液压挖掘机(底盘)行走系统设计

1摘 要挖掘机作为现代工程机械的代表，它的实用性能，工作性能，为各个领域的建设，特别是基础行业的建设与开发带来巨大的帮助。挖掘机的应用十分广泛，例如交通道路、房屋建设、能源开发与建设、农业现代化建设、矿物挖掘与采摘还有现代化的国防建设与维护中。有数据显示，普通的工程施工中约有80%的开采量、矿山中有 70%的挖掘量和采集量是借助液压挖掘机完成的。由于社会主义提出的发展要求，和加快现代化的建设，我国的基础行业和能源行业发展迅速。这就推动了挖掘机领域的发展和创新，为不断满足现代化建设而奠定坚实的基础。其中，行走系是挖掘机的重要组成部分之一，研究和开发行走系统是挖掘机研究中的必经之路和研究基础。本课题的主要工作任务是：设计挖掘机行走系统，包括“四轮一带” ，结构参数的确定，绘制行走装置的总装配图，履带，拖链轮，支重轮，驱动轮，引导轮等的零件图。编写设计说明书。本课题的研究设计思路是：通过对典型的液压挖掘机 WY100 的结构，参数，性能的研究，认识挖掘机的基础现状。针对挖掘机行走系做深入探究，由外形结构到机器的实用性能逐次设计，校核，完成挖掘机最终的设计。本次课题的创新点和研究成果，是建立在传统典型的挖掘机基础之上，从设计中提升能力，创造灵感。把设计中的经验运用到现代挖掘机的开发和创新中，为满足不断变化的施工工况奠定基础。关键词: 液压挖掘机 四轮一带 行走系2AbstractAs a representative of modern engineering machinery excavator, its practical performance, job performance, for the construction of various fields, especially in the construction and development of basic industries tremendous help, such as mechanization of industrial and civil construction, transportation, modernization of agriculture, mineral mining and picking and modernization of mining industry in military engineering, etc. Data show that ordinary construction, about 80% of the mined, open pit mines in the amount of 70% of the stripping and mining excavator amount is completed. With the deepening of Chinese infrastructure construction and widely used in excavators, Excavator industry is developing rapidly, so the development of the excavator to meet the need of our country is essential. However the running gear is an important part of excavator, its research and control is the foundation of the whole development.The main tasks of this project: design excavator system，Including Four Wheels, the determination of structural parameters, drawing devices of rendering walking assembly, tracks, rollers, idlers, drag chain, wheels and other parts diagram. Write mission statement.The design ideas of this paper studies: Through the study of the typical structure of a hydraulic excavator WY100, parameters, performance status of knowledge-based excavator. According to