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附件1：外文資料翻譯譯文
1 液壓傳動概述
1.1 液壓傳動的發(fā)展概況
1.1.1 壓傳動的定義
一部完整的機器是由原動機部分、傳動機構(gòu)、控制部分及工作機部分組成。原動機有幾種類型，例如電動機、內(nèi)燃機等。工作機即完成該機器的工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動機的功率和轉(zhuǎn)速比是被限制的，為了覆蓋工作機較大范圍的工作力和工作速度的變化，以及操作性能的要求，在原動機和工作機之間設(shè)置了傳動機構(gòu)，其作用是把原動機輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機。
傳動機構(gòu)通常分為電氣傳動、機械傳動和流體傳動三類機構(gòu)。流體傳動是通過液壓、流體或氣體來進行能量傳遞和控制的。但需要認識到實際上只有兩種液壓系統(tǒng)：液力傳動和液壓傳動（包括液力和氣體）。
液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳達方式。液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量；而液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此，它被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)的每個分支。一些典型的運用像機械工程、建筑、海洋開發(fā)、交通運輸、農(nóng)業(yè)和航天航空
1.1.2 液壓傳動的發(fā)展概況
到18世紀中葉的工業(yè)革命，電能已經(jīng)不能支持工業(yè)機器的傳動需求。18世紀末液壓傳動被用于驅(qū)動液力設(shè)備，例如起重機、壓力機、絞車、壓榨機、液力千斤頂、修剪機械、和支承機械。在這些系統(tǒng)中，是一種由蒸汽機驅(qū)動液力的水泵，這種泵是通過壓力將水通過管道傳到工業(yè)機械來驅(qū)動各種機器的。這些早期的液力系統(tǒng)有著許多的不足，例如設(shè)計問題，由于設(shè)計已經(jīng)發(fā)展為藝術(shù)而多過了科學(xué)。然而，直到19世紀電力成為新的有優(yōu)勢的技術(shù)。這樣的結(jié)果液壓傳動并沒有起到推動的作用。電力傳動不久被發(fā)現(xiàn)在遠距離傳遞上有良好的效果。在19世紀最后的10年里液壓傳動技術(shù)只有小小的發(fā)展。近代，1906年液壓傳動開始被重視，是當時用液力系統(tǒng)代替了電力系統(tǒng)來控制和調(diào)節(jié)一艘來自美國弗吉尼亞洲軍艦上的武器。由于這次的運用，液力系統(tǒng)用油取代了水。這個在流體領(lǐng)域的改變和后來設(shè)計問題的解答成為液壓傳動誕生前的重大的里程碑。由于軍事上的需求，直到第二次世界大戰(zhàn)液壓傳動一直在運用，并且發(fā)展速度很快。在第二次世界大戰(zhàn)期間和第二次世界大戰(zhàn)之后，航天航空工業(yè)的發(fā)展推動了液壓傳動技術(shù)的發(fā)展。隨著第二次世界大戰(zhàn)造成的經(jīng)濟體系的擴展，液壓傳動并沒有得到很好的運用?，F(xiàn)今，液壓傳動被廣泛的運用于工業(yè)的每個分支。一些典型的運用例如汽車、拖拉機、飛機、導(dǎo)彈、輪船和機械工具。單獨拿汽車來說，液壓傳動在液壓制動裝置、自動傳送裝置、動力轉(zhuǎn)向裝置、動力剎車、空氣調(diào)節(jié)器、潤滑、水冷卻劑和汽油泵系統(tǒng)都被利用道。這個改革運用到現(xiàn)代技術(shù)中，例如，電液封閉環(huán)系統(tǒng)、單片機和改進構(gòu)成建筑物的材料將繼續(xù)體現(xiàn)液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢。
1.2 液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成
1.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理
圖1.1為磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖。液壓泵4在電動機的帶動下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過過濾器2倍吸入液壓泵，由液壓泵輸入的壓力油通過手動換向閥11、節(jié)流閥13、換向閥15進入液壓缸18的作腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖1.1（b）所示的狀態(tài)，則壓力油進入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。工作臺19的移動速度由節(jié)流閥13來調(diào)節(jié)。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進入節(jié)流閥13以外，其余的打開溢流閥7流回油箱。如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖1.1（c）所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處于缷荷狀態(tài)。
圖1.1 磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理
1—油箱；2—過濾器；3、12、14—回油管；4—液壓泵；5—彈簧；6—鋼球；7—溢流閥；8、10—壓力油臂；9—手動換向閥；11、16—換向手柄；13—節(jié)流閥；15—換向閥；17—活塞；18—液壓缸；19—工作臺
1.2.2 液壓傳動系統(tǒng)的組成
一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成：
（1） 液壓泵（動力元件）：是將原動機所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。
（2） 執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以驅(qū)動工作機構(gòu)的元件。執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達。
（3） 控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。
（4） 輔助元件：上述三個組成部分以外的其它元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。
1.2.3 液壓系統(tǒng)的圖形符號
適合的工藝出版物和圖冊提供的圖形便于有利于系統(tǒng)操作的理解和一些故障的排除。
一個圖形可以以圖示的方法來表達出裝配圖的中各種各樣的零件圖和顯示出系統(tǒng)的操作方法和工作原理。要理解懂得操作液壓傳動系統(tǒng)，讀懂圖形是必須要具有的基本能力。同樣，要理解一個系統(tǒng)的圖形，那么圖形里的各種符號的含義也必須要理解。
在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用國標GB/T786.1—93所規(guī)定的液壓圖形符號來繪制，如圖1.2所示。圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。它們可以畫成任何尺寸。除非復(fù)合的電路符號來表示多樣的電路操作，其他每一個被畫出來的符號標示的都是每一個組成部分的正常工作狀態(tài)或中間狀態(tài)。
圖1.2 用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)圖
1—油箱；2—過濾器；3—液壓泵；4—溢流閥；5—手動換向閥；6—節(jié)流閥；7—換向閥；8—活塞；9—液壓缸
1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點
1.3.1 液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點
液壓傳動系統(tǒng)為使用者提供許多的好處，包括：
（1） 高馬力，低質(zhì)量比。液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。
（2） 靈活、控制精確、可逆性，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速、大負載和遠程自動控制。
（3） 部分旋轉(zhuǎn)和直線運動可以精確的定位，還可以在運行的過程中進行調(diào)速。
（4） 動力的連接在運動學(xué)上是不切實際的，令人滿意的動力傳輸?shù)姆椒ㄊ抢眠h程控制。
（5） 一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長。
（6） 簡單、安全、搞適應(yīng)性、可靠性和經(jīng)濟實惠。
（7） 標準化。液壓傳動工業(yè)已經(jīng)為液壓產(chǎn)品和動力產(chǎn)品制定了標準，便于設(shè)計、制造和使用。
1.3.2 液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點
（1）油液污染能夠損壞液壓系統(tǒng)的操作。
（2）流體流動存在著泄漏。
（3）易燃的液壓油液容易導(dǎo)致火災(zāi)。
（4）如果沒有按照正確的方法使用，液壓系統(tǒng)的管道會發(fā)生爆炸，而且高速噴出的油液和飛出的金屬片都很有可能對人造成傷害。
（5）液勢必需要進行過處理的。
摘 要
隨著高等級公路建設(shè)突飛猛進，大規(guī)模的機械化養(yǎng)護時代已經(jīng)到來。作為路面養(yǎng)護和再生設(shè)備的主要機種之一的路面銑刨機正越來越引起道路養(yǎng)護專家和施工單位的關(guān)注。
本設(shè)計說明書包括了小型銑刨機介紹，總體方案比較，液壓系統(tǒng)，液壓元件的選型和控制系統(tǒng)做了簡單介紹。
關(guān)鍵詞：銑刨機，液壓，液壓系統(tǒng)
Abstract
With high grade highway construction by leaps and bounds， the time has come for a large-scale mechanized maintenance. As the main model of pavement maintenance and regeneration equipment， one of the pavement milling planer is increasingly aroused the concern of the road maintenance and construction units.
This design specification includes small milling planer， overall scheme， hydraulic system， selection of hydraulic components and control system made a simple introduction.
