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毕业设计(论文)中期报告题目：多功能挖掘机行走装置设计1 设计（论文）的进展状况我的毕业设计从选题到初期答辩再到现在，在导师的精心指导下我对自己的课题有了更深入的了解。在初期答辩的时候了解了题目的背景意义、研究价值以及国内外的相关研究情况。初期答辩后我又根据任务书要求对自己的课题进行了更深入的研究。（1）在开题答辩中，答辩组的老师对我的设计草图和开题报告指出了许多不足之处也提出了很多课题相关的问题以及在做毕业设计的过程中需要注意的地方。针对老师们给的意见和建议我对自己的毕业设计进行了修改并对自己的课题有了更深入的认识。（2）根据设计要求和老师的意见改进了多功能挖掘机行走机构的装配图(三维模型） ，解决了挖掘机转向的问题合理化了行走装置。三维图如图 1。图 1 挖掘机行走装置（三维模型）（3）完成了一篇 3000 字的外文翻译工作。（4）对行走轮的结构进行了修改。如图 2图 2 行走轮的机构（5）完成中期报告一份。（6）履带式液压挖掘机主要性功能参数：1）主要参数整机重量 t 20爬坡能力 35行走速度（低速） hkm/3.5行走速度（高速） 4整机的使用重量 t 222）发动机参数发动机额定转速 in/r2000发动机额定功率 kW1223）行走液压马达参数最小/大排量 rmL/100.3/168.9马达轴转速 p1245.5/2093马达轴扭矩 N 885/509最大允许转速 in/r2400容积效率 0.95机械效率 0.95（7）挖掘机行驶时，会有各种各样的阻力。为了确保挖掘机的正常行驶，则挖掘机的牵引力 应大于所有阻力之和 ，即： 。挖掘机在行驶过程F阻F阻F中需要克服的阻力有：滚动阻力 ；坡度阻力 ；转向阻力 ；加/减速阻力 ；gpz jF行走机构内阻力 ；风阻力 。挖掘机不同工况下的行走装置阻力计算：nf1）滚动阻力 ：g cosfGFg式中： 滚动阻力系数，查表获得；f整机的使用质量， ；GN坡度角水平路面滚动阻力 ：1gF=1g Nmf 215608.920.爬坡时的滚动阻力 ：2gfFg 92.73cos.cos22）坡度阻力 ：pNmgFp 08.12365sin8.920sin 3）加速阻力 j .1.4）挖掘机内阻力 n NmgF129368.206.0. 由此可得挖掘机直线行驶时的行走阻力： 1）挖掘机在平地上的行走阻力 ：1阻FFnjg 3652925601 阻2）挖掘机在坡道上行走时的阻力 阻 NFpnjg 14608.19.7阻2 存在的问题及解决措施 2.1 存在的问题：（1）在做毕业设计的时候对毕业设计的要求认识不够，对重点的把握不强。做了一些无用功，走了较多的“弯路” 。只是针对挖掘机行走装置的动力系统即对斜盘式柱塞马达和减速器用了过多的时间而对行走装置的整体的结构设计设计用了较少的时间。（2）设计中有些参数还没有进行验证，未将有关零件进行标准化。例如对液压杆的横截面积没有进行核算。（3）行走装置的二维图做的还不够完善。有些结构尚未表达清楚。（4）行走轮的张紧装置的结构设计存在问题。2.2 解决的措施：（1）把握设计的重点合理安排时间，多查找相关资料修改图纸中存在的不足使行走机构装置合理化。（2）加深对液压方面知识的了解。 3 后期的工作安排第 6-8 周（2013.12.20-2014.3.23）：解决行走装置在三维模型中结构方面存在的问题。准备中期答辩。第 9-11 周（2014.3.24-2014.4.13）：通过详细的计算得出行走装置不同工况下所需的牵引力，并根据设计要求核算轴、液压杆、轴承的尺寸和使用寿命。并开始撰写毕业论文。第 12-13 周（2014.4.14-2014.4.20）：根据计算结构进一步修改三维模型。第 13-14 周（2014.4.21-2014.4.27）：依据修改后的三维模型转化为二维模型，表达清楚内部结构。完成图纸量的要求。第 15-18 周(2014.4.28-2014.5.18 ）：完成毕业论文，准备答辩。指导教师签字： 年 月 日 毕业设计(论文)开题报告题目：多功能挖掘机行走装置设计01.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景：自改革开放以来，中国经济快速发展，基础行业亟待建设，中国工程机械行业也步入了快速发展时期。挖掘机作为一种土方机械在基础建设中所占的比重越来越大，作为其主要组成部分之一的行走装置在挖掘机工作过程中起到支撑、行走和提供给工作装置地面反力的作用，其性能直接关系到挖掘机的机动性、灵活性及工作效率，因此，研究挖掘机行走系统的性能便显得十分重要 4。1.2 研究意义：挖掘机行走传动系统不仅需要传输很大的功率，且要求元件具有较高的效率和良好的寿命，同时还希望在变速、调速、差速、改变输出轴旋转方向等方面均具有良好的特性。采用何种传动方式才能更好地满足挖掘机行走传动系统的需要，一直是挖掘机行业所要面对的课题 5。1.3 国内外研究情况：挖掘机行走系统最初主要采用机械传动，随着液压传动技术的发展，越来越多的挖掘机生产企业开始采用液压传动。液压挖掘机在 20 世纪 50 年代中期首先出现在德国，只是辅助机构使用了液压传动，回转和行走机构仍是机械传动。到 60 年代初期，由于采用了最新发展起来的轴向变量柱塞泵和斜轴式定量马达，挖掘机所有的工作机构均采用液压传动控制从 20 世纪 70 年代开始，随着制造技术的发展和加工精度的提高，行走液压系统不断更新，这为挖掘机行走液压系统的发展提供了一个更加广阔的前景。国外公司在设计某新型挖掘机时，在司机工作室中运用了虚拟现实技术，该技术将司机座席布置到可以在三个银幕上投影各种模拟图象的屋内，司机可以体验三维立体场景，这样不仅可以缩短挖掘机的研制周期，而且还可扩大机械后方的视野。