in-depth study, the final design of excavator is completed. Innovation and research in this subject is built on the basis of the typical excavators, enhance the ability and create inspiration from design. Use the design experience to modern excavators development and innovation, laying the foundation for the construction to meet the changing conditions. Keywords: excavator; four Wheels and one track; walking department3目录摘要 .IVAbstract.V第 1 章 绪论 .11.1 挖掘机的简介 .11.2 挖掘机的工作特点 .21.3 国内挖掘机的现状和发展前景 .31.4 本课题的主要任务及意义 .4第 2 章 总体设计方案 .62.1 履带式行走装置的结构形式 .62.1.1 履带式行走装置的特点 .62.1.2 履带式行走装置的组成 .62.2 总体设计原则 .72.3 总体设计重点及难点 .72.4 设计方式及步骤 .8第 3 章“四轮一带”及其附件的设计 .93.1 履带的设计和选型 .93.1.1 履带的特点 .93.1.2 履带的构成 .93.1.3 履带的选型 .103.2 支重轮 .123.2.1 支重轮特点 .1243.2.2 支重轮的构成 .123.2.3 支重轮的选择和设计 .133.3 拖链轮 .143.4 导向轮 .153.4.1 导向轮的结构 .153.4.2 导向轮的选择与设计 .153.5 驱动轮 .163.5.1 驱动轮的结构组成 .163.5.2 驱动轮的设计计算及其校核 .173.6 车架及其附件的设计 .183.6.1 车架的设计 .183.6.2 履带张紧装置 .20第 4 章 行走驱动装置的设计 .224.1 履带式行走装置的传动方式 .224.2 行走驱动装置的组成 .224.3 行星减速装置 .244.3.1 减速器的简介 .244.3.2 减速器的选择 .254.3.3 减速器的设计计算 .25第 5 章 计算校核 .265.1 整机几何尺寸的计算 .265.2 主要技术参数的计算 .2855.3 履带式行走驱动装置的计算 .305.3.1 行驶阻力的计算 .305.3.2 行走液压马达牵引力的计算 .335.3.3 牵引力校核 .345.3.4 行走液压马达主参数的计算 .34第 6 章 总结 .38参考文献 .40致谢 .426第 1 章 绪论1.1 挖掘机的简介挖掘机作为现代工程机械的代表，它的实用性能，工作性能，为各个领域的建设，特别是基础行业的建设与开发带来巨大的帮助。挖掘机的应用十分广泛，例如交通道路、房屋建设、能源开发与建设、农业现代化建设、矿物挖掘与采摘还有现代化的国防建设与维护中。有数据显示，普通的工程施工中约有80%的开采量、矿山中有 70%的挖掘量和采集量是借助液压挖掘机完成的。由于社会主义提出的发展要求，和加快现代化的建设，我国的基础行业和能源行业发展迅速。这就推动了挖掘机领域的发展和创新，为不断满足现代化建设而奠定坚实的基础。挖掘机的种类很多，按照机器本身的吨位的大小可分为不同的种类。比如说小型液压挖掘机的吨位是在 13t 以下的。小型挖掘机的特点是：体积小、运转快速、功能强大，工作效率高等特点，受到各大用户的喜爱。主要用于路面维修、矿山工程、城市房屋建设工程、园岭建设、电力设施组建、土木工程、民用设备的施工、及其他基础建设工程。中型液压挖掘机具备多项功能，它的优点有：运输能力强大、机动灵活、实用性强、耗能少等，非常适用于现代化的建设，特别是城市基础设施的建设，除此之外，重量轻、价格便宜、容易保养和维护，所以它的应用越来越广泛，收到各个地区的欢迎。市场发展力很大。液压挖掘机的行走系统有多种结构形式，现在我们常见的形式主要有履带式、轮胎式和步履式行走装置，其主要功能是支重和正常的行走。作为挖掘机的底盘核心，行走系的要满足很多条件才能顺利，可靠的完成规定的作业，要求如下：（1）动力性：必须提供较大驱动力，可以提供挖掘机各种工况下的动力要求，确保在作业和行驶中的流畅。 ；（2）越野性：保证行走系统的底端与地面有一定的距离，在越野性能上必须有一定的要求；（3）可靠性：挖掘机的接地比压要小，对地面的损坏度要降低；7（4）安全性：挖掘机在险恶的工况中要运行平稳，安全，防止出现滑坡，摔落等现象；（5）灵活性：挖掘机行走系的运动要灵活，结构要紧凑。