机械毕业设计（论文）-公路铣刨机整机的设计【全套UG三维图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 公路铣刨机整机的设计公路铣刨机整机的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 公路铣刨机整 机的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果， 其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致 谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体 已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923159 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 公路铣刨机整机的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源于工厂。 选题依据： 沥青混凝土路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修 养护设备，其原理是利用滚动铣削的方法把沥青混凝土路面局部或全 部破碎。铣削下来的沥青碎料经再生处理后，可直接用于路面表层的 重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青混凝 土砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥 路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞 猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 实现铣刨机的行走，驻停，铣刨和废料收集传送； 能够实现铣刨深度为 0-300mm； 铣刨宽度为 4000mm ； 铣刨速度为 0-5m/min，行走速度为 0-84m/min; II 熟练地掌握 UG 仿真。 四四接受学生：接受学生： 机械 94 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作 为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工 单位的关注。 路面冷铣刨机是一种高效的路面维修养护设备, 具有使用成本低、铣深范围广及不 污染环境等优点。主要用于大面积路面铣刨破碎、常见病害的铣平修整以及路面拉毛作 业。 路面铣刨机的主要工作装置是铣刨转子，铣刨转子上均匀布置着按左右对称螺旋线 排列的铣刀。铣刨转子是以垂直进给和水平进给两种方式进行工作。路面铣刨机以工作 速度向前移动，铣刨转子旋转均匀分布于滚筒上并按螺旋线排列的铣刨刀，铣刨刀顺序 接触路面，路面材料在铣刨转子刀具的冲击和挤压下破碎为颗粒状；同时呈螺旋状对称 排列的刀具将铣下的废料向转子中央聚集，通过抛料板将废料抛到输送机上，并转移到 指定位置和运输车辆上。 本设计说明书包括了整机的总体设计和计算，动力机构及行星减速器的设计，行走 机构的设计，铣刨部分的设计，输料装置的设计，并对路面铣刨机械的技术发展趋势和 市场前景做了简单介绍。 本说明书与图纸配套使用。 关键词关键词：铣刨机；行星减速器；履带；输料装置；刀具 IV Abstract With rapid advances in municipal roads and the construction of high-grade highways, mass maintenance time has come. As road maintenance and recycling equipment of main machine kind of pavement milling machine is one of a growing source of concern for experts of road maintenance and construction units. Cold milling machine is a high performance pavement maintenance equipment, with low cost, wide range of milling depth and does not pollute the environment and so on. Mainly used for common disease of large area of broken pavement milling, milling picking jobs in flat trim as well as pavement. Road milling machine milling rotor are the main working device, evenly milled rotor layout arranged in a symmetrical