来源于工厂。选题依据：沥青混凝土路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削的方法把沥青混凝土路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经再生处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青混凝土砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：实现铣刨机的行走，驻停，铣刨和废料收集传送；能够实现铣刨深度为 0-300mm；铣刨宽度为 4000mm ；铣刨速度为 0-5m/min，行走速度为 0-84m/min; II 熟练地掌握 UG 仿真。四四接受学生：接受学生：机械 94 班班姓名姓名陈双成五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 2012 年年 11 月月 12 日日至至 2013 年年 5 月月 25 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师签名签名签名签名签名签名教教研研室室主主任任学科组组长研究所学科组组长研究所所长所长签名签名系主任系主任签名签名2012 年年 11 月月 12 日日III摘摘要要随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。路面冷铣刨机是一种高效的路面维修养护设备, 具有使用成本低、铣深范围广及不污染环境等优点。主要用于大面积路面铣刨破碎、常见病害的铣平修整以及路面拉毛作业。路面铣刨机的主要工作装置是铣刨转子，铣刨转子上均匀布置着按左右对称螺旋线排列的铣刀。铣刨转子是以垂直进给和水平进给两种方式进行工作。路面铣刨机以工作速度向前移动，铣刨转子旋转均匀分布于滚筒上并按螺旋线排列的铣刨刀，铣刨刀顺序接触路面，路面材料在铣刨转子刀具的冲击和挤压下破碎为颗粒状；同时呈螺旋状对称排列的刀具将铣下的废料向转子中央聚集，通过抛料板将废料抛到输送机上，并转移到指定位置和运输车辆上。本设计说明书包括了整机的总体设计和计算，动力机构及行星减速器的设计，行走机构的设计，铣刨部分的设计，输料装置的设计，并对路面铣刨机械的技术发展趋势和市场前景做了简单介绍。本说明书与图纸配套使用。关键词关键词：铣刨机；行星减速器；履带；输料装置；刀具 IVAbstract With rapid advances in municipal roads and the construction of high-grade highways, mass maintenance time has come. As road maintenance and recycling equipment of main machine kind of pavement milling machine is one of a growing source of concern for experts of road maintenance and construction units.Cold milling machine is a high performance pavement maintenance equipment, with low cost, wide range of milling depth and does not pollute the environment and so on. Mainly used for common disease of large area of broken pavement milling, milling picking jobs in flat trim as well as pavement. Road milling machine milling rotor are the main working device, evenly milled rotor layout arranged in a symmetrical helical milling cutters. Rotor is based on vertical and horizontal milling feed work in two ways. Pavement milling planing machine to work speed forward mobile, milling planing rotor rotating uniform distribution Yu drum Shang and by spiral arranged of milling Shaver, milling Shaver order contact pavement, pavement material in milling planing rotor tool of impact and extrusion Xia broken for particles shaped; while is spiral shaped symmetric arranged of tool will milling Xia of waste to rotor Central gathered, through throwing material Board will waste throwing to conveying machine Shang, and transfer to specified location and transport vehicles Shang. The design specifications, including the the overall programme, power and design of the planetary gear reducer, mechanism design, milling parts design, design of the feeding device, and pavement milling machine technology trends and market prospects of doing a simple introduction. Supporting the use of these instructions with drawings.Keywords: milling planer ;planetary reducer ;track ;transporting machine ;tool V目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV1 绪论.1 1.1 路面铣刨机及其发展概况.1 1.1.1 路面铣刨机的分类.1 1.1.2 路面铣刨机的应用特点.2 1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理.2 1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况.3 1.2 路面铣刨机设计的指导思想.51.3 路面铣刨机设计的设计原则.51.4 本文设计的主要内容.52 路面铣刨机的总体设计.62.1 路面铣刨机的选型.62.2 路面铣刨机的总体参数的选型.62.3 路面铣刨机的总体布置.82.4 铣刨机总体方案的设计.83 铣刨机动力机构及行星减速器的设计.103.1 发动机的选择.103.2 传动形式的选择.113.3 行星减速器的设计.13 3.3.1 型行星减速器的运动设计.13 3.3.2 减速器的结构设计.174 铣刨机行走系统的设计.204.1 铣刨机行走系统的基本要求.204.2 铣刨机行走驱动形式.204.3 导向与张紧缓冲装置的设计参数分析.214.4 履带式铣刨机的运动学与动力学分析.25 4.4.1 铣刨机行驶系统的运动学分析.25 4.4.2 履带式铣刨机动力学分析.264.5 附着条件决定的最大切线牵引力.274.6 行走系统功率分析.275 铣刨机铣刨系统的设计.295.1 路面铣刨机铣刨转子排列方式分析.295.2 路面铣刨机铣刨轮刀具排列参数分析.305.3 路面铣刨机铣刨轮主要参数的研究.34 5.3.1 铣刨轮的切削量.34 5.3.2 铣刨轮直径.35VI 5.3.3 铣刨轮最佳螺旋升角的选取.366 输料系统的设计.386.1 输料系统的主要功能部件.386.2 输送带的跑偏及防偏措施.40 6.2.1 跑偏的危害及原因.40 6.2.2 输送带跑偏的常见处理方式.407 总结与展望.437.1 总结.437.2 不足之处及未来展望.43致谢.45参考文献.46附录.48 公路铣刨机整机的设计11 绪论绪论1.1 路面铣刨机及其发展概况路面铣刨机及其发展概况路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削方式把沥青路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。公路建设部门对路面铣刨机等成套设备的需求会越来越迫切，需求量也会越来越多。1 1.1.1 路面铣刨机的分类路面铣刨机的分类按照铣刨宽度，路面铣刨机可分为大中小三种，0.31.0 米为小型；1.22.0 米为中型，2.0 米以上为大型。对于铣刨宽度小于或等于 1.0 米的小型铣刨机主要是机械传动，机械式传动工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低，但其结构复杂、操作不轻便、作业效率较低、牵引力较小，一般适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。