图 1.1 不同形式的挖掘机1.2 挖掘机的工作特点液压挖掘机的作业十分复杂，经常启动、加速、换向、制动、负载变化大，磨损和冲击，而且野外作业时，环境温度和地理位置变化大，加上现代的建设需求，总结挖掘机应满足的要求如下要：（1）确保挖掘机大臂、铲斗等可以各以自单独动作，同时也可以互相配合，进行多动作性工作。（2）工作装置的动作和转台的回转，既能单独的进行运动，又能产生复合运动，来提高挖掘机的工作能力。（3）履带式挖掘机的行走驱动装置是左右分别驱动的，在回转，行走，驱动等方面做到灵活，独立，可靠的工作。 （4）使得挖掘机的各个动作独立性，变速要准确。（5）挖掘机工作必须安全可靠，各个部件的过载保护能力要强; 挖掘机液压系统应做到：（1）有较高的传动效率， 实现耗油低，利用率高，并能提供较大的驱动力；8（2）整体部件和关键的零件在环境温度和地理位置变化大、振动频繁、冲击力大的作用下，具有足够的可靠性。（3）可靠，轻便，抗震的冷却器，控制系统总发热量，要求主机持续工作时，液压油温度不超过 60 度，同时温升不超过 45 度。（4）由于挖掘机作业环境有很多尘土等赃物，污染严重，容易受到限制，因此液压系统的密封性能要好，各部件的实用性要强，防尘可靠，能够保持液压油的清洁。（5）采取电液比例控制，实现远程或者计算机控制。能自动检测系统的问题，及时解决，并且保证工作的高效性。1.3 国内挖掘机的现状和发展前景我的挖掘机从开始生产就比较晚，第一台挖掘机的斗容量为 1.0 立方米;从单斗液压挖掘机至今，我国的挖掘机行业从模仿，研发和发展经历了三个重要步骤。我国建立初期，大多数都是模仿的，模仿苏联的几种典型的液压挖掘机，其斗容量小，体积小，工作能力有限。这是我国工程机械开始的基础，成为挖掘机开发的发展的基础。在 1980 年左右，我国的挖掘机发展已有一定的规模，但是很小，满足不了市场需求。整体而言，这种生产模式的数量很少，工艺性能，挖掘机的使用性能也不完整。和外国相比，存在很大的差距。自从改革开放以来，我国借鉴外国的研究成果，加上世界经济的转型，带动了国内挖掘机行业的迅速发展。国内许多厂家通过国家路线，引进外国的技术，采取他们的生产工艺，为国内的挖掘机行业打下基础。这样以来，我国的挖掘机产业发展很好，产量明显增多。另外，由于中国城镇化发展的迫切要求，对挖掘机的需求量也急剧增大，许多企业，抓住时机，努力改型和创新，生产出一个有一个的挖掘机，为现代化的建设提供保证。我国的液压挖掘机还是有很多发展空间的。例如，国内的全液压挖掘机不多，这是企业可以弥补的一块，做到挖掘机动力的全部改型。有比如，现在的9挖掘机斗容量不是很大，范围不是很广，我国应该加宽斗容量的范围。对于多变的挖掘机市场，我国应该改从小型，中型，大型挖掘机这三个方面全面发展。着手扩宽挖掘机型号和机型的多样化。除此之外，作为现代挖掘机，应该与电脑技术相结合，采用单片机，或者更高端的控制端，加快自动化的形成。我国的发展速度和良好的国际形势为挖掘机行业的发展带来了巨大的益处，从 2000 年以来，我国挖掘机行业的产量已经大批量了，在国内和国外市场都建立了自己的阵营，而且越来越坚实。而中国的自身需求已经让本国成为世界挖掘机需用量最大的市场之一。挖掘机作为现代工程机械的代表，它的实用性能，工作性能，为各个领域的建设，特别是基础行业的建设与开发带来巨大的帮助。挖掘机的应用十分广泛，例如交通道路、房屋建设、能源开发与建设、农业现代化建设、矿物挖掘与采摘还有现代化的国防建设与维护中。有数据显示，普通的工程施工中约有 80%的开采量、矿山中有 70%的挖掘量和采集量是借助液压挖掘机完成的。由于社会主义提出的发展要求，和加快现代化的建设，我国的基础行业和能源行业发展迅速。这就推动了挖掘机领域的发展和创新，为不断满足现代化建设而奠定坚实的基础。由于经济形势更加开放和自由，加上企业自身的需求，中国的挖掘机行业开始于外国企业合资生产，对挖掘机行业提出了更高的要求，其行业竞争不言而喻。现在挖掘机技术层面上已经做到了很高的成就，企业们开始研究市场，研究环境。我们可以看到，越来越多的中国企业正在雄起，这将使中国发展的动力与后备力量，必将在世界屹立不倒。1.4 本课题的主要任务及意义本课题的主要任务：（1）完成挖掘机“四轮一带”的设计，绘制装配图和零件图。（2）完成挖掘机其他附件的设计，绘制零件图。（3）校核设计中的参数，完成可行性设计。（4）选择其中一部分做出电器控制图。10（5）编写设计说明书。