小型挖掘机行走装置设计

1、摘 要当今随着科技的不断进步与发展，各行各业都面临着技术的革新，同时也面临着来自多方面的挑战。而随着社会的发展进步，工程机械在各行各业中起到了举足轻重的地位。然而，在不同的环境下，对挖掘机等工程机械的大小、性能的要求有所不同， 各种性能参数决定其工作环境。工程机械在国民生产中有着很重要的位置，它在很大程度上取代了原始的、落后的生产工具，它在现今中国和全世界的飞速发展的今天功不可没。而挖掘机的行走装置是整个机械的支撑部分，它承受机械的自重及工作装置挖掘时的反力，使挖掘机稳定的支撑在地面工作，也是挖掘机在工作场地自由移位的装置。行走装置设计的好坏会影响挖掘机的机动性、爬坡能力、越野性能、接地比压以

2、及挖掘机的稳定性等。本设计的主要内容为：液压挖掘机行走装置总体方案设计；绘制装配草图和总装配图；行走装置牵引力的计算；行走装置传动方案的选择和传动比的设计计算；一些主要零部件的强度校核；张紧装置、行走架和四轮一带的选型设计；绘制零、部件图和总装配图，编写设计计算说明书。本设计的主要特点是：本方案设计中提出多种方案，从理论上、实际经验上、可靠性、可实现性、综合性能等进行方案比较，从而选择最佳方案。技术设计中应考虑总体配置合理、安全；选材、加工方法和技术条件可行；制图正确、标注齐全符合国家标准。充分注意整机各子系统之间的相关性，力求整机性能的一致性和最优化性。关键字：液压挖掘机、行走装置、底盘。I

3、IIAbstract Today as technology continues to progress and development, all walks of life are faced with technology innovation.The same time that it is also facing challenges from a wide range.With  social progress and development, engineerin

4、g machinery in all walks of life played a  pivotal position. However, indifferent circumstances, excavators and other construction machinery on the size, performance requirements are differ- ent,various performance parametersto determine their working environment. Cons- truction machi

5、nery in the national product in a very important position, it lar- gely replaced the original, backward production tools, in present-day China and the rapid development of the world. Excavator walking device is supporting part of  the whole machinery.The react

6、ion force it  to withstand the dead weight of machinery and work equipmentexcavation excavator stable support  on the ground,  the device is also the excavator at the workplace and freedom of movement. The qual

7、ity of the  walking device design willaffect the maneuverability of the excavator, climbing abil- ity, off-road performance, theground pressure and the stability of the excavator. The main content

8、0;of this design: walking  the  calculation ofthe traction of  the device;  walking device  drive program  selection and the design  of the transmi- ssion ratio calculation;  some of the major compone

9、ntsstrength check;  tensioning de-vice,  walking frames and  four  in the vicinity of  Selection and Design;  draw  zero  parts drawings and assembly drawing, the preparation of  design calculations manual. The design of the main featu

10、res are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the op- tions. Technical design should be considered in the overall allocation of rea-sonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; corre

11、ct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the rela- tionship between the various subsystems, to the consistency and performance op- timization of. KeyWords: Hydraulic Excavators, Walking Device , Chassis.目 录第1章 绪论11.1 研究小型挖掘机行走装置的意义11.2 设计背景11.3 国内外小型挖掘机的研究现状和发展趋势和存在问题2第

12、2章 小型挖掘机概述32.1 小型挖掘机的组成32.2 小型挖掘机行走机构的组成52.3 小型挖掘机类型确定7第3章 小型挖掘机行走装置传动系统93.1 机械式93.2 液力机械式93.3 全液压式（静液压式和液压机械式）103.4 电力式11第4章 小型挖掘机行走装置的详细设计134.1行走机构设计的主要参数134.2行走装置的总体几何尺寸134.3履带运行阻力计算154.3.1 土壤变形的阻力(即外部行驶阻力)164.3.2 履带对地面的水平挤压力164.3.3 履带的运行比阻力174.3.4 坡度阻力184.3.5 内部阻力184.3.6 转弯阻力214.3.7 风载阻力234.3.8

13、惯性阻力244.3.9 牵引力的校核254.4平均接地比压的计算264.5 行走装置轮边减速器的设计264.5.1 行星齿轮的传动特点264.5.2 行星减速器传动方案的选定274.5.3 减速器传动比的分配原则284.5.4 行星减速器齿轮的配齿294.6行走装置张紧结构的设计294.6.1 液压挖掘机张紧装置的结构及工作原理304.6.2 履带式底盘对张紧装置的设计要求304.6.3 张紧弹簧的设计314.6.4 弹簧强度的校核354.6.5 张紧油缸主要尺寸的设计 364.7 行走装置功率及挖掘力的设计374.7.1 发动机功率N374.7.2 液压功率 P374.7.3 挖掘力参数Pf