helical milling cutters. Rotor is based on vertical and horizontal milling feed work in two ways. Pavement milling planing machine to work speed forward mobile, milling planing rotor rotating uniform distribution Yu drum Shang and by spiral arranged of milling Shaver, milling Shaver order contact pavement, pavement material in milling planing rotor tool of impact and extrusion Xia broken for particles shaped; while is spiral shaped symmetric arranged of tool will milling Xia of waste to rotor Central gathered, through throwing material Board will waste throwing to conveying machine Shang, and transfer to specified location and transport vehicles Shang. The design specifications, including the the overall programme, power and design of the planetary gear reducer, mechanism design, milling parts design, design of the feeding device, and pavement milling machine technology trends and market prospects of doing a simple introduction. Supporting the use of these instructions with drawings. Keywords: milling planer ;planetary reducer ;track ;transporting machine ;tool V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 1 绪论.1 1.1 路面铣刨机及其发展概况1 1.1.1 路面铣刨机的分类1 1.1.2 路面铣刨机的应用特点2 1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理.2 1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况.3 1.2 路面铣刨机设计的指导思想5 1.3 路面铣刨机设计的设计原则.5 1.4 本文设计的主要内容5 2 路面铣刨机的总体设计.6 2.1 路面铣刨机的选型.6 2.2 路面铣刨机的总体参数的选型6 2.3 路面铣刨机的总体布置.8 2.4 铣刨机总体方案的设计.8 3 铣刨机动力机构及行星减速器的设计.10 3.1 发动机的选择.10 3.2 传动形式的选择.11 3.3 行星减速器的设计.13 3.3.1 型行星减速器的运动设计.13 3.3.2 减速器的结构设计.17 4 铣刨机行走系统的设计.20 4.1 铣刨机行走系统的基本要求.20 4.2 铣刨机行走驱动形式.20 4.3 导向与张紧缓冲装置的设计参数分析.21 4.4 履带式铣刨机的运动学与动力学分析.25 4.4.1 铣刨机行驶系统的运动学分析.25 4.4.2 履带式铣刨机动力学分析.26 4.5 附着条件决定的最大切线牵引力.27 4.6 行走系统功率分析.27 5 铣刨机铣刨系统的设计.29 5.1 路面铣刨机铣刨转子排列方式分析.29 5.2 路面铣刨机铣刨轮刀具排列参数分析.30 5.3 路面铣刨机铣刨轮主要参数的研究.34 5.3.1 铣刨轮的切削量.34 5.3.2 铣刨轮直径.35 VI 5.3.3 铣刨轮最佳螺旋升角的选取.36 6 输料系统的设计.38 6.1 输料系统的主要功能部件.38 6.2 输送带的跑偏及防偏措施.40 6.2.1 跑偏的危害及原因.40 6.2.2 输送带跑偏的常见处理方式.40 7 总结与展望.43 7.1 总结.43 7.2 不足之处及未来展望43 致谢.45 参考文献.46 附录.48 公路铣刨机整机的设计 1 1 绪论绪论 1.1 路面铣刨机及其发展概况路面铣刨机及其发展概况 路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削方式把沥 青路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经处理后，可直接用于路面表层的重新铺 筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青砼面层开挖翻新；沥青路面 拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路 和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生 设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。