Keywords: The milling work of asphalt road plane milling machine，hydraulic，Hydraulic system
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
第一章 緒 論 5
1.1 小型銑刨機簡介 5
1.2小型銑刨機的用途和分類 5
1.3小型銑刨機的種類： 5
1.4小型銑刨機在高鐵箱梁梁面處理上的應(yīng)用： 6
1.5銑刨機設(shè)計的指導(dǎo)思想 6
1.6銑刨機設(shè)計的設(shè)計原則 7
第二章 銑刨機的總體設(shè)計 8
2.1 銑刨機的選型 8
2.2銑刨機的各總成部件結(jié)構(gòu)型式的選型 9
2.2.1傳動型式的選擇 9
2.2.2動力裝置的選用 11
2.3 總體參數(shù)給定 12
第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 13
3.1 液壓系統(tǒng)概述 13
3.2 行走液壓系統(tǒng)基本要求 13
3.3 行走液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 14
3.3.1 系統(tǒng)工作壓力的確定 14
3.3.2 液壓馬達參數(shù)的選擇 14
3.3.3 變量泵參數(shù)的選擇 15
3.4 液壓閥的選擇 16
3.5 蓄能器的選擇 16
3.6 管道尺寸的確定 17
3.7 油箱容量的確定 17
第四章 銑刨系統(tǒng)的設(shè)計 19
4.1 路面銑刨機銑刨轉(zhuǎn)子排列方式分析 19
4.2 路面銑刨機銑刨輪刀具排列參數(shù)分析 20
4.3 路面銑刨機銑刨輪主要參數(shù)的研究 24
4.3.1 銑刨輪的切削量 24
4.3.2 銑刨輪直徑 26
4.3.3 銑刨輪最佳螺旋升角的選取 27
第五章 控制系統(tǒng) 29
5.1行走系統(tǒng)控制方案 29
5.1.1行走系統(tǒng)工作原理 29
5.1.2功率自動分配 30
5.1.3行走系統(tǒng)控制方案 31
5.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 32
5.2.1控制器選擇 32
5.2.2先導(dǎo)比例減壓閥 32
5.2.3轉(zhuǎn)速傳感器 33
5.2.4控制器連接圖 33
5.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 33
第一章 緒 論
1.1 小型銑刨機簡介
小型銑刨機是一款輕型地面施工機械，它是為彌補大型路面銑刨機之不足而產(chǎn)生的；大家都知道：大型路面銑刨機對于市政養(yǎng)護、路面維修是非常有效的，也是很理想的施工工具，但對于小范圍的或小區(qū)域的現(xiàn)場施工就無能為力了，特別是橋面施工，地下車庫，停車場等場地的銑刨施工，就顯得力不從心；而小型銑刨機的特點就是：機動、靈活，能適應(yīng)各種小范圍的施工作業(yè)；它可以實用到舊路面刨除，路面標線清理，受損地面修復(fù)，地面清理，橋面拉毛，錯臺調(diào)平，梁面標高，公共廣場，停車場，地下車庫，廢棄的道路，大型工廠，工業(yè)住宅，物流倉儲等場地的銑刨施工。
1.2小型銑刨機的用途和分類
1、橋面表面防水處理鑿毛，高速鐵路箱梁與軌道底座板的平整度和防水處理。
2、瀝青路面涌包，車轍，網(wǎng)裂，坑槽部位的銑刨清除。清除橋面和路面的冰雪。
3、瀝青砼新鋪前對原有舊路面輕度拉毛，或配合大型銑刨機完成邊角區(qū)域和鋼筋密布區(qū)域的銑刨拉毛。
4、去除地面涂層、油漆、各種交通標線；地面受損、積污需要翻新時，去除舊地坪表面等。
5、清除機場道路標線，飛機跑道輪胎制動痕跡等，重新獲得摩擦系數(shù)很高的粗糙表面。
6、對水泥瀝青路面、高速公路橋面、橋梁錯臺，環(huán)氧樹脂耐磨地面的超標高部位進行銑削調(diào)平
7、道路微表處施工，對原有舊路面面層進行銑刨清除，為稀漿封層作準備.。
1.3小型銑刨機的種類：
1、按寬度區(qū)分：有200mm，250mm，300mm，350mm產(chǎn)品系列
2、按發(fā)動機或者電機功率分類：有5.5馬力，9馬力，13馬力，24馬力，25馬力，38馬力等等
3、按銑刨深度分類：
A，最淺的2-3mm，此類銑刨機配置為最低，寬度多為200mm，發(fā)動機功率5.5馬力，刀片數(shù)量70片左右，機器自重75公斤左右。
B， 較深的3-5mm，此類銑刨機配置較高，寬度多為250-300mm，發(fā)動機功率9-13馬力，刀片數(shù)量100片左右，機器自重150公斤左右。
C，最深的10-20mm，此類銑刨機配置最高，寬度為250-300mm，發(fā)動機功率22-38馬力，刀片數(shù)量80片左右，機器自重600公斤左右。
基本上，小型銑刨機的主要技術(shù)指標有如下幾個：
1、發(fā)動機功率。功率越大，銑刨效果越好。
2、刀軸數(shù)量和刀片數(shù)量。數(shù)量越多銑刨深度和效率越高。
3、機器自重。越重越好，可以避免機器跳動。
4、刀片齒數(shù)越多銑刨效果越好，臂如8齒刀片優(yōu)于6齒刀片。
1.4小型銑刨機在高鐵箱梁梁面處理上的應(yīng)用：
目前高鐵箱梁梁面處理的工藝還沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標準。目前有部分高速鐵路項目部的工藝是這樣的：
1、預(yù)制梁和現(xiàn)澆梁的超高部分可以先用直尺找出大致區(qū)域，用粉筆或油漆標明誤差數(shù)值。
2、用小型銑刨機在劃定范圍內(nèi)進行粗研磨，電動的汽油的銑刨機都可以，要看現(xiàn)場電源條件。
小型銑刨機一次能銑刨（研磨）梁面3-5mm左右，反復(fù)銑刨也能研磨1-2公分下去的。
當然，對于標高誤差太大的梁面，可以購買大一點的，一次銑刨深度在10mm左右的銑刨機。
3、銑刨機粗磨以后進行標高測量，若深度不夠就繼續(xù)銑刨。
4、標高測量合格后最后用研磨機進行精磨和收光。
1.5銑刨機設(shè)計的指導(dǎo)思想
高鐵隨著路面齡期的增加，由于行車載荷與自然環(huán)境因素，路面會陸續(xù)出現(xiàn)一些病害，嚴重影響行車速度與安全。由于路面銑刨機工作效率高、施工工藝簡單、銑削深度易于控制、操作方便靈活、機動性能好、銑削的舊料能直接回收利用等。顯然，處理病害快速有效的方法是使用路面銑刨機銑刨路面，使路面保持平整。用銑刨機械銑刨損壞的舊鋪層，再鋪設(shè)新面層是一種最經(jīng)濟的現(xiàn)代化養(yǎng)護方法。
結(jié)合國內(nèi)外路面銑刨機的發(fā)展概況，設(shè)計思想有以下幾點：
1. 向大型化方向發(fā)展；
2. 實用性與先進性兼顧；
3. 充分利用發(fā)動機的功率；
4. 簡化操作，實現(xiàn)自動化控制，設(shè)備可靠；
5. 簡化設(shè)備保養(yǎng)，合理潤滑，充分防腐；
1.6銑刨機設(shè)計的設(shè)計原則
根據(jù)以上的設(shè)計指導(dǎo)思想，可以確定以下的設(shè)計原則
1. 簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，選用標準件和成熟機構(gòu)，盡可能結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，降低制造成本，并保證性能和質(zhì)量；
2. 配套件必須可靠，確保作業(yè)要求；
3. 操作簡單，維修方便；
第二章 銑刨機的總體設(shè)計
銑刨機的總體設(shè)計，就是根據(jù)其主要用途、作業(yè)條件、使用場合及生產(chǎn)情況等，合理的選擇和確定機型、各總成的結(jié)構(gòu)型式、性能參數(shù)及整機尺寸等，并進行合理的布置。這些組成和部件相互依賴又相互制約，因此，路面銑刨機的性能不僅取決與每個部件的好壞，而更重要的是取決于各總成性能的相互協(xié)調(diào)。各總成性能的相互協(xié)調(diào)如何，又取決于各總體參數(shù)及各總成部件的匹配情況及其布局的合理性。如果整體設(shè)計過程中缺乏全局觀念，而對總體參數(shù)及各總成部件性能的協(xié)調(diào)匹配考慮不周，或注意不夠，即便設(shè)計的各單個總成部件結(jié)構(gòu)是先進的，性能是良好的，但組合裝配在一起不一定就能獲得整機的良好性能。這是因為某些總成部件的優(yōu)點可被另一些總成部件所抵消或限制，使其得不到充分發(fā)揮。所以，路面銑刨機的總體設(shè)計對整機的性能起著決定性的影響。因此，總體設(shè)計必須從保證路面銑刨機的整體性能出發(fā)，正確的選擇和確定各總成的結(jié)構(gòu)型式、總體參數(shù)，使其獲得良好的匹配關(guān)系，并進行合理的布置，以達到設(shè)計的完美性。
