資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 180型液壓挖掘機行走機構總體及減速器設計 180型液壓挖掘機行走機構總體及減速器設計 摘要 隨著人類社會的不斷進步，科學技術的高速發(fā)展，工程機械在各行各業(yè)中得到了很好的運用。然而，在不同的環(huán)境下，對挖掘機等工程機械的大小、性能的要求有所不同，各種性能參數(shù)決定其工作環(huán)境。工程機械在國民生產中有著很重要的位置，它在很大程度上取代了原始的、落后的生產工具，它在現(xiàn)今中國和全世界的飛速發(fā)展的今天功不可沒。 本次設計的主要內容為：180型液壓挖掘機底盤總體方案設計；繪制裝配草圖和總裝配圖；動力源選擇及有關參數(shù)的確定；行走裝置牽引力的計算；傳動方式比較與選擇、傳動方案的確定及傳動系統(tǒng)的技術設計；行星減速器及零、部件的設計計算，主要零件強度校核；張緊裝置、行走架和四輪一帶的選型設計；繪制零、部件圖和總裝配圖，編寫設計計算說明書。 本設計的主要特點是：方案設計中提出多種方案，從可靠性、可實現(xiàn)性、綜合性能等進行方案比較，選擇方案。技術設計中應考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術條件可行；制圖正確、標注齊全符合國家標準。充分注意整機各子系統(tǒng)之間的相關性，力求整機性能的一致性和最優(yōu)化性。 關鍵詞：履帶式，液壓挖掘機，行星減速器，張緊裝置。 The Design on the Overall Walking Device and Reducer of the 180 Hydraulic Excavator Abstract With the continuous progress of human society, the rapid development of science and technology, engineering machinery in all walks of life have been in good use. However, in different circumstances, excavators and other construction machinery on the size, performance requirements are different, various performance parameters to determine their working environment. Construction machinery in the national product in a very important position, it largely replaced the original, backward production tools, in present-day China and the rapid development of the world. The design for the main elements: 180 hydraulic excavator chassis overall programme design; drawing assembly and the assembly the draft map; power source selection and the determination of the relevant parameters; traction devices running the calculation; transmission compared with the choice of transmission programme Transmission System and the determination of the technical design; planet reducer and zero, the design of components, the main strength checking parts; tensioning device, and four walk-around type design; drawing zero, components and the assembly plans Map, prepared by the Design of brochures. The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the relationship between the various subsystems, to the consistency and performance optimization of. KeyWords:Caterpillar,Hydraulic excavators, Planetary reducer,Tensioning device. 目 錄 摘要 IV Abstract V 前言 VI 第一章 緒論 1 1.1 液壓挖掘機在現(xiàn)代化建設中的作用 1 1.2 液壓挖掘機的工作特點和基本類型 1 1.2.1 液壓挖掘機的主要優(yōu)缺點 1 1.2.2 液壓挖掘機的基本類型及主要特點 3 1.3 國內外液壓挖掘機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 1.3.1 研究現(xiàn)狀 4 1.3.2 發(fā)展趨勢 5 1.4 課題設計的目的和意義 5 1.5 本設計所要完成的主要任務 5 第二章 總體方案設計 7 2.1 履帶式液壓挖掘機的組成 7 2.2 設計依據(jù) 7 2.2.1 履帶式行走裝置的主要特點 7 2.2.2 設計參數(shù) 8 2.3 總體設計原則 8 2.4 動力裝置的比較與選型 8 2.5 工作裝置的比較與選擇 9 2.5.1 反鏟工作裝置 10 2.5.2 正鏟工作裝置 12 2.6 回轉機構的選擇 13 2.7 傳動方式的比較與選擇 14 2.7.1 機械傳動 14 2.7.2 液力機械傳動 15 2.7.3 電力傳動 