可见国外己经把许多尖端技术应用在机械设计与控制中。1.4 挖掘机行走装置的未来发展趋势主要有：(1)巨型化。随着大型基础建设工程的不断开工以及工业规模的不断扩大，必然会对起重机等工程机械的工作能力提出更高的要求。承重量增加，履带的宽度、接地长度也会相应增大。因此，巨型化是挖掘机行走装置发展的重要方向。(2)部分零部件的标准化、通用化。目前，大型起重机、堆取料机、斗轮挖掘 机等重型机械应用得越来越广泛，挖掘机行走装置的市场需求量也越来越大，实现其零部件的标准化与通用化，可以有效降低设计、制造成本。(3)远程控制。挖掘机行走装置工作环境比较恶劣，噪声大，粉尘多，且操作室在高空中，严重影响着工人的身心健康，通过计算机视觉、现场总线、GPS 和无线通讯技术，实现对包括行走装置在内的整机运行状态的远程控制及作业现场无人化管理，可以有效提高整机控制的自动化程度，降低工人的劳动强度，促进人机友好。(4)智能控制。挖掘机行走装置的智能控制主要体现在：1a.可针对不同工况，由控制系统自动给出调整参数，调整驱动电机的运行参数，使之始终处于最佳运行状态；b.通过专家系统，建立履带行走装置与其所服务机构的合理控制算法,实现二者之间的优化匹配；c.运行状态的实时监测，并对其可靠性进行评估；d.自动故障诊断及报警。机器人智能技术的不断发展，必然会推动大型履带行走装置向智能控制方向前进。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要内容：(1) 多功能挖掘机的行走装置设计，包括行走装置的结构设计和驱动系统的设计。(2) 液压行走马达的输出转矩。(3) 利用液压系统的的各个元件和回路的计算公式计算了在不同的行走工况下履带式液压挖掘机行走液压系统的牵引力和牵引功率。2.2 研究方案2.2.1 方案一：行走装置采用履带式。挖掘机的行走装置主要包括：履带架、履带、引导轮、支重轮、托链轮、最终传动和张紧装置等。驱动轮、导向轮、支重轮、托链轮和履带通常被称为“四轮一带” ，是挖掘机行走装置的重要零部件，直接关系挖掘机的行走性能。这些零部件安装在左、右两个履带架上，两条履带架用中间底架相连，组成行走架。最终传动包括行走液压马达和减速机构，发动机输出的动力经过行走液压马达和减速机构后传至驱动轮使整个行走机构运行。张紧装置可以调整履带的松紧度以避免其由于磨损而伸长 5。履带式液压挖掘机的特点：a. 要求较高的发动机功率以及较大的输出力；b. 具有多执行元件（主要包括动臂、斗杆、铲斗、回转机构和行走机构)，且要求执行部件既能独立动作，又可复合运动；c. 外负载变化复杂、冲击大；d. 具有良好的操作特性，减轻了驾驶员的劳动强度，提高了整车的舒适性；e. 能完成某些特殊功能，比如锁定、制动、同步等。21.引导轮 2.张紧装置 3.行走架 4.支重轮 5.履带 6.托链轮7.驱动轮 8.行走液压马达和减速机图 1 履带式挖掘机行走装置2.2.2 方案二：行走装置采用轮胎式结构。轮挖的液压行走系统主要由液压泵、多路阀、液压马达、脚踏阀、传动轴、车轮等组成，为适应恶劣的行驶工况轮挖一般采用四轮驱动。轮式挖掘机的特点：轮式液压挖掘机其具有机动性强，行驶速度快，远距离转场成本低等特点。轮挖的液压行走系统一般采用汽车式底盘结构，由液压马达驱动行驶，液压能的能量传递过程为泵到多路阀，多路阀到马达，再由械传动到动轮 8。31.车架 2.回转支承 3.中央回转接头 4.支腿 5.后桥 6.传动轴7.液压马达及变速箱 8.前桥图 2 轮胎式挖掘机行走装置示意图2.2.3 方案对比：表 1 方案对比综合上述方案一与方案二之间的对比，结合两方案的优点提出方案三:将挖掘机的行走装置设置为轮式与履带式结合的行走结构。行走装置主要包括主动轮、两个辅助支撑轮、履带和张紧装置。44 的行走机构能提供较大的转矩满足挖掘机在复杂工况下也能正常使用。履带结构能胜任工况恶劣的地方且越野、爬坡能力强；采用优点 缺点 成本方案一 能胜任泥泞，湿地、矿山或者工况恶劣的地方,越野能力强，爬坡能力强移动不灵活，长距离移动时依赖板车较高方案二 移动性能好行驶速度快机动性能强使用范围狭窄，多以路政或者市内工程为主，不能进入矿山或者泥泞地带，爬坡能力差较低4轮式挖掘机的转向结构，以使行走机构足够灵活，改善移动性能。图 3 优化后的挖掘机行走装置3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1 重点及难点：设计挖掘机的行走装置设计，包括行走装置的结构设计和驱动系统的设计，然后进行绘制 Auto CAD，SolidWords 等图。利用液压系统的的各个元件和回路的计算公式计算了在不同的行走工况下履带式液压挖掘机行走液压系统的牵引力和牵引功率。3.2 前期开展的工作：(1)查阅相关资料，积累基础知识；(2)初步了解挖掘机行走装置相关知识；(3)掌握关于行走马达、减速机等行走装置核心部件的工作原理；(4)熟练掌握 SolidWorks，Auto CAD 等作图软件。4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1 周第 3 周(2013-12-6 至 2013-12-27)：查阅资料，完成基础知识的积累和开题报告。第 4 周第 7 周(2013-12-27 至 2014-01-17)：根据制定的方案，完成多功能挖掘机的行走装置的结构和驱动系统的初步设计，绘制图纸，准备中期答辩。第 8 周第 10 周(2014-01-17 至 2014-02-07)：细化挖掘机的行走装置，解决设计中存在的问题。第 11 周第 13 周(2014-02-07 至 2014-02-28)：完成多功能挖掘机的行走装置液压系统的分析及液压系统牵引性能的分析。