2.1 銑刨機的選型
銑刨機結(jié)構(gòu)型式的選擇，主要是根據(jù)其用途和作業(yè)場合，前已述及。路面銑刨機的結(jié)構(gòu)型式按銑刨機行走方式不同，可分為輪式和履帶式。
輪式的優(yōu)點：重量輕、速度快、機動靈活、效率高、行走時不破壞路面及維修方便等。由于以上特點，輪胎式路面銑刨機一般以中小型居多，運行方便、快捷靈活。適用于小面積的路面維修、刮除噴涂標線、銑刨小型溝槽等，一般不帶廢料回收裝置。在工作量不大、作業(yè)地點不太集中、轉(zhuǎn)移性頻繁的情況下，生產(chǎn)率大大超過了履帶式。
輪式的缺點：輪胎接地比壓較大、通過性能差、重心較高，穩(wěn)定性較差。
履帶式的優(yōu)點：履帶接地面積大，使得接地比壓小，通過性能好、重心低、穩(wěn)定性好、重量大、附差性好、牽引力大、比切入力大。因此，大中型路面銑刨機一般為履帶全液壓式，主要用于大規(guī)模路面養(yǎng)護作業(yè)。
履帶式的缺點：速度低、不夠靈活機動、制造成本高、維修較難、行走時易破壞路面，轉(zhuǎn)移工作場地時需用拖車托運。
由于本次設(shè)計的銑刨機為小型高鐵銑刨機，因此選用輪胎式。
2.2銑刨機的各總成部件結(jié)構(gòu)型式的選型
2.2.1傳動型式的選擇
路面銑刨機的傳動型式可分為液壓、液壓機械混合、機械三種傳動方式。
1. 液壓傳動
液壓傳動對于小型銑刨機充分體現(xiàn)了它的優(yōu)越性，具有傳動與控制簡單、結(jié)構(gòu)緊湊且銑刨鼓可輕易實現(xiàn)左右移動（切邊）等特點。其動力傳遞路線一般如下所示：
發(fā)動機→彈性聯(lián)軸器→分動箱或簡易的泵安裝板→液壓泵→液壓馬達→銑刨鼓
德國維特根前期的W50型（銑刨寬度為500mm）、日本HANTA的CRP-120型（銑刨寬度為1200mm）和國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的銑刨寬度小于1300mm（含1300mm）的中小型銑刨機采用了這種傳動方式。
液壓傳動的特點：
（1）實現(xiàn)無級變速且變速范圍大，并能實現(xiàn)微動；
（2）操縱簡單方便；
（3）可用液壓系統(tǒng)進行制動；
（4）可采用行走履帶分別驅(qū)動的系統(tǒng)，能方便地實現(xiàn)彎道行駛和原地轉(zhuǎn)向；
（5）便于實現(xiàn)自動；
但是，液壓傳動在銑刨機的銑刨系統(tǒng)也存在明顯的缺點，像維特根現(xiàn)在的W50型已改為機械皮帶傳動，也就是說目前維特根公司生產(chǎn)的銑刨機其銑刨系統(tǒng)全部采用機械傳動。液壓傳動的主要缺點如下：
1） 傳動效率低，液壓系統(tǒng)熱損耗大。液壓泵的總效率一般η1=0.92；液壓馬達總效率η2=0.9。假如液壓閥及管道的總效率η3=0.95，則液壓傳動的總效率η=η1·η2·η3=0.79＜80%，而且這是新液壓件時的效率，當使用1年后，其傳動效率還有大的下降。根據(jù)經(jīng)驗，銑刨機銑刨作業(yè)時，銑刨系統(tǒng)約占發(fā)動機總輸出功率的80%，有約16%的發(fā)動機輸出功率轉(zhuǎn)化為液壓系統(tǒng)的熱量，這對液壓油及液壓控制系統(tǒng)是非常不利的；
2） 可能導(dǎo)致整體布置困難。為了保證液壓系統(tǒng)工作在正常溫度范圍內(nèi)（一般小于80℃），將液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的大量熱量散去，液壓油冷卻器的外形尺寸將相對大很多，這就可能導(dǎo)致整體布置困難和成本的增加；
3） 相對機械傳動而言可靠性低。液壓件是非常精密的元件，維護保養(yǎng)相對要困難，故障率相對要高。特別對于工程機械，工作環(huán)境非常惡劣，常常由于液壓油不干凈導(dǎo)致故障發(fā)生；
因此，液壓傳動大都應(yīng)用于發(fā)動機功率較小的銑刨機，對于配備大功率的大型路面冷銑刨機的銑刨傳動系統(tǒng)不是一種理想的傳動方式。
2. 液壓機械混合傳動
液壓機械混合傳動是國內(nèi)廠家節(jié)約成本的產(chǎn)物。其動力傳遞路線一般如下所示：
發(fā)動機→彈性聯(lián)軸器→液壓泵→液壓馬達→減速箱→ 鏈傳動→銑刨鼓
采用這種傳動方式的液壓馬達為高速馬達，所以成本較液壓傳動低；由于還采用了鏈傳動，因而這種傳動方式的效率比液壓傳動要低，而且銑刨作業(yè)時阻力變化很大，沖擊大，還會導(dǎo)致鏈傳動、減速箱高故障的發(fā)生。
這種傳動方式雖然可以降低一些成本，但相對整個機器是得不償失的。
3. 機械傳動
機械傳動的動力傳遞路線目前市場上存在兩種，如下所示：
第一種：
發(fā)動機→彈性聯(lián)軸器或彈性聯(lián)軸器加分動箱→液壓離合器→皮帶傳動→行星減速機→銑刨鼓
第二種：
發(fā)動機→彈性聯(lián)軸器→機械式離合器→分動箱→傳動軸→變速箱→鏈傳動→銑刨鼓
第二種傳遞路線由于成本非常低，只有國內(nèi)的一些低檔次型號的機器采用。由于該傳遞路線剛性太大，緩沖性能差，容易出現(xiàn)斷齒、斷軸等問題；離合器為機械式常閉離合器，銑刨系統(tǒng)的啟動與停止操作麻煩；因此也是不適合大功率高檔次銑刨機。
第一種傳遞路線也可稱作機械皮帶傳動，主要包括液壓離合器、皮帶傳動、行星減速機、銑刨鼓等，具有傳動效率高、穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點。由于這種傳動中離合器、分動箱比較特殊，價格昂貴，因而相對成本較高是這種傳動的缺點。
離合器：離合器選用液壓控制常開式離合器。由于只有在銑刨作業(yè)時離合器才處于接合狀態(tài)傳遞動力，因而離合器大部分時間處于分離狀態(tài)；且銑刨機都具有短距離轉(zhuǎn)場功能，如采用常閉式離合器，發(fā)動機啟動和機器轉(zhuǎn)場時都需將離合器分離，操作煩瑣，且時刻靠一個外力來控制離合器處于分離狀態(tài)也是不可靠的。液壓控制可方便地與皮帶傳動張緊油缸實現(xiàn)銑刨鼓啟動與停止只須一個按鈕操作，控制簡單且可靠。
皮帶傳動：皮帶傳動不但能高效、可靠地將動力傳遞給銑刨鼓，而且由于皮帶傳動柔性好，能有效地吸收銑刨作業(yè)時由于路基狀況不同銑刨鼓的切削阻力變化很大而產(chǎn)生沖擊載荷，減少對發(fā)動機的影響，延長發(fā)動機的使用壽命。
由于采用了油缸自動張緊，在機器沒有銑刨作業(yè)時，皮帶只是處于預(yù)張緊狀態(tài)，因而不僅保證了動力的高效傳遞，同時保證了皮帶具有很長的使用壽命。
由于傳遞的功率大（約占機器總輸出功率的80%），皮帶宜選用聯(lián)組帶，以保證每根皮帶的長度基本相同，避免工作時由于部分皮帶過長而不能有效地工作，從而在保證動力高效、平穩(wěn)傳遞的同時也保證了皮帶具有很長的使用壽命。
綜上所述，液壓機械混合傳動和機械傳動中的變速箱與鏈傳動缺點較多，故障率較高，在萬不得已的情況下才采用這些傳動；當機器發(fā)動機功率較小時，液壓傳動中功率損失的絕對值不高，因而其缺點就不那么突出，可以應(yīng)用于小型銑刨機；而機械皮帶傳動雖然成本相對較高，但從設(shè)計理念、節(jié)約能源、外觀造型、可靠性等方面而言，這種傳動方式更具科學(xué)性，是銑刨機銑刨傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。因而，本次設(shè)計采用機械皮帶傳動，其余各系統(tǒng)均采用液壓傳動。
2.2.2動力裝置的選用
工程機械大部分都采用柴油發(fā)動機作為動力源，因此發(fā)動機工作性能的好壞直接關(guān)系到機器能否正常工作，以及能否發(fā)揮最大的效率。