公路 建设部门对路面铣刨机等成套设备的需求会越来越迫切，需求量也会越来越多。 1 1.1.1 路面铣刨机的分类路面铣刨机的分类 按照铣刨宽度，路面铣刨机可分为大中小三种，0.31.0 米为小型；1.22.0 米为中型， 2.0 米以上为大型。对于铣刨宽度小于或等于 1.0 米的小型铣刨机主要是机械传动，机械 式传动工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低，但其结构复杂、操作不轻便、 作业效率较低、牵引力较小，一般适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型 沟槽等，一般不带废料回收装置。铣刨宽度在 1.2 米以上的中型铣刨机主要是液压传动， 液压式结构紧凑、操作轻便、牵引力较大，但制造成本高、维修较难，适用于切削较深 的中、大规模路面养护作业。我国目前以生产小型路面铣刨机为主，且以 0.5 米和 1.0 米 两种规格居多，大中型产品基本上还是空白。 另外，按铣刨型式不同，可分为热铣和冷铣。热铣式因为增加了加热装置而使结构 比较复杂，一般用于路面再生作业。冷铣由于适用范围广，目前占据主导地位。冷铣式 配置功率比较大，刀具磨损比较快，切削料粒度较为均匀，可设置洒水装置喷水，使用 广泛，且产品成系列；按铣刨机按行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮式的机动性 好、换场方便，特别适合于中小型的路面作业。履带式多为铣削宽度 2000mm 以上的大 型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程；按铣刨鼓旋转方向与行走 方向不同，可分为逆铣和顺铣；按有无废料回收输送机，可分为输送式和无输送式；按 铣刨鼓安装方式不同，可分为固定式和移动式。 图 1.1 轮式铣刨机 无锡太湖学院学士学位论文 2 图 1.2 2m 履带式铣刨机 1.1.2 路面铣刨机的应用特点路面铣刨机的应用特点 1. 使用铣刨机铣削路面，可以快速有效地处理路面病害，使路面保持平整； 2. 道路的翻修工程采用铣削工艺可保持原路面的水平高程。铣削工艺可将损坏路面 切除掉，由新材料填补原有空间，经压实后与原路面等高，保持路面的原有水平高程， 这使穿行于高架桥或立交桥涵的路面载荷对桥体不致产生冲击载荷，并且桥涵通过高程 不变； 3. 保证新旧路面材料的良好结合，提高其使用寿命。采用铣削工艺可使填料坑边侧 及底部整齐、深度均匀，形成新旧料易于结合的齿状几何表面，从而使翻修后新路面的 使用寿命大大提高； 4. 有利于旧路面材料的再生利用。由于可以掌握切削深度，铣削下来的材料不仅干 净且呈规则的小颗粒，可以不用再破碎加工即可遮现场或固定料场再生利用，大大降低 了施工成本，同时也是一种环境保护措施。 1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理路面铣刨机的主要结构及工作原理 一般铣刨机由发动机及行星减速器、行走机构、铣刨部分、输料装置等组成。 公路铣刨机整机的设计 3 图 1.3 铣刨机的总体结构 1.动力系统 2.升降系统 3.传动系统 4.洒水系统 5.行走系统 6.液压系统 7.铣刨系统 8.转向系统 9.集料系统 10.车架系统 11.覆盖件系统 12.电气系统 1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况国内外路面铣刨机发展概况 国外路面铣刨机起源于 20 世界 50 年代，经过 60 年的发展，其产品已成系列化，生 产效率一般为 1502000，铣刨宽度 0.34.2m，最大铣刨深度可达 350mm，其机电液 hm / 2 一体化技术已趋成熟，铣削深度可通过自动找平系统自动控制，同时为改善作业环境， 延长铣削刀具的使用寿命，设计有喷洒水装置和密闭转子罩壳。为了减轻劳动强度，近 年来开发的产品都带有回收装置，使铣削物从铣削转子直接输送到运载卡车上。国外制 造厂商众多，主要有维特根、英格索兰、比泰利、卡特彼勒、戴纳派克等。 维特根在国际上处于主导地位，尤其是小型铣刨机更是无人能及。主要生产 SF 和 2 DC 系列铣刨机，已形成了铣刨宽度从 0.34.2 米的近 20 种规格的产品系列，最大铣削深 度为 350mm，我国主要以进口该公司产品为主。比泰利已具有 50 年多制造铣刨机的历史， 其 SF 系列冷铣刨机有 11 种型号，铣刨宽度为 0.62.1 密，铣刨深度 340mm。卡特彼勒主 要生产 PR 和 PM 两大系列，铣刨宽度为 1.93.18，铣刨深度 305mm 其铣刨机具有铣刨深度 和铣刨表面自动调平自动控制功能，铣刨深度误差为3mm。