铲土运输机械

第一章铲土运输机械,长安大学工程机械结构分析课教学,制作：展朝勇,第一章铲土运输机械,第一节推土机第二节装载机第三节平地机,第三篇筑路机械结构分析,第一节推土机,用推土装置来铲挖、移运沙土等物料；用于拌和厂中松散物料的堆集。用推土装置进行路基的修筑。用松土器进行土壤的疏松。用基础车来进行铲运机的助铲。注：推土机经济运距5080m。,一、概述,（一）推土机的作用,公路断面构成图,用推土机进行路基的修筑,（二）推土机分类,按功率分：小型、中型、大型（大于250kw）。按行走系分：轮式、履带式。按用途分：普通型及专用型。按操纵方式分：钢索式、液压式。按传动方式分：机械式、液力机械式、全液压式、电传动等四种。,按推土板的安装方式分：,固定式铲刀,回转式铲刀,固定式铲刀：铲刀与主机纵向轴线为直角。,回转式铲刀：铲刀在水平面内可回转一定的角度。,履带式或轮胎式推土机都由发动机、传动系统、行走装置、工作装置和操纵控制系统等部分组成。,二、推土机总体构造,三、推土工作装置,由刀角、切削刃、铲刀、中央拉杆、顶推架、调节拉杆、倾斜油缸、提升油缸、框销组成。,直铲式推土铲,（一）组成,回转式推土铲,轮式推土机的推土铲,（二）推土板的型式,推土板为曲面钢板并附有可卸式刀片。按断面型式分：推土板分开式、半开式、闭式三种。闭式的强度、刚度最高。,按纵向结构外形分：直线型和U型两种，U型推土板积土、运土容量大，且运距稍长。,U型推土板,（二）推土板的型式,附：推土机施工作业法,1、并列作业法,2、槽坑作业法,附：推土机施工作业法,四、松土工作装置,松土装置简称松土器或裂土器，悬挂在推土机基础车的尾部。松土器广泛用于硬土、粘土、面岩、粘结砾石的预松作业。松土器也可凿裂层理发达的岩石，开挖露天矿山，用以替代传统的爆破施工方法，提高施工的安全性，降低生产成本。,（一）松土器的结构型式,松土器的结构可分为铰链式、平行四边形式、可调整平行四边形式和径向可调式四种基本型式。现代松土器多采用平行四边形连杆机构、可调式平行四边形连杆机构和径向可调式。,固定式平行四杆机构松土器,可调式松土器,平行四杆机构,径向可调式,（二）松土器的构造,以D155A3型推土机松土器为例：,松土器由安装架、倾斜油缸、提升油缸、横梁、齿杆、保护盖、齿尖、松土器臂等组成。,松土器按齿数可分为单齿松土器和多齿松土器，多齿松土器通常装有25个松土齿。单齿松土器开挖力大，既能松散硬土、冻土层，又可开挖软石、风化岩石和有裂隙的岩层，还可拔除树根，多齿松土器主要用来预松薄层硬土和冻土层，用以提高推土机和铲运机的作业效率。,松土器按齿数的分类：,松土器的外形图,单齿型松土器,三齿型松土器,第二节装载机,一、概述,用于公路路基工程的填挖、沥青和水泥混凝土料场的集料、装料等作业；也可对岩石、硬土进行轻度铲掘作业。通过更换不同的工作装置，装载机还可作为抓载机、起重机、抓斗式挖掘机、叉车等使用。,装载机作业对象主要是：各种土壤、砂石料、灰料及其它筑路用散料状物料等。装载机具有作业速度快、效率高、操作轻便等优点。,（一）装载机的用途,装载机不同工作装置的更换,（二）分类、特点及适用范围,1、按发动机功率分,小型,中型,大型特大型,功率74kW,功率74-147kW,功率147-515kW，及515kW,2、按传动型式分,机械传动,液力机械传动,结构简单、制造容易、成本低、使用维修较容易；传动系冲击振动大，功率利用差。仅小型装载机采用。,传动系冲击振动小，传动件寿命高、车速随外载自动调节、操作方便、减少司机疲劳。大中型装载机多采用。,无级调速、操作简单；启动性差、液压元件寿命较短。仅小型装载机上采用。,液压传动,电传动,无级调速、工作可靠、维修简单；设备质量大、费用高。大型装载机上采用。,2、按传动型式分,3、按行走系结构分,1）轮胎式装载机,又分为整体式车架装载机与铰接式车架装载机。,整体式车架装载机转向方式有后轮转向、全轮转向、前轮转向及差速转向。仅小型全液压驱动和大型电动装载机采用。,3、按行走系结构分,铰接式质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面，但接地比压大、通过性差、稳定性差、对场地和物料块度有一定要求。