工程機械用發(fā)動機與發(fā)電機組用、車用發(fā)動機的工作性能是有較大差異的，其更注重輸出轉(zhuǎn)矩，因而要求發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩儲備大，工作轉(zhuǎn)速一般比車用發(fā)動機要低，且標定的額定功率是持續(xù)功率。
1. 發(fā)動機的特性
工程機械工作環(huán)境惡劣，作業(yè)阻力變化大，發(fā)動機常常因為過載而掉速。為讓發(fā)動機穩(wěn)定地工作在額定轉(zhuǎn)速左右，發(fā)動機過載時其輸出轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)盡可能多。由于發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩與功率成正比，與轉(zhuǎn)速成反比，因此在低于額定轉(zhuǎn)速300－400r/min范圍內(nèi)發(fā)動機的輸出功率基本保持不變或反而增加的發(fā)動機是很合適的。
2. 額定轉(zhuǎn)速
由于工程機械的液壓傳動與控制系統(tǒng)，大都是從發(fā)動機取力，因此發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速將影響液壓元件的選型，甚至機器的某些性能參數(shù)。額定轉(zhuǎn)速是發(fā)動機的最佳工作轉(zhuǎn)速，也是機器正常工作的轉(zhuǎn)速，因而選型時要兼顧考慮額定轉(zhuǎn)速對液壓系統(tǒng)的影響，是否滿足液壓系統(tǒng)的要求。首先要考慮是否滿足液壓泵允許輸入轉(zhuǎn)速的要求；其次發(fā)動機的轉(zhuǎn)速也是決定液壓系統(tǒng)流量的因素之一，因此還要考慮對機器的行走速度、液壓油缸的控制速度等。
3. 控制方式
發(fā)動機的控制主要是指對發(fā)動機油門的控制，分為機械與電控兩種。機械式是傳統(tǒng)的通過油門拉線來控制供油量的多少；電控又可細分為兩種，一種是將傳統(tǒng)的機械式油門拉線改為電磁閥來控制供油量；另一種就是目前市場上控制最為先進的電噴發(fā)動機，由專門系統(tǒng)根據(jù)實際負荷的大小控制噴油量的多少，這種發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性能好，且能達到較高的環(huán)保排放標準，但價格比較貴。
4. 排放標準
雖然我國目前對工程機械的排放還沒有具體要求，但這是遲早的事情，因此再選型時要適當考慮。
此外，還要考慮發(fā)動機的外圍設(shè)備。例如：燃油供給系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。
2.3 總體參數(shù)給定
表1
動力配置
本田GX690汽油機/24HP
刀軸數(shù)量
4根
刀片數(shù)量
120片（12齒）
軸承密封形式
開放式（定期注油）
一次銑刨寬度
300mm
一次銑刨深度
10mm
自??????????重
290kg
長X寬X高
1150?X?620?X?970 mm
每小時工作效率
70平方
行走輪
4只（液壓馬達驅(qū)動）
空氣減震筒
無
配重塊
50kg(選配)
第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 液壓系統(tǒng)概述
液壓傳動系統(tǒng)簡稱為液壓系統(tǒng)，是由液壓能源、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件等組成的，以完成一定的動作。液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路組成，所謂回路，是系統(tǒng)中有關(guān)液壓元件組成滿足特定功能的某一部分或全部。
液壓系統(tǒng)設(shè)計是在綜合運用液壓元件和液壓基本回路上進行的，是整個機器設(shè)計工作的一部分。
液壓系統(tǒng)的設(shè)計與主機的設(shè)計是緊密相關(guān)的。當經(jīng)過全面論證，確定機器或機器的某一部分的傳動方式采用液壓傳動后，則液壓系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容和步驟大致有這么幾點：
（1）明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求；
（2）進行主機工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；
（3）擬訂液壓系統(tǒng)的原理圖；
（4）液壓元件的計算與選擇；
（5）液壓系統(tǒng)的性能驗算；
（6）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，編寫技術(shù)文件。
此次設(shè)計的路面銑刨機除銑刨鼓采用機械皮帶傳動，其余各系統(tǒng)均采用液壓傳動。
3.2 行走液壓系統(tǒng)基本要求
為了保證路面銑刨的效率、平整以及充分利用發(fā)動機的功率對銑刨機的行走控制提出了很多的要求，比如行駛速度無級調(diào)節(jié)、根據(jù)負載的變化行走速度自動調(diào)節(jié)等。行走控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足以下基本要求：
(l)無論前進還是后退，都可以實現(xiàn)整個速度范圍內(nèi)的無級變速；
(2)在銑刨機工作時，銑刨機加速減速過程均勻平穩(wěn)，起步、轉(zhuǎn)向和停車過程均勻平穩(wěn)；
(3)有手動和自動控制；
(4)有一定的爬坡能力；
(5)銑刨機在自動工作模式下作業(yè)時，根據(jù)負載的變化情況，自動調(diào)節(jié)行走速度既功率自動分配；
(6)為了對刀準確，實現(xiàn)寸進功能；
(7)應(yīng)能實現(xiàn)停車制動；
(8)應(yīng)有緊急停車功能；
(9)解除制動后銑刨機才能行走。
3.3 行走液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算
3.3.1 系統(tǒng)工作壓力的確定
對于液壓傳動型機械來說系統(tǒng)的工作壓力是設(shè)計計算中最重要的參數(shù)之一，壓力的合理選用與匹配不但能保證液壓元件具有期望的壽命與可靠性，以及元件工作能力被充分利用而又低的成本，而且能保證液壓系統(tǒng)具有較高的傳動效率從而有效的發(fā)揮機器動力性和經(jīng)濟性。因此對液壓系統(tǒng)工作壓力的確定是十分必要和關(guān)鍵的。
液壓系統(tǒng)的工作壓力是由負荷產(chǎn)生的。為保證液壓元件的工作壽命與可靠性，一般的系統(tǒng)壓力設(shè)定方法是確定機器的最大負荷壓力和平均持續(xù)負荷壓力，并使這兩個壓力均不超過元件的最高標定壓力Ph和額定工作壓力Pm。在實際當中，銑刨機的載荷波動不大并且基本平穩(wěn)。
1.系統(tǒng)工作壓力的確定與匹配
銑刨機有工作檔和行駛檔兩檔，工作檔時負荷遠大于行走檔時的負荷。經(jīng)計算可知，銑刨機工作時需要壓力大約為100bar~160bar左右?？紤]到行走系統(tǒng)的負荷裕量，按工作壓力需求200bar~220ba:進行選取。
2.系統(tǒng)最高壓力的確定與匹配
液壓系統(tǒng)的最高匹配壓力，即溢流閥的調(diào)定壓力，對液壓系統(tǒng)的綜合性能更好的發(fā)揮有著十分重要的意義。最高匹配壓力也以元件最高標定壓力Pm為基準。為避免元件在最高壓力下工作時間過長而影響壽命，就要降低壓力配置。如果配置過低，又會造成銑刨機在工作時溢流閥過于頻繁溢流使系統(tǒng)的能量損失巨大，這種能量損失會造成液壓油溫的急劇上升，不利于系統(tǒng)得正常工作，所以就要合理的匹配最高壓力。
考慮到行走檔的效率和一定行走爬坡度，最高壓力設(shè)計為320bar。為防止工作時發(fā)動機超負荷，配備工作壓力控制的壓力切斷裝置。
3.3.2 液壓馬達參數(shù)的選擇
馬達的主要性能參數(shù)有如下幾個:壓力差、排量、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速四個性能參數(shù)。
