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履带式
推土机
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履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。
动力输出机构以齿轮传动和花键连接的方式带动工作装置液压系统中工作泵、变速变矩液压系统变速泵、转向制动液压系统转向泵；链轮代表二级直齿齿轮传动的终传动机构（包括左和右终传动总成）；履带板包括履带总成、台车架和悬挂装置总成在内的行走系统。
推土机总体结构包括动力装置、传动机构、行走机构、工作装置、液压系统、电气系统和驾驶室等。 推土机的工作特点是在户外连续作业，且阻力时常变化，宜选取 12 小时功率作为发动机装车的标定功率，转速在1800～2000r/min之间，功率为120kw，速度适应系数应在 1.35～1.55 的范围内。
选用斯太尔 WD615T1-3 六缸四冲程柴油发动机，额定功率 120kw，最大输出扭矩 840N?m。传动机构 采用发动机—液力变矩器—变速器—中央传动—最终传动的路线。
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（ 2010 届） 本科生毕业设计资料 题 目 名 称 ： 履带式推土机 2010 届 本科生毕业设计资料 第 一 部分 设计说明书 I 要 推土机在土石方工程中被广泛应用，推土工作装置是其承受工作载荷的主要部件，并将载荷传递至机体，受力情况非常恶劣。在复杂多变的工作外载荷作用下，分析计算推土工作装置在不同工况、不同部位危险 点的应力分布，是设计推土机工作装置所必需的。 本文进行了 推土机的总体设计、 推土机重心计算、 推土机工作装置结构设计。 本次设计工作装置采用固定式直倾推土铲，双液压缸提升。 根据任务书设计了铲刀和推土板的主要尺寸 ， 并使用 图软件，更直观的将设计体现出来。 本设计选择了危险工况和计算位置进行了强度校核， 并借助计算机选取危险截面进行了有限元分析，对结果进行了对比分析。经过校核，该结构设计合理，满足使用要求。 稳定性分析中，是在切土作业和坡道运行中进行的分析。并根据受力情况对液压缸进行设计，得出相应的缸体尺寸 。 关键词 ：推土机；工作装置； 液压缸；强度校核 ； 图 in of to to is In in in of is of of to of a of AD of of of of its is in to on 录 第 1 章 绪论 1 推土机概述 1 履带式推土机介绍 1 推土机的应用 2 我国推土机产品的发展前景 2 推土机总体设计的任务 3 课题任务 3 课题背景和设计意义 3 第 2 章 推土机总体方案设计 5 各个机构的选择 5 动力装置 5 传动机构 5 行走机构 6 工作装置 6 液压系统 6 推土机总体参数选择 6 推土机重量和接地比压 6 推土机的行走速度 7 铲刀的垂直压力和比压入力 7 铲刀的提升高度和切削深度 7 推土机生产率 7 第 3 章 推土机重心计算 9 重心位置分析 9 重心位置的确定 9 第 4 章 推土机工作装置设计 11 工作装置结构类型 11 工作装置主要参数及结构尺寸的确定 12 铲刀的高度和宽度 12 推土板角度参数的选择 12 V 推土板曲率半径 14 推土板直线部分及挡土板尺寸 15 顶推架于台车架的铰点位置 15 铲刀钢板厚度 15 推土机工作装置的强度计算 15 土壤的切削性能 15 推土机受力分析 16 推土机作业阻力计算 18 推土机铲刀的强度计 算 20 计算位置的确定（第一计算位置） 20 超静定计算 20 斜撑杆强度计算 27 第三位置计算 28 顶推架的强度计算 28 铰销轴强度计算 29 第 5 章 推土机的稳定性计算 31 推土机切土作业的稳定性 31 推土机坡道运行的稳定性 32 纵向稳定性 32 横向稳定性 33 第 6 章 液压缸设计 34 系统压力的确定 34 计算油缸 尺寸 34 结论 37 参考文献 38 致谢 39 1 第一章 绪 论 土机概述 1. 带式推土机介绍 （ 1） 履带式推土机是由 美国 人 1904 年研制成功的，它是在履带式拖拉机前面安装人力提升的推土装置而形成，当时的动力是 蒸汽机 ，之后又先后研制成功由天然气动力驱动和汽油机驱动的履带式推土机，推土 铲刀也由人力提升发展为钢丝绳提升。随着技术的不断进步，目前推土机动力已经全部采用柴油机，推土铲刀和松土器全部由液压缸提升。推土机除履带式推土机外，还有轮胎式推 土机，它的出现要比履带式推土机晚十年左右。