铣刨宽度在 1.2 米以上的中型铣刨机主要是液压传动，液压式结构紧凑、操作轻便、牵引力较大，但制造成本高、维修较难，适用于切削较深的中、大规模路面养护作业。我国目前以生产小型路面铣刨机为主，且以 0.5 米和 1.0 米两种规格居多，大中型产品基本上还是空白。另外，按铣刨型式不同，可分为热铣和冷铣。热铣式因为增加了加热装置而使结构比较复杂，一般用于路面再生作业。冷铣由于适用范围广，目前占据主导地位。冷铣式配置功率比较大，刀具磨损比较快，切削料粒度较为均匀，可设置洒水装置喷水，使用广泛，且产品成系列；按铣刨机按行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮式的机动性好、换场方便，特别适合于中小型的路面作业。履带式多为铣削宽度 2000mm 以上的大型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程；按铣刨鼓旋转方向与行走方向不同，可分为逆铣和顺铣；按有无废料回收输送机，可分为输送式和无输送式；按铣刨鼓安装方式不同，可分为固定式和移动式。图 1.1 轮式铣刨机无锡太湖学院学士学位论文2 图 1.2 2m 履带式铣刨机 1.1.2 路面铣刨机的应用特点路面铣刨机的应用特点1. 使用铣刨机铣削路面，可以快速有效地处理路面病害，使路面保持平整；2. 道路的翻修工程采用铣削工艺可保持原路面的水平高程。铣削工艺可将损坏路面切除掉，由新材料填补原有空间，经压实后与原路面等高，保持路面的原有水平高程，这使穿行于高架桥或立交桥涵的路面载荷对桥体不致产生冲击载荷，并且桥涵通过高程不变；3. 保证新旧路面材料的良好结合，提高其使用寿命。采用铣削工艺可使填料坑边侧及底部整齐、深度均匀，形成新旧料易于结合的齿状几何表面，从而使翻修后新路面的使用寿命大大提高；4. 有利于旧路面材料的再生利用。由于可以掌握切削深度，铣削下来的材料不仅干净且呈规则的小颗粒，可以不用再破碎加工即可遮现场或固定料场再生利用，大大降低了施工成本，同时也是一种环境保护措施。 1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理路面铣刨机的主要结构及工作原理一般铣刨机由发动机及行星减速器、行走机构、铣刨部分、输料装置等组成。公路铣刨机整机的设计3 图 1.3 铣刨机的总体结构1.动力系统 2.升降系统 3.传动系统 4.洒水系统 5.行走系统 6.液压系统 7.铣刨系统 8.转向系统 9.集料系统 10.车架系统 11.覆盖件系统 12.电气系统 1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况国内外路面铣刨机发展概况国外路面铣刨机起源于 20 世界 50 年代，经过 60 年的发展，其产品已成系列化，生产效率一般为 1502000，铣刨宽度 0.34.2m，最大铣刨深度可达 350mm，其机电液hm /2一体化技术已趋成熟，铣削深度可通过自动找平系统自动控制，同时为改善作业环境，延长铣削刀具的使用寿命，设计有喷洒水装置和密闭转子罩壳。为了减轻劳动强度，近年来开发的产品都带有回收装置，使铣削物从铣削转子直接输送到运载卡车上。国外制造厂商众多，主要有维特根、英格索兰、比泰利、卡特彼勒、戴纳派克等。维特根在国际上处于主导地位，尤其是小型铣刨机更是无人能及。主要生产 SF 和 2DC 系列铣刨机，已形成了铣刨宽度从 0.34.2 米的近 20 种规格的产品系列，最大铣削深度为 350mm，我国主要以进口该公司产品为主。比泰利已具有 50 年多制造铣刨机的历史，其 SF 系列冷铣刨机有 11 种型号，铣刨宽度为 0.62.1 密，铣刨深度 340mm。卡特彼勒主要生产 PR 和 PM 两大系列，铣刨宽度为 1.93.18，铣刨深度 305mm 其铣刨机具有铣刨深度和铣刨表面自动调平自动控制功能，铣刨深度误差为3mm。戴纳派克主要生产 PL 系列铣刨机，铣刨宽度为 0.352.1 米，铣刨深度 0300mm。国外的路面铣刨机技术已达到较高的技术水平，归纳起来有以下几个特点：1. 先进合理底盘结构，铣刨机底盘主要由全刚性车架及四轮行走结构组成，驱动及转向方式均以液压传动为主；2. 为充分发挥最佳铣削功率，铣刨机上自动液压功率调节装置可根据路面材料的硬度及铣削深度来控制铣刨转子进刀速度，即可自动调节铣刨转子转速和铣刨机行走速度，使铣刨机始终处于最大的功率利用状态，并且不会发生超负荷工作的情况；3. 增大发动机功率，同样铣削宽度新型铣刨机的功率越来越大，生产效率越来越高；4. 较大的铣削深度，新型铣刨机一次铣削深度超过 300mm，使得对整个行车道全厚度铺层进行铣刨成为可能；5. 性能良好的铣削转子，大多数冷铣刨机将铣刀固定在多块半圆形瓦片上，通过调整瓦片在转子上安装的多少来调整铣刨机的铣刨宽度；6. 简便的铣削物装载，铣刨机前部挂装输送装置即可完成快速收料，并将铣削物装在运载汽车上。通过液压缸调整卸料高度，并可使传送带可左右摆动 4050，从而实现路侧装料；7. 采用先进技术，如全轮驱动和机电液一体化控制技术、智能化故障诊断和维护系统、精确的自动找平系统、安全保护系统及功率自动分配系统；8. 大容量水箱、柴油箱容积更大，机器工作时燃油、冷却水加注间隔延长，待机时间索短；9. 模块化设计的发动机以及其外围部件，如液压泵、液压阀和冷却系统均装置在同一底架上，所有电磁阀都安装在同一个分配阀上，易于调整、检测和维修；无锡太湖学院学士学位论文4国内路面铣刨机的发展起始于 20 世纪 80 年代，开始是以拖拉机为底盘通过安装铣刨装置改装而成的，直到进入 90 年代才开始进行自行式铣刨机的研制。近两年有了一定的发展，主要机型的使用性能已完全能满足国内高等级公路及市政道路的养护要求，良好的性能价格比与国外进口产品相比也有较大的竞争优势，但在品种规格、技术水平及配套件等方面仍存在较大的差距。总体来看，国产铣刨机产品缺乏系列化，功能欠完善，技术含量低，工作可靠性差。目前仅以生产铣刨宽度 0.5 米和 1 米的两种轮式铣刨机为主，生产铣刨宽度 2 米铣刨机的只有徐州工程机械制造厂等几个少数厂家。国家经贸委已经明确指出将重点发展铣刨宽度 1.4-4.0 米，铣刨速度 0-3m/min，铣刨深度 0-300mm 的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。表 1-1：国内铣刨机主要生产厂商及主要机型情况表生产厂型号铣刨宽度（米）行走方式控制方式山西建筑机械股份有限公司CM20002.0m履带式数字电子CM19001.9m履带式数字电子西安宏大交通科技有限公司CM12001.2m轮式数字电子西安筑路机械公司LX2002.0m履带式数字电子XM2002.0m履带式数字电子XM1011.0m轮式徐州徐工筑路机械有限公司XM1001.0m轮式LXZYH20002.0m轮式数字电子镇江华晨华通路面机械有限公司LX10001.0m轮式KFX22002.2m履带式数字电子KFX20002.0m履带式数字电子沈阳北方交通工程司KFX10001.0m轮式天津鼎盛工程机械有限公司LX10001.0m轮式德国 Wirtgen 公司W20002.0m履带式数字电子瑞典 Dynapac 公司PL2000S2.0m履带式数字电子意大利 Bitelli 公司SF200L2.0m履带式数字电子就目前产品的技术水平而言，国产机型更多地借鉴了欧洲铣刨机的技术和经验，在动力、液压和控制系统上均采用了国际化的配套，可以说在系统配置上达到了国际先进水平。国内生产厂家以徐州工程机械制造厂、镇江华通机械集团公司、山东德州工程机械公司 3 家为主。徐州工程机械制造厂于 1999 年引进德国维特根 2000DC 铣刨机技术，通过消化吸收已形成了铣削宽度分别为 1 米和 2 米的系列化产品。镇江华通机械集团公司生产铣刨宽度 0.5 和 1 米两种型号的铣刨机，最近研制成功铣刨宽度 1.0 米的带回收装置的 LXZYH1000 型铣刨机。山东德州工程机械公司主要生产铣刨宽度 1 米的铣刨机，最近正在试制铣刨宽度 2 米的 LX2000 型铣刨机。在今后的市场竞争中，我国的铣刨机生产厂商应该发挥如下优势：利用我国已经加入 WTO 有利条件，树立国际化设计思想，加强国际间技术合作，技术上保持与国际发展水平同步，争取更大的高端产品市场；发挥本地化的优势，为用户提供及时的从整机技术到配件供给等全方位的服务；利用我国劳动力价格低廉的优势，降低整机成本，发挥价格优势，争取更多的中低端用户，扩大市场；注意研发符合我国道路特点的专公路铣刨机整机的设计5有技术及产品系列，为公路养护工程服务，促进我国公路交通事业的技术进步。随着公路交通事业突飞猛进发展，特别是经过“八五”和“九五”期间的快速健康发展，我国公路基础设施的总量取得了巨大的突破，到 2002 年底，公路总里程已达 176万 km，其中高速公路为 2.52 万 km、二级以上高等级公路 24 万 km。为保持道路通行的安全、舒适、快速，对它们进行及时、有效、高质量的养护将是今后日常工作的重点。根据我国公路发展的统计，未来公路养护对各类现代化机械设备的需求将会越来越大。随着高速公路大修期的到来和公路交通行业以及城市管理部门对现代化养护方式的认识，对路面铣刨机的需求将会逐年增加，并且会以很快的速度增加。国外进口产品尽管性能先进，但价格昂贵、维修服务不便，因此可以预计国产沥青路面铣刨机将具有较广阔的市场前景。国内生产企业应抓住机遇，使国产沥青路面铣刨机尽快形成完整的系列，并不断提高产品的使用性能和可靠性，为用户提供经济、实用、高质量的铣刨机。