第 14 周第 18 周(2014-02-28 至 2014-05-18)：完成毕业论文准备毕业答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 5指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日6参考文献1 何经良.机械式挖掘机工作与行走装置机构性能研究D.上海:上海交通大学机械与动力工程学院，2010.2 崔玉玲.履带式挖掘机行走减速机构动力学仿真研究D.吉林:吉林大学机械学科与工学院，2011.3 张树忠.邓 斌.宋春华.轮式挖掘机的技术现状与发展趋势 J.世界科技研究与发展,2008，30（3）：336-339.4 吴正明.履带式液压挖掘机行走系统动力学仿真D.太原：太原科技大学机械工程学院,2013.5 曲德韵.履带式液压挖掘机行走液压系统动态特性分析D.太原：太原科技大学机械工程学院，2009.6 龚计划.小型液压挖掘机履带行走装置的参数化设计方法研究D.四川：西南交通大学,2010.7 石金艳.谢永超.斜盘型轴向柱塞马达柱塞受力分析J.液压气动与密封，2010，(2):36-39.8 刘均益.何清华.陈艳军.轮式挖掘机液压行走系统功率损失试验分析 J.建筑机械化, 2012,(06):50-53.9 何法明.蒋德志.斜盘式轴向柱塞液压马达低速稳定性仿真 J.大连海事大学学报,2004,30（3）：81-83.10 刘玉婷.RV 减速器的传动误差分析 D.大连：大连交通大学，2012.11 盛建清.多履带行走装置传动系统优化技术应用研究D.吉林:吉林大学，2011.12 闫冰一.李培军.张瑞娟.基于 LabVIEW 的挖掘机行走机构中减速机的振动检测系统设计J.液压与气动，2010,（7）： 70-72.13 YANG Jing,QUAN Long,YANG Yang.Excavator Energy-saving Efficiency Based on Diesel Engine Cylinder Deactivation TechnologyJ.CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING,2012,25(5):897-904.14 ZHU Jianxin,YANG Chengyun, HU Huoyan. Reducing-resistance mechanism of vibratory excavation of hydraulic excavatorJ.J.Cent.South Univ.Technol.2008(15):535539.15 Dong Zhixin,Quan Long.Modeling and Simulation of Driving System for Large Hydraulic ExcavatorJ.Fluid Power and Mechatronics (FPM).2011:699-674.16 隋文涛.大型矿用挖掘机履带行走装置动力学仿真研究D.吉林：吉林大学，2006.本科毕业设计（论文）题目：多功能挖掘机行走装置设计多功能挖掘机行走装置设计摘 要本课题是关于多功能挖掘机行走装置的设计。本文在查阅相关文献的基础上，首先分析了挖掘机行走装置的发展状况，了解了挖掘机行走装置的结构组成，其次，根据任务书的要求对挖掘机的行走装置进行研究，确立了研究方案，根据相关计算公式计算出了多功能挖掘机行走装置在不同的行走工况下的牵引力、行走阻力和牵引功率，并完成行走轮液压张紧装置液的压缸的选型和关键部位轴的强度验算。然后，根据计算所得的尺寸用 SoildWorks 对多功能挖掘机的行走装置进行三维建模。最终完成多功能挖掘机行走装置的结构设计和驱动系统的设计。且建立的三维仿真模型可为多功能挖掘机行走装置系统的进一步研究提供参考。关键词：液压挖掘机；行走装置；斜盘式轴向柱塞马达；行走减速机构IThe Design of Multifunction Excavator Walking DevicesAbstractThis design is on the device of versatile excavator,On the basis of collected papers in domestic and foreign literature excavator device,First,analyzing the development of the excavator undercarriage,Understanding the structure of excavator undercarriage,secondly,conducting research on excavator undercarriage according to the requirements of the mission statement,Establishing a research program,According to the relevant formulas to calculate the multifunction device of excavator walking in different conditions of traction, running resistance and traction power,Checking the strength to complete the walking round the hydraulic fluid pressure of cylinder tensioning device of selection and key parts of the shaft.Thirdly, according