戴纳派克主要生产 PL 系列 铣刨机，铣刨宽度为 0.352.1 米，铣刨深度 0300mm。 国外的路面铣刨机技术已达到较高的技术水平，归纳起来有以下几个特点： 1. 先进合理底盘结构，铣刨机底盘主要由全刚性车架及四轮行走结构组成，驱动及 转向方式均以液压传动为主； 2. 为充分发挥最佳铣削功率，铣刨机上自动液压功率调节装置可根据路面材料的硬 度及铣削深度来控制铣刨转子进刀速度，即可自动调节铣刨转子转速和铣刨机行走速度， 使铣刨机始终处于最大的功率利用状态，并且不会发生超负荷工作的情况； 3. 增大发动机功率，同样铣削宽度新型铣刨机的功率越来越大，生产效率越来越高； 4. 较大的铣削深度，新型铣刨机一次铣削深度超过 300mm，使得对整个行车道全厚 度铺层进行铣刨成为可能； 5. 性能良好的铣削转子，大多数冷铣刨机将铣刀固定在多块半圆形瓦片上，通过调 整瓦片在转子上安装的多少来调整铣刨机的铣刨宽度； 6. 简便的铣削物装载，铣刨机前部挂装输送装置即可完成快速收料，并将铣削物装 在运载汽车上。通过液压缸调整卸料高度，并可使传送带可左右摆动 4050，从而 实现路侧装料； 7. 采用先进技术，如全轮驱动和机电液一体化控制技术、智能化故障诊断和维护系 统、精确的自动找平系统、安全保护系统及功率自动分配系统； 8. 大容量水箱、柴油箱容积更大，机器工作时燃油、冷却水加注间隔延长，待机时 间索短； 9. 模块化设计的发动机以及其外围部件，如液压泵、液压阀和冷却系统均装置在同 一底架上，所有电磁阀都安装在同一个分配阀上，易于调整、检测和维修； 无锡太湖学院学士学位论文 4 国内路面铣刨机的发展起始于 20 世纪 80 年代，开始是以拖拉机为底盘通过安装铣 刨装置改装而成的，直到进入 90 年代才开始进行自行式铣刨机的研制。近两年有了一定 的发展，主要机型的使用性能已完全能满足国内高等级公路及市政道路的养护要求，良 好的性能价格比与国外进口产品相比也有较大的竞争优势，但在品种规格、技术水平及 配套件等方面仍存在较大的差距。总体来看，国产铣刨机产品缺乏系列化，功能欠完善， 技术含量低，工作可靠性差。目前仅以生产铣刨宽度 0.5 米和 1 米的两种轮式铣刨机为 主，生产铣刨宽度 2 米铣刨机的只有徐州工程机械制造厂等几个少数厂家。国家经贸委 已经明确指出将重点发展铣刨宽度 1.4-4.0 米，铣刨速度 0-3m/min，铣刨深度 0-300mm 的 铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。 表 1-1：国内铣刨机主要生产厂商及主要机型情况表 生产厂 型号 铣刨宽度（米） 行走方式 控制方式 山西建筑机械股份 有限公司 CM20002.0m履带式数字电子 CM19001.9m履带式数字电子西安宏大交通科技 有限公司CM12001.2m轮式数字电子 西安筑路机械公司LX2002.0m履带式数字电子 XM2002.0m履带式数字电子 XM1011.0m轮式 徐州徐工筑路机械 有限公司 XM1001.0m轮式 LXZYH20002.0m轮式数字电子镇江华晨华通路面 机械有限公司LX10001.0m轮式 KFX22002.2m履带式数字电子 KFX20002.0m履带式数字电子 沈阳北方交通工程司 KFX10001.0m轮式 天津鼎盛工程机械有 限公司 LX10001.0m轮式 德国 Wirtgen 公司W20002.0m履带式数字电子 瑞典 Dynapac 公司PL2000S2.0m履带式数字电子 意大利 Bitelli 公司SF200L2.0m履带式数字电子 就目前产品的技术水平而言，国产机型更多地借鉴了欧洲铣刨机的技术和经验，在 动力、液压和控制系统上均采用了国际化的配套，可以说在系统配置上达到了国际先进 水平。国内生产厂家以徐州工程机械制造厂、镇江华通机械集团公司、山东德州工程机 械公司 3 家为主。徐州工程机械制造厂于 1999 年引进德国维特根 2000DC 铣刨机技术， 通过消化吸收已形成了铣削宽度分别为 1 米和 2 米的系列化产品。镇江华通机械集团公 司生产铣刨宽度 0.5 和 1 米两种型号的铣刨机，最近研制成功铣刨宽度 1.0 米的带回收 装置的 LXZYH1000 型铣刨机。山东德州工程机械公司主要生产铣刨宽度 1 米的铣刨机， 最近正在试制铣刨宽度 2 米的 LX2000 型铣刨机。 在今后的市场竞争中，我国的铣刨机生产厂商应该发挥如下优势：利用我国已经 加入 WTO 有利条件，树立国际化设计思想，加强国际间技术合作，技术上保持与国际发 展水平同步，争取更大的高端产品市场；发挥本地化的优势，为用户提供及时的从整 机技术到配件供给等全方位的服务；利用我国劳动力价格低廉的优势，降低整机成本， 发挥价格优势，争取更多的中低端用户，扩大市场；注意研发符合我国道路特点的专 公路铣刨机整机的设计 5 有技术及产品系列，为公路养护工程服务，促进我国公路交通事业的技术进步。 随着公路交通事业突飞猛进发展，特别是经过“八五”和“九五”期间的快速健康 发展，我国公路基础设施的总量取得了巨大的突破，到 2002 年底，公路总里程已达 176 万 km，其中高速公路为 2.52 万 km、二级以上高等级公路 24 万 km。为保持道路通行的安 全、舒适、快速，对它们进行及时、有效、高质量的养护将是今后日常工作的重点。 