我国生产推土机，是新中国成立以后才开始的。 （ 2） 按行走方式，推土机可分为履带式和轮胎式两种。履带式推土机附着牵引力大，接地比压小 ( 爬坡能力强，但行驶速度低。轮胎式推土机行驶速度高，机动灵活，作业循环时间短，运输转移方便，但牵引力小，适用于需经常变换工地和野外工作的情况 。 按用途可分为通用型及专用型两种。通用型是按标准进行生产的机型，广泛用于土石方工程 中。专用型用于特定的工况下，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机 和沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、船舱推土机、无人驾驶推土机、高原型和高湿工况下作业的推土机等。 我国目前生产的主要是通用型推土机、湿地型推土机以及适应西部大开发达高原型推土机。经历了 20 多年的稳步发展，目前我国推土机行业已形成从 590 马力，山推的 土机，在 川地震 中，由俄罗斯米 升机吊起到施工现场 )到 30920 马力，为山推近年来开发的 土机，主要出口到 俄罗斯 ，另据山推内部消息， 2009 年山推将开发 520 马力的推土机纳入科研计划 )规格齐全的产品系列。 而且还出现了根据不同作业工况的需要，采用不同配置模块的变型产品，基本上满足了国内土石方工程对推土机产品的需求。 （ 3） 履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行 2 星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。 动力输出机构以齿轮传动和花键连接的方式带动工作装置液压系统中工作泵、变速变矩液压系统变速泵、转向制动液压系统转向泵；链轮代表二级直齿齿轮传动的终传动机构（包括左和右终 传动总成）；履带板包括履带总成、台车架和悬挂装置总成在内的行走系统。 土机的应用 推土机采用机械传动或带液力变矩器的液力机械传动系统，也有少数采用液压传动系统。 推土 机 是填埋场应用最为广泛的机械。 主要功能是将垃圾从卸车地点推到填埋位置，配合压实机作业并兼有压实效果，特别是在雨季由于垃圾含水量大承载能力下降压实机作业往往非常困难，就更需要推土机来作业协助垃圾压实。为保证雨季填埋场的作业可持续进行推土机的机械性能，必须要考虑所选用的推土机要能够保证在较湿的垃圾上行走，并进行作业选择履带较宽的湿地型。 推土机是必要的 ， 国内现有多家机械制造厂可生产湿地型推土机，所有厂家的技术资料应不难得到下面只以山推工程机械股份有限公司产品为例作一介绍：其中的一些性能特点在选购任何厂家的产品时可参考比较卫型推土机，飞轮功率额定转速操作质量山推环卫型推土机系列产品是山推工程机械股份有限公司，根据中国国情和我国城市生活垃圾散碎杂等具体情况，研制开发的是按照市场需求并经多次改进反复试验生产的技术成熟，性能优异的经济型推土机。变型机种按适用范围可分为环卫型推土机环卫型推土机环卫型推土机主要适用于垃圾场的填埋平整压实堆积等工作也 可用于牵引 。 国推土机产品的发展前景 （ 1） 与北美、西欧和日本市场相比，中国小型推土机市场无论是销量，还是小型推土机与重型推土机销售总量中所占的比重，都有相当大的差距。推土机行业必须借这次机遇，努力满足这一新市场的需求。据有关杂志介绍，目前小型机市场已进入成长期， 2008前后进入成长期后期和成熟期前期， 2020年前后进入成熟期。 所以，推土机行业的有关企业，应从战略角度着眼，决不能忽视小型产品的未来市场。但，在中国这样的发展中国家开发小型工程机械产品，其定 位一定要准。应该用不同的技术、针对不同用户群来解决定位准的问题。应首先开发满足发达地区广大农村市场的低端产品。而高端产品更多应考虑未来用户的 3 需求。 （ 2） 1、采用功率恢复型的增压技术。 2、热平衡技术。 3、防风沙技术的应用。 4、自救防护设备及机具的配置。 5、低温预热系统的采用。 6、多自由度推土装置的开发应用。 土机总体设计的任务 根据所要设计的推土机的主要用途、作业条件、制造情况等全名正确的确定影响整机性能的主 要参数、各总成的型式，并进行合理的布置。 总体设计包括以下内容： （ 1）根据设计任务，选择机型及各总成结构型式，确定总体布置方案。 （ 2）确定整机主要性能参数。 （ 3）按总体性能要求，确定各总成主要参数及相互之间的关系。 （ 4）进行必要的总体计算。 （ 5）绘制整机尺寸链图及总图。 （ 6）辅助系统设计。 总体设计对整机性能起决定性的作用，因为整机性能的好坏，不仅取决于的各总成本身性能的优略，而且更重要的是与他们之间的协调有关。组成整机的各总成之间的联系又相互制约。