to the Calculating size and the results of running gear system analysis,With SoildWorks to finish the working of versatile excavator undercarriage for three-dimensional modeling. Finally finishing the working of versatile excavator undercarriage structural design and drive system,Further more, the three-dimensional simulation model can provide versatile excavator undercarriage system as a reference.Key Words：Hydraulic excavator ；Walking device； Swash plate axial piston motor；Deceleration mechanism of walking主要符号表向分力 xF垂直分力 y单侧牵引力1t挖掘机的地面附着力坡度阻力pF转向阻力z行走机构内阻力n土壤变形阻力t履带销轴间的摩擦阻力nxF支重轮的摩擦阻力z驱动轮的摩擦阻力nq转向阻力r从发动机进入液压传动系统所造成的功率损失fyN发动机的输出功率驱动辅助装置消耗的功率e液压元件传动效率；y进入液压传动的功率f挖掘机行走传动系统的总效率履带驱动效率r挖掘机牵引力总tF履带滑转速度v挖掘机理论行驶速度T滑转率挖掘机行驶时克服行走阻力损失的功率kxN履带滑转损失的功率克服土壤变形阻力损失的功率t克服坡度阻力损失的功率p克服内阻力损失的功率n挖掘机行驶时损失的总功率sN挖掘机回转支撑轴所受的剪力F挖掘机回转支撑轴所受的弯矩M目 录1 绪论 .11.1 课题的提出背景及意义 .11.1.1 题目背景 .11.1.2 研究意义 .11.2 挖掘机行走装置的研究现状 .11.2.1 国外研究状况 .11.2.2 国内发展状况 .21.3 主要研究的内容、设计要求及设计方案 .21.3.1 主要内容 .21.3.2 设计要求 .21.3.3 研究方案 .32 多功能挖掘机行走装置的概述 .62.1 多功能挖掘机的基本组成 .62.1.1 多功能挖掘机履带行走装置的定义 .72.1.2 多功能液压挖掘机的行走装置的组成 .72.2 多功能挖掘机行走装置的设计要求 .83 多功能挖掘机行走装置的结构设计 .93.1 履带式行走装置的传动方式 .93.2 终传动的组成及工作原理 .93.2.1 行走马达的工作原理 .103.2.2 挖掘机行走装置的 RV 减速器 .114 多功能挖掘机行走系统的计算与校核 .174.1 多功能挖掘机的主要性能参数 .174.1.1 主要参数 .174.1.2 发动机相关参数 .174.1.3 行走液压马达参数 .174.1.4 液压系统参数 .174.1.5 行走速度（双速） .184.2 多功能挖掘机行走系统的牵引性能分析 .184.2.1 多功能挖掘机行走系统的牵引力的计算 .18I4.2.2 附着力的计算 .184.2.3 挖掘机行走阻力 .194.3 多功能挖掘机行走系统的牵引功率 .244.3.1 挖掘机工作时损失的功率 .244.4 挖掘机行走机构的张紧装置液压缸选型 .264.4.1 张紧轮系的受力分析 .264.4.2 张紧装 置液压缸的选型 .274.5 多功能挖掘机行走装置回转支撑的轴的设计 .305 多功能挖掘机行走装置液压系统分析 .335.1 多功能挖掘机液压系统的工作原理 .335.2 多功能液压挖掘机行走液压系统分析 .335.2.1 行走液压系统简述 .335.2.2 行走液压系统基本回路分析 .356 结论与展望 .406.1 结论 .406.2 展望 .40参考文献 .41致谢 .42毕业设计（论文）知识产权声明 .43毕业设计（ 论文）独创性 .4401 绪论1.1 课题的提出背景及意义1.1.1 题目背景自改革开放以来，中国经济快速发展，基础行业亟待建设，中国工程机械行业也步入了快速发展时期。挖掘机作为一种土方机械在基础建设中所占的比重越来越大，其中，2030 吨级中型挖掘机由于作业效率高，使用面积广，技术相对成熟，配套件供应充足，价格适中，在整个挖掘机产品中占有绝对主体地位。作为挖掘机主要组成部分之一的行走装置在挖掘机工作过程中起到支撑、行走和提供给工作装置地面反力的作用，其性能直接关系到挖掘机的机动性、灵活性及工作效率，因此，研究挖掘机行走系统的性能便显得十分重要。1.1.2 研究意义履带式液压挖掘机作为现今挖掘机的主要机种之一，在土方作业中应用广泛，对于其行走系统在挖掘机工作的过程中，一方面支撑挖掘机上部分并完成整机的行走和转向，另一方面要提供工作装置在工作时的地面反力。目前对挖掘机的行走部分的研究主要体现在行走部分的结构设计与液压系统的优化。1.2 挖掘机行走装置的研究现状1.2.1 国外研究状况近些年来，随着微电子技术、计算机技术、控制技术通信技术等新技术的日益渗透于液压挖掘机技术中，智能化的进一步的应用，使得动力系统内部的一些控制元件能够随着挖掘机的具体工况而改变，从而提高工作效率，使操纵变得更加容易。使得世界各工业发达工业国家的液压挖掘机技术提高很快，像国外的这些厂家如日本的小松、神钢，美国的卡特彼勒，韩国的大宇、现代，0尤其是德国的挖掘机，技术都已经很先进了。而今，挖掘机技术更是向智能化、环保、节能的方向发展。例如：国外公司在设计某新型挖掘机时，在司机工作室中运用了虚拟现实技术，该技术将司机座席布置到可以在三个银幕上投影各种模拟图像的屋内，司机可以体验三维立体场景，这样不仅可以缩短挖掘机的研制周期，而且还可扩大机械后方的视野。