14、的计算374.7.4 最大转弯力矩的计算384.8 四轮一带的设计384.8.1履带的选型设计384.8.2驱动轮的选型设计3944.8.2.1主要参数的确定3944.8.2.2强度校核404.8.3导向轮的设计404.8.4支重轮的设计414.8.5托轮的计算414.9 行走架设计42第5章 设计总结和未来展望435.1总结收获435.2未来展望44参考文献45第1章 绪论1.1 研究小型挖掘机行走装置的意义挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、农田水力、油田矿山、市政工程、机场、港口等部门土石方施工中，占有重要位置。并反映了这些部门施工机械化水平。该课题结合机械设计专业的教学内容和国内外液压挖

15、掘机的应用与发展。对履带式液压挖掘机底盘作较深入的分析研究。根据设计依据及要求，完成挖掘机行走机构总体及减速器传动设计，进一步掌握挖掘机的设计方法和步骤。通过毕业设计，使我们进一步巩固、加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化；培养我们独立思考、独立工作和综合运用已学知识分析与解决实际问题的能力，尤其注重培养我们独立获取新知识的能力；培养我们在方案设计、设计计算、工程绘图、文字表达、文献查阅、计算机应用及工具书使用等方面的基本工作实践能力；使我们树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、勇于创新、善于与他人合作的工作

16、作风。1.2 设计背景随着我国基础设施建设的深入和在建设中挖掘机的广泛应用，挖掘机市场有着广阔的发展空间，因此发展满足我国国情所需要的挖掘机是十分必要的。而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而笔者的设计知识和水平还只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，巩固所学的知识和提

17、高设计能力。1.3 国内外小型挖掘机的研究现状和发展趋势和存在问题当前，国际上挖掘机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。我国己经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，引进了国外的一些先进的生产率较高的挖掘机型号1。由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，成本不断降低，向标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而

18、保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势:（1）向大型化发展的同时向微型化发展。（2）更为普遍地采用节能技术。（3）不断提高可靠性和使用寿命。（4）工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。（5）由内燃机驱动向电力驱动发展。（6）液压系统不断改进，液压元件不断更新。（7）应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。（8）增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。（9）人机工程学在设计中的充分利用。49第2章 小型挖掘机概述2.1 小型挖掘机的组成一般由动力装置、传动装置、行走装置和工

19、作装置等组成。原理：用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。用铲斗从工作面铲装剥离物或矿产品并将其运至排卸地点卸载的自行式采掘机械。历史：第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。履带式行走装置如图 1.1 所示由四轮一带（即引导轮 2、支重轮 6、托链轮 7、驱动轮 8、 履带 3），张紧装置 4，行走机构 9，行走架 6，推土装置 1（选用）组成。 图2.1 履带式行走装置挖掘机行走运行时，驱动轮在驱动力矩的作用下产生一个拉力，企图把履

20、带从支重轮下拉出， 由于支重轮下的履带与地面间有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使整机克服阻力向前移动使驱动轮卷动履带，导向轮再把履带铺设到地面上，从而使挖掘机沿着履带轨道向前持续运行。挖掘机转向时，由安装在两条履带上、分别由液压泵供油的行走马达通过对油路的控制，很方便地实现转向或就地转弯，以适应挖掘机在各种地面、场地上运动。下面介绍主要组成部分的功能和结构特点：支重轮：挖掘机的重力通过支重轮传给履带，在挖掘和行走时还经常受到冲击，所以支重轮所承受的载荷很大，支重轮的工况恶劣，密封性要求可靠；支重轮的布置设计需考虑履带链轨的节距，以免引起下车共振现象。托链轮：用于托起上部履带，防止其过度下垂。

21、在托链轮的布置设计时，需考虑履带脱离驱动轮的离去角和滑向引导伦的引入角，以减小履带运行过程时的内阻。托链轮的结构与支重轮类似，所以在有些挖掘机上用支重轮来替代。履带：履带是将挖掘机的重力及工作和行走时的载荷传给地面。挖掘机履带按材质可以分为钢履带与 橡胶履带；钢履带耐磨性好，维修方便，经济性好因而运用普及；橡胶履带是为了保护路面不受损伤一般运用在小型液压挖掘机上。钢履带由履带板、链轨节、履带销轴和销套等组成；常用履带板分为单筋、双筋和三筋三种， 单筋履带板筋较高，易插入地面产生较大的牵引力，主要用于推土机上；双筋履带板筋稍矮易于转向，且履带板刚度较好，三筋履带板由于筋多，使履带板的强度和刚度都