本课题的意义：通过本次毕业设计，使得我们能够更进一步的巩固、加深大学四年里所学基本知识、基础技术和创新思维的掌握，让这些知识和品质变得更加具有实用性；提升独立思考、独立工作和综合运用之前所学的知识分析并且能解决实际生活中的问题的能力，最重要的事，我们可以锻炼怎么总信息时代准确，迅速的获得新知识，和新技能；本次毕业设计，让我熟悉了设计的整个过程，从查询资料，方案设计，初定型号，选择参数，再到理论验证，校核计算。我们完成了绘图工作，查询工作，检验工作。同时也培养了设计的优良品德。让自身的能力加以充分的展示和开发。这将是我们职业生涯的启蒙点。 11第 2 章 总体设计方案2.1 履带式行走装置的结构形式2.1.1 履带式行走装置的特点作为行走装置，履带式有这明显的工作特点。第一，动力性强，第二稳定性能好，第三，运转灵活，再加上能够在多变复杂的工况中完成各种任务，特别是山地等工况下，其越野性能发挥了极致。所以，我国和外国大多数都采用履带式行走装置。为了发展标准化，我国的履带式行走装置做出了标准化技术的改进，即采用标准化原则来规定挖掘机零部件，这样可以通过零件的互换性来提高生产能力，降低产品价格，也是大大的提高了性价比。履带式行走装置的也是存在自身的缺点，例如，功率消耗严重，行走速度不能够快速，需要的输出力矩太大等等，同时还不能进行远距离的行走与运输。即时如此，履带式行走装置凭借自身明显的工作特点，和使用性能，已经被广泛的应用，得到了很大的肯定和认可。2.1.2 履带式行走装置的组成图 2.1 所示为履带式行走装置：推土设配 1；导向轮 2；支重轮 6；托链轮 7；主动轮 8；履带组合 3；履带张紧装置4；行走驱动装置 9；车架 6。12图 2.1 履带式行走装置的组成液压挖掘机行走运行时，从动力装置到导向轮的之间，存在一定的拉力，这个拉力是主动轮带来的，使得履带受到力的作用有一种往下掉的趋势，支重轮的支撑作用，履带的着附力，使得履带能咬紧地面，防止履带的跑偏和篡位，能够保证挖掘机克服各种阻力顺利前行和正常工作。履带紧紧的缠绕在导向轮上，机上与主动轮的啮合，使得连续正常的行驶与各种路面。挖掘机在运行时，是通过行走驱动装置独立的进行的。两个履带各自产生自己的运动，能够实现转向和直线行驶。2.2 总体设计原则本设计要求的技术参数有：挖掘机吨位：25t。挖掘机斗容量：1.0m 3。进行液压挖掘机的行走系统的设计时应该遵循以下原则：（1） 满足使用性能，经济行要好，还要有过载保护的要求。机器的工艺性能良好，结构紧凑，耐用。零部件的实用性好，能有较强的抗磨损能力；（2）保证行走系统的底端与地面有一定的距离，在越野性能上必须有一定的要求。挖掘机能够在任何不好的路况上顺利行走，增加机器的实用性；（3）可靠性要好，挖掘机的接地比压要小，对地面的损坏度要降低，履带产生的牵引力要大，能够使挖掘机行走顺利进行。在挖掘机爬坡时，更要保证平稳性；（4） 结构紧凑，抗震性能良好，在满足工艺性要求的前提下，使得挖掘机外观整洁，美观；结合本设计的要求和机身总重以及参考机种，选择 H 形，组合行走架。2.3 总体设计重点及难点挖掘机行走系统，经过标准化后，完成了产品的批量化，所以在设计中选型要参考国家建筑机械行业标准， “四轮一带”的协调配合，能否正常运行，必须按规定标准进行选择和搭配。这是本次设计的重点。13作为做基础的部分，行走系统既是整体工程机械的承重部分，又是行走与转动的核心，所以把握整机的性能，强度，实用性尤为关键。其中，车架的疲劳强度，承载能力，履带的耐磨性能，履带与驱动轮之间的啮合，支重轮的承载能力都将是这次设计的难点。初步选型，设计校核，发现错误，再到改正，整个过程都将是设计的必经之路，同样也是重点和难点。2.4 设计方式及步骤作为履带行走装置，在运行和行驶时，速度往往都不高，几乎都在 5km/h一下，它的支撑性能的要求，行走性能的满足都要做深入的研究，具体步骤为：(1)先选定“四轮一带”及其附件的相关参数，布置液压挖掘机行走系统的结构；(2)计算行驶阻力，接地比压，牵引力，等参数；(3)设计行走驱动装置的传动方案，确定传动比等动力参数，确定行走液压马达主参数，包括功率，力矩等。验证，校核设计的参数，做最后的定型。14第 3 章“四轮一带”及其附件的设计3.1 履带的设计和选型3.1.1 履带的特点挖掘机在行驶时，其行走性能和工作性能都有严格的要求，作为履带式行走装置，它是最重要的零部件之一。行走装置虽然体积较小，但是其重量不能忽视，现在还存在价格高等问题。因此，我国在履带的设计和研究上做了比较深入的研究。之前，履带的零部件比较多，无论是种类，大小还是出产地都过于分散，这样的话就给零件的互换性带来障碍，影响了产品的供应，导致价格高，资料的浪费。提高零件的互换性，降低成本，做到履带零部件的可靠性强，我国已经对其的规格和质量做了便准化规定，这样，系统化，专业化的零部件已经形成。