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长沙学院本科毕业设计（论文）开题报告 （2012届）系部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 二班 学号 2008011204 指导教师姓名： 职称 职称 2012年 11月 23 日题目：升运式铲运机工作装置设计1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1000字以上的文献综述。1.1课题研究的背景和意义铲运机主要用于中距离的大规模土方转移工程,它能综合完成铲土、装土、运土和卸土四个工序,能控制填土铺卸厚度和进行平土作业,并对卸下的土进行局部压实,具有较高的生产效率和经济性。铲运机工作装置设计经历了从“手算”到“电算”，从“盲目”到“有目的”的一个漫长的过程。同时，在目前的优化设计过程中，不论是变量、目标函数、约束条件的确定还是优化方法的选择，都具有复杂性和多样性，优化结果差别也较大，由于其自身的特点，铲运机工作装置优化设计是一个永恒的课题。而升运式铲运机：1）解决了铲运机铲装时的动力不足向题。用升运链板将物料刮进斗内而不再需要顶推机的助铲工作, 即可装至堆尖容量。2）可将难装的松散材料（砂与砾石）刮进斗内, 并堆装起来至满斗。对粘性小的土壤适应性最好。3）铲装时, 铲土功率负荷变化幅度小, 仅为15% , 而普通铲运机要达40%左右。由于其铲装时牵引阻力较普通铲运机小（装斗阻力可减少60%）, 所以铲斗容量较同功率的普通铲运机大。可充分利用拖拉机牵引车的交引功率, 与其他型式同功率的铲运机相比效率高。4）由于对土壤进行搅拌和混合后均匀地装人斗内, 可保证以后作业的压实质量, 并使卸土后的工作面平坦整齐, 有利于修筑道路和堤坝。随着计算机技术的发展,人们对一些复杂运动机构的运动学分析及动力学分析显得越来越迫切,对铲运机工作机构进行运动学分析及动力学分析,能得到各铰销的峰值载荷发生的瞬间及载荷的大小,给工程设计提供了数据支持。通过该设计能使学生将大学四年所学的知识能灵活的运用于实践。对于一个工程的整体设计有了更好的理解，有助于形成工程化的思想,对以后的设计打下很好的基础。1.2研究课题的特点和分类升运式铲运机机动灵活, 工作效率高, 自身可完成铲、装、运、卸、摊铺等诸道工序, 斗容大且不需助铲, 适于50500米运距运土,故其用途较广, 在建筑工程中, 平整工地、修筑道路、搬运上方等, 在水利工程建设中, 兴修水库、堤坝、开沟筑渠等。在农田基本建设中可进行土地粗平, 铲除土丘, 填平洼地和集中表上, 还原表土来修筑梯田等。本课题要求设计实用的升运式铲运机工作装置，满足自行轮式、液压式、链板装载且自落卸土。铲运机按照行走方式可分为拖式铲运机和自行式铲运机。通常拖式铲运机由履带式拖拉机牵引，它具有接地比亚小、附着能力大和爬坡能力强等优点，在短运距和松软潮湿地带工程中普遍使用。而自行式铲运机按行走装置可分为履带式和轮胎式两种，其本身具有行走能力。履带式自行铲运机又称铲运推土机，它的铲斗直接装在两条履带的中间，适用于运距不长、场地狭窄和松软潮湿地带工作。轮胎式自行铲运机按发动机台数又可分为单发动机、双发动机和多发动机3种，按轴数分为二轴式和三轴式。轮胎式自行铲运机由牵引车和铲运车两部分组成，大部分采用铰链式连接，铲运车不能单独进行工作。轮胎式自行铲运机具有结构紧凑、行驶速度快、机动性好等优点，在中距离的土方转移施工中应用较多。在通常情况下,自行式铲运机可以单独完成装、运、卸(包括铺平和碾压)、返施工工序。在遇到三级以上的土壤时,一般配以推土机助铲或者预先进行松土，在其它条件均正常的情况下,其生产率主要受到土壤性质、道路阻力和运载距离的制约。对于自卸车而言,其一般施工工序为:由装载机或挖掘机装载作业,而由自卸车单独完成运、卸、返作业过程,其生产率在正常条件下主要受到装载机或挖掘机的效率、道路阻力和运载距离的制约。由于液压元件具有重量轻、结构简单、操作方便等优点，铲运机正在向液压化方向发展。使用液压操纵，液压导向，液压制动，液压动力输出，液压传动驱动轮，液压马达等。在全液压传动中，发动机直接控制变量泵，通过液力输出带动液压马达，把动力直接传送到行走装置和工作部件，实现无极变速，取消了变速箱、传动轴、万向节、减速器等。升运链的动作是由液压马达行星齿轮式驱动。不但运转可靠、提高了工作性能，而且使整机重量降低，结构简单化，为使大型铲运机总体设计结构配置小型化创造了条件。升运式铲运机（图1）与普通铲运机的主要不同点是具有升运物料的升运装置。