(1)馬達作業(yè)工況下所需輸出的扭矩計算公式:
Tm=F×rdηx
式中:Tm一馬達輸出扭矩，Nm;
F一需要的驅(qū)動力，N;
rd一驅(qū)動輪半徑，m:
ηx一車輪驅(qū)動效率，取0.96一0.97。
(2)馬達在車輛最大行駛速度時的轉(zhuǎn)速
根據(jù)角速度和線速度的關(guān)系式得到如下計算公式:
(3)作業(yè)工況下系統(tǒng)的工作壓差
在作業(yè)工況下由各外部阻力所決定的液壓馬達兩端的工作壓差為:
式中:—馬達的排量，m3/r;
—馬達的傳動效率，包括機械和容積效率。
3.3.3 變量泵參數(shù)的選擇
在初步選定了所需要的液壓馬達后，就可以著手液壓泵的選型了。液壓泵的性能參數(shù)主要有如下：排量、最大轉(zhuǎn)速、最小轉(zhuǎn)速以及最大轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)流量。在解決選型問題上，主要是通過計算得到的變量泵的排量進行的。得到所需的變量泵后，再通過適當?shù)男ｒ瀬眚炞C結(jié)果的正確性。這一步主要是通過利用得到的結(jié)果來計算最大車速時的牽引力來校驗。
變量泵的初選主要是靠計算得到的所需變量泵的排量，以此作為依據(jù)來進行的。這里所有的計算都是建立在馬達的選定以后
(l)系統(tǒng)流量Q的計算
式中: —馬達的排量，m3/r;
—系統(tǒng)容積效率。
(2)最大扭矩運行時變量泵的排量qb計算
式中，Q—系統(tǒng)流量，L/min;
Ne—發(fā)動機特性的最大轉(zhuǎn)速，rpm
3.4 液壓閥的選擇
1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。
控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有20%以內(nèi)的短時間過流量。
2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。
3.5 蓄能器的選擇
根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。
????1）液壓執(zhí)行元件短時間快速運動，由蓄能器來補充供油，其有效工作容積為
????式中 A—液壓缸有效作用面積（m2）；
???? ? ???l—液壓缸行程（m）；
??? ???? ?K—油液損失系數(shù)，一般取K=1.2；
??? ?? ??QP—液壓泵流量（m3/s）；
??? ? ????t—動作時間（s）
????2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為：
????式中 —要求應(yīng)急動作液壓缸總的工作容積（m3）。
有效工作容積算出后，根據(jù)有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，即可確定所需蓄能器。
3.6 管道尺寸的確定
（1）管道內(nèi)徑計算
????式中? Q—通過管道內(nèi)的流量（m3/s）；
???????? υ—管內(nèi)允許流速（m/s），見表5-2:
計算出內(nèi)徑d后，按標準系列選取相應(yīng)的管子。
（2）管道壁厚δ的計算
表2 允許流速推薦值
管道
推薦流速/（m/s）
液壓泵吸油管道
0.5～1.5，一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5～2.6
式中 p—管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）；
?? d—管道內(nèi)徑（m）；
?????[σ]—管道材料的許用應(yīng)力（Pa），[σ]=σbn
σb—管道材料的抗拉強度（Pa）；
?????? n—安全系數(shù)，對鋼管來說，p＜7MPa時，取n=8；p＜17.5MPa時，取n=6；p＞17.5MPa時，取n=4。
3.7 油箱容量的確定
初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗公式（31）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。
????油箱容量的經(jīng)驗公式為
V=αQV
????式中 QV—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；
???????? α—經(jīng)驗系數(shù)，見表3。
表3? 經(jīng)驗系數(shù)α
系統(tǒng)類型
行走機械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機械
冶金機械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
?在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。
圖3.1 液壓系統(tǒng)原理圖
第四章 銑刨系統(tǒng)的設(shè)計
銑刨機作業(yè)時，銑刨機的向前運動的同時，銑刨轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動，由于銑刨機自重的存在，安裝在銑刨轉(zhuǎn)子上的刀具作用于被銑刨的路面，在銑刨刀具與被銑路面物料處產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力，當接觸應(yīng)力超過被銑路面所能承受的極限時，路面物料就被壓碎和崩落，隨著銑刨機不停地向前運動和銑刨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動，路面物體被壓碎和崩落不間斷地交替進行，形成銑刨。
路面銑刨機作業(yè)過程中，刀具逐一、左右交替地依次切入路面，形成不連續(xù)的切削作業(yè)過程。路面的硬度較高，使得銑刨機的作業(yè)過程中產(chǎn)生較強的沖擊力，以致銑刨機產(chǎn)生振動、刀具損耗增加。要保證銑刨機作業(yè)的順利進行，刀具必須有較長的壽足夠的強度和足夠好的切削性能。轉(zhuǎn)子的銑削作業(yè)輕快、功率損耗較少需要合理的銑刨轉(zhuǎn)子參數(shù)來保證，因此，合理的銑刨轉(zhuǎn)子參數(shù)是非常重要的。
圖4.1 銑刨鼓總成
4.1 路面銑刨機銑刨轉(zhuǎn)子排列方式分析
刀具布置對路面銑刨機及其零部件的壽命和作業(yè)質(zhì)量有很大的影響，排列參數(shù)的不合理設(shè)計，會直接造成銑削廢料粒度的過大或過小，粒度過大會使作業(yè)過程中的銑刨機振動增大，使用壽命大大縮短，可靠性迅速降低;粒度過小會產(chǎn)生大量的粉塵，使得施工環(huán)境極為惡劣，施工人員的身體健康不能得到保障
一般情況下，刀具的排列方式基本符合以下原則:
(l)為了使銑削掉的廢料易于清理，銑刨轉(zhuǎn)子的刀具排列應(yīng)具有向內(nèi)積聚作用，所以，銑刨轉(zhuǎn)子的刀具一般為螺旋式相對對稱布置;
(2)為了使銑刨機作業(yè)過程平穩(wěn)，轉(zhuǎn)子受力相對均衡，刀具應(yīng)依次切入路面，左、右兩側(cè)刀具交錯切入地面;
(3)為了使銑刨機的功率得到充分發(fā)揮，銑刨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩應(yīng)盡可能充分的抵消銑削阻力，刀具要單個逐一切入路面;
(4)為了使轉(zhuǎn)子可以平穩(wěn)的切人路面，應(yīng)該控制轉(zhuǎn)子的切削阻力矩相對平穩(wěn)，銑刨轉(zhuǎn)子的兩個周向相鄰的刀具之間要有相同的角度間隔;
(5)為了提高銑刨機的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，作業(yè)過程中既要充分利用崩落效應(yīng)來提高作業(yè)效率，又不能留下中間路面物料脊而影響作業(yè)質(zhì)量。因此，銑刨轉(zhuǎn)子兩軸向相鄰刀具的軸向距離(刀際橫向間距)相等，且達到一定的極限。