液压挖掘机的履带主要分为组合式和整体式两种类型，后者的履带板上形成啮合齿形，也可以说他为齿轮。它直接与主动轮啮合。这种履带制造方便，链接履带的销子都拆卸方便。但是它的确定有：很容易磨损，在机械式挖掘机中的使用较为广泛。3.1.2 履带的构成液压挖掘机的履带由履带板、左右链轨节、锁紧销轴和锁紧销套等组成；履带板可以有三种典型的类型，有单筋、双筋和三筋，这三种结构，他们的特点各异，适用范围也有所不同。单筋履带板筋较高，插入地面容易，能够产生满足条件的牵引力，经常被用在推土机上；双筋履带板筋较单肋就比较短了，好处是易于转向，同时履带板的刚度很好；由于筋多，三筋履带板，使履带板的强度增大，刚度可以得到提高，所以在挖掘机上应用最为广泛。三筋履带板上有四个联接孔，中间是清泥孔，当履带在转动的过程中遇到淤泥，链轨节上就会同样沾有淤泥，清泥孔可以帮助清除淤泥。图 3.1 所示为履带的典型结构，它由履带板 11，链轨节 1，销轴 3，销套4，紧锁销套 5，销垫 6，紧锁销垫 7，紧锁销轴 8，螺栓螺母 9.10.组成。其中15左右链轨节与销套过盈链接，履带销轴和销套之间保证有一定的间隙，这样可以使得挖掘机灵活转动，两端与左右链轨节过盈配合。锁紧履带销与链轨节配合较松，便于整个履带的安装和拆卸。1-左链轨节；2-右链轨节；3-销轴；4-销套；5-锁紧销套；6-销垫；7-锁紧销垫；8-锁紧销轴；9-螺栓；10-螺母；11-履带板。图 3.1 典型履带结构3.1.3 履带的选型自从我国的履带进行标准化，统一化，专业化以后，现在共有四种节距的履带，即 173mm,203mm,216mm 和 228.5mm。但是，为满足更多的工作需求，有时也会用到 101mm，125mm,135mm,145mm 和 260mm.等数种的节距。标准化以后履带板在重量，刚度，耐磨性上都有所提高，其次价格也比较合理，做到了互换性。最常用的是三肋板，从结构上来讲，它属于短肋板。由于肋多且肋板比较短，所以它的强度是很高的，在任何工作压力下，都能体现出很高的承载能力和高强度性。所以现在的挖掘机大多数都采用这种结构形式的肋板。三肋板上也有清泥孔，可以顺利的清楚粘在履带上的淤泥，但是不影响真个履带的刚度和强度。图 3.2 为三肋履带板。16图 3.2 三肋履带板根据用途，接地比压等确定履带的结构参数，技术参数等。不同类型的挖掘机它的要求是不同的，选取的结构形式也是有差异的。挖掘机的类型，工作环境的不同都要考虑在内的。如果履带的节距小，冲击力就会越小，这种冲击力主要是集中在，导向轮上和驱动轮上，也就说说履带绕过的地方。这样的话，可以减少磨损，使得转动相对比较均匀，机械效率可以有所提高。但是最小节距值收到链轨尺寸的限制，履带节距及其适用范围见表 3-1.表 3-1 挖掘机驱动轮的履带节距及适用范围节距/mm 齿数 适用范围101 125 135 23 25 斗容量：0.25 立方米154 23 25 斗容量：0.25-0.4 立方米173 23 斗容量：0.40-0.6 立方米203 23 斗容量：1.0 1.6 立方米17216 228.5 25 斗容量：2.5 立方米260 斗容量：4.0 立方米此次设计中的挖掘机选用节距为 203mm，齿数为 23 的履带。按照国家建筑行业工业标准化的规定，所选择的履带为 LD203。其中履带板，链轨节，销轴，销套，紧锁销套，销垫，紧锁销垫，紧锁销轴，螺栓螺母，都按照标准规定选择 SL14，DI203，SZ203，ST203，YJ203，ZJ203，TA203，ZH203 等系列。具体零件的尺寸和画法参照国家建筑行业工业标准化 。3.2 支重轮3.2.1 支重轮特点支重轮在挖掘机中作用很重要，一般把所有的重量都传递给地面，做到全支撑的作用。这是比较理想的状态，但是挖掘机在工作时难免会遇到滑坡，偏转等极限操作，所以这个时候支重轮承受的重量更大，而且是一个支重轮来承担。除此之外，挖掘机在污水，泥水中的行走和工作也是不能忽略的，如果泥水进入哇到支重轮中会严重影响到它的使用性能，影响整机的工作性能。故要求其密封要可靠。3.2.2 支重轮的构成图 3.3 所示为支重轮的典型结构。它由轮体 9，端盖 2，轴 3，轴套 4，浮动油封 5，浮动油封环 6，销 8 等组成。这是标准化后的一种结构形式，为直轴式结构。这种轴的结构紧凑，制作工艺简单，但是它也有自己的缺点，比如轴向力的承受力较小，总体来说，能在挖掘机中适用。支重轮的轴在其中是不转动的，凭借两个轴座的固定，支重轮被禁锢在履带架上。之中的轮体是焊接的，轮边上的凸缘夹持履带，使履带不至于出现滑落等现象。轮体内有轴和轴套，轴套的强度很高，这是因为制作支重轮时，材料选择了锡青铜合金的镀膜层。