在总体设计中，如果对整机缺乏总体考虑，那么即 使各总成的造型与设计是好的，是先进的，但组合在一起不一定能取得良好的的效果。因此在总体设计中，各总成要相互协调，不能片面强调某一局部，必须从整机出发全面考虑，从而获得较高的经济技术指标。 题任务 本设计题目进行推土机铲斗的设计，主要工作有：设计工作装置的结构形式和尺寸，设计铲刀高度、铲刀宽度、推土板角度参数、曲率半径，顶推架与台车架铰点位置，然后进行铲斗的强度计算，最后进行铲斗的三维设计 。 题背景和设计意义 随着社会经济的发展，竞争无处不在，现在对学生的要求越来越高，不仅对学生的 理论要求提高了，而且对学生的动手能力的要求也有所提高，而这次的毕业设计就是对学生的理论实践能力的一次提高。 4 本次设计主要完成铲刀结构设计，需要查阅很多相关资料和深入思考问题，这对专业能力的提升有很大帮助。 在这次的设计中，应用了结构力学的知识，提高学生对软件的应用能力。 5 第二章 推土机总体方案设计 个机构的选择 推土机总体结构包括动力装置、传动机构、行走机构、工作装置、液压系统、电气系统和驾驶室等。 力装置 推土机的工作特点 是在户外连续作业，且阻力时常变化，宜选取 12 小时功率作为发动机装车的标定功率，转速在 1800 2000r/间，功率为 120度适应系数应在 范围内。 选用斯太尔 缸四冲程柴油发动机，额定功率 120大输出扭矩 840N m。 动机构 采用发动机 液力变矩器 变速器 中央传动 最终传动的路线。 （ 1）液力变矩器 推土机功率 120大型推土机，应选液力机械传动。液力机械传动所选变矩器应有较大的工作变矩系数和启动变 矩系数，以及较大的最高效率较宽的高效率范围，而且穿透性应比较小。 选用 单级单相三元件液力变矩器，循环圆直径 380 高效率 86%。该变矩器使推土机输出力的大小能自动适应外负载的变化，并保证超载运行时发动机不熄火。 （ 2）变速器 变速器要求结构紧凑，换档平稳，换档时无需切断动力。 采用行星齿轮式动力换档变速器，速度的切换通过手操作液压控制阀实现，前进后退各三档，采用强制润滑。 （ 3）中央传动和最终传动 采用一对螺旋圆锥齿轮传动，将动力分左右两部分。通过左右 转向离合器再将动力传给最终传动，最终传动为二级直齿轮减速机构，结构简单，承受力强，是推土机的主要受力部件。 （ 4）转向机构 采用多片湿式转向离合器，利用弹簧压紧，手操纵（与制动器联动）油压助力压缩，液压分离；采用湿式带抱式脚踏油压助力转向制动器，以转向器从动鼓作为制动鼓。 6 走机构 行走机构由台车、平衡梁和四轮一带 (托轮、链轮、支重轮、引导轮和履带 ) 组成。台车通过平衡梁与机架间半刚性联接，支撑推土机前部币量。台车张紧液压 缸起张紧履带的作用，缓冲弹簧起缓和冲击的作用。履带为密封润滑型 耐磨损 ，摩擦系数低，使用寿命长。 作装置 推土铲可根据不同的使用土况配置角铲、直倾铲、 U 形铲和环卫铲。后工作装置可配置单齿松土器、三齿松土器、工业绞盘、拖式铲运机、拖式振动压路机等，并可根据用户需要改装成吊管机和焊接工程车，这些工作装置均为液压驱动、结构简单、连接方便。 采用液压操纵式直倾铲刀，铲刀可以在液压缸的作用下强制入土，在较硬土质条件下正常作业，保证作业质量，操作轻便，易于控制。工作装置布置在推土机前端，主要包括推土铲刀、顶推架、水平撑杆、斜撑杆和控制推土铲刀起落的液压缸。 直倾式铲 刀的推土板采用中部为圆弧段，上部为挡土板，下部为直线段的复合型推土板，推土板断面结构为半开式。推土板侧边与推土机纵轴方向夹角一般为 5 7 度。 压系统 液压系统分为变速变矩液压系统、转向液压系统和工作装置液压系统。变速液压系统由变速泵、变速阀等组成，用于推土机的前进、后退和变速换挡，使推土机换挡平稳、可靠、省力。转向液压系统由转向泵、转向阀等组成，用于推土机的转向和制动，使推土机转向制动灵活可靠。工作装置液压系统由工作泵、控制阀和液压缸等组成，用于推土机工作装置的提升、下降和保持，作业效率 高。 土机总体参数选择 推土机的总体参数包括重量、速度、牵引力等。初选时，一般按经验公式或相似法则来确定，然后通过总体计算来校核总体性能。如果计算结果不够理想，必须对某些参数做适当的修改，以获得良好的总体性能。 土机重量和接地比压 推土机的重量总体性能影响很大，他是衡量发动机功率利用的一个重要参数。 此款推土机的使用重量是 173850N，其发动机额定功率是 120以其比重量约是 推土机的接地比压 q 是使用重量 之 间的比值按下式计算： 7 q= 式中： 推土机的使用重量（ ; L 履带接地长度（ m）； b 履带板宽度（ m）； 其中，L 为 b 为 q=68带式推土机的接地比压一般在 60右。 土机的行走速度 推土机前进时 1 3 档的速度分别为 0 h,m/h， m/h。