应用范围广泛。转弯半径小、纵向稳定性好，生产率高。铰接式装载机特别适于井下物料装卸运输作业。,1）轮胎式装载机,接地比压小，通过性好、重心低、稳定性好、附着性能好、牵引力大、比切入力大；速度低、机动灵活性差、制造成本高、行走时易损路面、转移场地需拖运。用在工程量大，作业点集中，路面条件差的场合。,2）履带式装载机,1）前卸式前端铲装卸载，结构简单、工作可靠、视野好。适用于各种作业场地，应用广；2）回转式工作装置安装在可回转90-360的转台上，侧面卸载不需调车，作业效率高；结构复杂、质量大、成本高、侧稳性差。适用狭小的场地作业；,4、按装载方式分,前端装料，后端卸料，作业效率高；作业安全性差，应用不广；4）侧卸式前端装料，侧面卸料，适用于地下或场地狭窄的作业场地。,4、按装载方式分,3）后卸式,二、装载机总体构造,（一）轮式装载机组成,主要由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成。,大多数轮胎式装载机附有液力变矩器、动力换档的液力机械传动型式；采用液压操纵、铰接式车架转向；采用全桥驱动、宽基低压轮胎行驶；工作装置多采用反转连杆机构。,（二）轮式装载机结构特点,三、装载机的工作装置,轮式装载机工作装置中的转斗机构广泛采用正转八连杆和反转六连杆机构。我国ZL系列轮式装载机的工作装置则多数采用反转Z型六连杆机构。,（一）装载机的转斗机构,履带式装载机工作装置多采用正转八连杆或正转六连杆转斗机构。正转六连杆机构形成两个正转四连杆机构。该机构的转斗油缸通常布置在动臂后上方并铰接在机架上，铲斗物料撒漏时不易损伤油缸。因工作装置的重心靠近装载机，故有利于提高铲斗的装载量。,（二）轮式装载机工作装置,1、组成,（二）轮式装载机工作装置,1、组成,（三）履带式装载机工作装置,（四）装载机工作过程,2、切土整机I、II档前驶，对较硬土堆动臂油缸活塞不断伸缩，在抖斗中将物料铲入斗内，或在动臂油缸活塞依次外伸中实现阶梯状切土；,1、放斗动臂与转斗油缸活塞收，铲斗斗底贴地；,转斗油缸活塞伸，整机驶至卸料地点后在动臂油缸活塞伸中实现；,4、卸料在转斗油缸活塞收中实现，且在抖斗中将物料卸尽。,（四）装载机工作过程,3、翻斗及举升,装载机的切土过程,（五）装载机施工作业法,V形作业法,穿梭形作业法,（六）六连杆转斗机构的传力特点,在装载机进行作业时，该机构能保证：1)当转斗油缸闭锁，动臂举升或降落时，连杆机构能使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；2)当动臂处在任何位置，铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，其卸料角不小于45；3)在最高位置卸料后，当动臂下降时，又能使铲斗自动放平。,（七）铲斗,土方工程装载机铲斗斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接而成，切削刃采用耐磨的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨材料制成。,铲斗结构图,铲斗切削刃的形状,注：齿形的选择应考虑插入阻力、耐磨性和易于更换等因素。齿形分尖齿和钝齿，轮胎式装载机多采用尖形齿，履带式装载机多采用钝齿形；斗齿的数目视斗宽而定，一般平齿距在150300mm比较合适。斗齿结构分整体式和分体式，中小型装载机多采用整体式；大型装载机由于作业条件恶劣，斗齿磨损严重，常用分体式。分体式斗齿分为基本齿和齿尖两部分，磨损后只需更换齿尖。,铲斗切削刃的形状,带分体式斗齿的铲斗,第三节平地机,一、概述,平地机是一种以刮刀为主，并配置有其他多种可更换的作业装置，以完成土地平整和整形作业的公路施工机械。公路施工中，可利用平地机进行路基基底处理，完成草皮或表层剥离；从路线两侧取土，填筑高度小于1m的路堤；整修路堤的断面；旁刷边坡；开挖路槽和边沟；在路基上拌和、摊铺路面基层材料。