可见国外己经把许多尖端技术应用在机械设计与控制中。1.2.2 国内发展状况国产挖掘机的功能比较单一，其衍生产品较少，而且国产挖掘机规格只要集中 30t 以下，6t 以下的规格比较齐全，从 1.5-30t 基本形成系列，200t 以上基本空白，因而我国的挖掘机行业还是处于“发展期 ”，我国挖掘机企业在研发体系和试验体系的建设方面还是雏形难见，产品的开发也主要处于仿造的阶段，电控技术只有山东众友等少数公司自主研发，大多数企业还是外购。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的方面的研发给别企业才刚刚起步，大多数企业还没能力涉及。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、液压件等核心部件技术不够先进质量问题较大。国内的挖掘机生产厂家主要有：柳工、徐工、三一重工等。1.3 主要研究的内容、设计要求及设计方案1.3.1 主要内容（1） 多功能挖掘机的行走装置设计，包括行走装置的结构设计和驱动系统的设计。（2） 对多功能挖掘机的行走装置的主要结构进行分析。（3） 利用液压系统的的各个元件和回路的计算公式计算了在不同的行走工况下履带式液压挖掘机行走液压系统的牵引力和牵引功率；1.3.2 设计要求挖掘机的行走装置是整个机械的支承部分,它承受机械的自重及工作装置挖掘时的反力,使挖掘机的稳定地支承在地面上工作。同时又使挖掘机能在工作时作场内运行及转移工地时作运输性运行。因而设计挖掘机的行走装置时应尽量满足下列要求:（1） 挖掘机应有较大的驱动力,使挖掘机在湿软地面或高低不平的地面上行走时具有良好的越野性能,并有较强的爬坡和转弯性能；（2） 在不增大行走装置高度的前提下应使挖掘机具有较大的离地间隙,以提1高其不平地面上的通过性能;（3） 行走装置具有较大的支撑面积或较小的接地比压,以提高挖掘机的稳定性;（4） 挖掘机在斜坡下行时不发生超速溜坡现象,以提高挖掘机的安全可靠性;（5） 行走装置的外形尺寸应符合道路运输的要求。1.3.3 研究方案方案一：行走装置采用履带式。挖掘机的行走装置主要包括：履带架、履带、引导轮、支重轮、托链轮、最终传动和张紧装置等。驱动轮、张紧轮、支重轮和履带，是挖掘机行走装置的重要零部件，直接关系挖掘机的行走性能。这些零部件安装在左、右两边的履带架上，两侧的履带架用中间底架相连，组成行走架。最终传动包括行走液压马达和减速机构，发动机输出的动力经过行走液压马达和减速机构后传至驱动轮使整个行走机构运行。张紧装置可以调整履带的松紧度以避免其由于磨损而伸长 11。履带式液压挖掘机的特点：（1） 要求较高的发动机功率以及较大的输出力；（2） 具有多执行元件（主要包括动臂、斗杆、铲斗、回转机构和行走机构)，且要求执行部件既能独立动作，又可复合运动；（3） 外负载变化复杂、冲击大；（4） 具有良好的操作特性，减轻了驾驶员的劳动强度，提高了整车的舒适性；（5） 能完成某些特殊功能，比如锁定、制动、同步等。01.引导轮 2.张紧装置 3.行走架 4.支重轮 5.履带 6.托链轮7.驱动轮 8.行走液压马达和减速机图 1.1 履带式挖掘机行走装置方案二：行走装置采用轮胎式结构。轮式挖掘机的液压行走系统主要由液压泵、多路阀、液压马达、脚踏阀、传动轴、车轮等组成，为适应恶劣的行驶工况轮式挖掘机一般采用四轮驱动。轮式挖掘机的特点：轮式液压挖掘机其具有机动性强，行驶速度快，远距离转场成本低等特点。轮式挖掘机的液压行走系统一般采用汽车式底盘结构，由液压马达驱动行驶，液压能的能量传递过程为泵到多路阀，多路阀传到马达，再由传动轴传到动轮 3。01.车架 2.回转支承 3.中央回转接头 4.支腿 5.后桥 6.传动轴7.液压马达及变速箱 8.前桥图 1.2 轮胎式挖掘机行走装置示意图方案对比表 1.1 方案对比优点 缺点 成本方案一 能胜任泥泞，湿地、矿山或者工况恶劣的地方,越野能力强，爬坡能力强移动不灵活，长距离移动时依赖板车较高方案二 移动性能好行驶速度快机动性能强使用范围狭窄，多以路政或者市内工程为主，不能进入矿山或者泥泞地带，爬坡能力差较低综合上述方案一与方案二之间的对比，结合两方案的优点提出方案三:将挖掘机的行走装置设置为轮式与履带式结合的行走结构。履带行走机构能提供较大的转矩满足挖掘机在复杂工况下也能正常使用。履带结构能胜任工况恶劣的地方且越野、爬坡能力强；采用轮式挖掘机的转向结构，以使行走机构足够灵活，改善移动性能。02 多功能挖掘机行走装置的概述2.1 多功能挖掘机的基本组成1.前挡泥板 2.驱动轮 3.张紧轮 4. 支重轮 5.履带6.托架板 7.后履带板 8.回转支撑图 2.1 挖掘机行走装置三维模型多功能挖掘机的三个基本的功能是：完成挖掘、行走和回转。按照部件的功能挖掘机可分为：动力装置、工作机构、传动系统、操作机构、回转机构、行走机构、电气控制系统、液压系统和其他辅助设备等。挖掘机的动力装置、回转机构、传动系统的主要部分、辅助设备和驾驶室等通常安装在回转平台上，被称为上部回转平台。因此，可以把整个挖掘机可分为工作装置、上部回转平台、下车行走机构三个部分。本文只对下车行走部分进行研究。挖掘机在结构上主要由下车行走部分，上车回转部分和工作装置组成。20吨级的中型挖掘机的行走装置目前主要采用履带行走装置。其主要优点是：具有较大的牵引力和较低的接地比压；稳定性好；具有良好的越野性能和爬坡能力;转弯半径小、机动灵活。挖掘机的行走装置是挖掘机的运行部分，也是整台挖掘机的支承基座，承受挖掘机的自重及工作装置挖掘时的挖掘阻力，使挖掘机稳定地支承在地面上工作。02.1.1 多功能挖掘机履带行走装置的定义履带行走装置是凭借四条平行旋转的闭合履带，来使挖掘机运动的机构。