根据我国公路发展的统计，未来公路养护对各类现代化机械设备的需求将会越来越 大。随着高速公路大修期的到来和公路交通行业以及城市管理部门对现代化养护方式的 认识，对路面铣刨机的需求将会逐年增加，并且会以很快的速度增加。国外进口产品尽 管性能先进，但价格昂贵、维修服务不便，因此可以预计国产沥青路面铣刨机将具有较 广阔的市场前景。 国内生产企业应抓住机遇，使国产沥青路面铣刨机尽快形成完整的系列，并不断提 高产品的使用性能和可靠性，为用户提供经济、实用、高质量的铣刨机。 1.2 路面铣刨机设计的指导思想路面铣刨机设计的指导思想 高速公路随着路面龄期的增加，由于行车载荷与自然环境因素，路面会陆续出现一 些病害，严重影响行车速度与安全。由于路面铣刨机工作效率高、施工工艺简单、铣削 深度易于控制、操作方便灵活、机动性能好、铣削的旧料能直接回收利用等。显然，处 理病害快速有效的方法是使用路面铣刨机铣刨路面，使路面保持平整。用铣刨机械铣刨 损坏的旧铺层，再铺设新面层是一种最经济的现代化养护方法。 结合国内外路面铣刨机的发展概况，设计思想有以下几点： 1. 向大型化方向发展； 2. 实用性与先进性兼顾； 3. 充分利用发动机的功率； 4. 简化操作，实现自动化控制，设备可靠； 5. 简化设备保养，合理润滑，充分防腐； 1.3 路面铣刨机设计的设计原则路面铣刨机设计的设计原则 根据以上的设计指导思想，可以确定以下的设计原则 1.简化设计结构，选用标准件和成熟机构，尽可能结合现有设备，降低制造成本， 并保证性能和质量； 2.配套件必须可靠，确保作业要求； 3.操作简单，维修方便； 1.4 本文设计的主要内容本文设计的主要内容 本文主要负责公路铣刨机整体的设计，包括铣刨机总体的布置，总体参数的选型， 功率的计算及发动机的选型，传动方案的选择，行星减速器的计算与选型，行走系统的 设计，铣刨系统的设计以及输料装置的设计。通过比较不同厂家的现有的铣刨机，进而 选出最优的设计方案。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 路面铣刨机的总体设计路面铣刨机的总体设计 路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况 等，合理的选择和确定机型、各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸等，并进行合 理的布置。这些组成和部件相互依赖又相互制约，因此，路面铣刨机的性能不仅取决 与每个部件的好坏，而更重要的是取决于各总成性能的相互协调。各总成性能的相互 协调如何，又取决于各总体参数及各总成部件的匹配情况及其布局的合理性。如果整 体设计过程中缺乏全局观念，而对总体参数及各总成部件性能的协调匹配考虑不周， 或注意不够，即便设计的各单个总成部件结构是先进的，性能是良好的，但组合装配 在一起不一定就能获得整机的良好性能。这是因为某些总成部件的优点可被另一些总 成部件所抵消或限制，使其得不到充分发挥。所以，路面铣刨机的总体设计对整机的 性能起着决定性的影响。因此，总体设计必须从保证路面铣刨机的整体性能出发，正 确的选择和确定各总成的结构型式、总体参数，使其获得良好的匹配关系，并进行合 理的布置，以达到设计的完美性。 以下各节分别就路面铣刨机的选型、总成部件结构型式的选择及比较等作以具体 的阐述。 2.1 路面铣刨机的选型路面铣刨机的选型 路面铣刨机结构型式的选择，主要是根据其用途和作业场合，前已述及。路面铣 刨机的结构型式按铣刨机行走方式不同，可分为轮式和履带式。 轮胎式的优点：重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及维修 方便等。由于以上特点，轮胎式路面铣刨机一般以中小型居多，运行方便、快捷灵活。 适 用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装 置。在工作量不大、作业地点不太集中、转移性频繁的情况下，生产率大大超过了履 带式。 轮胎式的缺点：轮胎接地比压较大、通过性能差、重心较高，稳定性较差。 履带式的优点：履带接地面积大，使得接地比压小，通过性能好、重心低、稳定 性好、重量大、附差性好、牵引力大、比切入力大。因此，大中型路面铣刨机一般为 履带全液压式，主要用于大规模路面养护作业。 履带式的缺点：速度低、不够灵活机动、制造成本高、维修较难、行走时易破坏 路面，转移工作场地时需用拖车托运。 随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。 国家经贸委已经明确指出将重点发展铣刨宽度 1.4-4.0 米，铣刨速度 0-3m/min，铣刨 深度 0-300mm 的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。因而，根据 现有路面铣刨机总体性能的优缺点，以及国内路面铣刨机的发展趋势，我们选用履带 式行走系统大型路面铣刨机进行设计。 公路铣刨机整机的设计 7 2.2 路面铣刨机的总体参数的选型路面铣刨机的总体参数的选型 路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等， 对其性能提出具体的要求，以作为整机和总体部件设计的依据。 