15 2.7.4 液壓傳動 16 2.8 行走方式的比較與選擇 17 第三章 主要參數(shù)的確定 19 3.1 總體幾何尺寸的設計 19 3.2 驅動輪主要參數(shù)的確定及強度校核 22 3.3 功率計及挖掘力參數(shù)計算與確定 24 3.4 行走裝置的牽引力計算 25 3.5 液壓馬達主要參數(shù)計算確定 28 第四章 減速器的方案設計 32 4.1 減速器的功用及分類 32 4.2 減速器方案的選擇及傳動方案的確定 33 4.2.1 減速器方案的選擇 33 4.2.2 行星減速器傳動方案的選定 34 4.2.3 減速器傳動比的分配 35 4.2.4 傳動比公式推導 35 4.3 行星減速器齒輪配齒與計算 36 4.3.1 行星排齒輪的配齒 36 4.3.2 行星齒輪模數(shù)計算與確定 37 4.4 嚙合參數(shù)計算 38 4.5 變位系數(shù)選取 39 4.6 各行星齒輪幾何尺寸計算 39 4.6.1 第Ⅰ排行星齒輪的幾何尺寸 39 4.6.2 第Ⅱ排行星輪的幾何尺寸 43 4.7 各行星齒輪強度校核 45 4.7.1 太陽輪和行星輪接觸疲勞強度校核 45 4.7.2 太陽輪和行星輪彎曲疲勞強度校核 48 4.7.3 內齒輪材料選擇 49 第五章 減速器結構的設計 51 5.1 齒輪軸的設計計算 51 5.2 傳遞連接 51 5.3 軸承選用與校核與其他附件說明 52 5.3.1 軸承選用與校核 52 5.3.2 其他附件說明 53 第六章 160型液壓挖掘機的張緊裝置設計 54 6.1 張緊裝置設計要求與計算 54 6.1.1 張緊彈簧的設計 54 6.1.2 張緊彈簧的校核 58 6.2 油缸主尺寸選取 60 第七章 四輪一帶及其他部件選型 62 7.1 四輪一帶選型 62 7.1.1 履帶的選取 62 7.1.2 驅動輪設計 63 7.1.3 導向輪的選型 63 7.1.4 支重輪選型 64 7.1.5 拖鏈輪選型 65 7.2 懸架選型與制動器選型 65 7.2.1 懸架選型 65 7.2.2 制動器選型 65 第八章 設計工作總結 67 參考文獻 69 致 謝 70 附 錄 71 前 言 改革開放以來，我國的科學技術、信息技術迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機械行業(yè)同樣得到了相應的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機械品種不斷增加、產量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢頭強勁。 液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的土方機械。它的發(fā)展與應用反映了一個國家施工機械化的水平。 液壓挖掘機由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、回轉機構、工作裝置、底盤五部分組成。發(fā)動機的作用是提供動力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機機械能以油液為介質，利用油泵轉變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達等，再傳動各個執(zhí)行機構，實現(xiàn)各種運動；回轉機構是實現(xiàn)轉臺的回轉；工作裝置的作用是進行作業(yè)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機構的性能優(yōu)劣直接影響整機的使用性能、經濟性能，因此著力研究液壓挖掘機的底盤具有十分重要的意義。 該設計結合機械設計專業(yè)的教學內容和國內外液壓挖掘機的應用與發(fā)展。對履帶式液壓挖掘機底盤作較深入的分析研究。根據(jù)設計依據(jù)及要求，完成挖掘機行走機構總體及減速器設計，進一步掌握挖掘機的設計方法和步驟；鞏固、加深對所學的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握；了解國內外液壓挖掘機發(fā)展狀況。 第一章 緒論 1.1 液壓挖掘機在現(xiàn)代化建設中的作用 液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切割刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。 液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設備。 在建筑工程中，可用來挖掘基坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。 在水利中，可用來開挖水庫、運河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。 在鐵路、公路建設中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝。 在石油、電力、通信業(yè)的基礎建設及市政建設中，用來挖掘電纜溝和管道溝等。 在露天采礦場上，可用來剝離表土、采掘礦石或煤，也可用來進行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。 在軍事工程中，可用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。 所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺容量為1.0 的液壓挖掘機挖掘Ⅰ~Ⅳ級土壤時。每班生產率大約相當于300~400和工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重要意義。 1.2 液壓挖掘機的工作特點和基本類型 1.2.1 液壓挖掘機的主要優(yōu)缺點 液壓挖掘機在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作。