1.2 路面铣刨机设计的指导思想路面铣刨机设计的指导思想高速公路随着路面龄期的增加，由于行车载荷与自然环境因素，路面会陆续出现一些病害，严重影响行车速度与安全。由于路面铣刨机工作效率高、施工工艺简单、铣削深度易于控制、操作方便灵活、机动性能好、铣削的旧料能直接回收利用等。显然，处理病害快速有效的方法是使用路面铣刨机铣刨路面，使路面保持平整。用铣刨机械铣刨损坏的旧铺层，再铺设新面层是一种最经济的现代化养护方法。结合国内外路面铣刨机的发展概况，设计思想有以下几点：1. 向大型化方向发展；2. 实用性与先进性兼顾；3. 充分利用发动机的功率；4. 简化操作，实现自动化控制，设备可靠；5. 简化设备保养，合理润滑，充分防腐；1.3 路面铣刨机设计的设计原则路面铣刨机设计的设计原则根据以上的设计指导思想，可以确定以下的设计原则1.简化设计结构，选用标准件和成熟机构，尽可能结合现有设备，降低制造成本，并保证性能和质量；2.配套件必须可靠，确保作业要求；3.操作简单，维修方便；1.4 本文设计的主要内容本文设计的主要内容本文主要负责公路铣刨机整体的设计，包括铣刨机总体的布置，总体参数的选型，功率的计算及发动机的选型，传动方案的选择，行星减速器的计算与选型，行走系统的设计，铣刨系统的设计以及输料装置的设计。通过比较不同厂家的现有的铣刨机，进而选出最优的设计方案。无锡太湖学院学士学位论文62 路面铣刨机的总体设计路面铣刨机的总体设计路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等，合理的选择和确定机型、各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸等，并进行合理的布置。这些组成和部件相互依赖又相互制约，因此，路面铣刨机的性能不仅取决与每个部件的好坏，而更重要的是取决于各总成性能的相互协调。各总成性能的相互协调如何，又取决于各总体参数及各总成部件的匹配情况及其布局的合理性。如果整体设计过程中缺乏全局观念，而对总体参数及各总成部件性能的协调匹配考虑不周，或注意不够，即便设计的各单个总成部件结构是先进的，性能是良好的，但组合装配在一起不一定就能获得整机的良好性能。这是因为某些总成部件的优点可被另一些总成部件所抵消或限制，使其得不到充分发挥。所以，路面铣刨机的总体设计对整机的性能起着决定性的影响。因此，总体设计必须从保证路面铣刨机的整体性能出发，正确的选择和确定各总成的结构型式、总体参数，使其获得良好的匹配关系，并进行合理的布置，以达到设计的完美性。以下各节分别就路面铣刨机的选型、总成部件结构型式的选择及比较等作以具体的阐述。2.1 路面铣刨机的选型路面铣刨机的选型路面铣刨机结构型式的选择，主要是根据其用途和作业场合，前已述及。路面铣刨机的结构型式按铣刨机行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮胎式的优点：重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及维修方便等。由于以上特点，轮胎式路面铣刨机一般以中小型居多，运行方便、快捷灵活。适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。在工作量不大、作业地点不太集中、转移性频繁的情况下，生产率大大超过了履带式。轮胎式的缺点：轮胎接地比压较大、通过性能差、重心较高，稳定性较差。履带式的优点：履带接地面积大，使得接地比压小，通过性能好、重心低、稳定性好、重量大、附差性好、牵引力大、比切入力大。因此，大中型路面铣刨机一般为履带全液压式，主要用于大规模路面养护作业。履带式的缺点：速度低、不够灵活机动、制造成本高、维修较难、行走时易破坏路面，转移工作场地时需用拖车托运。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。国家经贸委已经明确指出将重点发展铣刨宽度 1.4-4.0 米，铣刨速度 0-3m/min，铣刨深度 0-300mm 的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。因而，根据现有路面铣刨机总体性能的优缺点，以及国内路面铣刨机的发展趋势，我们选用履带式行走系统大型路面铣刨机进行设计。公路铣刨机整机的设计72.2 路面铣刨机的总体参数的选型路面铣刨机的总体参数的选型路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等，对其性能提出具体的要求，以作为整机和总体部件设计的依据。路面铣刨机的总体参数的选择与确定，是设计过程中一项十分重要的工作。总体参数选择的合理，不仅给以后的技术要求设计带来方便，而且更重要的是使路面铣刨机获得良好的使用性能，较高的技术经济指标，从而提高生产率，降低作业成本。路面铣刨机的总体参数包括：路面铣刨机的质量；发送机的功率、转速；最大铣刨宽度、深度；载荷的分配；行走速度和爬坡能力；履带结构尺寸；箱体容积；料输送系统的结构尺寸及质量等。以上参数不是孤立的，它们之间存在着一定的内在联系。要合理的选择它们，就必须做大量的调查研究工作，了解与之所设计的多种同类型铣刨机的结构，性能和重要参数，与所设计的铣刨机进行分析比较，从整机性能出发，考虑“三化”的要求，合理选择和正确确定以上各参数。（1）发动机参数铣刨机作业时发动机的功率组合为: 3 最高可能的切削速度下进行最大切深的铣刨作业，所需功率为；max2P 集料系统最大能力回收废料，所需功率为 P； H 散热系统最大能力散热，所需功率为 P ； S 控制系统进行正确的控制，所需功率为 P ； K 辅助系统进行必要的辅助动作，所需功率为 P 。 F（2）最大铣刨宽度、深度根据本次设计的要求及路面铣刨机的发展趋势，参考同类型的大型路面铣刨机的具体参数，在这里确定：最大铣刨宽度：4000mm 铣刨深度： 0300mm转子直径： 2000mm 转子最大倾斜角度： 5（3）行走速度和爬坡能力根据路面铣刨机的工作环境及要求，确定行走速度： 084m/min理论爬坡能力： 100离地间隙： 310 mm（4）履带结构尺寸履带（长宽高）： 3300520550mm（5）箱体容积燃油箱： 2310 L液压油箱：1200 L水箱： 3000 L（6）料输送系统的结构尺寸及质量等无锡太湖学院学士学位论文8根据所设计的路面铣刨机的整机大小及工作能力，参考现有机型选用收料皮带： 2000 mm 卸料皮带：2000 mm理论运输能力： 630 /h3m机架尺寸（长宽高）： 100002500550 mm皮带质量： 2.5 T（7）路面铣刨机的质量根据所设计个零部件，路面铣刨机的质量重约为 45 吨。2.3 路面铣刨机的总体布置路面铣刨机的总体布置路面铣刨机的总体布置就是在参考同类型铣刨机的基础上，以保证路面铣刨机的主要性能为出发点，在总体设计和总体部件设计密切配合下，通过绘制布局草图，根据使用要求及载荷分配来协调各个总成部件的性能，来确定它们的位置、尺寸和重量。总体布置不紧要使路面铣刨机有良好的使用性能，而且必须保证操作轻快、拆装容易和维修方便。（1）总体布置草图基准面的选择为了确定各总成部件在整机上的位置和尺寸，首先初步确定支撑间距，轮距和履带尺寸并画在草图上。参考同类型的机架的高度，确定机架上缘的位置，然后选择三个基准面，通常基准面的选择如下：以通过后桥中心线的水平面为上下位置的基准面；以通过后桥中心线的垂直平面为左右位置的基准面；以通过路面铣刨机的纵向对称轴为左右位置的基准面；（2）发动机、水箱、燃油箱、液压油箱和传动系统的布置 3动力机通常布置在路面铣刨机的中后部，这样不仅可以改善驾驶员的前后视野，而且还可以增加路面铣刨机的稳定性。根据载荷分配确定其曲轴中心线的上下位置，在不影响整机的使用要求和传动系统的布置的情况下，希望尽可能的低一些，以降低整机的重心高度。动力机的位置确定后，即可装载机械传动装置，确定转轴。参考同类型路面铣刨机，水箱则可紧靠在发动机后面，以便对发动机进行冷却。燃油箱水箱一侧布置在水箱侧面即可。液压油一般布置在机身尾部，其后配备风扇对其进行降温。（3）工作装置的布置路面铣刨机的工作装置为铣刨装置，并通过料传递装置来运输物料。大型路面铣刨机的铣刨装置一般布置在机身的中间位置下部，料传送装置在机身的前端。在布置时，结合工作装置的设计和工作情况，参考同类型的路面铣刨机的布局，合理的分配空间，以使铣刨机的工作状态稳定可靠。（4）驾驶室的布置驾驶室的位置在整机的中上部，操纵平台位于驾驶室的前侧，并安装减震设备，来减少工作时由于机器的震动而引起的仪表显示不准确和防止误操作。路面铣刨机的履带行走机构采用四轮液压驱动，前后轮独立转向。为增加整机的稳定性，可使履带的接地面积适当增加。公路铣刨机整机的设计92.4 铣刨机总体方案的设计铣刨机总体方案的设计总体方案如图所示：1发动机，为整台机器提供动力，由传动系统传递到各个部分；2铣刨机的机架，主要用来支撑各个部分，为各部分的装配提供载体；3支撑架，用来将输送装置装配到机架上；4输送装置，用来将铣下的肥料收集，运送到运输车上；5行走机构，主要实现行走，支撑，转向等功能；6.铣刨部分，铣刨机的主要结构，直接用来铣削路面的的装置，由铣刨鼓，刀具，固定挡板，浮动挡板，后刮板等组成。图 2.1 铣刨机总体设计方案（1）行走机构的设计轮式机动性好、转场方便，特别适合于中小型路面作业。履带式多为铣削宽度2000mm 以上的大型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程。由于本文设计的铣刨机铣刨宽度为 4m，故选用履带式的行走机构。