路面铣刨机的总体参数的选择与确定，是设计过程中一项十分重要的工作。总体参 数选择的合理，不仅给以后的技术要求设计带来方便，而且更重要的是使路面铣刨机获 得良好的使用性能，较高的技术经济指标，从而提高生产率，降低作业成本。 路面铣刨机的总体参数包括：路面铣刨机的质量；发送机的功率、转速；最大铣刨 宽度、深度；载荷的分配；行走速度和爬坡能力；履带结构尺寸；箱体容积；料输送系 统的结构尺寸及质量等。 以上参数不是孤立的，它们之间存在着一定的内在联系。要合理的选择它们，就必 须做大量的调查研究工作，了解与之所设计的多种同类型铣刨机的结构，性能和重要参 数，与所设计的铣刨机进行分析比较，从整机性能出发，考虑“三化”的要求，合理选 择和正确确定以上各参数。 （1）发动机参数 铣刨机作业时发动机的功率组合为: 3 最高可能的切削速度下进行最大切深的铣刨作业，所需功率为 ； max2 P 集料系统最大能力回收废料，所需功率为 P； H 散热系统最大能力散热，所需功率为 P ； S 控制系统进行正确的控制，所需功率为 P ； K 辅助系统进行必要的辅助动作，所需功率为 P 。 F （2）最大铣刨宽度、深度 根据本次设计的要求及路面铣刨机的发展趋势，参考同类型的大型路面铣刨机的 具体参数，在这里确定： 最大铣刨宽度：4000mm 铣刨深度： 0300mm 转子直径： 2000mm 转子最大倾斜角度： 5 （3）行走速度和爬坡能力 根据路面铣刨机的工作环境及要求，确定 行走速度： 084m/min 理论爬坡能力： 100 离地间隙： 310 mm （4）履带结构尺寸 履带（长宽高）： 3300520550mm （5）箱体容积 燃油箱： 2310 L 液压油箱：1200 L 水箱： 3000 L （6）料输送系统的结构尺寸及质量等 无锡太湖学院学士学位论文 8 根据所设计的路面铣刨机的整机大小及工作能力，参考现有机型选用 收料皮带： 2000 mm 卸料皮带：2000 mm 理论运输能力： 630 /h 3 m 机架尺寸（长宽高）： 100002500550 mm 皮带质量： 2.5 T （7）路面铣刨机的质量 根据所设计个零部件，路面铣刨机的质量重约为 45 吨。 2.3 路面铣刨机的总体布置路面铣刨机的总体布置 路面铣刨机的总体布置就是在参考同类型铣刨机的基础上，以保证路面铣刨机的主 要性能为出发点，在总体设计和总体部件设计密切配合下，通过绘制布局草图，根据使 用要求及载荷分配来协调各个总成部件的性能，来确定它们的位置、尺寸和重量。总体 布置不紧要使路面铣刨机有良好的使用性能，而且必须保证操作轻快、拆装容易和维修 方便。 （1）总体布置草图基准面的选择 为了确定各总成部件在整机上的位置和尺寸，首先初步确定支撑间距，轮距和履带 尺寸并画在草图上。参考同类型的机架的高度，确定机架上缘的位置，然后选择三个基 准面，通常基准面的选择如下： 以通过后桥中心线的水平面为上下位置的基准面； 以通过后桥中心线的垂直平面为左右位置的基准面； 以通过路面铣刨机的纵向对称轴为左右位置的基准面； （2）发动机、水箱、燃油箱、液压油箱和传动系统的布置 3 动力机通常布置在路面铣刨机的中后部，这样不仅可以改善驾驶员的前后视野，而 且还可以增加路面铣刨机的稳定性。根据载荷分配确定其曲轴中心线的上下位置，在不 影响整机的使用要求和传动系统的布置的情况下，希望尽可能的低一些，以降低整机的 重心高度。动力机的位置确定后，即可装载机械传动装置，确定转轴。参考同类型路面 铣刨机，水箱则可紧靠在发动机后面，以便对发动机进行冷却。燃油箱水箱一侧布置在 水箱侧面即可。液压油一般布置在机身尾部，其后配备风扇对其进行降温。 （3）工作装置的布置 路面铣刨机的工作装置为铣刨装置，并通过料传递装置来运输物料。大型路面铣刨 机的铣刨装置一般布置在机身的中间位置下部，料传送装置在机身的前端。在布置时， 结合工作装置的设计和工作情况，参考同类型的路面铣刨机的布局，合理的分配空间， 以使铣刨机的工作状态稳定可靠。 （4）驾驶室的布置 驾驶室的位置在整机的中上部，操纵平台位于驾驶室的前侧，并安装减震设备，来 减少工作时由于机器的震动而引起的仪表显示不准确和防止误操作。 路面铣刨机的履带行走机构采用四轮液压驱动，前后轮独立转向。为增加整机的稳 定性，可使履带的接地面积适当增加。 公路铣刨机整机的设计 9 2.4 铣刨机总体方案的设计铣刨机总体方案的设计 总体方案如图所示： 1发动机，为整台机器提供动力，由传动系统传递到各个部分； 2铣刨机的机架，主要用来支撑各个部分，为各部分的装配提供载体； 3支撑架，用来将输送装置装配到机架上； 4输送装置，用来将铣下的肥料收集，运送到运输车上； 5行走机构，主要实现行走，支撑，转向等功能； 6.铣刨部分，铣刨机的主要结构，直接用来铣削路面的的装置，由铣刨鼓，刀具， 固定挡板，浮动挡板，后刮板等组成。 图 2.1 铣刨机总体设计方案 （1）行走机构的设计 轮式机动性好、转场方便，特别适合于中小型路面作业。履带式多为铣削宽度 2000mm 以上的大型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程。由于本文 设计的铣刨机铣刨宽度为 4m，故选用履带式的行走机构。 （2）减速器的选择 一般发动机的转速在 2000r/min 左右，而铣刨鼓的转速在 3050r/min，应有较大的传 动比，而行星减速器可以实现很大的传动比，故选择行星减速器作为减速机构。 （3）机架的总体尺寸的设计 1）高度的确定 高度的确定根据总布置，同时要满足总成的安装要求，确定车架的截面高度为 2563mm。 2）宽度的确定 设计车架时，一般必须根据整车总布置的要求(总宽、前后轮距、前轮转向角、发 动机的外形尺寸等)来确定车架的宽度。车架的宽度受履带轴距及最大转向角的限制，最 小值取决于发动机的外廓宽度，安装方式的影响。 因此，根据整车身提出的宽度要求，车架的宽度为 4300mm。 3）长度的确定 车架的长度主要取决于整车车身的设计要求及底盘各总成的布置情况，确定车架的 无锡太湖学院学士学位论文 10 总长为 10000mm，其中车架前段的长度为(5575+425)mm，车架后段的长度为 40000mm，其 中 425mm 为车身与运输机架的接头部分。 刚度不足承载式车身的一大缺陷，目前主要采取的办法是优化车架的几何形状和采 用局部增粗或补焊以加强抗扭能力。合理的补焊钢框架是保证车架具有足够扭转刚度的 必要条件，同时，补焊的钢框架往往又是底盘一些总成的安装基体，因此，在确定各补 焊钢框架的位置前必须充分考虑到整车各总成的布置情况。合理布局，在确保车架具有 足够的强度和刚度的同时，保证其他总成的安装方便性。 由于发动机中置，为保证发动机、变速器及传动系的安装要求，因此在车架的中间 位置设置补焊钢框架。 前、后轴间段的补焊钢框架的设置，除考虑总成的安装要求外，主要还要考虑行走 系统的安装要求，并避免与支座的安装发生干涉。 公路铣刨机整机的设计 11 3 铣刨机动力机构及行星减速器的设计铣刨机动力机构及行星减速器的设计 3.1 发动机的选择发动机的选择 3 由上一章知铣刨机作业时发动机的功率应有如下的分配: 1) 机器行走系统消耗功率； 2) 机器转子系统消耗功率； 3) 其它系统消耗的功率； 其中： （1）消耗于传动系统与辅助装置的功率： （3.1) meM PP1 式中： 发动机的有效功率； e P 传动系统的效率(对液压传动为 0. 6-0. 7 )； m （2）用于铣刨作业的功率： (3.2)iPPP Mem 式中： 铣刨功率占总功率的比例(一般为 0. 75-0. 8 )；i 消耗于传动系统与辅助装置的功率； M P （3）消耗于克服滚动阻力的功率： (3.3)vGGfvFP ff cos 式中： 铣刨机的滚动阻力； f F 铣刨机的作业速度； v 铣刨机的使用质量；G 滚动阻力系数，对于轮式铣刨机在沥青路面行驶，一般取 0. 02-0. 03；f 坡度角; 由铣刨机转子作业时产生的垂直于路面的当量质量；G 考虑到铣刨机的不同工作环境，参考同类型路面铣刨机的具体参数，同时根据国 内发动机的生产技术水平与国外技术的差距，为保证机器的工作可靠，在这里我们采用 “卡特皮勒 CAT C18 ATAAC”大功率柴油机。 功率： 522KW 转速： 2000r/min 无锡太湖学院学士学位论文 12 排量: 14.6L 表 3-1 铣刨机主要发动机一览表 序号厂家发动机型号额定功率/转速 （KW/rpm） 使用机型 徐工 BG210 MARINI MP200 BF8M1015CP400/2100 镇江华晨 HM2100 1 道依茨 BF8M1015CP-EMR440/2100MARINI MP2100 320/2000中联 BG20002奔驰DAIMLERCHRYSLE R OM502LA 340/2000WIRTGEN W1900 CAT 3408E TA445/2000CATERPILLAR PM- 565B CAT C18 ATAAC522/2000ROADTEC RX-700 3 卡特 CAT C12 ATAAC421/2100WIRTGEN W2000 KTAI9-C600448/2100陕建 CM2000 NTA855-C400297/2100宏大 HD2000 4 康明斯 QSX15447/2100CYNAPAC PL2000 3.2 传动形式的选择传动形式的选择 3 功能:将发动机的动力分配传递的各执行元件 组成：离合器，分动箱，传动皮带等。 铣刨机的主要动作分解如下： 公路铣刨机整机的设计 13 图 3.1 铣刨机的主要动作分解图 目前，铣刨机的传动系统有两种结构，一种动力是由发动机两端输出，一种是动力 由发动机一端输出。 两端输出结构的动力传递方式为： 铣刨转子减速器传动 V 带离合器发动机联轴器分动箱各液压泵 一端输出结构的动力传递方式为： 图 3.2 一端输出结构的动力传递方式 无锡太湖学院学士学位论文 14 图 3.3 铣刨机的两种传动系统 1.分动箱支架 2.分动箱(4inl) 3.联轴器 4.发动机 5.液压离合器 6.带轮支架 7.传动 V 带 8.主动带轮 9.张紧带轮 10.从动带轮 11.发动机 12.分动箱（5inl） 两端输出结构需要较大的布置空间，只能选用 V 列发动机，以便节省空间。分动箱 选择 4in1，即一端动力输入，另一端提供四个动力输出口，分别连接行走泵、集料泵、 冷却泵、辅助泵。一端输出结构紧凑，发动机的选型更灵活，可选 V 列或直列。