平地机可以用于整修和养护土路，清除路面积雪。,（一）工作特点及作用,平地机完成土地平整和整形作业,平地机进行旁刷边坡、开挖边沟作业,平地机进行路槽和边沟的开挖,平地机进行基层稳定土材料的拌制,（二）平地机的分类,按操纵方式分,平地机可分为:1)机械操纵式的平地机;2)液压操纵式的平地机。按机架结构形式分,平地机可分为:1)整体机架式平地机;2)铰接机架式平地机。,1)四轮平地机，其中：211型前轮转向，后轮驱动；222型全轮转向，全轮驱动。,按车轮数、驱动轮对数和转向轮对数分,平地机可分为:,（二）平地机的分类,2)六轮平地机,其中：321型前轮转向，中后轮驱动；331型前轮转向，全轮驱动；333型全轮转向，全轮驱动。,（二）平地机的分类,按车轮数、驱动轮对数和转向轮对数分,平地机可分为:,二、平地机总体构造,平地机外形图,平地机主要由发动机、传动系统、机架、行走装置、工作装置和操纵系统组成。很多公司生产的平地机上装有工程机械专用柴油机，以适应施工中的恶劣工况：在高负荷低转速下可以较大幅度地提高输出扭矩。,（一）总体组成,国产PY180型平地机结构图,（一）总体组成,（二）平地机的机架,平地机的机架为支持在前桥与后桥上的弓形梁架。其上装有发动机、传动装置、驾驶室和工作装置等。,机架中间的弓背处装有油缸支架，上面安装刮刀升降油缸和牵引架引起油缸。铰接机架设有左右铰接转向油缸，用以改变或固定前后机架的相对位置。,整体式机架,（三）平地机传动系统,平地机传动系统一般由主离合器、液力变矩器、变速箱、后桥传动、平衡箱串联传动装置等组成。,（四）PY180平地机传动系,1、结构特点,变矩器采用单级向心式液力变矩器，具有一定的正透性。变矩器泵轮通过弹性连接盘（非金属材料）与发动机飞轮直接相连，涡轮轴为定轴式动力换档变速箱的输入轴。,采用定轴式动力换档变速箱，由变速油泵向液压换挡离合器提供压力油，以实现动力换档。变速泵除向换档离合器提供压力油外，同时向液力变矩器供油，然后经冷却器冷却，再供给变速箱的压力润滑系统。,2、组成与工作过程,为定轴式动力换档变速箱即：操纵变速阀，液压油液压力使换档离合器接合，换档离合器使齿轮与轴由空套变为连接而实现挂档。,换档离合器,液压油入缸,3、PY180平地机变速箱,使用六个换档离合器K1、K2、K3、K4、KV、KR，通过不同的组合接合，实现6个前进档，3个倒档档位的变换。,3、PY180平地机变速箱,PY180平地机变速箱各档工作情况：,前进1档,KV、K1接合，传力路线：变矩器涡轮12678913，为四对啮合齿轮对；,前进2档,K4、K1接合，传力路线：变矩器涡轮1311121054678913，为八对啮合齿轮对；,前进3档,KV、K2接合，传力路线：变矩器涡轮12458913，四对啮合齿轮对；,前进4档,K4、K2接合，传力路线：变矩器涡轮1311121058913，为六对啮合齿轮对；,前进5档,KV、K3接合，传力路线：变矩器涡轮124510913，为四对啮合齿轮对；,前进6档,K4、K3接合，传力路线：变矩器涡轮131112913，为四对啮合齿轮对；,倒退1档,KR、K1接合，传力路线：变矩器涡轮1354678913，为五对啮合齿轮对；,倒退2档,KR、K2接合，传力路线：变矩器涡轮138913，为三对啮合齿轮对；,倒退3档,KR、K3接合，传力路线：变矩器涡轮13510913，为三对啮合齿轮对；,（五）PY180型平地机的前桥,1、组成,2、工作特点,平地机转向时，左右车轮可通过转向油缸推动左右转向节偏转，实现平地机转向，此时将前轮向转向内侧倾斜，可进一步减小平地机的转弯半径；,平地机在横坡上作业时，倾斜前轮使其处于垂直状态，有利于提高前轮的附着力和平地机的作业稳定性。,2、工作特点,1-连接盘；2-主动锥齿轮轴；5-主动锥齿轮座；8-齿轮箱体；9-轴承盖；12-从动锥齿轮；13-直齿轮；14-从动直齿轮；15-轮毂；16-壳体；17-托架；18-导板；19、28-垫片；20-链轮；21-车轮轴；22-平衡箱体；23-轴承座；24-链条；25-主动链轮；26-半轴；27-端盖；28-垫片；29-钢套；30-轴承；32-压板,（六）平地机的后桥及平衡箱,（六）平地机的后桥及平衡箱,平衡箱工作特点：,平衡箱可将主传动器的由半轴传出动的力，经链传动分别传给中、后车轮。