（2）减速器的选择一般发动机的转速在 2000r/min 左右，而铣刨鼓的转速在 3050r/min，应有较大的传动比，而行星减速器可以实现很大的传动比，故选择行星减速器作为减速机构。（3）机架的总体尺寸的设计 1）高度的确定高度的确定根据总布置，同时要满足总成的安装要求，确定车架的截面高度为2563mm。 2）宽度的确定设计车架时，一般必须根据整车总布置的要求(总宽、前后轮距、前轮转向角、发动机的外形尺寸等)来确定车架的宽度。车架的宽度受履带轴距及最大转向角的限制，最小值取决于发动机的外廓宽度，安装方式的影响。因此，根据整车身提出的宽度要求，车架的宽度为 4300mm。 3）长度的确定车架的长度主要取决于整车车身的设计要求及底盘各总成的布置情况，确定车架的无锡太湖学院学士学位论文10总长为 10000mm，其中车架前段的长度为(5575+425)mm，车架后段的长度为 40000mm，其中 425mm 为车身与运输机架的接头部分。刚度不足承载式车身的一大缺陷，目前主要采取的办法是优化车架的几何形状和采用局部增粗或补焊以加强抗扭能力。合理的补焊钢框架是保证车架具有足够扭转刚度的必要条件，同时，补焊的钢框架往往又是底盘一些总成的安装基体，因此，在确定各补焊钢框架的位置前必须充分考虑到整车各总成的布置情况。合理布局，在确保车架具有足够的强度和刚度的同时，保证其他总成的安装方便性。由于发动机中置，为保证发动机、变速器及传动系的安装要求，因此在车架的中间位置设置补焊钢框架。前、后轴间段的补焊钢框架的设置，除考虑总成的安装要求外，主要还要考虑行走系统的安装要求，并避免与支座的安装发生干涉。公路铣刨机整机的设计113 铣刨机动力机构及行星减速器的设计铣刨机动力机构及行星减速器的设计3.1 发动机的选择发动机的选择 3 由上一章知铣刨机作业时发动机的功率应有如下的分配: 1) 机器行走系统消耗功率； 2) 机器转子系统消耗功率； 3) 其它系统消耗的功率；其中：（1）消耗于传动系统与辅助装置的功率：（3.1)meMPP1式中：发动机的有效功率；eP传动系统的效率(对液压传动为 0. 6-0. 7 )；m（2）用于铣刨作业的功率： (3.2)iPPPMem式中：铣刨功率占总功率的比例(一般为 0. 75-0. 8 )；i消耗于传动系统与辅助装置的功率；MP（3）消耗于克服滚动阻力的功率： (3.3)vGGfvFPffcos式中：铣刨机的滚动阻力；fF铣刨机的作业速度； v铣刨机的使用质量；G滚动阻力系数，对于轮式铣刨机在沥青路面行驶，一般取 0. 02-0. 03；f坡度角; 由铣刨机转子作业时产生的垂直于路面的当量质量；G考虑到铣刨机的不同工作环境，参考同类型路面铣刨机的具体参数，同时根据国内发动机的生产技术水平与国外技术的差距，为保证机器的工作可靠，在这里我们采用 “卡特皮勒 CAT C18 ATAAC”大功率柴油机。功率： 522KW 转速： 2000r/min 无锡太湖学院学士学位论文12 排量: 14.6L表 3-1 铣刨机主要发动机一览表序号厂家发动机型号额定功率/转速（KW/rpm）使用机型徐工 BG210MARINI MP200BF8M1015CP400/2100镇江华晨 HM21001道依茨BF8M1015CP-EMR440/2100MARINI MP2100320/2000中联 BG20002奔驰DAIMLERCHRYSLER OM502LA340/2000WIRTGEN W1900CAT 3408E TA445/2000CATERPILLAR PM-565BCAT C18 ATAAC522/2000ROADTEC RX-7003卡特CAT C12 ATAAC421/2100WIRTGEN W2000KTAI9-C600448/2100陕建 CM2000NTA855-C400297/2100宏大 HD20004康明斯QSX15447/2100CYNAPAC PL20003.2 传动形式的选择传动形式的选择 3功能:将发动机的动力分配传递的各执行元件组成：离合器，分动箱，传动皮带等。铣刨机的主要动作分解如下：公路铣刨机整机的设计13 图 3.1 铣刨机的主要动作分解图目前，铣刨机的传动系统有两种结构，一种动力是由发动机两端输出，一种是动力由发动机一端输出。两端输出结构的动力传递方式为：铣刨转子减速器传动 V 带离合器发动机联轴器分动箱各液压泵一端输出结构的动力传递方式为：图 3.2 一端输出结构的动力传递方式无锡太湖学院学士学位论文14 图 3.3 铣刨机的两种传动系统1.分动箱支架 2.分动箱(4inl) 3.联轴器 4.发动机 5.液压离合器 6.带轮支架 7.传动 V 带 8.主动带轮 9.张紧带轮 10.从动带轮 11.发动机 12.分动箱（5inl）两端输出结构需要较大的布置空间，只能选用 V 列发动机，以便节省空间。分动箱选择 4in1，即一端动力输入，另一端提供四个动力输出口，分别连接行走泵、集料泵、冷却泵、辅助泵。一端输出结构紧凑，发动机的选型更灵活，可选 V 列或直列。分动箱公路铣刨机整机的设计15选择 5in1，即一端动力输入，另一端提供五个动力输出口，分别连接液压离合器、行走泵、集料泵、冷却泵、辅助泵。传动系统设计时，需要与发动机结合，实现整机的合理布置。3.3 行星减速器的设计行星减速器的设计 4图 3.4 行星减速器内齿行星齿轮传动是一种相对较为独特的齿轮传动方式，它具有结构紧凑、承载能力大、传动比大、传动效率高、体积小和运动平稳等优点。在这些优点的基础上，内齿行星齿轮减速器渐渐地被广泛应用到了国防、冶金、矿山、纺织、起重运输、轻工、化工、食品工业、仪表制造和建筑工程等各种领域当中，逐步地替代了现有的多级圆柱齿轮减速器，蜗杆蜗轮减速器等类型的减速器，同时它也受到了广大学者们的日益关注和深入的研究。此处我们选用对称式三环型行星减速器。 4对于内齿行星齿轮传动来说，其结构大致可以分为三种形式，一种被称为对称式三环减速器，即输入轴和支撑轴分别在输出轴的两侧并且相对于输出轴相互对称；另一种被称为偏置式三环减速器，即输入轴和支撑轴分别在输出轴的同侧；还有另外一种被称为三轴式减速器，即有三根支撑轴所组成，并且其中的任意一根支撑轴都可以作为输入轴来使用。 3.3.1 型行星减速器的运动设计型行星减速器的运动设计（1）传动比的计算在内齿行星齿轮传动中，输入轴的转速用表示；输出轴的转速用表示。我们Hn1n假设外齿轮的齿数用表示，传动内齿板的齿数用表示，模数用 m 表示，变位后齿1z2z无锡太湖学院学士学位论文16轮的啮合角用表示。内外齿轮的中心距 a 可表示为： (3.4)1212coscos21coscos2zzmmzmza外齿轮的节圆半径表示为： 11coscos21mzr （3.5）对于平动的传动内齿板来说，其每一点的运动轨迹都可以看做是以偏心距为半径a的圆，则可以求出其上面每一点的速度可表示为： 602coscos2112HHpnzzmav（3.6）在与传动内齿板的啮合点上，外齿轮在这一点上的速度大小相等，但方向相反，它可表达为： 602coscos211111nmzwrvp（3.7）所以 602coscos21602coscos211112nmznzzmH（3.8）即 1112znzznH（3.9）最终，内齿行星齿轮传动的传动比可表示为： 12111zzznniHH（3.10）(3.10)式中的负号显然是表示输入轴和输出轴的旋转方向是完全相反的。由于所选发动机的型号为“卡特皮勒 CAT C18 ATAAC” ，其转速为 2000r/min，所选 V 带的传动比为 1:1，铣刨转子转速为 40r/min，故行星减速器的总传动比应为 50。（2）齿轮副参数及计算公式 5 内齿行星齿轮减速器设计中所要用到的与齿轮副有关的参数，具体可参考下表 3-2：表 3-2 齿轮副有关参数的介绍符号名称符号名称m模数啮合角分度园压力角a啮合中心距y中心距变动系数*c标准顶隙*ah齿顶高系数0z插齿刀齿数公路铣刨机整机的设计1712,zz内外齿轮齿数12,xx内外齿轮变位系数续表 3-212,bbrr内外齿轮基圆半径12,rr内外齿轮分度园半径12,ffrr内外齿轮齿根圆半径12,aarr内外齿轮齿顶圆半径12,aa内外齿轮齿顶圆压力角0x插齿刀变位系数02a内齿轮切削中心距02内齿轮切削啮合角02y切削中心距变动系数*0ah插齿刀齿顶高系数内齿行星齿轮减速器设计中用到的相关计算公式见表 3-3：表 3-3 啮合副相关计算公式说明计算公式啮合角啮合中心距中心距变动系数切削啮合角切削中心距切削中心距变动系数外齿轮齿根圆半径内齿轮齿根圆半径外齿轮齿顶圆半径无锡太湖学院学士学位论文18内齿轮齿顶圆半径（3）减速器基本参数的选取 6 对内齿行星齿轮减速器中输入轴和输出轴之间的中心距 A、传动比 i、模数 m 以及内、外齿轮的齿数等基本参数的选取下面加以详细的介绍。12,zz 1) 中心距 A 和传动比 i 的选取中心距 A 决定着内齿行星齿轮减速器的整体尺寸，在设计的过程中，为了计算和应用方便，往往都取其整数。传动比 i 的选取也是尤其的重要。对中心距 A 和传动比 i 的选取应参照国家标准(GB32180)，取公比 1.12，可按照下表 3-4 所示选取2010q中心距 A 和传动比 i 的系列表 34 中心距和传动比系列(GB32180)中心距A 系列（mm）125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 传动比 i系列 12.5 14 16 18 20 22.5 25 28 31.5 35 40 45 50 56 63 71 80 90 100 对于单级的三环减速器，一般选取传动比 i = 11 99，两级的三环减速器，选=9801maxi2) 内、外齿轮齿数的选取由于内齿行星齿轮减速器受装配条件的限制，其外齿轮齿数应该满足下列表达式。