后退时 1 3 档的速度分别为 0 m/h， m/h， m/h. 刀的垂直压力及比压入力 铲刀 的垂直压力 p 是以推土机在油缸的作用下，抬头失稳极限情况下确定的，其计算公式如下： P= N） （ 式中：推土机使用重量（ N）； l 、 1l 铲刀切削刃及整机重心至倾翻点水平距离； 7385N, l 、 1l 分别为 以有如下： P=17385N2255N 比入压 q 切削刃接地面积（）。 刀的提升高度和切削深度 此款推土机铲刀的提升高度为 1095，铲土深度为 545。 土机生产率 影响推土机生 产率的因素主要有每铲最大推土量 V,推土作业生产率地作业生产率 1 每铲最大推土量 V: 8 V= 022 式中：推土板宽度（ m），取 推土板高度（ m），取 h 平均切土深度（ m），取 0 土的自然坡度角，取 030 ； 土地的充盈系数，取 所以 V= m 2 推土作业生产率 3m /h) （ 式中：推土机作业时间利用系数，取 推土板土量损漏系数，取决于运输距离 L, 坡度作业影响系数，取 T 一个推土周期循环时间（ s），取 T=11221+21t +2t +3t（ 式中： 1l 切土距离，取 10m； 2l 运土距离，取 50m； 1v 、 2v 、 4v 分别为切土、运土、返回的速度（ m/s） ,分别取 0.8 m/s、1.6 m/s、 4 m/s; 1t 推土机掉头时间，取 10s； 2t 换挡时间，取 4s； 3t 铲刀下落时间，取 1s。 所以 T=84s 推土作业生产率4 =m /h 9 第 三 章 推土机重心计算 心位置分析 推土机的中心位置主要是指纵向的位置，横向一般分布在推土机纵轴中心线上，重心的高度在满足离地间隙要求的情况下，为提高稳定性，应尽量降低。 影响重心位置有两个：一个是总体布置是否合理；另一个是作用在铲刀上的外载荷的变化。推土机在各种工况作业时，地面对铲刀反力的大小和方向是影响接地比压的重要因素。显然不可能要求在任何情况下推土机接地比压 均匀，并使得压力中心保持在接地中心上，因此只能找出一个对推土机总体性能影响最大而又经常遇到的工况，满足上述要求，这是推土机重心合理布置的基本要求。 心位置的确定 1 理论分析：为了使液压推土机铲刀具有良好的的强制入土的性能，重心入土以强制入土为基本情况。此时，要求接地比压均匀 ，压力中心位于接地重心上。如 图 3 图 3心位置的确定 以驱动轮中心线与地面 交点 O 为坐标原点，建立坐标系。重心位置距 O 点为 l，地面对履带支反力的合力 N 距 O 点为接地长度的一半，即 L/2。 由 Z =0 得： N= （ 10 由 0M=0 得： gG l zP l (则 l =2L+ 21 上式可见，推土机重心的确定，以入土工况为基本工况是，必须将重心布置在接地中心之前，其前超量为 21 重心位于接地重心之前，使铲刀强制入土性能提高，入土力大，不易抬头。 11 第 四 章 推土机工作装置设计 作装置结构类型 推土机的工作装置也称铲刀，它包括推土板，顶推架，铲倒升降机构等。 推土板的横向结构外形为直线型，直线型推土板切削力大，但推土板两侧有土遗漏现象。推 土板前土形成的时间较长，因此它主要用于短距离土的剥离和运输。如 图4 图 4线型 固定式铲刀 推土板纵向外形结构为复合型，下面直线段，上面为圆弧段。如 图 4示： 图 4土板结构外形 推土板断面结构为断开式，如 图 4示： 图 4土板断面结构型式 12 推土板侧边与推土板从轴方向的夹角是 05 07 。推土板两侧轮廓为直角 外形 。 推土机的外形对减少推土机在作业时的能量消耗，提高作业效率有很大关系。合理的推土板外形土的切削阻力较小，土屑沿推土板面向上滑移时，摩擦功消耗较小，并且土屑再向上滑移的同时，向推土板的前方滑落，容易形成较大的土块。 设计推土板外形是要考虑以下因素： （ 1） 土屑在推土板上缘易向前翻落，不应越过刀背向后翻落。 （ 2） 推土板前积累土体要多。 （ 3） 土屑沿推土板前面上升时变形小。 （ 4） 推土板卸土干净，不易粘着湿土。 作装置主要参数及结构尺寸的确定 刀的 高度和宽度 （ 1） 铲刀的高度地面垂直方向量出的高度称为铲倒高度按以下经验公式确定： 220 275） 3） (式中 :发动机的额定功率（ 33 3120 =1149 （ (2) 铲倒宽度土机铲刀必须有自身开辟道路的能力，因此铲刀宽必须大于行走装置每边 25 35 。 当铲刀高度确定后，也可以根据经验公式确定铲刀的宽度： 3） 1149=3416 土板角度参数的选择 推土板的形状对减少推土机作业过程中能量消耗， 提高作业效率有很大关系。