(6)邊刀和立刀的布置原則是要盡可能均勻，使得轉(zhuǎn)子在銑削作業(yè)過程中受力均勻。同時符合上述要求的排列只能有相對對稱的單頭或多頭人字形螺旋狀排列。這種排列方式保證了刀具依次切入地面的同時，實現(xiàn)銑削廢料的收集功能。而且，螺旋線的對稱布置，可以使銑削過程中產(chǎn)生的軸向力在一定程度上相互抵消，保證轉(zhuǎn)子工作平穩(wěn)狀態(tài)。
刀具在銑刨轉(zhuǎn)子上沿圓周方向和橫向都是均勻布置。其中，圓周方向的均勻布置是由兩相鄰刀具沿圓周方向的周向間距保證，橫向的均勻布置是由銑刨轉(zhuǎn)子兩相鄰刀具間的直線距離(軸向間距)保證
4.2 路面銑刨機銑刨輪刀具排列參數(shù)分析
目前銑刨系統(tǒng)有多種結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別是銑刨轉(zhuǎn)子，而銑刨轉(zhuǎn)子的區(qū)別在于銑刨刀不同選型。歸納起來，銑刨轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)主要有三種，一種是焊接刀座結(jié)構(gòu)，一種是可拆卸刀座結(jié)構(gòu)，一種是快換刀座結(jié)構(gòu)。
焊接刀座結(jié)構(gòu)，成本低，刀座過度磨損后更換困難，而且重新定位困難，容易造成銑刨性能的降低；可拆卸刀座結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)刀座的拆卸，但刀座固定結(jié)構(gòu)有缺陷，容易造成刀具的先期損壞；快換刀座結(jié)構(gòu)，制作成本高，但是刀座自身帶有保護結(jié)構(gòu)，更換周期長，一般情況下僅需更換刀頭，維護方便。
圖4.2 刀具組成
（1）螺旋升角
刀具以螺旋狀安裝在銑刨轉(zhuǎn)子上形成螺旋線，其螺旋升角對銑刨轉(zhuǎn)子的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量有著重要的影響。理想的螺旋升角既可以保證較小的切削阻力，同時又能將銑削廢料快速的向中間聚集。
為了提高路面銑刨機的作業(yè)質(zhì)量，提高銑削廢料的回收率，銑刨轉(zhuǎn)子螺旋升角要小于螺旋葉片的摩擦角，以推動銑削廢料快速向滾筒中部聚集。根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)資料和試驗證明，路面的摩擦角一般為30°~40°。
（2）銑刨寬度
路面銑刨機的型號一般是根據(jù)銑刨寬度來確定的。在其他參數(shù)不變的情況下，銑刨寬度的大小會直接影響銑刨機的作業(yè)效率和作業(yè)性能
在其他參數(shù)不變的情況下，銑刨寬度變大，作業(yè)效率提高，但螺旋線包角變大，銑刨轉(zhuǎn)子內(nèi)的廢料增多，增大了阻力。反之，螺旋線包角變小，作業(yè)效率降低，廢料減少，阻力變小。
銑刨寬度不同，通過改變螺旋升角和螺旋線頭數(shù)來保證銑刨轉(zhuǎn)子的作業(yè)效率和作業(yè)性能。銑刨寬度變大，增大螺旋升角來保證螺旋線包角處于理想范圍，否則會影響銑削廢料的集聚和回收，以致影響銑刨機的作業(yè)質(zhì)量;若保持螺旋升角不變，為了保證螺旋升角不至于太大，增加螺旋線頭數(shù)，使得單條螺旋線包角變小。否則，單一的改變螺旋升角和螺旋線頭數(shù)，則影響阻力和廢料的聚集效果。
同理，如果銑刨寬度變小，也要同時改變螺旋升角和螺旋線頭數(shù)來保證銑刨機的作業(yè)效率和作業(yè)性能。
（3）轉(zhuǎn)子刀尖圓直徑
不同型號的銑刨機，其轉(zhuǎn)子刀尖圓直徑不同。銑刨轉(zhuǎn)子銑削路面時，銑刨機的行駛速度為v，銑刨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為。。銑刨機作業(yè)時，銑刨機轉(zhuǎn)子同時作水平運動和旋轉(zhuǎn)運動，加上銑刨機自重的存在，使得安裝在轉(zhuǎn)子上的刀具完成銑削作業(yè)。在銑刨機的作業(yè)過程中，相鄰兩刀具的切削軌跡相交，形成切屑截面，其形狀近似半月牙形
由圖4.3得，兩銑削圓不同的銑刨轉(zhuǎn)子，銑刨機的行駛速度一定，且銑刨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不變的情況下，也就是銑刨轉(zhuǎn)子的單周進給量一定的情況下，路面的切削厚度與銑刨轉(zhuǎn)子的直徑成反比，且銑削角度與轉(zhuǎn)子直徑亦成反比。
（4）刀際橫向間距
刀際橫向間距，即兩軸向相鄰刀具的刀尖距。刀際橫向間距的大小直接影響銑刨機的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。
圖4.3 不同直徑的銑刨轉(zhuǎn)子作業(yè)示意圖
銑刨轉(zhuǎn)子在切削路面時，應(yīng)充分利用崩落效應(yīng)，且不能形成中間物料脊，也就是應(yīng)該使兩相鄰截槽頂點(刀尖)的連線與崩落面重合，同時也要方便清除銑刨掉的廢料。標準銑刨轉(zhuǎn)子刀尖距一般選擇15mm，精銑轉(zhuǎn)子刀尖距選擇8mm。一般情況下，刀尖距一般為15~20mm。
如果刀際橫向間距過大，銑刨后的路面會有明顯的物料脊，影響作業(yè)質(zhì)量;如果過分追求作業(yè)質(zhì)量，過度縮小刀際橫向間距，則不能充分利用銑刨機的性能，造成性能的浪費和作業(yè)效率的低下。
(5) 螺旋線頭數(shù)
銑刨轉(zhuǎn)子的刀具排列是“人”字形螺旋排列，且兩側(cè)相對對稱分布。螺旋線頭數(shù)是指銑刨轉(zhuǎn)子刀具排列轉(zhuǎn)子單側(cè)的螺旋線條數(shù)。
從銑刨機作業(yè)過程方面考慮，刀具排列的螺旋線之間應(yīng)該有一定的搭接重合，一方面可以利于銑削廢料的集聚，并且刀具排列的螺旋線的搭接可以防止銑刨轉(zhuǎn)子上受到巨大沖擊。刀具排列示意圖如圖5.4(三頭)所示。
圖4.4 三頭轉(zhuǎn)子示意圖
圖中：l—銑刨轉(zhuǎn)子長度
lˊ—單條螺旋線的軸向距離
θ—單條螺旋線的包角
β—螺旋升角
△θ—螺旋線的軸向夾角
采用最小的螺旋升角時，單條螺旋線的螺旋包角不能超過360°，否則銑刨轉(zhuǎn)子在作業(yè)過程中，其循環(huán)物料的過度增多，影響裝載效率，增大作業(yè)過程中的銑削阻力;采用最大的螺旋升角時，最大的螺旋升角要受到最小的螺旋包角的限制，否則，影響到銑刨轉(zhuǎn)子的銑削效率和銑削廢料的集中。任何銑刨轉(zhuǎn)子最小包角總數(shù)應(yīng)為420°，兩頭螺旋線的最小包角為210°，三頭為140°，四頭為105°。
銑刨轉(zhuǎn)子的直徑和銑刨寬度不同，螺旋線頭數(shù)也不盡相同。銑刨轉(zhuǎn)子上的葉片頭數(shù)一般設(shè)置2礴頭，一般以2頭和3頭為主。
銑刨滾筒直徑較小的設(shè)備(銑刨寬度小于1000mm的銑刨轉(zhuǎn)子)刀具布置一般利用單頭螺旋線布置或雙頭螺旋線布置，大型設(shè)備(銑刨寬度為1000mm以上)的刀具布置一般利用三頭螺旋線布置，四頭螺旋線布置則一般用于冷再生設(shè)備。
(6) 同一軸向截面上的刀具數(shù)量
在功率一定的情況下，為了克服足夠大的切削阻力，且使銑刨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩盡可能充分的抵消銑削阻力。因此，在刀具布置時，一般情況下，在同一軸向截面上只設(shè)置1把刀具(邊刀和立刀除外)，使得銑刨機在作業(yè)過程中，刀具單個逐一、兩側(cè)依次交替切入路面。
(7) 同一螺旋線上兩相鄰刀具的轉(zhuǎn)子橫截面距離
螺旋線上兩相鄰刀具在轉(zhuǎn)子橫截面上的投影距離是由刀際橫向間距和螺旋升角來確定，一般選擇范圍為100~200mm。
（4.1）
l—橫截面距離
k—螺旋線頭數(shù)
b—刀具橫向間
β—螺旋升角
(8) 刀際周向間距
刀際周向間距是由刀際橫向間距和螺旋升角來確定。
(4.2)
φ—刀際周向間距
k—螺旋線頭數(shù)
b—刀具橫向間距
β—螺旋升角
D—轉(zhuǎn)子直徑
(9) 周向兩相鄰刀具間相位差
銑刨轉(zhuǎn)子的刀具排列是兩側(cè)相對對稱布置，周向兩相鄰刀具的相位差由刀際周向間距和螺旋線頭數(shù)來確定。
(4.3)
φ—刀際周向間距