1z即：（n=1,2,3） (3.11)n3z1我们又知道(3.10)式，显然内齿行星齿轮减速器的传动比 i 和齿数差 z 的关系可表示为： (3.12)zzi1由(3.12)式可知，齿数差 z 对减速器的传动比 i 也有一定的影响关系，因此应该考虑一下齿数差 z 的选取情况，以便对减速器的设计有更好的效果。所以在内齿行星齿轮减速器产品的设计过程当中，传动比和齿数差的选取可参考表 3-5 适当的选取:表 35 传动比和齿数差的选择传动比 ii=12.512.5i2020i5050i100齿数差 z4321根据传动比 i 和齿数差 z ，由(3.12)式计算得到外齿轮的理论齿数，再利用(3.11)式，两者对比一下，在特定的范围之内就可计算得到外齿轮的实际齿数。1z 当然传动内齿板的实际齿数也就可以计算出来了，它可表示为：2z公路铣刨机整机的设计19 zz12z（3.13） 3）模数的选取齿轮副的模数选择可依据表 3-6 所示进行选取：表 3-6 圆柱齿轮标准模数第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.5 5.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 23 （30） 36 45 注：优先选用第一系列，括号内的模数尽可能不用齿轮副的模数用下述的方法确定：当减速器的中心距 A 确定之后，传动内齿板分度圆的直径可以由下式确定： (3.14) Ad22 对于内齿行星齿轮减速器来说，可以把它当成一个固定的常数来看待，我选定 = 0.55，则由(3-5)式可以得到内齿轮环板分度圆直径表示为：2d A1 . 1d2（3.15）这样在传动比选定的情况之下，可以利用上述(3.11)式(3.13 )式求得传动内齿轮板齿数，则可得到齿轮副的理论模数 m 为：2z 2221 . 1zAzdm（3.16）显然从(3.16)式可以计算得到该减速器齿轮副的理论模数 m ，最后再按就近原则通过表 3-6 选取齿轮副的标准模数值 m ，又把它定为齿轮副设计时的实际模数值。 3.3.2 减速器的结构设计减速器的结构设计内齿行星齿轮减速器的结构设计是相当重要的一个环节，因为它不仅关系到该减 7速器的整体布局，也关系到一些强度和尺寸等参数的限制。本文在行星轴承的选择，输入轴和输出轴的结构设计、确定传动内齿板的几何尺寸等几方面作了以下分析。(1) 行星轴承的选取一般说来，行星轴承的选择是减速器的一个重要的环节，其原因如下：1）在输入轴的高速运转的情况下，行星轴承的选择就变得至关重要了，它不仅要满足一定的承载能力，还要起到很好的链接作用。所以选择使用时还要计算它的使用寿命，看能否满足在某种特定的工作环境下，一定的运转条件下的要求。2）由于内齿行星齿轮减速器结构比较紧凑，对于行星轴承的尺寸和受载能力都有一定的限制。无锡太湖学院学士学位论文20在内齿行星齿轮减速器的设计中，由于这两个选择的原因，要想使减速器达到很高的承载能力，一般情况下我们都会选取轻系列的短圆柱滚子轴承。当然，在不同的设计情况下，我们具体可以分下面两类：当中心距 A 160mm 时，可以选取特轻系列的短圆柱滚子轴承；当中心距 A 160mm 时，可以选取轻系列短圆柱滚子轴承。(2) 输入轴结构设计 8取确定了用哪种类型的行星轴承以后，我们就可以根据行星轴承的内径 d 来选定偏心套壁厚和输入轴直径 d 的取值。根据输入轴、偏心套和行星轴承三者之间的装配关系，要求偏心套应该拥有一定的的壁厚 s，结构示意图见 3.5 所示，壁厚 s 满足表达式： s1.5e (3.17) 式中：e偏心套的偏心距对传动比 i 22.5 的三环减速器，可以选取偏心套的壁厚 s = d/ 4，输入轴的直径 d，即满足： d=d/2 (3.18)对传动比 i 22.5 的三环减速器，可以选取偏心套的厚度 s = d/6，输入轴的直径d，即满足： d=2d/3 (3.19)图 3.5 偏心套结构简图其输入轴的结构简图如 3.4 所示：由上述(3.18)或(3.19)式计算得到的输入轴直径 d应该和标准系列的进行相比较，经过进一步的圆整计算，才最终求得输入轴的设计直径。当我们计算出了输入轴的设计直径之后，轴伸直径的选取也就有了参考值了，不过输入轴轴伸直径还应该符合国家标准轴伸直径系列数(GB156990)，具体情况可以参照表 3-7 所示。公路铣刨机整机的设计21图 3.6 输入轴结构简图1传动内齿板；2，3隔环；4行星轴承；5平键；6定距环； 7输入轴；8支承轴承；9外齿轮；10偏心套；11挡圈表 3-7 标准轴伸直径系列(GB156990)10 11 12 14 16 18 19 20 22 24 25 28 30 32 35 3840 42 45 48 50 55 56 60 63 65 70 71 75 80 85 9095 100 110 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200 220 240 250 260 280 300 320 340 360 380 400 (3) 输出轴结构设计在正常的情况下，对于中小型系列的内齿行星齿轮减速器，其输出轴和外齿轮可以制作成一体的形式，即齿轮轴的样式；而对于大型系列的内齿行星齿轮减速器，其输出轴可以制作成轮毂的形式。在设计计算时，可以按下式预估输出轴的直径 do ： 362 . 010*55. 9nPdTo（3.20）式中：P 输出轴输出功率n 输出轴的转速许用扭应力T(4) 传动内齿板的几何尺寸由于传动内齿板的形状和受力状况都比较复杂，为了保证在减速器运行的过程中不至于发生断裂的情况，所以在设计时应充分考虑一下传动内齿板上内齿圈和轴承座圈之间拥有足够的宽度、传动内齿板外廓和轴承座圈之间有足够的宽度 b 、传动内齿板外廓和内齿圈之间有足够的距离 a，详见下图 3.7 所示。 9 选取的具体尺寸大小可以表示为： a=b=0.11A (3.21)无锡太湖学院学士学位论文22 (3.22)ADdAf11. 022式中：D行星轴承外径图 3.7 内齿板结构简图4 铣刨机行走系统的设计铣刨机行走系统的设计4.1 铣刨机行走系统的基本要求铣刨机行走系统的基本要求为了保证路面铣削的质量，生产效率及充分利用发动机的功率，对铣刨机的行走系统提出了很多的要求，比如行走速度无级调节、根据负载的变化控制行走速度自动调 10即功率自动分配、高低速等。行走控制系统应能满足如下的基本要求: 111.无论前进还是后退，都可以实现整个速度范围内的无级变速;2.在铣刨机工作时，铣刨机加速和减速过程均匀平稳，起步、转向和停车过程均匀平稳;3.行走分高、低 2 档，适合转场和作业两种工况;4.转弯半径小，转向机动灵活，以适应高速公路施工场地要求;5.应能走直线;6.有手动和自动控制;7.了 JO 爬坡能力，便于转场。8.铣刨机在自动工作模式下作业时，根据负载的变化情况，能自动调节行走速度即功率自动分配;乳一铣刨机工作时衬确保在恶劣的路况下也能均匀行走(即让分流阀在同步位工作);10.应能实现停车制动;11.应有紧急停车功能;12.解除制动后铣刨机才能行走。公路铣刨机整机的设计23图 4.1 铣刨机的履带1.张紧轮 2.履带张紧装置 3.履带总成 4.支重轮 5.行走支架 6.驱动链轮 7.行走马达4.2 铣刨机行走驱动形式铣刨机行走驱动形式大中型铣刨机液压回路较多，属于多泵多回路复合液压回路，多选用发动机通过联轴器接分动箱将动力分流，这样各个液压系统互不影响。小型铣刨机为了降低成本，多选用发动机直接驱动方式。两种驱动方式的优缺点是:直接驱动是将几个同轴驱动的泵串联起来驱动，结构简洁，成本较低。其缺点是串联泵中的某一个泵发生故障会影响其它泵的工作，维修不方便。从成本来讲，由于泵与发动机同速运转，发动机额定转速往往低于泵额定转速而使泵的转速能力得不到充分发挥，通过选用较大排量的泵来达到功率匹配会使机器成本增加;加之串联泵之间的过渡连接件有相当的成本，综合起来直接驱动方式的成本并非一定低于分动箱驱动成本。分动箱驱动方式各泵互不扰，结构合理，可通过齿轮传动速比的调节来选择性能与成本综合指标最高的泵。目前，分动箱生产厂商与发动机和泵之间的接口均已标准化，无需自制任何零件，质量好、工作可靠、使用 12方便。当选用增速齿轮传动，可用小排量泵的低成本来补偿分动箱增加的成本。图 4.2 发动机间接驱动路线图 4.3 发动机直接驱动线路铣刨机采用发动机间接驱动形式，驱动路线如图 4.2 示。发动机通过分动箱，将整机功率进行分流，这样铣刨机各个液压系统如行走液压系统、输料液压系统、风扇驱动、辅助液压系统等互不影响，可提高铣刨机的可靠性。无锡太湖学院学士学位论文244.3 导向与张紧缓冲装置的设计参数分析导向与张紧缓冲装置的设计参数分析（1）履带的静态张紧度图 4.4 履带张紧度履带的静态张紧度通常是根据履带松边(上方区段)的下垂量 h 来确定(图 4.4)。在路面冷铣刨机履带行走机构设计中，由于结构限制，不能安装托链轮，所以根据经验，下垂量 h 的值一般取为:h=(0.0150.03)L (4.1) 式中：h履带的下垂量,mm； L导向轮与驱动轮之间的中心距，mm。 (2) 张紧油缸的初张力 F0张紧液压缸的初张力 F0 是根据履带链所受到的静态预张力确定的。履带链的静态预张力按履带松边(上方区段)的下垂量 h 计算。履带上方区段的形状是一条悬垂线，如图 4.5 所示。由于没有托链轮，取履带上方区段的一半为研究对象，则有：图 4.5 履带下垂量M=0公路铣刨机整机的设计2504-hnLgFs htLghnLgFss8421（4.2）式中：F1最小预张力,履带链上方区段最低点的预张力，N; 单节履带总成的重量,N； nL/2 长度包含的履带节数；sg n=L/2t； t链轨节距,mm。