181-螺栓； 2-端盖； 3-轴；4-轴套；5-浮动油封；6-浮动油封环；7-O 型圈；8-销；9-轮体图 3.3 支重轮的典型结构为了确保支重轮内部的清洁，常采用浮动油封结构。浮动密封的结构紧凑，工作效果极佳，被很多企业和制造厂家所青睐。浮动密封式由金属油封环和 O型密封圈组成。油封上各套有 O 型密封圈，油封是不转动的，被固定在轴座上。密封环固定在轴座的槽中，当密封圈被压紧时会产生一定的弹性变形，使两油封环断面始终贴近。这样的设计会是结构紧凑，实现防止泥水等进入的功能。 3.2.3 支重轮的选择和设计支重轮把机身的重量传递给地面，起到支撑作用。挖掘机在工作和行走时会受到各种的冲击力，而且这种情况普遍存在。 ，所以承受的载荷的能力尤为重要。除此之外，挖掘机的工作环境恶劣，必须保证密封性能可靠；支重轮的布置，在后面章节的具体计算中会体现出来。挖掘机用支重轮的技术要求及规格尺寸可参考国家建筑工业行业标准 JG/T59-1999液压挖掘机 支重轮以及生产厂家的技术标准。 表 3-2 为支重轮的联系尺寸：表 3-2 支重轮的联系尺寸安装尺寸 外形尺寸 配合尺寸 特殊尺寸图号A B D E d1 d2 D1 FW173 335 300 590 160 55 65 550 82W203 370 410 650 205 70 80 600 10519根据前面所选的节距 203mm，对于支重轮的选择则是 W203 的设计参数。图 3.4 本设计所选的支重轮体3.3 拖链轮压挖掘机行走运行时，从动力装置到导向轮的之间，存在一定的拉力，这个拉力是主动轮带来的，使得履带受到力的作用有一种往下掉的趋势。由于托链轮与支重轮的结构类似，因此本设计将用前面论证的支重轮来代替拖链轮。挖掘机用托链轮的技术要求及规格尺寸可参考国家建筑工业行业标准 JG/T 58-1999液压挖掘机 托链轮以及生产厂家的技术标准。图 3.5 所示为典型拖链轮结构：1-端盖； 2-螺栓； 3-螺钉；4-垫片；5-轴套；6-轮体；7-浮动油封；8 浮动油封环；9-端盖；10-轴。图 3.5 典型拖链轮结构203.4 导向轮3.4.1 导向轮的结构导向轮主要的作用是：引导履带正确运转，可以防止履带掉轨和错位，作为底盘下面的零部件，导向轮也能起到支撑的作用，这对于减小接地比压很有效果，因为整机的接地面积增大，压强减小。起引导作用的是中间的挡肩环，轮面一般做成光面的，那么两侧的环面就能能支撑轨链，它的作用和支重轮有相似之处。挡肩环是经常工作的表面，必须有一定的刚度和强度，两侧边的斜度要小。导向轮与支重轮的具体影响了稳定性能，这就要求严格的计算验证。图 3.6 所示为导向轮的典型结构与组成：1-轮体；2-浮动油封；3-浮动油封环；4-螺栓；5-垫圈；6-销；7-连接板；8-密封圈；9-滑轨；10-轴套；11-螺栓。图 3.6 导向轮的典型结构与组成3.4.2 导向轮的选择与设计经过标准化后，导向轮在结构和实用性上得到了统一。在相同节距的条件下，导向轮和支重轮可以互换。这样大大的提高了互换性，使得零件的使用率提高，有助于生产。其联系尺寸见表 3-3：表 3-3 导向轮联系尺寸图号 安装尺寸 外形尺寸 配合尺寸 特殊尺寸21A B D E d1 d2 D1 FW173 335 300 590 160 55 65 550 82W203 370 410 650 205 70 80 600 105W216 400 455 770 205 85 100 724 105导向轮的材料选取一定要做到足够的强度和硬度。在制作时要进行调制处理等。在形位公差和尺寸公差上，一定要使圆跳动，圆度等做到规定的要求，提高产品的可靠性和耐用性。根据前面所选的节距 203mm，对于导向轮的选择则是 W203 的设计参数。3.5 驱动轮3.5.1 驱动轮的结构组成驱动轮的作用是：把行走驱动装置传递的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要的要求是：第一，啮合要平稳。第二，当履带在运行时，其配合零件发生磨损，使得结构尺寸发生变化时，仍能很好啮合。第三，不得有“跳齿”现象。为了缩短履带张紧段的长度，提高功率的利用率，液压挖掘机的驱动轮通常放在后部，还可以可提高履带的使用寿命。图3.7所示为驱动轮的典型结构：图3.7 驱动轮的典型结构3.5.2 驱动轮的设计计算及其校核驱动轮的作用是将传动系统的动力传递给履带，满足了工程车辆工作和行驶的驱动力。必须保证，履带与主动轮之间的啮合要准确。做到，无论在什么22状况下行走都要有保障，主动轮的实质就是齿轮，所以可按照齿轮的要求规范它，使其在啮合时要平稳，不发生根切，不发生碰撞等。主要参数的确定：（1）节距，驱动轮节距的选择和履带节距一样， mm。