液壓傳動與機械傳動相比有許多優(yōu)點： ① 能無極調速且調速范圍大，例如液壓馬達的最高轉速與最低轉速之比可達到1000:1。 ② 能得到較低的穩(wěn)定轉速，例如柱塞式液壓馬達的穩(wěn)定轉速可低達1r/min。 ③ 快速作用時，液壓元件產生的運動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)運轉時的驅動力矩大50%，而液壓馬達則不大于5%，加速中等功率電動機需1s到數(shù)秒，而加速液壓馬達只需0.1s。 ④ 傳動平穩(wěn)，結構簡單，可吸收沖擊和振動，操作省力，易實現(xiàn)自動化控制。 ⑤ 易于實現(xiàn)標準化、系列化、通用化。 基于液壓傳動的上述優(yōu)點，液壓挖掘機與機械傳動挖掘機相比，具有下列主要特點： ① 大大改善了挖掘機的基本性能，挖掘力大、牽引力大、機器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結構緊湊。液壓挖掘機與同級機械傳動相比，挖掘力約高30%，例如1.0液壓挖掘機鏟斗挖掘力為120~150kN，而同級機械傳動挖掘機只有100kN左右。 挖掘機在工作時的主要動作包括行走、轉臺回轉和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉和工作裝置的循環(huán)往復運動，這種往復運動的速率一般不高，而所需的作用力卻很大，要求在短時間內通過變速或變向來完成各種復雜的動作。機械傳動挖掘機完成上述動作，需通過摩擦離合器、減速器、制動器、逆轉機構、提升和推壓機構等配合來完成。因此，機械傳動挖掘機不僅結構復雜，而且還要產生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復雜的中間傳動，大大簡化了結構，也減少了易損件。由于結構簡化，液壓挖掘機的質量大約比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件可以相對獨立分布，使整機結構緊湊、外形美觀，同時，也易于改進和變形。 ②液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力。所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導控制。無論驅動功率多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。更換工作裝置時，由于不牽連連轉臺上部的其他機構，一次更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構和推壓機構的牽連和限制。 ③由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機普遍采用了以微處理器為核心的電子控制單元（ECU），使發(fā)動機、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時還可以實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。 ④液壓元件易于實現(xiàn)標準化、系列化和通用化。便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產，進一步提高自來能夠和降低成本。 1.2.2 液壓挖掘機的基本類型及主要特點 液壓挖掘機的種類繁多，可以從不同角度對其來寫進行劃分。 （1） 根據(jù)液壓挖掘機主要機構傳動來寫劃分 根據(jù)液壓挖掘機主要機構是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。如圖1.1和圖1.2所示為某小型和中型液壓挖掘機。若挖掘、回轉、行走等幾個主要機構的動作均為液壓傳動，則稱為全液壓挖掘機。若液壓挖掘機中的某一個機構采用機械傳動則稱其為非液壓挖掘機。一般來說，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機構上，對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉機構必須是液壓傳動，只有行走機構有的為液壓傳動，有的為機械傳動。 圖1.1 小型全液壓挖掘機 圖1.2 中型全液壓挖掘機 （2）根據(jù)行走機構的類型劃分 根據(jù)行走機構的不同，液壓挖掘機可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式和拖式。 履帶式液壓挖掘機應用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設支腿，適用范圍較大。在土質松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機，還可以通過加寬和履帶來降低接地比壓。為防止對路面的碾壓破壞。有些液壓挖掘機還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機多為全液壓傳動。 輪胎式液壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多種路面上行走的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產量日益增長。如圖1.3所示為國產某型號輪胎式液壓挖掘機。 圖1.3 輪胎式液壓挖掘機 這種挖掘機一般都是四支點，但也有三支點的，與后輪形成三點支承，這種形式不需要在前軸上采用平衡懸掛，簡化了前橋結構，減小了機械的轉彎半徑，提高了機動性。目前，輪胎式液壓挖掘機的行走部分多數(shù)采用機械傳動和單獨液壓馬達的集中傳動。 懸掛式液壓挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機上，可以達到一機多用的目的，這種挖掘機拆裝方便，成本低廉。 汽車式液壓挖掘機一般采用標準式的汽車底盤，速度快，機動性好。 拖式液壓挖掘機沒有傳動機構，行走時由拖拉機牽引。 （3） 根據(jù)工作裝置劃分 根據(jù)工作裝置結構不同，可分為鉸鏈式和伸縮臂式挖掘機，鉸鏈式工作裝置應用較為普遍。 