从图 4.5 中可以看出，F 大小等于和的合力，但方向相反。所以：2ngs1F 222228tLghtLgFss（4.3）式中：最大预紧力，履带链的张紧力，N。2F从图 4.6 所示，张紧油缸的初张紧力为：0F = F + F cos= F + F1 (4.4)0F222式中：张紧油缸的初张力，N。0F履带链上方区段最高点的预张力与水平方向的夹角，。图 4.6 履带张紧力（3）张紧油缸的工作压力 P (4.5)22042DFDFP 式中：P张紧油缸的工作压力，Pa; D张晋佑缸活塞杆直径，mm。（4）张紧油缸工作行程的确定1S无锡太湖学院学士学位论文26 张紧液压缸的工作行程应大于履带链节距的一半，以便在履带链因磨损变长时，可拆去一块履带板而继续使用。0.5t 1S（4.6）式中：张紧油缸的工作行程，mm。1S（5）缓冲弹簧的弹性行程2S缓冲弹簧的弹性行程是指弹簧从预紧状态到最大变形状态的变形量。根据履带张紧缓冲装置的设计原则，缓冲弹簧的弹性行程应能在各种严重的工况下，如跨越障碍，以及履带链的驱动段内堵塞污泥和嵌入石块等情况下，完全补偿履带链曲线的变化。要能完全补偿履带链曲线的变化而避免履带行走机构零件过载，缓冲弹簧的弹性行程必须满足： 1）履带和驱动轮可脱开啮合；2）履带可从导向轮上滑脱。图 4.7 缓冲弹簧的弹性行程在履带张紧缓冲装置设计中，如图 4.7 所示，缓冲弹簧的弹性行程可用下列公式求得： cos1sin1h2mS（4.7）式中：缓冲弹簧的弹性行程，mm；2S h障碍物突出高度、驱动轮齿高或导向轮轮缘高度，取三者中的最大值，mm。链轨变化角度，。在实际设计中，驱动轮齿高一般大于导向轮轮缘高度，所以研究履带和驱动轮脱开啮合的情况即可确定缓冲弹簧的弹性行程。为使驱动轮和履带链间卡入石块时不致卡死, 应使履带链可在驱动轮齿顶圆上滑动。设履带链为完全柔性的，则履带链在驱动轮齿顶圆上滑动时，驱动轮齿顶圆的 1/2 周长为 Da/2。正常啮合时缓冲弹簧的弹性行程： 4iaDDS（4.8）式中：Da驱动齿轮齿顶圆直径，mm； Di驱动齿轮齿根圆直径，mm。公路铣刨机整机的设计27从上述可知,导向轮的总行程为： 45 . 021iaDDtSSS（4.9）式中：S导向轮的总行程，mm。（6）缓冲弹簧的预紧力和最大弹性行程时的张力dP图 4.8 爬坡状态张紧装置受力分析缓冲弹簧的预紧力一般比履带张紧力大 2 倍以上。在调节履带张紧力时,缓冲弹簧 15的拉力和长度都不会发生变化。在大型路面冷铣刨机设计中，一般采用四履带或三履带结构，缓冲弹簧预紧力和缓冲弹簧最大变形时(限位时)弹簧压缩力的取值一般为：dPmP= (4.10)dPsin8 . 24 . 2dG= (4.11)mPsin0 . 40 . 3dG式中：应取履带中承受负荷的较大者，N。dG无锡太湖学院学士学位论文284.4 履带式铣刨机的运动学与动力学分析履带式铣刨机的运动学与动力学分析图 4.9 铣刨机的行走系统 4.4.1 铣刨机行驶系统的运动学分析铣刨机行驶系统的运动学分析铣刨机采用四履带行走机构(根据调研，大型铣刨机均采用履带式行走机构)，履带行驶机构是由驱动链轮和链轨组成，并且一般在低速工况下运行，它的运动情况具有低速链传动的特性、;在履带车辆行驶时，若履带在地面上作无滑转行驶时，履带车辆的理论行驶速度在数值上等于链轮与链轨传动时的动力半径的圆周速度，如下式: 16 kkTrnv2（4.12）或 tnZvkKT（4.13）式中:v 铣刨机理论行驶速度，m/s;Tn 驱动轮转速，r/min;kr 驱动轮动力半径，m;kZ 一驱动轮每转卷绕的履带板块数，即啮合齿数;kT 一链轨的节距，m。履带行走机构的实际行驶速度 v，是履带的滑转速度和台车架对接地链轨的相对速度的合成速度。实际行驶速度可以用滑转率表示为:v= (4.14)1 (Tv公路铣刨机整机的设计29 或 v= (4.15)1 (tnZKIK式中:履带对地面的滑转率，通常取 0.03。由线速度和角速度的关系可得马达转速公式: (4.16)kmmrvi/30n式中:i驱动轮终端减速比;铣刨机的驱动链轮的最高转速与工作时的转速将以下参数分别带入公式(4.5):驱动链轮直径为 0.4312mm，工作速度为 33m/min，行驶速度为 83m/min(5km/h)，计算出链轮的转速分别为:行驶时的链轮转速为 62r/min，工作时的链轮转速为 24r/min 4.4.2 履带式铣刨机动力学分析履带式铣刨机动力学分析 16履带式铣刨机在水平地面上等速直线行驶时的动力学:履带式铣刨机在工作时，其上作用着抵抗车辆前进的各种外部阻力和推动车辆前进的驱动力一切线牵引力。而切线牵引力本身则由驱动链轮上的驱动力矩所产生。当履带式铣创机在等速稳定工况下工作时，存在着以下两种平衡关系: (4.17)KFF (4.18)kKKrMF/r式中:F各种外部阻力总和，N;铣刨机切线牵引力，N;KF履带驱动段效率，取 0.96 一 0.97;r驱动力矩，;KMmN驱动轮动力半径，m:kr在稳定行驶的工况下，作用在铣刨机上的外部阻力，这些外部阻力包括如下: (4.19)xiFFFFf式中:滚动阻力，NfF铣刨机坡道阻力，NiF铣刨机工作阻力，NxF而滚动阻力、铣刨机坡道阻力如下各式: (1) (4.20)cosfgFf式中:一铣刨机运动表面对水平面的倾角，度;G铣刨机的重量，N (2) (4.21)sinGFi无锡太湖学院学士学位论文30 式中，正号表示上坡，负号表示下坡，其它同上。 (3)铣刨机工作阻力 FxFx 主要包括工作装置铣削转子的阻力、转子后门的阻力和铣刨机两侧的浮动板的阻力等，铣刨机两侧的侧板上的密封板的阻力相对比较小可忽略不计。铣刨机工作阻力通常根据经验来确定。下面公式为铣刨机水平工作阻力 F的计算公式: 17H （N） vBaKuvBKFeeH221/a（4.22）式中:一一铣刨机水平工作阻力，N;HFKl与沥青路面材料以及铣刀有关的参数;B铣刨宽度，m铣刨厚度，meav行走速度，m/s。一般取工作阻力系数为 0.05。取最大坡道 a 为 35 度，带入 (4.8)式，可得作用在 4m 铣刨机上的各种外部阻力之和为 440717N。4.5 附着条件决定的最大切线牵引力附着条件决定的最大切线牵引力由附着条件决定的最大切线牵引力 F的公式如下： gGF （4.23）式中履带式铣刨机在沥青路面上的附着系数，约为 0.7;铣刨机的附着质量，Kg;Gg重力加速度，取 9.8 而 52;计算最大切线牵引力 F将，取 0.7，取 45000Kg，g 为 9.8m/s F 可得G2412660N。4.6 行走系统功率分析行走系统功率分析对于某一台铣刨机来讲，在等速稳定运转的工况下，行走系统的驱动扭矩为: (4.24)KKKFMr式中:铣刨机切线牵引力，NKF驱动轮动力半径，m;kr行走系统消耗发动机的功率为: (4.25)tKVFP/eK公路铣刨机整机的设计31式中：V铣刨机理论行驶速度，m/s行走系统传动总效率。t由公式（4.13）和（4.14，可得行走系统消耗的发动机功率 Pe、公式： )/(tkKeKrVMP（4.26）可见，主要取决于理论行走速度 V 和行走系统驱动力,而是一个关于速度的ekPKFKF变量。当 V 上升，则上升; 当 V 下降，则下降；当 V 为 0，则为 0。故行走系统KFKFKF的功率是一个随作业速度变化而变化的二次函数，如下图 4.10 示。图 4.10 行走功率与行走速度 V 的曲线ekP无锡太湖学院学士学位论文325 铣刨机铣刨系统的设计铣刨机铣刨系统的设计铣刨机作业时，铣刨机的向前运动的同时，铣刨转子作旋转运动，由于铣刨机自重的存在，安装在铣刨转子上的刀具作用于被铣刨的路面，在铣刨刀具与被铣路面物料处产生很高的接触应力，当接触应力超过被铣路面所能承受的极限时，路面物料就被压碎和崩落，随着铣刨机不停地向前运动和铣刨转子的旋转运动，路面物体被压碎和崩落不间断地交替进行，形成铣刨。路面铣刨机作业过程中，刀具逐一、左右交替地依次切入路面，形成不连续的切削作业过程。路面的硬度较高，使得铣刨机的作业过程中产生较强的冲击力，以致铣刨机产生振动、刀具损耗增加。要保证铣刨机作业的顺利进行，刀具必须有较长的寿足够的强度和足够好的切削性能。转子的铣削作业轻快、功率损耗较少需要合理的铣刨转子参数来保证，因此，合理的铣刨转子参数是非常重要的。公路铣刨机整机的设计33图 5.1 铣刨鼓总成5.1 路面铣刨机铣刨转子排列方式分析路面铣刨机铣刨转子排列方式分析刀具布置对路面铣刨机及其零部件的寿命和作业质量有很大的影响，排列参数的不合理设计，会直接造成铣削废料粒度的过大或过小，粒度过大会使作业过程中的铣刨机振动增大，使用寿命大大缩短，可靠性迅速降低;粒度过小会产生大量的粉尘，使得施工环境极为恶劣，施工人员的身体健康不能得到保障一般情况下，刀具的排列方式基本符合以下原则: 18(l)为了使铣削掉的废料易于清理，铣刨转子的刀具排列应具有向内积聚作用，所以，铣刨转子的刀具一般为螺旋式相对对称布置;(2)为了使铣刨机作业过程平稳，转子受力相对均衡，刀具应依次切入路面，左、右两侧刀具交错切入地面;(3)为了使铣刨机的功率得到充分发挥，铣刨转子转矩应尽可能充分的抵消铣削阻力，刀具要单个逐一切入路面;(4)为了使转子可以平稳的切人路面，应该控制转子的切削阻力矩相对平稳，铣刨转子的两个周向相邻的刀具之间要有相同的角度间隔;(5)为了提高铣刨机的作业质量和作业效率，作业过程中既要充分利用崩落效应来提高作业效率，又不能留下中间路面物料脊而影响作业质量。因此，铣刨转子两轴向相邻刀具的轴向距离(刀际横向间距)相等，且达到一定的极限。(6)边刀和立刀的布置原则是要尽可能均匀，使得转子在铣削作业过程中受力均匀。同时符合上述要求的排列只能有相对对称的单头或多头人字形螺旋状排列。这种排列方式保证了刀具依次切入地面的同时，实现铣削废料的收集功能。