行走装置组要由：四条闭合的履带、驱动轮、辅助支撑轮、张紧轮、张紧装置等零部件组成。车辆采用的履带行走装置，履带相当于车辆的自带轨道，便于挖掘机能通过承载能力较低的地面，并且能保证足够的牵引力，具有较强的越野通过能力，能够使挖掘机在无路、雪地、沼泽等轮式车辆行驶不便的条件下安全行驶。这是一种较为全能的行走方式。2.1.2 多功能液压挖掘机的行走装置的组成图 2.2 挖掘机行走轮三维模型行走装置基本组成主要包括：支重轮、驱动轮、张紧轮、终传动、张紧装置、履带和履带架。这些零部件安装在左右四个履带架上，四条履带架用中间底架相连接，组成行走架。终传动包括行走马达和减速机构，液压泵输出的液压力经过行走马达和减速机构后传至驱动轮上，驱动轮转动将转矩传给履带，驱动履带进行卷绕，履带的卷绕在经过履齿将履带链轮产生的转矩转化为与地面的摩擦力，带动其它的轮子转动驱动整个车身前进或后退。考虑到挖掘机在作业时工地行走的需要，一般将行驶速度设定为高低速两档，这样就可以根据行走路面的状况及工作场地的大小选择合适的行驶速度。驱动轮的轮齿在工作时受履带销的反作用力的弯曲压应力，并且轮齿与销轴之间有磨料磨损，因此，1驱动轮应采用淬透性较好的钢材，如 50Mn、45SiMn 等，并对其进行中频淬火、低温回火，使其硬度 HRC5558。行走装置的支重轮在行走过程中可在履带轨面上自由滚动，起到传递机重和缓和地面冲击的作用，所以支重轮的工作环境十分恶劣，经常处于尘土之中，有时还浸泡在泥水之中，故支重轮必须有较大的刚度，常用 35Mn 或 50Mn 制造，轮面淬火硬度应达 HRC48-57，另一方面需要良好的密封性，一般采用浮动油封防尘。张紧装置主要用于防止履带运行一段时间后产生磨损而使履带链轨销轴发生磨损。履带节距增大，造成履带松弛、履带脱轨、行走装置噪音增大等从而影响挖掘机的行走性能。因此挖掘机的每条履带必须设有张紧装置，以使履带保持一定的张紧度。张紧方式主要有机械张紧机构和液压张紧机构两种形式 4。2.2 多功能挖掘机行走装置的设计要求挖掘机的行走装置是整个机械的支承部分,它承受机械的自重及工作装置挖掘时的反力,使挖掘机的稳定地支承在地面上工作。同时又使挖掘机能在工作时作场内运行及转移工地时作运输性运行。因而设计挖掘机的行走装置时应尽量满足下列要求:（1） 挖掘机应有较大的驱动力,使挖掘机在湿软地面或高低不平的地面上行走时具有良好的越野性能,并有较强的爬坡和转弯性能;（2） 在不增大行走装置高度的前提下应使挖掘机具有较大的离地间隙,以提高其不平地面上的通过性能;（3） 行走装置具有较大的支撑面积或较小的接地比压,以提高挖掘机的稳定性;（4） 挖掘机在斜坡下行时不发生超速溜坡现象,以提高挖掘机的安全可靠性;（5） 行走装置的外形尺寸应符合道路运输的要求。23 多功能挖掘机行走装置的结构设计3.1 履带式行走装置的传动方式液压挖掘机的履带式行走装置均采用液压传动，它可以使履带行走架结构简化，并并省略了机械传动的一系列的复杂的锥齿轮、离合器及传动轴等零部件。履带行走装置液压传动的方式是每一条履带各自有驱动的斜盘式轴向柱塞马达及减速装置，由于左右两侧的两个马达都可以独立的操作，因此，挖掘机的左右两侧的履带除了可以同时的前进、后退或一侧履带驱动、另一侧的履带停止转弯外，还可以两条履带相反方向驱动，使挖掘机实现就地的转向，提高了多功能挖掘机的灵活性。3.2 终传动的组成及工作原理图 3.1 终传动工作原理图（三维图）终传动包括行走马达和减速机构，液压泵输出的液压压力力经过行走马达和减速机构后传至驱动轮上，驱动轮转动将转矩传给履带，驱动履带进行卷3绕，履带的卷绕在经过履齿将转矩转化为与地面的摩擦力，带动其他的轮子转动驱动整个车身前进或后退。3.2.1 行走马达的工作原理1.斜盘 2.缸体 3.柱塞 4.配流盘 5.马达轴图 3.2 斜盘式轴向柱塞马达原理图 液压挖掘机的行走马达一般采用斜盘式轴向柱塞马达。斜盘式轴向柱塞马达的工作原理如图 3.2 所示 9。轴向柱塞马达由斜盘 1、缸体 2、柱塞 3、配流盘 4、马达轴 5 等组成柱塞 2 轴向分布在缸体 3 同一半径圆周处，柱塞靠机械装置（如滑履）的作用顶在斜盘上。压力油从配流盘 4 的窗口进入缸体 2 的柱塞孔时，柱塞 3 在压力油的作用下外伸，紧贴斜盘 1，斜盘 1 对柱塞 3 产生一个法向反力 ，此时反力 可分解为轴向分力 和垂直分力 。作用在柱塞底FxFy部的油压力为 ，柱塞直径为 ，则：pd向分力 ： x（3.1）42pFx垂直分力 ：yF（3.2）tanxy与柱塞上液压力平衡，而产生的垂直分力，则使柱塞 相对缸体的中心产生y xF一个转矩，带动马达轴 5 逆时针方向旋转向外输出转矩和转速。上述分析是针对一个柱塞的情况，整个轴向柱塞马达的输出转矩是由 z 个柱塞的和转矩所构成的。由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也成周期4性变化，所以液压马达输出的总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴 5 按顺时针方向转动，实现换向。改变斜盘的倾角 ，可以改变其排量。这样，马达的进、出口压力差和输入流量不变的情况下，改变了马达的输出转矩和转速，斜盘的倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。斜盘式轴向柱塞马达的特点：斜盘式轴向柱塞马达容积效率高，调速范围大，因此必须通过减速器来带动工作机构；可以做成通轴式，便于设置其他机构，迅速改变排量时，运动部分的惯性矩小。斜盘的角度不宜太大（一般到 18 ） 。3.2.2 挖掘机行走装置的 RV 减速器图 3.2 行走装置的 RV 减速器的三维模型51.盖板 2.齿圈 3、4.轴承 5.