這種挖掘機的工作裝置靠各構件繞鉸點轉動來完成作業(yè)。伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂內伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進行平整和清理作業(yè)，尤其是休整溝坡。 1.3 國內外液壓挖掘機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.3.1 研究現(xiàn)狀 國外的最早雛形，于16世紀在意大利威尼斯用于運河的疏浚工作，模擬人的掘土動作；以蒸汽機驅動的“動力鏟”則誕生于19世紀(1836年)。國外大型液壓挖掘機的開發(fā)大約從上世紀70年代開始。如日本日立建機公司在19721976年間開發(fā)的UH12型正鏟大型液壓挖掘機，其斗容量為2.2,工作重量36t；UH20型斗容量3.2，工作重量50t；UH30型斗容量4.4，工作重量75t。1979年，日立建機成功開發(fā)了UH50型正鏟超大型液壓挖掘機，斗容量達8.2，工作重量175t。經過30多年的發(fā)展，目前超大型液壓挖掘機的最大工作重量已突破900t級，鏟斗斗容達50。由于具有結構緊湊、操作方便、運動靈活及易于維護保養(yǎng)等優(yōu)點，超大型液壓挖掘機已形成逐步代替鋼索機械式或電動式挖掘機(俗稱電鏟)的趨勢。 國內挖掘機研發(fā)起步比國外晚，技術相對不夠完善。目前，國內挖掘機主要停留在中小型的開發(fā)上，大型及超大型液壓挖掘機超過60t級的極少。四川邦立重機有限責任公司是我國較早開發(fā)大型和超大型液壓挖掘機的企業(yè)，近幾年，該公司相繼成功開發(fā)出擁有自主知識產權的65t級、75t級、100t級、125t級和185t級礦用型和土方型大型和超大型液壓挖掘機，填補了國內空白。 1.3.2 發(fā)展趨勢 工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生成較早，產品線齊全，技術成熟。美國德國和日本是液壓挖掘機的主要生產國，具有較高的市場占有率。從20世紀后期開始，國際上液壓挖掘機的生產從產品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎上向大型化、微型化方向發(fā)展；從功能上看，在滿足基本功能的基礎上，向多功能化、專用化方向發(fā)展；從產品性能上看，向高效節(jié)能化、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。 1.4 課題設計的目的和意義 液壓挖掘機在工業(yè)與民用建筑、道路建設、農田水力、油田礦山、市政工程、機場港口等部門土石方施工中，占有重要位置。并反映了這些部門施工機械化水平。該課題結合機械設計專業(yè)的教學內容和國內外液壓挖掘機的應用與發(fā)展。對履帶式液壓挖掘機底盤作較深入的分析研究。根據(jù)設計依據(jù)及要求，完成挖掘機行走機構總體及減速器設計，進一步掌握挖掘機的設計方法和步驟。通過畢業(yè)設計，使我們進一步鞏固、加深對所學的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；培養(yǎng)我們獨立思考、獨立工作和綜合運用已學知識分析與解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨立獲取新知識的能力；培養(yǎng)我們在方案設計、設計計算、工程繪圖、文字表達、文獻查閱、計算機應用及工具書使用等方面的基本工作實踐能力；使我們樹立具有符合國情和生產實際的正確設計思想和觀點，樹立嚴謹、負責、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、勇于創(chuàng)新、善于與他人合作的工作作風。 1.5 本設計所要完成的主要任務 1. 行走機構的總體結構方案設計，繪制草圖和總裝配圖； 2. 液壓馬達的選型設計及減速器的結構設計； 3. 行走裝置的選型及設計； 4. 張緊裝置的選型及設計； 5. 履帶鏈環(huán)的選型及設計； 6. 所有零、部件設計計算、繪制零、部件圖。 第二章 總體方案設計 2.1 履帶式液壓挖掘機的組成 液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等，如圖2.1。 圖2.1 單斗反鏟液壓挖掘機 1-柴油機；2-機罩；3-油泵；4-多路閥；5-郵箱；6-回轉減速器；7-回轉馬達；8-回轉接頭； 9-駕駛室；10-動臂；11-動臂油缸；12-操縱臺；13-邊齒；14-斗齒；15-鏟斗；16-斗桿 油缸；17-斗桿；18-鏟斗油缸；19-平衡重；20-轉臺；21-行走減速器；22-行走馬達； 23-拖鏈輪；24-履帶；Ⅰ-工作室；Ⅱ-上部轉臺；Ⅲ-行走機構 2.2 設計依據(jù) 2.2.1 履帶式行走裝置的主要特點 ① 牽引力大（通常每條履帶的牽引力達機重的3540%），接地比小(一般為4-15),轉彎半徑小，機動靈活； ② 采用液壓傳動，能實現(xiàn)無極調速； ③ 每條履帶各自有驅動的液壓馬達及減速裝置。 2.2.2 設計參數(shù) ① 機重 18T ② 標準斗容量 0.7 ③ 最大行走速度 3-5KM/h ④ 發(fā)動機功率 80-100KW ⑤ 爬坡能力不低于 40% 2.3 總體設計原則 進行液壓挖掘機的底盤總體設計時應該遵循以下原則： ① 滿足使用要求、滿足經濟性的要求、滿足勞動保護的要求、滿足工藝性要求、滿足機器的結構性能要求、某些零件、部件滿足耐磨性要求; ② 在不增高行走裝置總高度的前提下應使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機在不平地面上行走具有良好的通過性能，力求增強機器對各種運行條件和作業(yè)要求的適應性； ③ 要降低挖掘機的接地比壓或具有較大的支承面積，以提高挖掘機的穩(wěn)定性。