而且，螺旋线的对称布置，可以使铣削过程中产生的轴向力在一定程度上相互抵消，保证转子工作平稳状态。刀具在铣刨转子上沿圆周方向和横向都是均匀布置。其中，圆周方向的均匀布置是由两相邻刀具沿圆周方向的周向间距保证，横向的均匀布置是由铣刨转子两相邻刀具间的直线距离(轴向间距)保证5.2 路面铣刨机铣刨轮刀具排列参数分析路面铣刨机铣刨轮刀具排列参数分析目前铣刨系统有多种结构，主要区别是铣刨转子，而铣刨转子的区别在于铣刨刀不同选型。归纳起来，铣刨转子的结构主要有三种，一种是焊接刀座结构，一种是可拆 19卸刀座结构，一种是快换刀座结构。焊接刀座结构，成本低，刀座过度磨损后更换困难，而且重新定位困难，容易造成铣刨性能的降低；可拆卸刀座结构，可实现刀座的拆卸，但刀座固定结构有缺陷，容易造成刀具的先期损坏；快换刀座结构，制作成本高，但是刀座自身带有保护结构，更换周期长，一般情况下仅需更换刀头，维护方便。无锡太湖学院学士学位论文34图 5.2 刀具组成（1）螺旋升角刀具以螺旋状安装在铣刨转子上形成螺旋线，其螺旋升角对铣刨转子的作业效率和作业质量有着重要的影响。理想的螺旋升角既可以保证较小的切削阻力，同时又能将铣削废料快速的向中间聚集。为了提高路面铣刨机的作业质量，提高铣削废料的回收率，铣刨转子螺旋升角要小于螺旋叶片的摩擦角，以推动铣削废料快速向滚筒中部聚集。根据国内外的相关资料和试验证明，路面的摩擦角一般为 3040。螺旋升角越大，螺旋包角就越小，这样单条螺旋线所推动的废料就相应地减少，所产生的阻力也较小，但是废料向中间聚集就比较困难;要加快废料的聚集速度，就要减小螺旋升角，也就增大了螺旋包角，同时增加了单条螺旋线所推动的废料，增大了阻力。螺旋升角的大小一般不能超过 30实际螺旋升角为 1420。维特根公司生产的各种型号的铣刨机，不同铣刨宽度的铣刨转子的螺旋升角如下：表 51 维特根公司铣刨机铣刨转子的螺旋角铣刨宽度（mm）100013201500190520102100221015.514.6螺旋升角（）17.814.7515.318.815.216.918.2 （2）铣刨宽度路面铣刨机的型号一般是根据铣刨宽度来确定的。在其他参数不变的情况下，铣刨宽度的大小会直接影响铣刨机的作业效率和作业性能在其他参数不变的情况下，铣刨宽度变大，作业效率提高，但螺旋线包角变大，铣刨转子内的废料增多，增大了阻力。反之，螺旋线包角变小，作业效率降低，废料减少，阻力变小。铣刨宽度不同，通过改变螺旋升角和螺旋线头数来保证铣刨转子的作业效率和作业性能。铣刨宽度变大，增大螺旋升角来保证螺旋线包角处于理想范围，否则会影响铣削废料的集聚和回收，以致影响铣刨机的作业质量;若保持螺旋升角不变，为了保证螺旋升公路铣刨机整机的设计35角不至于太大，增加螺旋线头数，使得单条螺旋线包角变小。否则，单一的改变螺旋升角和螺旋线头数，则影响阻力和废料的聚集效果。同理，如果铣刨宽度变小，也要同时改变螺旋升角和螺旋线头数来保证铣刨机的作业效率和作业性能。（3）转子刀尖圆直径不同型号的铣刨机，其转子刀尖圆直径不同。铣刨转子铣削路面时，铣刨机的行驶速度为 v，铣刨转子的转速为。。铣刨机作业时，铣刨机转子同时作水平运动和旋转运动，加上铣刨机自重的存在，使得安装在转子上的刀具完成铣削作业。在铣刨机的作业过程中，相邻两刀具的切削轨迹相交，形成切屑截面，其形状近似半月牙形由图 5.3 得，两铣削圆不同的铣刨转子，铣刨机的行驶速度一定，且铣刨转子的转速不变的情况下，也就是铣刨转子的单周进给量一定的情况下，路面的切削厚度与铣刨转子的直径成反比，且铣削角度与转子直径亦成反比。 20（4）刀际横向间距刀际横向间距，即两轴向相邻刀具的刀尖距。刀际横向间距的大小直接影响铣刨机的作业质量和作业效率。图 5.3 不同直径的铣刨转子作业示意图铣刨转子在切削路面时，应充分利用崩落效应，且不能形成中间物料脊，也就是应该使两相邻截槽顶点(刀尖)的连线与崩落面重合，同时也要方便清除铣刨掉的废料。标准铣刨转子刀尖距一般选择 15mm，精铣转子刀尖距选择 8mm。一般情况下，刀尖距一般为 1520mm。如果刀际横向间距过大，铣刨后的路面会有明显的物料脊，影响作业质量;如果过分追求作业质量，过度缩小刀际横向间距，则不能充分利用铣刨机的性能，造成性能的浪费和作业效率的低下。(5) 螺旋线头数铣刨转子的刀具排列是“人”字形螺旋排列，且两侧相对对称分布。螺旋线头数是指铣刨转子刀具排列转子单侧的螺旋线条数。无锡太湖学院学士学位论文36从铣刨机作业过程方面考虑，刀具排列的螺旋线之间应该有一定的搭接重合，一方面可以利于铣削废料的集聚，并且刀具排列的螺旋线的搭接可以防止铣刨转子上受到巨大冲击。刀具排列示意图如图 5.4(三头)所示。图 5.4 三头转子示意图图中：l铣刨转子长度l单条螺旋线的轴向距离单条螺旋线的包角螺旋升角螺旋线的轴向夹角采用最小的螺旋升角时，单条螺旋线的螺旋包角不能超过 360，否则铣刨转子在作业过程中，其循环物料的过度增多，影响装载效率，增大作业过程中的铣削阻力;采用最大的螺旋升角时，最大的螺旋升角要受到最小的螺旋包角的限制，否则，影响到铣刨转子的铣削效率和铣削废料的集中。任何铣刨转子最小包角总数应为 420，两头螺旋线的最小包角为 210，三头为 140，四头为 105。铣刨转子的直径和铣刨宽度不同，螺旋线头数也不尽相同。铣刨转子上的叶片头数一般设置 2 礴头，一般以 2 头和 3 头为主。铣刨滚筒直径较小的设备(铣刨宽度小于 1000mm 的铣刨转子)刀具布置一般利用单头螺旋线布置或双头螺旋线布置，大型设备(铣刨宽度为 1000mm 以上)的刀具布置一般利用三头螺旋线布置，四头螺旋线布置则一般用于冷再生设备。(6) 同一轴向截面上的刀具数量在功率一定的情况下，为了克服足够大的切削阻力，且使铣刨转子转矩尽可能充分的抵消铣削阻力。因此，在刀具布置时，一般情况下，在同一轴向截面上只设置 1 把刀具(边刀和立刀除外)，使得铣刨机在作业过程中，刀具单个逐一、两侧依次交替切入路面。 21(7) 同一螺旋线上两相邻刀具的转子横截面距离螺旋线上两相邻刀具在转子横截面上的投影距离是由刀际横向间距和螺旋升角来确定，一般选择范围为 100200mm。公路铣刨机整机的设计37 sinkbl （5.1）l横截面距离k螺旋线头数b刀具横向间螺旋升角(8) 刀际周向间距刀际周向间距是由刀际横向间距和螺旋升角来确定。 (5.2)tgkbD360刀际周向间距k螺旋线头数b刀具横向间距螺旋升角D转子直径(9) 周向两相邻刀具间相位差铣刨转子的刀具排列是两侧相对对称布置，周向两相邻刀具的相位差由刀际周向间距和螺旋线头数来确定。 (5.3)k2刀际周向间距k螺旋线头数一般情况下，以上各参数是由铣刨宽度和铣刨深度来确定。也就是一旦铣刨机的铣刨宽度和铣刨深度确定，铣刨转子的各个参数就可以确定各自的合理值。5.3 路面铣刨机铣刨轮主要参数的研究路面铣刨机铣刨轮主要参数的研究路面铣刨机在刨铣路面时，刀具是依次切入路面的，由于路面硬度很大，使得这种不连续的切削产生很大的冲击力，造成机器的振动，增加刀具的消耗，因此既要保证刀具锋利，切削轻快，减少功率损耗，又要保证足够的强度，合理的铣刨轮参数是非常重要的。 13 5.3.1 铣刨轮的切削量铣刨轮的切削量（1）刀具的切削厚度无锡太湖学院学士学位论文38图 5.5 铣刨轮工作示意图如图 5.5 所示，铣刨轮铣削路面时，铣刨轮以转速 n 作旋转运动的同时，还以速度sv 作水平运动，由安装在其叶片上的刀具完成切削任务，切屑断面如图中近似半个月牙形的阴影部分。铣刨轮旋转一周的进给量 snv（5.4）铣刨轮旋转一周刀具的最大进给量 mnvmlsmax（5.5）在不同切削位置，刀具的实际切屑厚度不同，受力也不同，刀具处于不同位置时的切削厚度为il iillsinmax（5.6）由图 5-4 得，刀具的最大切削角 (5.7)RHR arccosmax式中：m每条截线的刀具数，个；v铣刨轮的工作速度，m/min铣刨轮的转速，r/min;snR刀尖圆半径，mm;刀具的位置角，度;iH铣刨轮的铣削深度，mrn。(2) 刀具的最大切削厚度同一轮次铣削时，把相邻两截槽之间的距离 T 称为截割距离，即同一叶片上相邻两刀具之间的轴向距离。公路铣刨机整机的设计39最大切削厚度受到横向截割距离的限定，如图 5.6 所示。图 5.6 最大切削厚度与横向截割距离的限定 minmaxmaxtan2hbT（5.8）式中 T截割距离，mm;b铣削刀具的切削刃宽度，mm;侧壁塌落角的最小值，度;min5.3.2 铣刨轮直径铣刨轮直径按照铣刨轮各零部件的测量位置的不同，铣刨轮有三个直径。按刀尖测量的铣刨轮直径称为铣削直径;按螺旋叶片上边缘测量的铣刨轮直径称为螺旋直径;按螺旋叶片cutDscrD下边缘测量的铣刨轮直径称为铣刨轮毂直径。如图 5.7 所示。druD为了避免螺旋叶片与铣削槽之间残留的路面相抵触，要求刀具一次切削的最大厚度不应超过铣削刀具外伸长度的 70%。maxh (5.9) scrcutDDh7 . 02max （5.10） max86. 2hDDcutscr无锡太湖学院学士学位论文40图 5.7 铣刨轮直径在螺旋直径一定的条件下，铣刨轮毂直径越大，铣刨轮容纳物料的空间越小，scrDdruD循环物料越多，影响抛料效果，但是由于结构需要铣刨毅直径也不能太小，需考虑在 14铣刨毅内安装轴承和齿轮传动的需要，因此叶片直径和铣刨轮毅直径应保持合适的比例。小直径铣刨轮应保持较大比值，大直径的铣刨轮应保持较小比值，一般螺旋直径与铣scrD刨轮毂直径之比为druD 4 . 12 . 1druscrDD（5.11） 5.3.3 铣刨轮最佳螺旋升角的选取铣刨轮最佳螺旋升角的选取铣刨轮上布置的几十把刀具，好比一把圆柱铣刀，刀尖连线与端面形成螺旋角，使铣刨轮作斜切削。