合理的推土板外形，土的切削阻力较小，土屑沿推土板面向上滑移时，摩擦功消耗较小，并且土屑在向上滑移的同时，向推土板前面翻落，容易形成较大的土堆；不合理的推土板外形，使土的切削阻力增加，土屑在向上运动及 向前翻滚时杂乱挤出，这样就加大了土屑间摩擦力，增加了能量的消耗。对于同样的土，当切削面积相等时，推土板外形稍有改变，切削阻力就随之改变，所需的顶推力也就不同。推土板角度参数包括切削角，后角，刀刃尖角，前翻角k，挡土板安装角 Z ，推土板斜装角，挡土板垂直面倾斜角。推土板各 角度如图 4示。 13 图 4 土板 角度参数 （ 1） 切削角的选择 切削角是铲刀支地，刀片与地平面间夹角，越小土的切削阻力就越小，由于推土机正常作业时，必须保证后角大与 30。因此过小不仅使得不 （ 2） 后角的选择 后角是刀片后端斜面与地平面的夹角，若 （ 常取 土板直线部分及档 土 板尺寸 15 固定式铲刀推土板采用下部为直线段的复合形推土板，下部直线部分用来安装刀片，直线部分等于刀片宽度。 取 a=180土板垂直高度根据总尺寸确定。 推架于台车架的铰点位置 顶推架铰接在台车架上，其铰点位置影响铲刀升降机构的运动，它与铲刀升降高度、顶推架长度等参数有关。 顶推架铰点位置对台车架的受力状况影响很大 (尤其当铲刀受到偏载及横向力时，太靠前则台车架发生较大形变，太靠后则推土机易 前翻 )，为了使铰点反力均衡的 (纵向和横向 )传至台车架和八字架上，避免台车架受力过大发生形变，铰点位置一般选在八字架与台车架联接中点的附近。 刀 钢板厚度 推土板及顶推架均是钢板焊接部件，钢板厚度 由刚度和强度条件确定。取钢板的厚度为 22 。 土机工作装置的强度计算 壤的切削性能 表 1 几种土壤的粘聚力 C 和重度0g塑性土壤的种类 粘土 亚粘土 亚砂土 C/g/(KN/m) C/g/(KN/m) C/g/(KN/m) 硬性 硬 塑 性 塑 9 动 8 2 土壤的自然坡度角 种类 状态 碎石 砾石 砂石 粘土 轻亚粘 土 种植土 粗砂 中砂 细砂 肥土 贫土 干 35 40 30 38 35 45 50 40 40 湿 45 40 32 35 30 35 40 30 35 饱和 25 35 27 25 20 15 30 20 25 16 表 3 土对钢和土对土的摩擦系数1、2土壤名称 12砂土和亚砂土 质亚粘土 质亚粘土 壤内摩擦角 =2土与钢的摩擦角11。 表 4 各种土壤的切削比阻力 土级别 土的名称 砂、砂质上、中等湿度的松撤粘土、种植土 枯质土、中纲砂砾、松散软粘土 峦实枯土质、中等钻土、松散粘土、软泥炭 合碎石成卵石的枯土、雹湿枯土、中等坚实煤炭、合少量杂质的石砾堆积物 中等页岩、得于枯土、坚实而硬的黄土，软石膏 5 履带行走机构在各种地面的滚动阻力系数 f 和附着系数 支撑面种类 滚动阻力系数 f 附着系数 铺砌的路面 燥的土路 软的砂质路面 砂地 割过的草地 垦的田地 雪冻结的道 路 推土机受力分析 推土机作业受力分析是强度计算的依据，就是确定外载荷，踏实工作装置提升机构的工作依据，而且为工作装置、履带台车架等零部件强度计算提供载荷依据。 （一） 铲刀自重以铲刀不必太笨重，铲刀自重适当减轻。可以用经验公式确定铲倒自重： G（ N） （ 推土机的使用重量。 所以有：7385 1293N （二） 铲刀提升力计算 铲刀提升力是指提升装置的提升作用力，当铲刀遇到大障碍物，铲刀提不起来， 17 而铲刀提升机构供给的提升力足以使推土机绕履带接地最前 端（ A 点）倾翻。 以拖拉机为脱离体，拖拉机受力有：拖拉机使用重量 推架绞点支反力 提升力 按内力平衡， 别和 小相等，方向相反。 图 4刀提升力计算受力图 0 得 l +X c m Zc 1l S y 1r =0 得 y =11r （ 以铲刀为脱离体，铲刀受力有：土的反力 刀自重 推架绞点C 的反力 升力 时与地平面成角。 0 得 X c =x+ 0 得 Z c =l (0 将 X c 和 Z c 值代入式，得 11 0 1 1( ) ( l g )c o s c o l l P x l l G g l lr l l r l l （ 式中：推土机使用重量 土的反 力 铲刀自重 提升力与地面夹角 0r 与作用线距离 18 l、 1l 、 00 45c o 1 545c o 0 03 3 0 01 4 7 41 2 1 53 1 0 03 3 0 03 3 8 7 21 2 1 53 3 0 01 2 6 4 8 83 3 0 09 0 01 6 9 3 6 0 =120860N 考虑动载荷的铲刀提升力： 1S = 式中 :表取 1S =169200N 土机作业阻力计算 以推土机在水平地面匀速行驶，铲刀以最大切土深度进行作业，当切土结束提升推土铲的瞬时所产生的最大作业阻力作为 计算工况，其作业阻力主要有：切线切削阻力 