0t23（2）齿数，驱动轮的齿数会影响到结构的大小，如果齿数较大，则驱动轮外形尺寸过大，但是啮合平稳。驱动轮齿数一般为奇数，使得啮合过程中每个齿都能和节销啮合。其齿数通常取 ，按前面章节的论述，本设计中取237。 23Z（3）驱动轮的节圆半径 ，按下面公式计算：kr（3-0362sinKtZ1）= 0362sin/376mm式中： 为履带与履带销啮合的次数，为实际齿数的半，则 = 。 Z Z23（4）驱动轮的齿顶圆半径 ，按下面公式计算：er（3-00.165.7t2）.723/96m（5）齿根圆半径 ，计算公式如下：1r（3-13762.54kirm233） 式中： 为履带的销轴半径，根据中华人民共和国建筑工业行业 液压挖ir掘机履带 GB/T57-1999的规格系列查取 =22.25mm。ir（6）齿根圆弧偏心距 ，计算公式如下：e(3-4)0.7(2)3.51mitr（7）驱动轮强度校核：主动轮的实质就是齿轮，所以可按照齿轮的要求规范它，使其在啮合时要平稳，不发生根切，不发生碰撞。其接触强度的校正最重要。驱动轮轮齿齿面挤压应力应满足：(3-5)184j jGbd32506.4.8jMPa式中： 驱动轮齿宽度， ；b60bm履带销套外径，查对应履带型号得 ；d 6.5dm许用用挤压应力； 。j 510j Pa条件满足，符合强度要求。3.6 车架及其附件的设计3.6.1 车架的设计行走架作为液压挖掘机行走系统的承重骨架，它由上部转台连接。行走架的承受能力一定要大。除了地盘上部的及其零部件的重量，还有零部件自身产生的内部应力。然后再通过支重轮等，把这些重量和应力传递给地面。由于行走架的结构和受力十分复杂，所以，可靠性要好，挖掘机的接地比压要小，对地面的损坏度要降低；结构要紧凑，合理。在零部件的维修上要便于维修与保24养。行走架一般分为整体式和组合式两类。图 3.8 所示为 H 型的行走架。这种行走架的外形呈横向 H 形，其名称由此而来。我国在很多时期都采用 H 型行走架。其结构特点是：外形尺寸大，搭接在履带架上的纵向距离小。材料运用的较多，体积大，要产生的变形较大，整体的刚度比较低。液压马达和液压油管都显示在外部，无法得到保护。随着技术的进步，行走驱动装置把减速器等都安装在里面，因此，国产履带式液压挖掘机的行走架及其履带架也逐渐得到了改善。1-履带；2-行走减速器；3-驱动轮；4-行走架；5-支重轮；6-拖链轮；7-张紧装置；8-引导轮。图 3.8 履带式行走装置图 3.9 所示为整体式 X 型行走架，其中心部分呈 X 型，因而称 X 型行走架。X 型行走架和履带架是嵌入式的链接，能提高其刚度，强度，可靠性。防止变形应力大，影响到正常的行驶。采用这种结构形式的行走架，驱动装置可以放置在履带架中，使整机的外形更加美观整洁。实用性更好。除此之外，这种结25构形式的行走架在制作上，可以省去很多的材料，质量轻，但是强度足够达到要求。在制作工艺上有这很好的效益。现在越来越多的企业都采用这样的结构形式，无论是使用和制造都带了很大的方便性。对地面的损坏度降低了；结构要紧凑，合理。在零部件的维修上便于维修与保养。图 3.9 整体式行走架（X 形）结合本设计的要求和机身总重以及参考机种，选择 H 形，组合行走架。3.6.2 履带张紧装置液压挖掘机行走运行时，从动力装置到导向轮的之间，存在一定的拉力，这个拉力是主动轮带来的，使得履带受到力的作用有一种往下掉的趋势，履带张紧装置使履带紧紧的缠绕在导向轮上，机上与主动轮的啮合，使得连续正常的行驶与各种路面。旧式挖掘机采用螺杆螺母来张紧装置，利用张紧螺母使导向轮移动一定的距离达到张紧目的。这种张紧装置既费力又不能是履带经常保持装进状态。目前在液压挖掘机中广泛采用带有辅助液压缸的弹簧张紧装置。如图 3.10 所示，它是借助润滑用的润滑油脂，润滑油脂从图中箭头所指处压入张紧液压缸。活塞杆外伸，一端压紧导向轮，另一端压紧弹簧，产生了一定的预紧力。再此，必须保证弹簧有一定的预紧力，能起到缓冲作用。如果履带太紧需放松时，可以放掉一些润滑油脂。确保使用的寿命。 26图 3.10 液压张紧装置图 3.10（a）所示的液压缸活塞直接顶弹簧的形式，这种形式简单，但外形尺寸较长。图 3.10（b）所示的液压缸活塞置于弹簧中间的形式，这种形式结构简单，缩短了外形尺寸，但零件稍多。导向轮前后移动的调整距离应设计成大于履带节距的一半，这样就可以在履带因磨损外伸过长时去掉一节履带板后仍能将履带接上。链轨的调解应适当放松，否则会影响到寿命。27第 4 章 行走驱动装置的设计4.1 履带式行走装置的传动方式作为传动机构，液压挖掘机的行走驱动装置是驱动轮和动力装置之间的所有部件。