浮动油封 6.联轴器7.太阳轮 8、9.壳体 10.加/放油堵头图 3.3 减速器的结构简图挖掘机行走装置的 RV 减速器简介 2RV(Rotate Vector)传动是一种新型的、二级封闭式、少齿差行星传动机构，它是从传统的针摆式行星传动的基础上发展起来的一种运用于高精度机器人传动的减速器 10。相较于其他传动，RV 传动机构包含有众多的优势，例如传动比范围大、传动精度高、回差小、体积小、质量轻，另外它的传动效率高、传动平稳、承载能力强。多数挖掘机采用 RV 减速机。 RV 减速器经过三部分：渐开线圆柱齿轮行星减速部分(第一减速机部)、摆线针轮行星减速部分(第二级减速机部) 以及输出机构部分构成。该减速机将液压马达的高速回转运动，进行减速变换成低速大扭矩运动，使轮毂回转。第一级减速机部图 3.4 第一减速机部示意图6图 3.5 第一级减速机部第一级减速机部采用行星齿轮减速，行星齿轮减速器主要包括：太阳轮、行星轮、行星架、齿圈。液压马达轴的旋转运动传动到以花键与轴联接的输入太阳齿轮上，此时 3 个行星直齿轮与输入太阳齿轮啮合，进行减速旋转。如图3.5 所示为第一级减速机部 2。（1） 太阳轮太阳轮与齿轮轴是一体的，输入功率通过太阳轮传递给 RV 减速器的第一级减速部分。（2） 行星轮三个互成 120角的行星轮与中心太阳轮相啮合，将输入轴传入的功率分三路传递下去，太阳轮与行星轮的外啮合，主要起到了减速与功率分流的作用。（3） 曲柄轴三个曲柄轴采用键与对应行星轮固连，运动中可视为一个整体，曲柄轴通过圆锥滚子轴承，安装在左右行星架上均布的轴承孔当中。 行星齿轮传动的特点是：（1） 瞬时传动比恒定；（2） 传动效率高；（3） 工作可靠、寿命较长；（4） 结构紧凑、适用于近距离传动；7（5） 可实现平行轴、任意角相交轴、任意角交错轴之间的传动；（6） 要求较高的制造和安装精度，成本较高。行星轮系与普通齿轮传动相比，在结构、零件数、运动方式上都有很大不同。行星轮系的结构是太阳轮与行星轮外啮合传动、行星轮与内齿圈内啮合传动；行星轮系的运动方式是行星轮绕自身轴线旋转的同时还绕太阳轮、内齿圈与行星架的共同轴线旋转。第二级减速机部第二级减速机部摆线针轮行星减速部分。行星直齿轮(3 个)分别以花键相连于各自的曲柄轴，从第一减速部机向第二减速机部传递转矩，当曲柄轴旋转时，则其偏心体部分 A 和 B，一边自转一边进行着偏心运动 (公转运动)。这样由偏心体 A 和 B，以及在偏心体和上装着的滚针轴承的作用，只将偏心体 A和 B 的偏心运动传给 RV 摆线齿轮 A 和 B。这样，RV 摆线齿轮 A 和 B 与行星齿轮、曲柄轴以相同方向相同转速,进行着偏心运动。RV 摆线齿轮 A 和 B 的偏心运动，使齿数为 ZR 的 RV 摆线齿轮 A 和 B 的齿面和其啮合的 ZP 个针齿边滚动边依次改变啮和位置。如图 3.6 和 3.7 所示为第二级减速机部。图 3.6 第二级减速机部8图 3.7 第二级减速机部（三维图）RV 传动是二级曲柄式封闭差动轮系，它的结构示意图如图所示，整个装置由两部分组成：处于高速端的渐开线行星齿轮降速机构；处于低速端的摆线针轮降速机构。（1） 摆线轮摆线轮通过转臂轴承与曲柄轴相连，且两片摆线轮总是相差 180的相位角，即两片摆线轮总是对称分布，这样就可以起到平衡机构径向力的作用。 （2） 针齿轮针齿轮与摆线轮内啮合，本文中，RV 减速器的针齿轮是固定的，针齿壳上有针齿槽，针齿安装于针齿槽内。（3） 行星架输出 行星架分左、右行星架两部分，通过内六角圆柱头螺钉联接，当针齿轮固定不动时，可以将左、右行星架连在一起作为一个输出行星架考虑。同样，只要固定了行星架以后，针齿壳亦可以作为输出机构输出。挖掘机行走装置的 RV 减速器原理：在传动过程中，太阳轮 1 驱动电机输入轴相连，当电机带动太阳轮逆时针方向旋转时，太阳轮与三个互成 120的行星齿轮啮合，完成了第一级减速；而行星轮在绕太阳轮轴心公转的同时还将顺时针方向自转，作为第二级减速部分的输入，行星轮与曲柄轴固连，两片摆线轮铰接在三根曲柄轴上，并与针齿轮内啮合，两片摆线轮的相位差为 180，由于行星轮顺时针自转，致使摆线轮发生了偏心运动，当针齿轮固定时，摆线轮在绕针齿轮中心公转的同时，还将反向自转，即逆时针旋转；曲柄轴通过支撑轴承推动输出机构 (即行星架)逆时针9转动，将摆线轮上的自转转速以 1:1 的转速比转化为输出。RV 减速机的特点：RV 传动作为一种机器人用高精度传动，具有一系列的优点，具体概括如下： （1） RV 减速器的体积小，质量轻，承载能力强，其体积约是其他减速器的 ；32（2） RV 减速器的传动平稳、噪音低，在两级减速机构中，处于第二级的摆线针轮传动，两片摆线轮呈 180相位角对称分布，啮合齿数较多，曲柄轴与摆线轮之间通过滚动轴承接触，极大地增加了整个传动机构的稳定性，另外由于转臂轴承个数的增多，使得轴承内外环的相对转速下降，从而提高了轴承的使用寿命； （3） 由于是二级减速，所以传动比范围大，N = 31171；其传动效率高达 85% 92%； （4） 通过合理的设计方案，保证适当的制造安装精度，可以实现较高的传动精度与较小的回差； （5） 采用了行星架输出，行星架左端是刚性的大圆盘，其扭转刚度大，抗冲击能强。104 多功能挖掘机行走系统的计算与校核4.1 多功能挖掘机的主要性能参数4.1.1 主要参数整机重量 t 20爬坡能力 35行走速度（低速） km/h 3.5行走速度（高速） km/h 4整机的使用重量 t 22.54.1.2 发动机相关参数发动机额定转速 r/min 2000发动机额定功率 kW 1224.1.3 行走液压马达参数最小/大排量 mL/h 100.3/168.9马达轴转速 rpm 1245.5/2093马达轴扭矩 Nm 885/509最大允许转速 r/min 2400容积效率 0.95机械效率 0.954.1.4 液压系统参数0液压系统工作压力 MPa 32.4液压系统工作功率 kW 1104.1.5 行走速度（双速）高速 km/h 3.5低速 km/h 4.84.2 多功能挖掘机行走系统的牵引性能分析4.2.1 多功能挖掘机行走系统的牵引力的计算行走牵引力是指地面对履带的反作用力。