可不用助铲而自行装满铲斗, 所以升运装置即成为此种铲运机的关键核心部件。升运装置由机架升运链、链板、主动链轮、从动链轮、托轮、减速器、液压马达、上下支撑杆等组成。图 1 卡特彼勒公司613型升运式铲运机1.操纵杆 2.消声器 3.转向拉杆 4.转向油缸 5.牵引梁 6.牵引横梁 7.液压马达 8.链板 9.铲斗 10.牵引臂 11.活底滚轮 12.导向轨 13.侧铲刀 14.刀刃齿 15.铲斗升降油缸 16.牵引钩 17.保险杠 18.喇叭 19.散热器护罩 20.座位 21.挡风板卸土在行进中进行，首先将铲斗降至主铲刀距地面要求的卸土厚度, 然后活动斗底和主铲刀在液压油缸作用下, 向后移动, 使斗底前半部的开口越来越大, 直至活动斗底到达后死点位置, 铲斗内前半部土壤靠自重逐步落下然后、铲斗后推板在液压油缸作用下前推, 直至前死点位置, 将铲斗后半部土壤逐步推落,使土壤全部卸出。再将活动斗底和后推板回位, 完成卸土工作过程。1.3研究课题国内外研究发展现状1.3.1国外研究发展现状国外铲运机发展速度很快, 特别是近十几年来更为显著。随着世界各国现代化农业的高速发展, 农业工程对铲运机的要求日益迫切。为适应大规模的以改土治水为中心的农田基本建设作业的要求, 各国正大力开展铲运机的研制工作。国外铲运机以工程用居多, 大都属工程铲运机, 生产批量都很大, 作业性能较好。各国都重视牵车（拖拉机）与铲运机等农田施工机具的配套要求, 对整机设计和液力操纵传动（变速） 等作了专门考虑,其机型正在由工业用向工农业兼用和农业用方向发展。这都说明国外铲运机的使用范围正在逐渐向农业工程扩大。国外除英国和澳大利亚生产少量拖拉机配套的悬挂式农用铲运机外, 其他国家已不生产。大多数国家都将工程用铲运机直接用于农田水利工程上, 特别是俄罗斯，近年来在土壤改良中, 工程铲运机已成为主要机具, 增长幅度很大。美国是世界上工程机械产量最多的国家, 也是铲运机产量最大、使用最广、发展最快的国家。美国卡特匹勒公司（Caterpillar）生产15种铲运机, 是目前世界上铲运机种类和产量最多的公司。此外, 美国的特雷克斯公司、国际哈维斯特公司、克拉克公司, 日本的小松制作所, 法国理查德兄弟公司,意大利菲亚特公司以及加拿大麦赛福格森公司等跨国公司都为不同类型的牵引车（拖拉机）配上了铲运机械。多为自走式,少数为牵引式。升运式铲运机又是其中发展最快的一种型式许多厂家生产的型号也很多。如美国卡特彼勒公司生产的613B型623B型633C型。 近年来, 这种装有升运部件便于装斗的铲运机得到大量推广。在美国, 这种机器完成铲运机全部作业量的40%以上。其原因是普通铲运机所能装运的材料当中,有80%均可用升运式铲运机自行装运。其大方向有5个:1.向大功率、大斗容高速度、高效率方向发展。2.广泛应用液压技术。3.广泛采用新技术和新结构。4.广泛使用新材料。5.重视理论研究, 向产品的高度系列化、标准化、通用化发展。1.3.2国内研究发展现状我国土地辽阔、地形各异。水利、建筑、农田等工程急需大量的土方施工机械, 特别是升运式铲运机, 更有其独到之处, 可自行铲土、装土、运土和卸土, 不需助铲, 效率高, 是我国现代化大工程建设不可缺少的土方运输机械。随着我国南水北调工程的进行，铲运机再一次以其高效率和经济性吸引了土方施工承包者的兴趣。南水北调中线总干渠工程中，根据地形地质条件，将挖方渠段分为三大类地质结构类型：土方285段(长948.0km， 占渠线总长67%)、土/石双层结构101段(长239.5km，占渠线总长16.8%)、石方31段(长61.0km,占渠线总长4.3%)。其中，黄河以南以全挖方和半挖半填为主，最大挖深46m，黄河以北渠道以全填方和半挖半填为主，最大填高15m。这样，南水北调中线总干渠土石方工程量有：土石方开挖6.85亿m3,土石方填筑1.47亿m3。面对如此浩大的土石方转移，南水北调中线总干渠设计者们经过周密的计算，在设计书中写下了“需铲运机700台”的字样。这无疑将推动铲运机这一在国外广泛应用的产品在中国的快步发展。升运式铲运机可减少铲装时的牵弓阻力, 且负荷功率变化幅度小, 仅15%,而普通铲运机为40%左右。所以升运式铲运机可在不增加动力机功率的情况下增大斗容, 铲运机的斗容对提高生产率起着关键作用。我国升运式铲运机从1978年初开始研制。黑龙江省嫩江地区农机研究所在黑龙江省水利机械厂先后试制了两轮样机, 通过性能鉴定和部分生产考核, 认为该机已达到原设计要求。该机为CS-5型升运式铲运机, 为我国目前拖拉机保有量最大的东方红-75拖拉机配套, 几何斗容为5立方米。CS-5型铲运机突破了我国现有铲运机的传统结构型式, 为我国设计高效、大斗容的新型铲运机开创了新途径。