分动箱 公路铣刨机整机的设计 15 选择 5in1，即一端动力输入，另一端提供五个动力输出口，分别连接液压离合器、行走 泵、集料泵、冷却泵、辅助泵。 传动系统设计时，需要与发动机结合，实现整机的合理布置。 3.3 行星减速器的设计行星减速器的设计 4 图 3.4 行星减速器 内齿行星齿轮传动是一种相对较为独特的齿轮传动方式，它具有结构紧凑、承载能 力大、传动比大、传动效率高、体积小和运动平稳等优点。在这些优点的基础上，内齿 行星齿轮减速器渐渐地被广泛应用到了国防、冶金、矿山、纺织、起重运输、轻工、化 工、食品工业、仪表制造和建筑工程等各种领域当中，逐步地替代了现有的多级圆柱齿 轮减速器，蜗杆蜗轮减速器等类型的减速器，同时它也受到了广大学者们的日益关注和 深入的研究。此处我们选用对称式三环型行星减速器。 4 对于内齿行星齿轮传动来说，其结构大致可以分为三种形式，一种被称为对称式三 环减速器，即输入轴和支撑轴分别在输出轴的两侧并且相对于输出轴相互对称；另一种 被称为偏置式三环减速器，即输入轴和支撑轴分别在输出轴的同侧；还有另外一种被称 为三轴式减速器，即有三根支撑轴所组成，并且其中的任意一根支撑轴都可以作为输入 轴来使用。 3.3.1 型行星减速器的运动设计型行星减速器的运动设计 （1）传动比的计算 在内齿行星齿轮传动中，输入轴的转速用 表示；输出轴的转速用 表示。我们 H n 1 n 假设外齿轮的齿数用 表示，传动内齿板的齿数用表示，模数用 m 表示，变位后齿 1 z 2 z 无锡太湖学院学士学位论文 16 轮的啮合角用 表示。 内外齿轮的中心距 a 可表示为： (3.4) 12 12 cos cos 2 1 cos cos 2 zzm mzmz a 外齿轮的节圆半径表示为： 1 1 cos cos 2 1 mzr （3.5） 对于平动的传动内齿板来说，其每一点的运动轨迹都可以看做是以偏心距为半径 a 的圆，则可以求出其上面每一点的速度可表示为： 60 2 cos cos 2 1 12 H Hp n zzmav （3.6） 在与传动内齿板的啮合点上，外齿轮在这一点上的速度大小相等，但方向相反，它 可表达为： 60 2 cos cos 2 1 1 11 1 n mzwrvp （3.7） 所以 60 2 cos cos 2 1 60 2 cos cos 2 1 1 1 12 n mz n zzm H （3.8） 即 1112 znzznH （3.9） 最终，内齿行星齿轮传动的传动比可表示为： 12 1 1 1 zz z n n i H H （3.10） (3.10)式中的负号显然是表示输入轴和输出轴的旋转方向是完全相反的。 由于所选发动机的型号为“卡特皮勒 CAT C18 ATAAC” ，其转速为 2000r/min， 所选 V 带的传动比为 1:1，铣刨转子转速为 40r/min，故行星减速器的总传动比应为 50。 （2）齿轮副参数及计算公式 5 内齿行星齿轮减速器设计中所要用到的与齿轮副有关的参数，具体可参考下表 3-2： 表 3-2 齿轮副有关参数的介绍 符号名称符号名称 m模数 啮合角 分度园压力角 a 啮合中心距 y中心距变动系数 * c 标准顶隙 * a h 齿顶高系数 0 z 插齿刀齿数 公路铣刨机整机的设计 17 12,z z 内外齿轮齿数 12,x x 内外齿轮变位系数 续表 3-2 12,bb rr 内外齿轮基圆半径 12,r r 内外齿轮分度园半径 12,ff rr 内外齿轮齿根圆半径 12,aa rr 内外齿轮齿顶圆半径 12,aa 内外齿轮齿顶圆压力角 0 x 插齿刀变位系数 02 a 内齿轮切削中心距 02 内齿轮切削啮合角 02 y 切削中心距变动系数 * 0a h 插齿刀齿顶高系数 内齿行星齿轮减速器设计中用到的相关计算公式见表 3-3： 表 3-3 啮合副相关计算公式 说明计算公式 啮合角 啮合中心距 中心距变动系数 切削啮合角 切削中心距 切削中心距变动 系数 外齿轮齿根圆半 径 内齿轮齿根圆半 径 外齿轮齿顶圆半 径 无锡太湖学院学士学位论文 18 内齿轮齿顶圆半 径 （3）减速器基本参数的选取 6 对内齿行星齿轮减速器中输入轴和输出轴之间的中心距 A、传动比 i、模数 m 以及 内、外齿轮的齿数 等基本参数的选取下面加以详细的介绍。 12, zz 1) 中心距 A 和传动比 i 的选取 中心距 A 决定着内齿行星齿轮减速器的整体尺寸，在设计的过程中，为了计算和应 用方便，往往都取其整数。传动比 i 的选取也是尤其的重要。对中心距 A 和传动比 i 的 选取应参照国家标准(GB32180)，取公比 1.12，可按照下表 3-4 所示选取 2010 q 中心距 A 和传动比 i 的系列 表 34 中心距和传动比系列(GB32180) 中心距 A 系列 （mm） 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 传动比 i 系列 12.5 14 16 18 20 22.5 25 28 31.5 35 40 45 50 56 63 71 80 90 100 对于单级的三环减速器，一般选取传动比 i = 11 99，两级的三环减速器，选 =9801 max i 2) 内、外齿轮齿数的选取 由于内齿行星齿轮减速器受装配条件的限制，其外齿