刀前积土的推移阻力 刃与土壤摩擦阻力 土屑沿铲刀上升时的摩擦阻力的水平 分力 (1)切线切削阻力 设 作用点在铲刀刃前， 作用方向沿铲刀切削角底边并与推土机前进方向相反，则 : 610 1 式中： 土板的宽度 （ 削比阻力 ，查表 4 取 m） 图 4土铲平均切屑计算 B） = 19 =054510 =610 42358 N 铲刀前积土的推移阻力(式中： 2 土与土之间的摩擦系数，查表 3取 0.5 推土铲前积土重量 02 （ 式中： 土的重度（ N/ 3m ） ，查表 1得 =21 310 N/ 3m B 推土铲的宽度（ H 推土铲的高度（ 推土铲平均切屑深度（ 0 土壤的自然坡度角，查表 2得取 040 故1 3100240ta =34701N 故4701N 7351N (3)刀刃与土壤摩擦阻力1 1610B x 1 （ 式中：推土铲切削刃磨损后切削刃压入土的比阻力，查表 4 得 推土铲宽度（ x 切削刃磨损后的接地长度 m (取 1 土壤与钢铁的摩擦系数， 查表 3取 1610 13200N (4)土屑沿铲刀上升时的摩擦阻力的水平分力2 2（ 式中 :推土铲前积土重量（ 34701N） 20 1 土壤与钢铁的摩擦系数（ 推土铲的切削角（ 55） 故24701 25 = 11416 N 综上所述：推土机的作业阻力 ： q+2358+17351+13200+11416=84325N 上述作业阻力计算时，没有考虑铲刀碰撞障碍物时的冲击载荷的影响，当铲刀碰撞到难以克服的障碍物时，推土机仍全力顶推，履带完全滑转，此时需考虑猛烈的冲击及惯性力，计算经验公式： （ 式中 :动载系数，取 84325=126488N 土机铲刀的强度计算 算位置的确定（第一计算位置） 铲 刀的水平土反力 顶推架绞点水平反力 最大值，适当推土机具有最大顶推力和惯性力时产生的。即推土板顶到障碍物，履带滑转时出现的。 铲刀的土切垂直反力 铲刀升降力的最大值， 是在推土板固定切削时或者以全功率提升及强制入土时产生的。 推土机中部顶到障碍物，其计算条件为： 推土机在水平地面作业 带土的推土板从切削位置提升到运土位置 推土机功率足够大，在顶升推土板的同时，以最大顶推力向前，即可能使推土机翘尾失稳，同时履带滑转。 静定计算 为了使铲刀有足够的高度，推土板和顶推 架往往组成一个超静定构件，因此需要按解超静定方法进行铲刀的强度计算。 首先绘制计算草图，如图 5示，其中各件的几何尺寸和相互间位置，是根据总体布置要求确定。 21 图 4超静定计算草图 已求出1S ， 1 ) =中： 1 土对钢的摩擦角 1 =045 将 S 转算到顶推架平面上，其合力为 1P 则： 1P = 1S 式中： S 与顶推架平面间夹角 (45 ) 故 1P =238452N 此时附加力矩 2 顶推架平面内构建具有三个多余约束，即顶推支座多余一个约束及水平撑杆多于两个约束。由于 用在推土板中间，两水平撑杆的约束相同，所以可简化为两次超静定结构。 解此超静定系统求出支反力和两个水平杆的约束力，首先画出该结构所受多余未知力 图 4示。 22 图 4工作装置所受多余未知力 并建立两个补充方程： 111x + 122x +0 （ 211x + 222x +0 （ 式中： 1X 和 2X 11 、 12 和X 、 2X 和 1P 力作用下沿 1X 作用方向上的位移量 21 、 22 和X 、 2X 和 1P 力作用下沿 2X 作用方向上的位移量 顶推架与履带台车架两绞点的作用力分别为1 23 图 4多 2010 届 本科毕业设计（论文）资料 第二部分 过程管理资料 过程管理资料目录 一、 2010 届毕业设计（论文）课题任务书 (1) 二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告 (3) 三、本科毕业设计（论文）中期报告 (8) 四、毕业设计（论文）指导教师评阅表 (9) 五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表 (10) 六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 (11) 2010 届 毕业设计（论文）课题任务书 学院（部）：机械工程学院 专业：机械工程及自动化 指导教师 李睿 学生姓名 周勇 课题名称 履带式推土机的设计 内 容 及 任 务 设计的主要参数 作业重量 G=驶速度 v=h，提升高度 H=入深度（地面下） h= 内容 1. 履带式推土机的综合评述，包括结构、特点、机构布置和国内外研究现状及发展趋势； 2. 推土机总体方案确定，包括结构的确定和执行机构和传动系统的确定； 3. 推土机的总体布置； 4. 