CS-5型牵引升运式铲运机的研制成功, 填补了我国升运式铲运机的空白,是一种有发展前途的机型。2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。2.1选题依据本课题源自于铲运机市场需要。为了全面而深刻地了解了升运式铲运机工作装置的结构和工作原理，在已有的升运式铲运机工作装置中选取以及创新设计合理的和工作效率高的，来完成本课题的设计。能够掌握机械设计的程序和方法，树立正面的工程大合集思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力。2.2课题主要研究内容2.2.1升运式铲运机总体结构的设计与研究 确定升运式铲运机的总体布局、运行方式，然后进行铲斗、升运装置、液压系统等各个组成部分的总体设计。2.2.2升运式铲运机铲斗的设计根据GBT 25690-2010 土方机械 升运式铲运机 容量标定完成对铲斗的设计。铲斗部分由铲斗体、活动斗底、自动刮平铲刀、后推板、主铲刀、侧铲刀等组成。对铲斗的设计要求：1、铲斗是铲运机的主体, 应具有较高的强度。2、在保证强度的条件下, 应尽策减轻铲斗的结构重量。3、铲斗左右侧板上对应的轴、销、孔应同轴、同心, 以备安装其他部件。4、铲斗外表应光滑、美观、大方。5、卸土部件应动作灵活, 卸土砌底,工作可靠。卸土面应平整, 厚度均匀。2.2.3升运式铲运机升运装置的设计升运式铲运机与普通铲运机的主要不同点是具有升运物料的升运装置。可不用助铲而自行装满铲斗。升运装置即成为此种铲运机的关键核心部件。对升运装置的要求：1、升运部件应传动可靠, 工作平稳。2、根据不同土质条件, 可变换链板的升运速度, 并能调节主铲刀与升运链板之间隙。3、升运部件的驱动扭矩应大于实际的升运扭矩, 以便使物料自如升运。4、有足够的强度和刚度, 能承受一定的冲击载荷和振动, 以避免变形和损坏。5、具有升运链的紧张调节机构。2.2.4升运式铲运机液压系统液压系统主要是控制铲运机工作部件的动作, 从而保证其完成诸项工序的作业。也是本课题设计的一个重点和难点。2.3课题的研究方案 对于升运式铲运机整体设计方案的研究，拟定选用两种方案进行比较。方案一：单发动机链板装载自行式铲运机；方案二：双发动机链板装载自行式铲运机。对于升运式铲运机传动方案的研究，拟定选用两种方案进行比较。方案一：半机械半液压操纵式；方案二：全液压操纵式。3.工作进度及具体安排。进度安排起止日期工作内容2011年12月完成开题报告14周实习：了解工作条件和收集原始数据，制定初步设计方案，征求意见。56周翻译与毕业设计课题内容相关的英语资料；完成方案设计。78周分析、优化结构，校核主要零件强度；修改不合理结构；完成设计、校核。912周工程图制作，出图。1314周编写设计说明书。指导教师批改15周16周设计说明书修改、定稿、打印，总结材料，准备答辩主要参考资料1 徐灏主编. 机械设计手册M . 北京:机械工业出版社, 1991.2孙桓,陈作模主编. 机械原理M .北京:高等教育出版社,2001.3 颜荣庆，李自光，朱福民，李万利. 现代工程机械液压系统分析M .北京：人民交通出版社.1998.4 李启月. 工程机械M . 湖南：中南大学出版社. 2007.5 周萼秋，邓爱民，李万利. 现代工程机械M . 北京：人民交通出版社.1997.6 苏欣平，刘世通.工程机械液压与液力传动M .北京：中国电力出版社.2010.7 冯忠绪.工程机械理论M .北京：人民交通出版社.2004.8 靳同红，王胜春.工程机械构造与设计M .北京：化学工业出版社.2009.9 贾瑞芬，张期，优化设计的发展与应用情况M .北京：机械工业出版社，2000. 10 杨晋生等主编铲土运输机械设计M .北京：机械工业出版社，198l.11 高湖海主编装载机械M . 北京：冶金工业出版社，1995.12 王玉兴等铲运机工作机构设计方法研究M . 北京：农业工程学报，1998.13 潘兆庆，周济主编现代设计方法概论M . 北京：机械工业出版社，199l.14 张鄂主编现代设计方法M . 西安：西安交通大学出版社，200l.15 潘兆庆，周济主编现代设计方法概论M .北京：机械工业出版社，199l.16 陈立周主编机械优化设计方法M . 北京：冶金工业出版社，1995.17 刘惟信编著机械最优化设计M .北京：清华大学出版社，1994.18 李柳, 程志红. 装载机工作装置参数化建模优化分析M . 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