挖掘機在斜坡下行時不發(fā)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時不發(fā)生下滑，提高工作時的安全可靠性； ④ 挖掘機的行走裝置外型尺寸應符合道路運輸要求，外形美觀； ⑤ 各個部件或總成的性能應相互協(xié)調、匹配，力求整體性能的一致和最優(yōu)化，不可盲目追求某個局部的最佳性能，否則，可能造成整體性能惡化，或產生薄弱壞節(jié)； ⑥ 正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關系，采用成熟技術，通過深入的理論分析，進行必要的科學實驗，勇于創(chuàng)新。 2.4 動力裝置的比較與選型 履帶式挖掘機常用的動力源主要有三種：電動機、柴油機以及蒸汽機。每種動力源都具有其特點； （1） 交流與直流電機 電動機（Motors）是把電能轉換成機械能的設備，按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機。他們也有各自的優(yōu)缺點，各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數(shù)較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且轉速與負載大小無關，只決定于電網(wǎng)頻率，工作較穩(wěn)定。但它有換向器，結構復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。 和交流電動機相比，直流電機的優(yōu)點是調速性能好，調速范圍廣，易于平滑調節(jié)，起動自動轉矩大；易于快速起動、停車；易于控制。其缺點是：與異步電動機比較，直流電動機結構復雜，使用維護部方便，而且要用直流電源。 （2） 柴油機 柴油機是用柴油作燃料的內燃機，屬于壓縮點火式發(fā)動機。柴油機具有熱效率高的顯著優(yōu)點，經濟性優(yōu)于汽油機，功率大，符合工程機械向大型化發(fā)展的趨勢。其應用范圍越來越廣。柴油機具有較好的燃油經濟性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內，可以設置容積小些的油箱。柴油機壓縮比可以達到1 5～23，而汽油機一般控制在8～10；柴油機熱效率高達38％，而汽油機為30％；柴油機工作可靠，壽命長，排污量少。 隨著強化程度的提高，柴油機單位功率的重量也顯著降低。為了節(jié)能，各國都在注重改善燃燒過程，研究燃用低質燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機的重要發(fā)展方向。 （3）蒸汽機 蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業(yè)甚至社會的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學和機構學為汽輪機和內燃機的發(fā)展奠定了基礎。但是蒸汽機離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐漸為其他動力裝置所代替。 綜上所述，液壓挖掘機常作業(yè)于野外，需要經常行走移動。由于柴油機作為動力裝置不受電源、電纜的限制，使得液壓挖掘機移動、行駛方便，故本設計采用了柴油機作為動力源。 2.5 工作裝置的比較與選擇 工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置，是液壓挖掘機的重要組成部分，它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。其動作接近于人的手腕運動，具有較大的挖掘和作業(yè)性能。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉動都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以裝配多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具，如圖2.2。 圖2.2 液壓挖掘機的多種工作裝置 常見的液壓挖掘機的動作裝置的功用之一是做挖掘機工作，根據(jù)斗桿和動臂剛性連接可主要分為正鏟和反鏟兩種。 2.5.1 反鏟工作裝置 鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機最常用的結構型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接（見圖2.3），在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。 （1）動臂 動臂是反鏟的主要部件，其結果有整體式和組合式兩種。 ① 整體式 其優(yōu)點是結構簡單，質量輕而剛度大。缺點是更換的工作裝置少，通用性較差。多用于長期作業(yè)條件相似的挖掘機上。整體式動臂又可分為直動臂和變動臂兩種。其中的直動臂結構簡單、質量輕、制造方便，主要用于懸掛式液壓挖掘機，它不能使挖掘機機獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機；變動臂是目前應用最廣泛的結構型式，與同長度的直動臂相比，可以使挖掘機有較大的挖掘深度。但降低了卸土高度，這正符合挖掘機反鏟作業(yè)的要求。 圖2.3 反鏟 1—斗桿油缸；2—動臂；3—油管；4—動臂油缸；5—鏟斗；6—斗齒； 7—側齒；8—連桿；9—搖桿；10—鏟斗油缸；11—斗桿 ② 組合式動臂 如圖2.4所示，組合式動臂用輔助連桿或液壓缸3或螺栓連接而成。上、下動臂之間的夾角可用輔助連桿或液壓缸來調節(jié)，雖然使結構和操作 (a) (b) 圖2.4 組合式動臂 1—下動臂；2—上動臂；3—連桿或液壓缸 復雜化，但在挖掘機作業(yè)中可隨時大幅度調整上、下臂之間的夾角，從而提高挖掘機的作業(yè)性能，尤其在用反鏟或抓斗挖掘窄而深的基坑時，容易得到較大距離的垂直挖掘軌跡，提高挖掘質量和生產率。組合式動臂的優(yōu)點是，可以根據(jù)作業(yè)條件隨意調整挖掘機的作業(yè)尺寸和挖掘力，且調整時間短。此外，它的互換工作裝置多可滿足各種作業(yè)的需要，裝車運輸方便。