,因平衡箱箱体有较好的摆动性，因而保证了每侧的中、后轮同时着地，有效地保证了平地机的附着牵引性能，并大大提高平地机刮刀作业平整性。,当左右两中轮同时被高度为H的障碍物抬起时，后桥的中心升起高度为H/2，而位于机身中部的刮刀的高度变化为H/4；,分析：,当左中轮被高度为H的障碍物抬起，后桥的左端升高H/2，后桥中部升高值为H/4，刮刀的左端升高值3H/8，右端升高值仅为H/8。,分析：,三、平地机的工作装置,平地机工作装置分为主要工作装置和附加工作装置；前者为刮刀，后者有耙土器、松土器和推土铲等，生产厂家可根据用户要求加装其中一种或两种。多数平地机将耙土器装在刮刀与前轮之间，用来帮助清除杂物和疏松表层土壤；松土器安装在平地机的尾部；推土铲安装在平地机前面，用来配合刮刀作业。,（一）刮土工作装置,1、组成,1)牵引架前端为球形铰，与车架前端铰接，因而牵引架可绕球铰在任意方向转动和摆动。,2)支承在牵引架上的回转圈在回转驱动装置的驱动下绕牵引架转动，从而带动刮刀回转。,3)刮刀背面有上下两条支撑在两侧角位器滑槽上的滑轨，可在刮刀侧移油缸的推动下侧向滑动。,4)角位器与回转圈耳板下端铰接，上端用螺母固定。松开螺母，角位器可以摆动，带动刮刀改变切削角。,2、工作特点,3、平地机刮刀的动作方式,1)刮刀的倾斜或升降：由左右升降油缸完成。,2)刮刀回转：回转驱动装置带动回转圈，回转圈再带动耳板，耳板通过滑轨带动刮刀回转。,4)刮刀侧移：刮刀侧移油缸活塞杆通过滑轨带动刮刀侧移。,5)刮刀移出机身：由牵引架引出油缸、刮刀侧移油缸及回转驱动装置同时动作实现。,3)刮刀切削角的改变：由角位器及角位器紧固螺母、切削角调节油缸共同完成。,3、平地机刮刀的动作方式,4、牵引架,A型牵引架前端球铰与弓形前机架前端铰接，后端横梁两端球头与刮刀提升油缸活塞杆铰接。牵引架前端和后端下部焊有底板，前底板中部伸出部分可安装转盘驱动小齿轮。,分为A型和T型两种。前者为箱形截面三角形钢架。,型牵引架结构图,T,5、回转圈及支承装置,回转圈由齿圈、耳板、拉杆等焊接而成。耳板应强度足够以免破坏。回转圈属于不经常传动件，所以齿圈制造及配合面的配合精度可不高，并且暴露在外。,回转圈在牵引架的滑道上回转，滑道与回转圈之间为间隙配合且便于调节，并且因回转支承装置的滑动性能和耐磨性能都较好，不需要更换支承垫块。,5、回转圈及支承装置,安装在T型牵引架下的回转圈,6、平地机的刮刀,刀身,切削刃,刀身为一块钢板制成的长方形曲面弧形板，其下缘和两端用螺栓装有切削刀片。,刀片由耐磨抗冲击高合金钢制成。其切削刃是上下对称，刀口磨钝或磨损后可上下换边或左右对换使用。,为提高刮刀抗扭抗弯刚度和强度，在刀身的背面焊有加固横条，在某些平地机上，此加固横条就是上下两条供刮刀侧伸时使用的滑轨。,刮刀切削角的调整：,平地机刮土作业时，应根据土壤性质和切削阻力大小适时调整刮刀切削角。,1）由人工调整,多应用在中小型平地机上，调整后应将紧固螺母锁紧。,切削角调整油缸,2）通过油缸调整,油缸体铰接在回转圈两侧，活塞杆头部与角位器铰接，当松开紧固螺母后，操纵油缸伸缩，即可使角位器带动刮刀绕下铰点转动，使切削角改变，调好后人工将紧固螺母锁紧。,（二）松土工作装置,用于疏松不能用刮刀直接切削的坚硬土壤。,1、作用,2、分类,1）耙土器负荷比较小，一般采用前置布置方式，即布置在刮刀和前轮之间。,2）松土器负荷较大，采用后置布置方式，布置在平地机尾部，安装位置离驱动轮近，车架刚度大，允许进行重负荷松土作业。,3、耙土装置,1）组成,3、耙土装置,2）工作过程,4、松土器,分双连杆式和单连杆式两种。单连杆式松土器由于其连杆长度有限，松土齿在不同的入土深度下的松土角变化较大，但结构简单。,双连杆式的近似于平行四边形机构，其优点是松土齿在不同的切土深度角基本不变，故对松土有利。且双连杆同时承载，改善了松土器架的受力状态。,4、松土器,四、平地机自动调平装置,由控制