k—螺旋線頭數(shù)
一般情況下，以上各參數(shù)是由銑刨寬度和銑刨深度來確定。也就是一旦銑刨機的銑刨寬度和銑刨深度確定，銑刨轉(zhuǎn)子的各個參數(shù)就可以確定各自的合理值。
4.3 路面銑刨機銑刨輪主要參數(shù)的研究
路面銑刨機在刨銑路面時，刀具是依次切入路面的，由于路面硬度很大，使得這種不連續(xù)的切削產(chǎn)生很大的沖擊力，造成機器的振動，增加刀具的消耗，因此既要保證刀具鋒利，切削輕快，減少功率損耗，又要保證足夠的強度，合理的銑刨輪參數(shù)是非常重要的。
4.3.1 銑刨輪的切削量
（1）刀具的切削厚度
圖4.5 銑刨輪工作示意圖
如圖4.5所示，銑刨輪銑削路面時，銑刨輪以轉(zhuǎn)速n作旋轉(zhuǎn)運動的同時，還以速度v作水平運動，由安裝在其葉片上的刀具完成切削任務(wù)，切屑斷面如圖中近似半個月牙形的陰影部分。
銑刨輪旋轉(zhuǎn)一周的進給量
（4.4）
銑刨輪旋轉(zhuǎn)一周刀具的最大進給量
（4.5）
在不同切削位置，刀具的實際切屑厚度不同，受力也不同，刀具處于不同位置時的切削厚度為
（4.6）
由圖4-4得，刀具的最大切削角
(4.7)
式中：m—每條截線的刀具數(shù)，個；
v—銑刨輪的工作速度，m/min
—銑刨輪的轉(zhuǎn)速，r/min;
R—刀尖圓半徑，mm;
—刀具的位置角，度;
H—銑刨輪的銑削深度，mrn。
(2) 刀具的最大切削厚度
同一輪次銑削時，把相鄰兩截槽之間的距離T稱為截割距離，即同一葉片上相鄰兩刀具之間的軸向距離。
最大切削厚度受到橫向截割距離的限定，如圖4.6所示。
圖4.6 最大切削厚度與橫向截割距離的限定
（4.8）
式中 T—截割距離，mm;
b—銑削刀具的切削刃寬度，mm;
—側(cè)壁塌落角的最小值，度;
4.3.2 銑刨輪直徑
按照銑刨輪各零部件的測量位置的不同，銑刨輪有三個直徑。按刀尖測量的銑刨輪直徑稱為銑削直徑;按螺旋葉片上邊緣測量的銑刨輪直徑稱為螺旋直徑;按螺旋葉片下邊緣測量的銑刨輪直徑稱為銑刨輪轂直徑。如圖5.7所示。
為了避免螺旋葉片與銑削槽之間殘留的路面相抵觸，要求刀具一次切削的最大厚度不應(yīng)超過銑削刀具外伸長度的70%。
(4.9)
（4.10）
圖4.7 銑刨輪直徑
在螺旋直徑一定的條件下，銑刨輪轂直徑越大，銑刨輪容納物料的空間越小，循環(huán)物料越多，影響拋料效果，但是由于結(jié)構(gòu)需要銑刨毅直徑也不能太小，需考慮在銑刨毅內(nèi)安裝軸承和齒輪傳動的需要，因此葉片直徑和銑刨輪毅直徑應(yīng)保持合適的比例。小直徑銑刨輪應(yīng)保持較大比值，大直徑的銑刨輪應(yīng)保持較小比值，一般螺旋直徑與銑刨輪轂直徑之比為
（4.11）
4.3.3 銑刨輪最佳螺旋升角的選取
銑刨輪上布置的幾十把刀具，好比一把圓柱銑刀，刀尖連線與端面形成螺旋角β，使銑刨輪作斜切削。選擇一個合理的螺旋角對銑刨機的功率和廢料回收率有極其重要的意義。在廢料回收過程中，為了使廢料快速的向中聚集，銑刨輪葉片螺旋升角應(yīng)小于螺旋葉片的摩擦角，有關(guān)資料表明:摩擦角約為30°。因此葉片螺旋升角β不能超過30°。故須計算出銑刨輪葉片的最佳螺旋升角。
當銑刨輪轉(zhuǎn)過角時，葉片的周向推移量
（4.12）
緊貼螺旋葉片的切屑相應(yīng)的位移
（4.13）
式中：—銑刨輪葉片的螺旋升角，度;
—銑刨輪轉(zhuǎn)角，弧度;
—切屑與螺旋葉片的摩擦角，度。
對式（4.13）求導(dǎo)，并令其為零，可解的葉片的最佳螺旋升角為
（4.14）
葉片的最佳螺旋升角如圖4.8所示
圖4.8 葉片最佳螺旋升角
最佳螺旋升角僅與摩擦因數(shù)有關(guān)，在最佳升角時，銑刨輪轉(zhuǎn)過角，切屑沿銑刨輪軸線的位移最大，如果葉片為最佳螺旋升角時，則銑削刀尖的螺旋升角為
（4.15）
第五章 控制系統(tǒng)
液壓銑刨機控制系統(tǒng)具有功能多、邏輯關(guān)系復(fù)雜、輸入輸出接口多等特點?？刂葡到y(tǒng)除了完成銑刨機作業(yè)控制外，還應(yīng)該具有故障診斷、人機界面等功能。其控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:發(fā)動機管理系統(tǒng)、行走控制系統(tǒng)、銑刨深度控制和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、輸料帶系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)以及人機界面。本文主要設(shè)計了液壓銑刨機控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的行走控制系統(tǒng)。
5.1行走系統(tǒng)控制方案
5.1.1行走系統(tǒng)工作原理
為了保證路面銑刨的效率、平整以及充分利用發(fā)動機的功率，本控制系統(tǒng)重點設(shè)計了銑刨機的行走液壓控制系統(tǒng)。給出了行走系統(tǒng)的組成及原理，由四路分流閥的控制油路控制粗、精分流實現(xiàn)行走系統(tǒng)工作同步性的液壓控制；控制器根據(jù)負載變化情況， 自動調(diào)節(jié)行走速度實現(xiàn)功率自動分配， 以充分利用發(fā)動機功率保證作業(yè)質(zhì)量。行走液壓系統(tǒng)原理圖如圖5.1所示。
1.行走泵 2.四路分流閥 3.行走馬達 4.沖洗閥 5.兩通手動閥 6.分流換向閥
圖5.1行走系統(tǒng)液壓工作原理圖
本機的行走液壓系統(tǒng)采用單泵四馬達閉式系統(tǒng)， 由1個柱塞變量泵， 通過四路分流閥與4個液壓馬達組成閉式回路。工作油由行走泵1的A口接到四路分流閥2分為4路分別到4個行走馬達3，然后4個馬達的回油集合到集油塊再回到行走泵的B口完成工作回路。行走馬達為兩擋變量，可實現(xiàn)行走、銑刨兩擋速度的無級變速。在行走泵1的兩個工作油口并聯(lián)一個沖洗閥4。另外并聯(lián)的兩通手動閥5可以在緊急情況下與馬達形成回路便于拖動行走。
本機的行走泵是電比例變量泵， 通過控制器實現(xiàn)行走速度的自動調(diào)節(jié)， 從而實現(xiàn)功率的自動分配， 其功率調(diào)節(jié)的控制原理如圖5.2所示。
圖5.2控制器實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制原理
5.1.2功率自動分配
銑刨機在作業(yè)中，銑刨毅(工作裝置)除在車輛牽引系統(tǒng)帶動下前進外，主動依靠自身傳動系統(tǒng)的驅(qū)動來完成銑刨作業(yè)。銑刨毅的驅(qū)動消耗著發(fā)動機的主要功率，而牽引功率則在其次。發(fā)動機的功率分配為:銑刨毅、行走、輔助系統(tǒng)。在特定的工況下，輔助系統(tǒng)占有很小的比例人，但對于帶有回收裝置的銑刨機，人則大一些。銑刨機銑刨工況消耗總功率PZ為:
PZ=Pe+Px+Pη
式中:Pe —— 機器行走系統(tǒng)消耗功率；
Px —— 機器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)消耗功率；
Pη —— 其它系統(tǒng)消耗的功率，與前兩項相比，可忽略不計。
當銑刨轉(zhuǎn)子工作阻力增加時，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)功率Px將增大。此時控制器能夠檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速， 控制器自動減小行走泵斜盤的擺角，行走泵排量減少，行走速度降低，使行走系統(tǒng)功率Pe下降， 這就使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)功率Px得到補償。同時，行走速度的降低，可使轉(zhuǎn)子工作阻力相對降低，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不致下降，轉(zhuǎn)子切削慣性力不致降低。反之，當轉(zhuǎn)子工作阻力下降時，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速將升高，控制器檢測到發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，增大行走泵斜盤的擺角，行走速度提高，將使轉(zhuǎn)子工作阻力上升，以阻止轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速回落，保持一定值。最終轉(zhuǎn)子系統(tǒng)功率Px因轉(zhuǎn)子工作阻力下降而下降，以補償行走速度上升，行走系統(tǒng)功率Pe的增加。