其缺點是質量大，制造成本高，一般用于中、小型挖掘機上。 綜上比較，本設計選用組合式動臂。 2. 反鏟斗 反鏟斗用的鏟斗型式、尺寸與其作業(yè)對象有很大關系。為了滿足各種挖掘機作業(yè)的需要，在同一臺挖掘機上可配以多種結構型式的鏟斗，如圖2.5為反鏟常用鏟斗型式。鏟斗的斗齒采用裝配式，其形式有橡膠卡銷式和螺栓連接式，如圖2.6所示。 圖2.5 反鏟常用鏟斗結構 1—齒座；2—斗齒；3—橡膠卡銷；4—卡銷；5、6、7—斗齒板 圖2.6 斗齒安裝形式 （a） 螺栓連接； （b）橡膠卡銷連接 1— 卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒 2.5.2 正鏟工作裝置 單斗液壓挖掘機的正鏟結構如圖2.7所示，主要有動臂2、動臂油缸1、鏟斗5、斗底油缸4等組成。 鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗6是鉸接在動臂的頂端，由雙作用的斗桿缸7使其轉動。斗桿油缸的一端鉸接在動臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端;另一種是鉸接在斗桿的尾端。 動臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)裝點的不同，動臂的工作長度也不一樣。 本設計根據(jù)設計要求，立足于反鏟，主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等。其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及組其合。反鏟挖掘機每一作業(yè)循環(huán)包括挖掘、會轉、卸料和返回等四個過程。其工作過程為：先放下動臂至挖掘位置，然后轉動斗桿及鏟斗，向著挖掘機方向拉轉，當挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉至卸載位置，轉斗卸出土壤，然后再回轉至工作面，準備下一循環(huán)的挖掘工作。因此經過上述比較，選擇組合式動臂反鏟裝置作為本設計的工作裝置。 圖2.7 正鏟 1—動臂油缸；2—動臂；3—加長臂；4—斗底油缸；5—鏟斗； 6—斗桿；7—斗桿油缸；8—液壓軟管 2.6 回轉機構的選擇 按照轉臺的旋轉角度分為：完全回轉（360°）和不完全回轉（90°270°）。液壓挖掘機回轉支承裝置用于承載回轉平臺以上機體的重量并實現(xiàn)回轉運動。除了在懸掛式和伸縮臂式液壓挖掘機的上游采用半回轉的回轉機構外，現(xiàn)代液壓挖掘機的回轉機構普遍采用了完全回轉的液壓傳動方式。合理的設計選擇回轉機構，對于提高生產率和能量利用率具有十分重要的意義。據(jù)此本設計采用完全回轉機構。 2.7 傳動方式的比較與選擇 動力裝置至驅動輪之間所有傳動部件的總稱為傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)的功用是把動力裝置輸出的功率傳遞給驅動輪，并改變動力裝置的輸出特性，以滿足對自行式工程機械車速和牽引力的要求。 目前，工程機械的傳動系統(tǒng)有以下四種類型：機械傳動、液力機械傳動、電力傳動以及液壓傳動。每種傳動方式各有其特點、用途和適用的范圍。 2.7.1 機械傳動 所謂機械傳動是指傳動系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動力的方式。它是通過齒輪、齒條、帶、鏈等機件傳遞動力和進行控制。工程機械中使用機械傳動系統(tǒng)由來已久。機械傳動具有結構簡單、制造容易、工作可靠、重量輕、操作簡單、維護方便、價格低廉、傳動效率高、可以利用傳動系統(tǒng)運動零件的慣性進行作業(yè)等優(yōu)點，同時，濕式離合器的普遍采用及發(fā)動機特性的改善（提高適應性系數(shù)）在某種程度上改進了機械傳動的某些缺點，因此，采用機械傳動的工程機械仍然占有相當?shù)谋壤５陙碓谝恍┳鳂I(yè)或行駛時阻力變化很大的機械中，日益廣泛地采用了液力機械傳動或者其他傳動方式。這是因為機械傳動存在許多缺點： （1） 在工作阻力急劇變化的工況下，發(fā)動機容易過載熄火。這就是要求司機有熟練的操作技巧； （2） 輪式機械在運輸工況時，由于行駛速度較高而行駛阻力較小，在換檔的動力中斷期間，機械雖然減速但不至于停車。但是對于履帶式機械或在牽引工況下的輪式機械，由于行駛速度低、阻力大，在作業(yè)中換檔必然導致停車。為了能實現(xiàn)原地起步，并在一定的時間內加速到一定的速度，往往逼迫使用較低的檔位，即檔位的選擇不是根據(jù)作業(yè)時的工作阻力而是根據(jù)原地起步和加速的要求。因此，在作業(yè)時發(fā)動機的功率利用差，降低了生產率。另外，停車檔位還影響機械的通過性能； （3） 對于循環(huán)作業(yè)的機械，經常要前進、后退和改變車速，變換檔位頻繁，每次換檔都要分離主離合器，并用人力撥動換檔機構，司機勞動強度大； （4） 傳動系統(tǒng)零件受到的沖擊載荷大，發(fā)動機的振動直接傳到傳動系統(tǒng)的各個零件，而行駛阻力變化引起的沖擊又通過傳動系統(tǒng)影響發(fā)動機，以此降低了發(fā)動機和傳動系統(tǒng)中各個零件的使用壽命。另外，發(fā)動機在急劇的變載荷下工作將降低其平均輸出功率； （5） 工作阻力的變化將直接影響發(fā)動機的工作，為了充分利用發(fā)動機的功率，需要增加變速器的檔位數(shù)，因而變速器結構變得復雜，并且增加了司機的換檔次數(shù)； （6）機械傳動不能進行無極調速，遠距離傳動比較困難。 上述種種缺點在阻力變化劇烈及經常改變行駛方向的工況下表現(xiàn)得特別明顯。因此，機械傳動系統(tǒng)適宜于作業(yè)阻力比較穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)的機械。 2.7.2 液力機械傳動 在上述機械傳動系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)加入液力變矩器（或液力偶合器）后，使發(fā)動機輸出的動力通過液力變矩器（或液力偶合器）及機械傳動部件傳到驅動輪，這個系統(tǒng)稱為液力機械傳動系統(tǒng)。