工作装置的设计，包括结构分析，铲斗设计 ，连杆系统参数设计和强度设计； 5. 完成推土机工作装置图和受力图； 6. 按照有关要求，完成开题报告并编写说明书。 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 在设计推土机时，必须力求满足以下几个方面的要求： 1、机构要紧凑，重量要轻； 2、 工作机构、传动及控制方案合理可行； 3、设计计算正确，标准件及设备选型合理； 4、图纸绘制要符合国家标准，布图合理，图面整洁、美观； 进 度 起止日期 工作内容 成开题报告 安 排 业实 习 阅相关资料，完成方案设计 完成设计说明书及施工图设计 成毕业论文，进行毕业答辩 主 要 参 考 资 料 1张茂生 M武汉大学出版社 ,1 2履带推土机结构与设计 M2 3材料力学（第四版） M 4徐希民 M. 5周自祥 ,李强 M人民交通出版社 ,52 6赵昱东 J,建筑机械化 ,19992 7丁兴华 J,建筑机械化 ,20059 8杨士敏 J1995(3):20 9 王 建 明 , 刘才心 , 马 军 海 . 装 载 机 前 车 架 有 限 元 参 数 化 建 模 J. 工 程 机械 ,1997(7):20 10张洪，贾志絢 J11成大先 S2004. 12王魏主编 北京高等教育出版社 13 郑文纬 ,吴克坚主编 七版） 2004. 系（ 教研室 ） 意见 签名： 年 月 日 学院（部）主管领导意见 签名： 年 月 日 湖 南 工 业 大 学 本科毕业设计（论文）开题报告 （ 2010 届 ） 学 院 （部）： 机械工程学院 专 业 ： 机械工程及自动化 学 生 姓 名 ： 周勇 班 级 ： 机设 064 学号 06410200213 指导教师姓名 ： 李睿 职称 讲师 2009 年 12 月 16 日 题目： 履带式推土机设计 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述。 （ 1）。历史介绍 履带式推土机是由 美国 人 1904 年研制成功的，它是在履带式拖拉机前面安装人力提升的推土装置而形成，当时的动力是 蒸汽机 ，之后又先后研制成功由天然气动力驱动和汽油机驱动的履带式推土机，推土 铲刀 也由人力提升发展为钢丝绳提升。随着技术的不断进步，目前推土机动力已经全部采用柴油机，推土铲刀和松土器全部由液压缸提升。推土机除履带式推土机外，还有轮胎式推土机， 它的出现要比履带式推土机晚十年左右。我国生产推土机，是新中国成立以后才开始的。 （ 2）。推土机分类 按行走方式，推土机可分为履带式和轮胎式两种。履带式推土机附着牵引力大，接地比压小 ( 爬坡能力强，但行驶速度低。轮胎式推土机行驶速度高，机动灵活，作业循环时间短，运输转移方便，但牵引力小，适用于需经常变换工地和野外工作的情况。 按用途可分为通用型及专用型两种。通用型是按标准进行生产的机型，广泛用于 土石方工程 中。专用型用于特定的工况下，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机和 沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、船舱推土机、无人驾驶推土机、高原型和高湿工况下作业的推土机等。 我国目前生产的主要是通用型推土机、湿地型推土机以及适应西部大开发达高原型推土机。经历了 20 多年的稳步发展，目前我国推土机行业已形成从 590 马力，山推的 土机，在 川地震 中，由俄罗斯米 升机吊起到施工现场 )到 30920 马力，为山推近年来开发的土机，主要出口到 俄罗斯 ，另据山推内部消息， 2009 年山推将开发 520 马力的推土机纳入科研计划 )规格齐全的产品系列 。而且还出现了根据不同作业工况的需要，采用不同配置模块的变型产品，基本上满足了国内土石方工程对推土机产品的需求。 （ 3）。结构和原理 履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。 动力输出机构以齿轮传动和花键连接的方式带动工作装置液压系统中工作泵、变速变矩液压系统变速泵、转向制动液压系统转向泵；链轮代表二级直齿齿轮传动的终传动机构 （包括左和右终传动总成）；履带板包括履带总成、台车架和悬挂装置总成在内的行走系统。 推土机采用机械传动或带液力变矩器的液力机械传动系统，也有少数采用液压传动系统。 推土 机 是填埋场应用最为广泛的机械。 主要功能是将垃圾从卸车地点推到填埋位置，配合压实机作业并兼有压实效果，特别是在雨季由于垃圾含水量大承载能力下降压实机作业往往非常困难，就更需要推土机来作业协助垃圾压实。