选择一个合理的螺旋角对铣刨机的功率和废料回收率有极其重要的意义。在废料回收过程中，为了使废料快速的向中聚集，铣刨轮叶片螺旋升角应小于螺旋叶片的摩擦角，有关资料表明:摩擦角约为 30。因此叶片螺旋升角不能超过 2230。故须计算出铣刨轮叶片的最佳螺旋升角。当铣刨轮转过角时，叶片的周向推移量 scrscrscrDhtan5 . 0（5.12）紧贴螺旋叶片的切屑相应的位移 coscossin5 . 0scrscrscrrocDh（5.13）公路铣刨机整机的设计41式中：铣刨轮叶片的螺旋升角，度;scr铣刨轮转角，弧度;切屑与螺旋叶片的摩擦角，度。对式（5.13）求导，并令其为零，可解的叶片的最佳螺旋升角为scrrocddh/scr 214scr（5.14）叶片的最佳螺旋升角如图 5.8 所示图 5.8 叶片最佳螺旋升角最佳螺旋升角仅与摩擦因数有关，在最佳升角时，铣刨轮转过角，切屑沿铣刨轮轴线的位移最大，如果叶片为最佳螺旋升角时，则铣削刀尖的螺旋升角为cut scrcutscrDDtanarctancut（5.15）6 输料系统的设计输料系统的设计输料系统的功能是将铣刨废料收集并运送到指定位置或运输车上。集料输料系统的设计主要需完成一下几项工作：确定皮带的总体结构尺寸；确定皮带型号；确定皮带机组成零部件，主要有驱动滚筒、改向滚筒等；与液压系统结合，确定液压配件，主要有驱动泵、摆线马达及其连接件。无锡太湖学院学士学位论文42皮带可选用国产或进口产品。但是目前国内皮带产品多采用二次硫化来制作皮带基层上的的挡板，因此，基层与挡板之间易出现挡板开裂，甚至挡板脱落等故障。国外产品一般采用一次硫化成型的技术，挡板与基层的结合牢固，不易出现故障。其主要参数为：输送能力 630/h3m输送长度 10000mm输送宽度 2000mm机架尺寸（长宽高） 100002500550 mm6.1 输料系统的主要功能部件输料系统的主要功能部件（1）输送带在输料系统中，输送带既是承载构件，又是牵引构件，用来运载铣刨废料和传递牵引力。所以在设计输料系统时，正确的选择输送带是个很重要的问题。在满足运送能力的前提下首先考虑保护输送带，使之具有较长的寿命，至少保证 510 年。在设计其他部件时，应尽量减少输送带不正常损坏的可能，必要时要加各种安全防护装置。 23常用的输送带主要有两大类：织物芯胶带和钢绳芯胶带。对输送带的主要要求是：强度高耐磨挠性好伸长率小和便于安装修理。可选用的带宽系列为（mm）：5006508001000120014001600180020002200 等。（2）支撑托辊输送带用托辊为支撑装置，可以支撑输送带及带上的廖，减小带的垂度，使其能稳定运行。为了增大运量和防止废料向两边散漏，支撑装置支撑呈槽型。为了减少托辊对带的运动阻力，托辊内安装滚动轴承。同时必须注意托辊的密封和润滑，以保证托辊转动灵活和延长使用寿命。为使带在两支撑托辊之间的垂度不知致过大，支撑装置的间距可参照有关推荐数值确定，见表 6-1。目前常用的上托辊由三个辊子组成的槽型托辊（侧辊对水平的倾角，托辊槽角为：303545），如图 6.1 所示。承载托辊类型：槽型托辊槽型前倾托辊，下托辊（回程托辊）由一个平直的辊子组成，托辊直径可根据带宽选取，见表 6-2表 6-1 常用托辊间距堆积密度（tm ）3承载托辊间距（mm）回程托辊间距（mm）1.6120030001.610003000图 6.1 槽型托辊简图公路铣刨机整机的设计43表 6-2 带宽对应的托辊直径（部分）带宽B（mm）50065080010001200140063.576891081081087689108133133133托辊直径（mm）89108133159159159（3）张紧装置张紧装置的作用是：1）保证输送带在驱动滚筒的绕出端具有足够的张力，使所需的牵引力得以传递，防止输送带打滑；2）保证输送带张力不低于一定值，以防止带在托辊之间过分松弛引起撒料和增加运动阻力；3）补偿带的塑形伸长和过渡状态下弹性伸长的变化；4）为输送带重新接头提供必要的行程。张紧装置的主要结构形式有螺旋拉紧式车式重锤拉紧式垂直重锤拉紧式三种。螺旋拉紧装置一般只用于无法采用其他拉紧方式的运输装置中。车式重锤拉紧装置一般布置于运输装置的尾部，但它的缺点是张紧装置离驱动滚筒较远，对驱动滚筒绕出端的张紧作用放映较慢。垂直重锤拉紧装置一般布置于输送带中部，如条件允许应尽量置于靠近驱动点的位置，以保证对驱动滚筒绕出端的张力作用。 1.驱动滚筒部件 2.防跑偏轮部件 3.下托辊 4.防护架 5.上托辊支架 6.型钢 7.上托辊 8.皮带 9.改向滚筒图 6.2 铣刨机的输料系统组成6.2 输送带的跑偏及防偏措施输送带的跑偏及防偏措施 6.2.1 跑偏的危害及原因跑偏的危害及原因（1）跑偏的危害1)当输送带跑偏达到一定程度时,输送带会触发用于防止跑偏的保护装置,导致输送系统的事故停机,影响铣刨机的正常工作。2)输送带跑偏时两边缘高度发生了变化,一边高,另一边低,物料从低的一边撒出,在洒落无锡太湖学院学士学位论文44及清理物料过程中常常引起煤炭扬尘,对环境造成污染。3)当跑偏过多时,输送带与托辊支架、机架接触而造成边胶磨损,严重跑偏时,甚至会使输送带翻边。若滚筒的径向有螺钉头、清扫器挡块等凸起部位或机架间隙过小,易引起输送带撕裂、覆盖胶局部剥离和划伤,影响其使用寿命。（2）跑偏的原因输送带跑偏的直接原因有两个。其一,输送带所受的外力在宽度方向上的合力不为零;其二,垂直于输送带宽度方向上的拉应力不均匀。1)输送带所受的外力在宽度方向上的合力不为零。输送带所受到的作用力沿带宽方向上的合力为,输送带跑偏时沿带宽方向上的阻力为 Fx。如果合力 FxFx,输送带保xF持原来正常的运行状态,不发生偏移; 如果 Fx Fx,将使输送带产生偏移。输送带只有偏移到某一位置,使新的力 Fx = Fx时,才不再发生偏移。(2)垂直于输送带宽度方向上的拉应力不均匀。输送带所受到的作用力沿带前进方向上的合力为 Fy ,使输送带产生的沿带宽方向上分布的拉应力为 P。如果拉应力 P 相等,如图6.3( a),则输送带不发生偏移;如果拉应力 P 不相等,如图 6.3( b),则产生力矩 M ,输送带只有向一边偏移,产生另一个与 M 大小相等、方向相反的力矩 M来平衡力矩 M，如图 6-3（c）。图 6.3 输送带受到沿其宽度上分布的拉应力导致输送带跑偏的原因还有很多,其中主要的是:机架和滚筒安装的误差、输送带制造质量误差和成槽性差造成在带宽方向受力不均匀、硫化接头质量不好、输送带出现的局部损伤、给料位置不正确、清扫器性能不佳等设备质量、操作、外界气候条件等因素。实际操作中应从输送机的设计、制造、安装调试、使用及维护等方面综合考虑。 6.2.2 输送带跑偏的常见处理方式输送带跑偏的常见处理方式防止输送带跑偏应提高设备的制造和安装质量。对安装误差引起的跑偏要保证整个输送装置中心成一直线，并且使各滚筒轴线、各托辊轴线与输送带输送装置中心线垂直。连接架的边线或两边的钢丝绳应与输送带输送装置中心线平行等消除安装误差。对输送带接头该重接的要重接。对变形机架进行整形,要及时更换损坏的滚筒、托辊、架子等,保证各滚筒、托辊齐全,转动灵活。对运行中的跑偏,具体调整方法如下。1）承载托辊组的调整公路铣刨机整机的设计45在图 6.4 中可以看出三联托辊中 A、B、C 辊的导向力方向始终沿着输送带的运行方向,也就是说假设输送带是跑偏的,三联辊没有任何作用力能够将输送带拉回到正中位置,在没有人为的外力作用下输送带永远都是跑偏状态的。图 6.4 承载托辊输送带在中段跑偏,通常是托辊组安装不符合要求或者是输送带接头不正所造成。托辊组安装误差所造成的输送带跑偏,可调整托辊组位置来调整跑偏。在制造时,托辊组的两侧安装孔都加工成长孔,以便进行调整。具体方法是输送带偏向哪一侧,托辊组的哪一侧朝皮带前进方向前移,或另外一侧后移,输送带向下方跑偏则托辊组的上方处应当向左移动,托辊组的下方处向右移动,移动的角度在 2 3。如果跑偏严重时,则需要重新校正托辊架,使托辊组水平度误差控制在允许偏差之内。另外输送带接头不正所造成的跑偏是输送带接头运转到哪里,那里就发生跑偏,这时可将输送带切正,重新胶接或者重钉皮带扣即可解决。所钉皮带扣最好随着槽形托辊长度而分段,以保证输送带接头处的成槽性能,防止和减少销子折断,避免发生撕拉输送带事故。2）设置前倾托辊组1. 托辊支架 2. 立辊 3. 复位弹簧 4. 锥形活塞 5. 中间托辊 6. 成槽侧辊 7. 螺旋短托辊图 6.5 前侧倾托辊示意图设置前倾托辊组与普通托辊组的区别在于:侧辊在边支柱上沿输送带运行方向前倾一个角度,一般为 1.52。从安装制造上讲,不会造成成本的增加,其纠偏原理是:当胶带跑偏时,偏离侧的托辊与胶带的摩擦力增大,而输送带运行方向与托辊的线速度方向有一夹角即前倾角,使输送带产生一个向心纠偏力。但是辊子的前倾增加了输送带的运行阻力,输送装置全程采用前倾托辊,耗能将增加约 10% 20%。合理的前倾托辊组的边支柱应做成可将边托辊置于前倾、对中两种位置上,在调试运行过程中,只有跑偏段的托辊调到前倾位置上,这样输送装置的耗能增加很少,不会超过 3%。一般情况下,采用前倾托辊组,能较好地解决胶带跑偏问题。3）调整头部和尾部滚筒的位置滚筒的调整是输送带跑偏调整的重要方法之一。对于头部滚筒如输送带向滚筒的右侧跑偏,则右侧的轴承座应当向前移动,输送带向滚筒的左侧跑偏,则左侧的轴承座应当向前移动,相应地也可将左侧轴承座后移或右侧轴承座后移。尾部滚筒的调整方法与头部滚筒无锡太湖学院学士学位论文46刚好相反。经过反复调整直到输送带调到较理想的位置。由于传动滚筒的调整距离有限,通常情况下,将传动滚筒轴心线调整至与输送带长度方向垂直后,利用螺旋拉紧装置或重

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