此控制過程根據(jù)負載變化實現(xiàn)了功率的自動分配，使機器總功率維持在發(fā)動機額定功率附近，充分利用發(fā)動機功率，并使銑刨轉(zhuǎn)子切削慣性力穩(wěn)定，保證銑刨質(zhì)量。
5.1.3行走系統(tǒng)控制方案
行走系統(tǒng)調(diào)速是調(diào)整變量泵的排量和變量馬達的排量來進行速度控制。其中
變量泵是通過控制比例電磁閥的電流來調(diào)節(jié)變量泵的排量，變量馬達是通過控制
壓力調(diào)節(jié)馬達的排量。該系統(tǒng)有兩個比例電磁閥和兩個普通電磁閥。行走系統(tǒng)控制方案如圖5.3所示。
圖5.3 行走控制系統(tǒng)方案
當行走開關(guān)打開后，通過手柄的控制可以控制輸出到比例電磁閥和先導(dǎo)比例閥的電流大小，從而控制行走速度。行走前，先使電磁閥2通電，解除制動。當銑刨機處于工作狀態(tài)時，打開同步開關(guān)，電磁1通電，分流閥處于同步位，使各履帶獲得一樣的牽引力，以使銑刨機在各種工況下都能均勻行走。當功率自動分配開關(guān)打開后，比例變量泵的排量可以自動調(diào)節(jié)，從而使發(fā)動機始終處于額定工況。行走速度存取按鈕可以保存當前銑刨機行走速度。當激活行走開關(guān)后，按下行走速度存取按鈕，銑刨機會自動加速或減速到原先存儲的速度。
根據(jù)系統(tǒng)要求，總結(jié)出行走控制系統(tǒng)的輸入輸出點，如表5.1所示。
表5.1行走控制系統(tǒng)輸入輸出
輸入信號
信號類型
信號名稱
信號來源
AI
行走速度增量
手柄
DI
行走開關(guān)
開關(guān)
DI
同步開關(guān)
開關(guān)
DI
功率自動分配
開關(guān)
DI
速度存取按鈕
按鈕
PI
行走速度
行走速度傳感器
輸出控制信號
信號類型
銑刨機動作
執(zhí)行機構(gòu)名稱
PWM
前進/后退
比例電磁閥
PWM
接通
比例電磁閥（馬達）
DO
指示燈常亮
DO
剎車
電磁閥
DO
同步開
分流閥
5.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
液壓銑刨機上的外圍器件可以大體分為四類:操縱元件、電液比例控制元件、開關(guān)閥和傳感器。操縱元件包括各種開關(guān)輸入和手柄操作的模擬輸入。電磁比例控制元件用于行走泵的變量調(diào)節(jié)機構(gòu)、行走馬達變量調(diào)節(jié)的先導(dǎo)比例閥、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，對電磁比例閥的控制采用脈寬調(diào)制（PWM）。開關(guān)閥只有兩種狀態(tài)，可以用計算機輸出的數(shù)字信號經(jīng)放大后直接驅(qū)動而省去數(shù)模轉(zhuǎn)換元件，從而使電氣控制變得簡單，可靠性提高。傳感器，液壓銑刨機利用行走液壓馬達和發(fā)動機自帶的數(shù)字傳感器分別對行走馬達輸出轉(zhuǎn)速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行測量，以便實現(xiàn)對行走速度的控制、功率自動分配控制以及對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的監(jiān)控。
5.2.1控制器選擇
根據(jù)路面銑刨機的控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)選用EPEC公司的SPT-K-2024控制器。該控制器專門是為工程機械設(shè)計的，其輸入輸出針腳的電氣特性基本附和工程機械輸入輸出部分的電氣特性，本文所做的主要工作是根據(jù)其針腳的電氣特性對控制系統(tǒng)各輸入輸出信號進行分配并完成主要部分的電路設(shè)計。
5.2.2先導(dǎo)比例減壓閥
行走泵變量調(diào)節(jié)比例閥所需的驅(qū)動電流范圍為200--600mA(24V)，控制行走馬達排量的先導(dǎo)比例減壓閥所需的最大驅(qū)動電流為800mA(24v)，工程機械上使用的比例閥脈寬調(diào)制頻率一般在150Hz--200HZ，可直接由控制器來驅(qū)動。當銑刨機緊急制動時，控制器會在控制制動油缸制動的同時，通過給行走泵和輸料泵的變量調(diào)節(jié)比例閥斷電而使行走系統(tǒng)和輸料系統(tǒng)停止工作。這樣兩個電液比例閥的電磁線圈中就會產(chǎn)生反電動勢。為了對比例閥進行保護，在電磁線圈驅(qū)動回路中要加上續(xù)流二極管。
5.2.3轉(zhuǎn)速傳感器
行走馬達上的速度傳感器輸出高頻脈沖，用于測量液壓馬達轉(zhuǎn)速的傳感器輸入的脈沖頻率范圍可以達2Hz--20KHZ，所需電源電壓為8--36V。脈沖輸入信號無需轉(zhuǎn)換電路即可直接進入控制器。
5.2.4控制器連接圖
根據(jù)銑刨機液壓控制系統(tǒng)的要求，行走控制系統(tǒng)的連線圖如圖5.4所示。
圖5.4 控制系統(tǒng)連線圖
5.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)軟件設(shè)計是控制器應(yīng)用中的關(guān)鍵，是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心。控制器的軟件分為兩大部分:系統(tǒng)軟件與用戶程序。系統(tǒng)軟件包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)標定以及故障監(jiān)測及處理等模塊，用以控制控制器本身的運作;用戶程序是由用戶設(shè)計的針對控制對象的程序，用以控制外部對象的運行。控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計就是在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)之上，根據(jù)控制要求，使用特定的編程軟件編制合理的用戶程序。
對于行走控制，首先判斷是否有急停信號，如果有信號則直接停止動作。當銑刨機正向行駛，對于加速調(diào)節(jié)先調(diào)節(jié)泵的排量，當泵的排量達到最大值時，再調(diào)節(jié)馬達的排量；對于減速調(diào)節(jié)則正好相反，先調(diào)節(jié)馬達的排量，當馬達的排量達到最大值時，再調(diào)節(jié)泵的排量。銑刨機反向行駛過程中速度的調(diào)節(jié)和正向行駛時一樣。對于排量調(diào)節(jié)，采用增量控制。為了實現(xiàn)增量控制，我們規(guī)定一采樣時間，每次增量的大小等于加速度和采樣時間的乘積。加速度的大小為輸入手柄的信號。圖5.5為行走控制流程。
圖5.5行走控制系統(tǒng)總流程圖
總 結(jié)
通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了銑刨機的很多相關(guān)知識。使我也了解了當前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術(shù)。本次設(shè)計是對大學(xué)四年本科所學(xué)的一個綜合考察。我覺得作為一名機械類專業(yè)的學(xué)生，我在機械設(shè)計方面有了更大的進步。在這段時間里，通過網(wǎng)上查找資料，翻閱設(shè)計手冊等相關(guān)專業(yè)書籍，使我了解到很多銑刨機的相關(guān)知識。熟悉了銑刨機設(shè)計的過程和步驟，鞏固了機械設(shè)計方面的知識。
參考文獻
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