为保证雨季填埋场的作业可持续进行推土机的机械性能，必须要考虑所选用的推土机要能够保证在较湿的垃圾上行走，并进行作业选择履带较宽 的湿地型。 推土机是必要的 ， 国内现有多家机械制造厂可生产湿地型推土机，所有厂家的技术资料应不难得到下面只以山推工程机械股份有限公司产品为例作一介绍：其中的一些性能特点在选购任何厂家的产品时可参考比较卫型推土机，飞轮功率额定转速操作质量山推环卫型推土机系列产品是山推工程机械股份有限公司，根据中国国情和我国城市生活垃圾散碎杂等具体情况，研制开发的是按照市场需求并经多次改进反复试验生产的技术成熟，性能优异的经济型推土机。变型机种按适用范围可分为环卫型推土机环卫型推土机环卫型推土机主要适用于垃圾场的填埋平整压实堆 积等工作也可用于牵引 。 一、开发小型推土机 除高速公路建设需要大、中马力推土机外，高等级公路建设和县乡级公路网的建设和水利工程、环保工程建设，势必造就大批量的个体施工者。这样，对小型推土机（ 100 马力以下）的需求量必然要增加。同时，我国已建成的高速公路和高等级公路已逐渐进入维修期，随着东部沿海地区经济的发展和人民生活水平的提高，小型推土机将逐步成为人们替代体力劳动的工具。这正是小型推土机的市场所在。 与北美、西欧和日本市场相比，中国小型推土机市场无论是销量，还是小型推土机与重型推土机销售总量中所占的比重，都有相当大的差距。推土机行业必须借这次机遇，努力满足这一新市场的需求。据有关杂志介绍，目前小型机市场已进入成长期， 2008前后进入成长期后期和成熟期前期， 2020 年前后进入成熟期。 所以，推土机行业的有关企业，应从战略角度着眼，决不能忽视小型产品的未来市场。但，在中国这样的发展中国家开发小型工程机械产品，其定位一定要准。应该用不同的技术、针对不同用户群来解决定位准的问题。应首先开发满足发达地区广大农村市场的低端产品。而高端产品更多应考虑未来用户的需 求。 二、尽快完善和解决适应西部高原地区作业的关键技术 1、采用功率恢复型的增压技术。由于以一般的自然吸气发动机而言，当海拔高度每升高 1000m 时，其输出功率就会降低 812%。若整机作业海拔高度达 4000m 时，则其输出功率，只有在平原地区的 55%左右。所以西部高原地区施工使用的推土机必须采用这种功率恢复型增压技术，以使柴油机在高原地区使用时，其输出功率和经济指标及其热负荷指标等恢复到原东部低海拔地区时的标定水平。目前，全国推土机的柴油机配套厂家，如上海柴油机厂、潍坊柴油机厂、重庆康明斯柴油机公司 等都做了不少工作，已基本满足市场的需求。 2、热平衡技术。工程机械在西部高压地区施工，要解决液力系统的冷却问题。既要解决柴油机因增压产生的热负荷升高问题，又要解决传动散热系统因高原散热能力下降所引起的比东部低海拔地区的较高的温升。在进行热平衡计算时，要把冷却风量、空气重度、环境温差、散热器的散热能力等等因素考虑到。 3、防风沙技术的应用。由于西部地区风沙比较大，若采用一般的空气滤清器，极易造成空气滤清器堵塞或滤清不充分，损坏柴油机的零部件。目前，各柴油机厂家一般采用三级滤清器或四级滤清器来解决这 一问题。 4、自救防护设备及机具的配置。由于西部高原地区交通不便，人烟稀少。因此，机械应安装液压绞盘，以便在其陷入沙坑或沼泽地时，可被拖拽出来。同时，由于西部地区温差大、风沙大，驾驶室应提高密封性能，并配备冷暖空调，防紫外线玻璃。驾驶室内应配备必要的生活设施以及食用水与食品储藏柜。甚至应配备全球定位系统和小型的制氧设备。 5、低温预热系统的采用。为提高机械的冷起动性能。除采用高性能的免维护电瓶外，采用柴油机冷却系统预热或油底壳预热技术也是两种很有效的方法。这两种技术尤其适用于气温低于 的高 寒地区。 6、多自由度推土装置的开发应用。随着城建设施建设的增多和农田水利建设的需要，应逐渐完善多自由度推土装置的开发和应用。 要设计内容、设计思路及方案。 （ 1） 选题依据 ： 履带式推土机是一种在各种建筑工地、土地开发等方面用于推土填埋的重要机械，尤其在湿地环境中需要使用履带式推土机而非其它类型，可大大提高劳动效率，快速完成填埋任务。履带式推土机具有很好的发展前景，对它的研究具有很好的实际意义。 （ 2） 主要研究内容 履带式推土机总体方案的设计，包括 工作装置， 传动 装置 ，这次设 计重点对 工作装置， 传动 装置 进行结构研究，以满足设计要求。 （ 3） 研究思路及方案 （ 1） 先查阅履带式推土机设计相关资料，了解其发展状况及发展趋势 （ 2） 履带式推土机 总体 方案 设计 （ 3） 工作装置 方案确定 （ 4） 传动和控制 方案确定 （ 5） 对方案的 设计计算
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