它具有的主要優(yōu)點是：（1）使工程機械具有自動適應載荷變化的特性；（2）簡化了機械的操縱；（3）提高了機械的使用壽命；（4）提高了機械的起步性能和通過性能；（5）提高了機械的舒適性；（6）簡化了維修工作。 這種傳動方式能使機器隨作業(yè)阻力的變化，自動調整牽引力和速度，顯著改善牽引性能，提高了發(fā)動機功率，改善發(fā)動機的工況，提高作業(yè)效率，并能防止發(fā)動機過載，操縱也較為方便，所以在工程機械中應用較為廣泛。同時液力機械傳動也存在一些的缺點：傳動效率低，一般變矩器的最高效率只能達到0.82-0.92，在行駛阻力變化小而連續(xù)作業(yè)時，由于效率低而增加了燃油消耗量。液力機械傳動系統(tǒng)需要設置供油系統(tǒng)，其液力元件加工精度要求高、價格貴，工作油容易泄漏，這使其結構復雜化，同時增加了運行成本。但因為液力機械傳動的優(yōu)點突出，所以目前在工程機械中有著廣泛的應用。輪式機械廣泛采用了液力機械傳動。但在近年新型挖掘機中應用較少。 2.7.3 電力傳動 電力傳動是利用電力設備并調節(jié)電參數(shù)來傳遞動力和進行控制。采用發(fā)電機驅動發(fā)電機發(fā)電，通過電力驅動電動機，進而驅動行走機構與工作機構。工程機械中最常見的電力傳動系統(tǒng)是“電動輪”的形式，其基本原理是有發(fā)動機帶動直流發(fā)電機，然后用發(fā)電機輸出的電能驅動裝在車輪中的直流電動機，車輪和直流電動機（包括減速裝置）裝成一體稱為“電動輪”。這種傳動的主要優(yōu)點是： （1）動力裝置（柴油發(fā)電機）和車輪之間沒有剛性聯(lián)系，便于總體布置及維修； （2）變速操縱方便，可實現(xiàn)無極變速，因而在整個速度范圍內都可以充分利用發(fā)動機功率； （3）電動輪通用性強，可簡單地實現(xiàn)任意多驅動輪驅動的方式，以滿足不同機械對牽引性能和通過性能的要求； （4）可以采用電力控制，在長坡上行駛時可大大減輕車輪制動器的負荷，延長制動器的壽命； （5）能量傳遞方便，信號傳遞迅速，標準程度高，容易實現(xiàn)自動化。 電力傳動存在的缺點是：運動平穩(wěn)性差，易受外界負載的影響，慣性大，起動及轉向慢，受溫度、濕度、振動、腐蝕等環(huán)境因素影響較大。同時電力傳動價格高，需要牽拉電網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計比液力機械傳動成本約貴20%左右，自重大并消耗大量的有色金屬，目前僅用于大功率的自卸載重汽車、鏟運機及礦用輪式裝載機等機械中。一般，當功率大于450KW時，采用電力傳動方式較為經濟。 2.7.4 液壓傳動 采用發(fā)動機驅動隨機的油泵站，再由液壓馬達驅動行走機構。該傳動方式取消了主離合器、變速箱、后橋等傳動部件，使工作裝置的操縱和整機驅動方式統(tǒng)一，可減輕機重、結構緊湊、總體布置簡單，原地轉向性能好，可實現(xiàn)牽引力和速度的無極調整，大大提高了牽引性能。與其它傳動方式相比，液壓傳動具有其獨特的優(yōu)越性，表2.1中列舉了幾種傳動方式的主要特性的比較。 表 2.1 幾種傳動方式的主要傳動特性比較 特性及 性能 比較 傳動方式 功能與重量比 轉矩與轉動慣量比 響應速度 可控性 負載剛度 調速范圍 機械傳動 小 小 低 差 中等 小 電力傳動 小 小 中等 中等 差 中等 液壓傳動 大 大 高 好 大 大 液壓傳動的主要優(yōu)點： 　 （1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達的重量只有電動機的10％～20%。因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； 　 （2）能在給定范圍內平穩(wěn)的自動調節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調速，且調速范圍最大可達1：2000(一般為1：100）； 　 （3）換向容易，在不改變電機旋轉方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉和直線往復運動的轉換； 　 （4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； 　 （5）由于采用油液為工作介質，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用長； 　 （6）操縱控制簡便，自動化程度高； 　 （7）容易實現(xiàn)過載保護； 　 （8)液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化、便于設計、制造和使用。 液壓傳動雖然有十分突出的有點，但也不能忽視其存在的缺點： （1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； （2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； （3）液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術水平； （4）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃~60℃范圍內較合適。 （5）液壓傳動在能量轉化的過程中，特別是在節(jié)流調速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)傳動效率較低。 經過以上分析比較，隨著液壓技術的不斷發(fā)展完善，液壓傳動的應用日益廣泛。鑒于本機械產品的實際要求，在充分考慮其實現(xiàn)可行性和經濟性的基礎上本產品設計中采用液壓傳動系統(tǒng)。 2.8 行走方式的比較與選擇 挖掘機根據(jù)不同的行走系可分為輪胎式、履帶式等。相對履帶式而言，輪胎式行走裝置在挖掘機中用得不多，但已成為工程機械的發(fā)展趨勢之一。