它作用是：给驱动轮提供动力和功率，并改变动力装置的输出特性，来满足对工程机械车速和牵引力的要求。达到人们对活动的需求。目前，工程机械中的传动方式有以下四种类型：机械传动、液力传动、电力传动以及液压传动。每种传动方式都各有其工作特点，适用的范围和用途。我国目前采用最多的传动方式是液压传动。在结构上不采用较为复杂的零部件，可以做到结构紧凑，尺寸不大，质量轻等。在驱动方式这边，两条履带的驱动方式是一样的，而且可以做到各自的运动，即独立驱动，因此挖掘机在行驶时可以等速，左转，右转等。但是，液压传动也有自身的缺点，教机械传动，液压传动的传动效率较低。综合考虑，权衡液压传动的优缺点和挖掘机工作环境的因素，大多数企业还是选择液压传动，来作为主要传动方式，更有企业开发了全液压的挖掘机。4.2 行走驱动装置的组成行走机构包括行走液压马达、行走减速器和行走制动阀。行走马达一般为变量轴向柱塞斜盘式，对于停车等需求，可以安装制动器来完成任务。马达可以凭借压力油将扭矩传递给行走减速器，由于受到单个齿轮传动比的限制，一般要求多级传动，可以使得减速范围大大加宽，实现降速来增大扭矩的功能。行走制动阀的作用是保护行走油路。图 4.1 所示为行走机构的典型结构及其组成：281-行走制动阀；2-行走马达；3-行走减速器。图 4.1 行走机构的典型结构及其组成作为液压马达，考虑到整体结构的紧凑型，一般对其要求也是要体积小，结构紧凑的，不能对挖掘机行走带来影响。高速液压马达的转速比较高，一般在 2000r/min 左右，一般要求多级传动，可以使得减速范围大大加宽，采用行星减速器实现多多档位的控制，行星减速器的链接往往和制动器有关，两者在一起，结构紧凑，功能明确。29图 4.2 行走装置的减速装行走装置的制动器有常开式和常闭式两种形式。常开式采用的是蝶形弹簧，它的制动就是依靠弹簧压紧产生弹簧力来制动的。正常行走时，制动盘需要分开，这个是靠液压油实现的。这种制动器结构紧凑，功能明确，但是需要有一定的清洁度，还有润滑性要好。如果采用转速低而输出的转矩大的液压马达驱动，可省去减速装置，使机构大为简化。这种结构也存在自身的不足，例如，在挖掘机工作时需要较大的牵引力时，低速大转矩的液压马达显然不能提供足够的动力。由于自身的确定，这种结构的传动效率较低。各级传动的要求尽量使得径向尺寸做到最小，使得整体尺寸紧凑。这些是低转速大扭矩型液压马的工作特点。在选择行走马达时，还要考虑统一性和专业化。回转马达和行走马达应该要统一，这样做到整机的协调统一性。除此之外挖掘机的工作地点，负荷量，运输距离，环境状况等也是考虑的因素，必须加以重视。综上所述，本设计应配备高速液压马到驱动。其具体参数计算在第五章中详细说明。4.3 行星减速装置行星减速器作为液压挖掘机驱动装置的一部分，其重要性不言而喻，合理设计减速器将是驱动装置设计中的重要一步。减速器的结构紧凑，作用明显，呗广泛应用在各种挖掘机械中，成为重要的组成部分。4.3.1 减速器的简介作为减速器，它的作用有：降低发动机的转速来增大扭矩，改变扭矩。液压挖掘机在工作时，遇到的工况是不断变化的，牵引力同样随之变化。而内燃机的转速和扭矩的变化范围都不大，即使用液力机械式传动，采用了液力变矩器也不能满足要求。为了解决这个问题，我们可以通过变速箱来改变整体的传动比，使得挖掘机的行走速度得以改变。同时能在不同工况下提供不同的牵引力，以适应阻力不断变化的工作场景；减速器的分类按其传动结构特点可分为圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗杆减速器、行星齿轮这些减速器。我国用的最多的应该是行星减速器，行星减速器的最大特点：较高的传动效率，其传动效率可高达 50000Kw， 结构紧凑，体积小，质30量轻，变速范围大。4.3.2 减速器的选择行星齿轮减速器与普通齿轮减速器相比，行星减速器具有许多突出的优点，所以受到很多国家和企业的青睐，也成为研究对象。行星齿轮减速器的主要优点如下：(1) 体积小，重量轻，传递功率大，承载能力高、结构紧凑；(2) 性能可靠，采用的是行星齿轮，减速器里的太阳轮，中心轮等组合而成，在传动效率这块做到效率高，且有效。(3) 变速范围大，通过改变齿轮个数和齿数等一些结构参数，就可以改变传动比，于是变速范围也可控制；(4) 结构合理，内部的惯性力都能通过内部结构得以平衡。行星齿轮和中心论的合理配合，使得整体的设计合理化。综上所述，本次设计选用减速器为行星齿轮减速器。4.3.3 减速器的设计计算设计挖掘机行走驱动装置的理论基础一定是以传动比为核心的。在各个行星轮和中心轮的配合下，其啮合的传动比都有一定的限制。对于单个的齿轮而言，一般传动比在 6-8 之间。所以，总能出现单个齿轮满足不了的情况。这样的话，就会想