挖掘机的履带行走装置的牵引力必须大于或等于各阻力之和，小于或等于履带对地面的附着力 4。由 = 可得：P3601vFt= （4.1）1tFvP360其中：F t1：单侧牵引力， kNv：行驶速度， km/h：传动效率，%P：液压系统效率，kW代入公式得：=88.25 kN378.061tF则整车的牵引力为：kN 50.162.21tt总4.2.2 附着力的计算为了使挖掘机正常行驶，挖掘机的驱动力需要满足大于地面行驶阻力而小于地面附着力（避免挖掘机履带打滑） ，即 ，其中 为地面附GFtz着系数。常见的几种路面的附着系数路面类型 混凝土 干粘土 压实粘土 干沙土 坚实土路0.45 0.90 0.70 0.30 0.901路面类型 冰 湿粘土 压实雪地 湿沙土 松散土路0.12 0.70 0.25 0.50 0.60取 =0.9 则：在水平道路上行驶使挖掘机的地面附着力 为：FkN45.198.029.3Ft总在坡道上行驶挖掘机的地面附着力 为：kN92.3sin.5.815.29033 4.2.3 挖掘机行走阻力挖掘机行驶时，会有各种各样的阻力。为了确保挖掘机正常的行驶，则挖掘机的牵引力 应大于所有阻力之和 ，即： 。挖掘机在行驶过tF阻F阻F程中需要克服的阻力有：坡度阻力 ；转向阻力 ；行走机构内阻力 ；土pz n壤变形阻力 5。 （忽略风阻力）t坡道阻力 Fp设定斜坡角度为 。则挖掘机沿斜坡方向的分力：（4.2）sinGFpG整车重量坡道角度，最大的爬坡角度 =35kN42.1sin8.920p（1） 内部阻力 nF履带行走时不但受到地面的滚动阻力，而且行走机构的内部也产生阻力。主要的阻力来自于：履带销轴间的摩擦阻力 ；支重轮的摩擦阻力 ；驱动轮的nxFnzF摩擦阻力 ；nq履带销轴间的摩擦阻力 nxF（4.3）tzdx21其中为履带 张力，N；1vPx3601行走液压马达的输出功率， =110kW；xPx行走装置减速机构的传动效率， =0.95；挖掘机的行驶速度， =3.0 km/h；vv销轴与孔之间的摩擦系数， =0.1；22履带销轴的直径， =0.08 m；xdxd2驱动轮的齿数， =24；zz行走装置履带节距， =0.19 m；将数据代入公式得：t tkN4.1250.3961F1381.6 N.874.2nx（2） 行走装置支重轮的摩擦阻力 nz（4.4）)2(3fdDGFpnzG作用在履带上的总重量，21000N；支重轮的外径， =0.18m；pDp支重轮销轴直径， =0.1m；zdzd滚动摩擦系数， ；f 05.3.f支重轮销轴与轴套间的摩擦系数， =0.1；3 310500 N)4.21.0(8.21nzF（3） 驱动轮的摩擦阻力 ：nqF（4.5）14)(DdBA其中： 、 别为作用在两侧驱动轮轴承上的反力， (驱动轮AFB 8.93BAF自重）+12000.49.8（履带重量的五分之二） =5517.4 N；驱动轮节圆直径， =0.753m；1D1D驱动轮销轴直径， =0.1m；dd驱动轮销轴与轴套间的摩擦系数，取 =0.1；4 4146.54 N753.01).54.7(nqF则挖掘机的内阻力之和 为：1381.6+210500+146.54=22528.14 Nnqznx2（4） 土壤变形阻力 tF土壤的物理性质在某些方面一定程度上影响挖掘机行走机构的性能，在行进过程中，由于履带对土壤进行挤压而产生一定的土壤变形阻力，挖掘机行走装置履带的土壤变形阻力 满足以下关系：t（4.6）02pbFt3由土壤抗陷系数的定义，可得 ， 是指使土壤受压表面下陷 1cm 时所Ap00需的单位面积压力。 是指土壤承受的压力，它反映了土壤能否承受机器重量，使其平稳通过的能力，根据贝克经典压力-沉陷关系模型：（4.7）nczkb)(其中：土壤承受的压力，kN；承受面积， ；A2mz土壤压缩变形位移，取 z=0.01 m；土壤内聚力变形模量；ck土壤摩擦角变形模量；n土壤变形指数；b履带宽度；L单侧履带接地长度；表 4.1 沉陷关系参数b（m） L（m） ckz（m) n p(kPa) A( )2mG(N)0.75 4.09 5.27 1515.04 0.01 0.7 44 3.07 220000代入公式计算得：60.595 kN7.01)4.157.02(=19.74kPa/m.396APkN56.74.1202pbFt挖掘机运行时阻力 costk路面坡角；当挖掘机在平坦道路上行驶时，即 时；0kN56.73cs56.73kF当挖掘机在坡道上行驶时， （挖掘机的最大行驶坡角） ；kN2.o.k（5） 转向阻力 r挖掘机行走装置转向时，主要承受的阻力来自于履带板与地面的摩擦阻力、履带板侧面剪切土壤产生的阻力和履带板履刺挤压土壤产生的阻力。而履带与地4面产生的摩擦阻力占转向阻力 的主要部分。摩擦阻力的影响因素有：履带接rF地比压分布和挖掘机的工况。挖掘机进行转弯时整个机器属于空载状态，工作装置处于空载状态，因此，履带的比压可以视为均匀分布。已知履带宽度 =0.75 m，单条履带的接地长度 L=4.09 m，且 L/b5，则单条履b带的微面积 绕履带中心转动时的力矩 满足以下关系：dx1T（4.8）bxdp61式中：接地压比，Pa；p挖掘机转弯时履带与地面之间的摩擦系数；6则单条履带的转弯阻力矩 为：1T（4.9）mgL
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