主要優(yōu)點是：具有運行速度高，運行性能好，機動性能好，利于減輕機器重量，工作點轉移方便、迅速、作業(yè)輔助工作時間段、生產效率高及本身效率高等優(yōu)點。但輪胎式挖掘機對路面要求高，由于履帶式挖掘機的附著力大，能達到輪胎式的1.5倍，通過性好，接地比壓小，適宜在松軟地段和濕地作業(yè)，抗磨損性能好，可在碎石地段、地形起伏較大的惡劣條件下作業(yè)，爬地能力強，宜在山區(qū)作業(yè)。履帶式行走系比之輪胎式有以下特點： （1）履帶式挖掘機的驅動輪只卷繞履帶而不在地面滾動，機器全重經支重輪壓在多片履帶板上，全部重量都是附著重量（這相當于全輪驅動的輪式機器），加上履帶支承面上同時抓地的履齒較輪式機器同時抓地的胎面花紋多得多，所以履帶式機器的牽引附著性能要好得多。 （2）與同馬力的輪胎式機器相比，由于履帶支承面大，接地比壓?。ㄒ话阈∮?.1MPa），所以在松軟土壤上的下陷深度小，因而滾動阻力小，有利于發(fā)揮較大的牽引力。 （3）履帶銷子，銷套等運動副使用中要磨損，要有張緊裝置調節(jié)履帶張緊度，它兼起一定的緩沖作用。導向輪既是張緊裝置的一個組成部分，也是引導履帶正確卷繞。但不能偏轉，不能引導機器轉向。 （4）履帶式行走系重量大，運動慣性大，緩沖減振作用小。結構中最好有某些彈性元件。 （5）履帶式行走系結構復雜，金屬消耗多，磨損嚴重，維修量大，運行速度受限制。 履帶式行走裝置是液壓挖掘機用得最多的一種裝置。履帶行走裝置的主要優(yōu)點是：具有較大的牽引力和較低的接地比壓（40150KPa）；穩(wěn)定性好；具有良好的越野性和爬坡能力（坡度達50%100%）；轉彎半徑小、機動靈活。但履帶式行走裝置的運行速度較低，一般在0.56km/h的范圍內?，F(xiàn)代中小型液壓挖掘機多采用雙速行走馬達，行走速度可在03.5km/h和05.5km/h之間切換。目前，液壓挖掘機的履帶行走裝置，除特殊用途外，均由專用底盤向通用底盤發(fā)展，不同廠家的底盤結構形式有趨同化的趨勢。 綜上比較，考慮到挖掘機一般在野外作業(yè)，工作載荷變化大，作業(yè)環(huán)境惡劣，技術保養(yǎng)條件差；而履帶式行走裝置又是液壓挖掘機用得最多的一種裝置。因此本設計采用了履帶式行走裝置。 經過上述總體方案的選型設計，最終確定行走裝置的動力路線為： 柴油機—液壓泵—控制閥—液壓馬達—制動器—減速器—驅動輪—履帶 第三章 主要參數(shù)的確定 3.1 總體幾何尺寸的設計 在本次設計中按照標注選定法、理論分析計算法等方法得出的參數(shù)值不可能都是完全切合的。通常在設計開始時一些參數(shù)還不能利用以上方法完全確定，因此在本設計中有的參數(shù)采用了經驗公式法進行計算。 （1）履帶帶長 ： = （3.1）=1.38 (1810) 3620 mm 式中： 為尺寸系數(shù)（1.251.5），本設計取=1.38； G為整機重量，本設計G =18噸（本設計除特殊說明外，G含義相同）。 考慮到整體布局，類比同型產品可在此基礎上增大10%；故可取為4084mm。 （2）驅動輪與導向輪軸向中心距： = （3.2） =1.1(1810) 2880mm 式中：為尺寸系數(shù)(1.01.2)。 考慮到整體布局，類比同型產品可在此基礎上增大10%；故可取為3200mm。 （3）軌距B B= （3.3）=0.8(1810) 2100mm 式中：為尺寸系數(shù)(0.750.85)。 考慮到整體布局，類比同型產品可在此基礎上增大10%；故B 可取為2400mm。 （4）履帶高度H H= （3.4） =0.32(1810) 840mm 式中:為尺寸系數(shù)(0.30.35)。 為了整體的整體布局，考慮將其擴大17%左右，計算得H=980mm。 （5）履帶板寬b 由經驗數(shù)據(jù)得：b的值可在600800mm間取值,根據(jù)《中華人民共和國國家標準—液壓挖掘機履帶GB10677—89》規(guī)格系列查取b =600mm。 （6）底盤總寬C C =B +b （3.5） =2400+600 =3000mm （7）履帶接地長度 = + 0.35D （3.6） = + 0.35(- ) =3200+0.35（4084-3200） 3510mm 式中： D為驅動輪直徑，約為 -。 （8）后端支重輪到驅動輪間距 = （3.7） =2.517 428mm 式中：為尺寸系數(shù)（2.42.6)； 為履帶節(jié)距，根據(jù)《中華人民共和國國家標準—液壓挖掘機履帶GB10677—89》規(guī)格系列查取=171mm。 （9）前端支重輪到導向輪間距 = （3.8） =2.4171 410mm 式中：為尺寸系數(shù)(2.43)。 (10) 兩端支重輪間距 = -- （3.9） =3200-410-428 =2360mm （11）轉臺離地高 = (3.10) =0.4(1810) 1048mm 式中：為尺寸系數(shù)(0.370.42)。 為了整體的整體布局，考慮將其擴大3%左右，計算得=1080mm。 (12) 相鄰兩支重輪間距 =(12) (3.11) =1.9 325mm 現(xiàn)將機體主要線性尺寸列于表3.1。 表3.1 機體主要線性尺寸 項目 履帶長度 軌距B 輪距 履帶總高H 轉臺底部離地高 懸架底離地高 履帶板寬b 結果/mm 4084 2400 3200 980 1080 495 600 3.2 驅動輪主要參數(shù)的確定及強度校核 驅動輪是將傳動系統(tǒng)的動力傳至履帶，以產生使車輛運動的驅動力。因此，要求驅動輪與履帶的嚙合性能要良好，即在各種不同行駛條件和履帶不同磨損程度下嚙合應平穩(wěn)，進入和退出嚙合要順利，不發(fā)生沖擊、干涉和脫落履帶的現(xiàn)象，其次要耐磨且便于更換磨損元件。 （1）主要參數(shù)的確定 1． 節(jié)距，驅動輪節(jié)距應與履帶節(jié)距相等，mm。 2、齒數(shù)，增加驅動輪齒數(shù)，能使履帶速度均勻性改善，摩擦損失減少，但會導致驅動輪直徑增大，引起機重和整機高度的增加。驅動輪齒數(shù)一般為奇數(shù)，使得嚙合過程中每個齒都能和節(jié)銷嚙合。其齒數(shù)通常取，本設計中取。 3、驅動輪直徑的確定 驅動輪的節(jié)圓半徑按下式計算： (3.12) =