22、得以提高，承重能力大， 所以在挖掘机上广泛应用，三筋履带板上有四个联接孔，中间有清泥孔，当链轨绕过驱动轮时可借助轮齿清除链轨节上的淤泥；相邻两履带板制成搭接部分，防止履带板之间夹进石块而产生过高的张力。导向轮：导向轮用于引导履带正确运转，可以防止跑偏和越轨，大部分液压挖掘机的导向轮同时起到了支重轮的作用，这样可增加履带对地面的接触面积，减小比压。导向轮的轮面大多制成光面，中间有挡肩环作导向用，两侧的环面则能支撑轨链起支重轮的作用。导向轮的中间挡肩环应有足够的高度，两侧边的斜度要小，导向轮与最靠近的支重轮距离愈小则导向性能愈好。驱动轮：用来将行走机构的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求是啮合

23、平稳，并在履带因销套磨损而伸长时，仍能很好啮合，不得有“跳齿”现象。履带行走装置的驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履带张紧段的长度，减少功率损失，又可提高履带的使用寿命。由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的8

24、3%，目前已接近100%。液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。其相应的布置如图 2.1。图 2.2 挖掘机的基本组成 2.2 小型挖掘机行走机构的组成液压挖掘机的行走装置，按结构可分为履带式和轮胎式两大类。 履带式行走装置的特点是：驱动力大（通常每条履带的驱动力可达机重的35%45%），接地比压小（40150kPa），因而越野性能及稳定性好，爬坡能力大（一般为50%

25、80%，最大的可达100%），且转弯半径小，灵活性好。履带式行走装置在液压挖掘上使用较为普遍。 但履带式行走装置制造成本高，运行速度低，运行和转向时功率消耗大，零件磨损快，因此，挖掘机长距离运行时需借助于其他运输车辆。 轮胎式行走装置与履带式的相比，优点是运行速度快、机动性好，运行时轮胎不损坏路面，因而在城市建设中很受欢迎，缺点是接地比压大，爬坡能力小，挖掘作业时需要用专门支腿支撑，以确保挖掘机的稳定性和安全性。 履带式行走装置组成与工作原理 履带式行走装置由四轮一带（即驱动轮、导向轮、支重轮、托轮、以及履带），张紧装置和缓冲弹簧，行走机构，行走架等组成。 挖掘机运行时，驱动轮在履带的紧边驱动

26、段及接地段（支撑段）产生一个拉力，企图把履带从支重轮下拉出，由于支重轮下的履带与地面间有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使驱动轮卷动履带，导向轮再把履带铺设到地面上，从而使挖掘机借支重轮沿着履带轨道向前运行。 液压传动的履带行走装置，挖掘机转向时由安装在两条履带上、分别由两台液压泵供油的行走马达（用一台油泵供油时需采用专用的控制阀来操纵）通过对油路的控制，很方便地实现转向或就地转弯，以适应挖掘机在各种地面、场地上运动。 轮胎式行走装置轮胎式液压挖掘机行走装置的结构型式很多，有采用标准汽车底盘的可轮式拖拉机底盘的，但斗容量稍大、工作性能要求较高的轮胎式液压挖掘则采用专用的轮胎式底盘行走装置。 1

27、）无支腿，全轮驱动，转台布置在两轴的中间，两轴轮距相同。其优点是省去了支腿，结构简单，便于在狭窄工地上作业，机动性好。缺点是挖掘机行走时转向桥负载大，转向操作费力或需要设置液压助力装置。因此这种结构型式的行走装置仅适用小型轮胎式液压挖掘机。 2）双支腿，全轮驱动，转台偏于固定轴（后桥）一边。其特点是：减轻了转向桥的负载，使转向操作较轻便；支腿装在固定轴一边，保证了挖掘机作业时的稳定性。这种结构型式的行走装置多用于小型轮胎式液压挖掘机。 3）四支腿，单轴驱动，转台远离中心。其特点是：驱动轮的轮距较宽，而转向轮的轮距较小，转向时绕垂直轴转动；由于车轮形成三支点布置，受力较好，无需悬挂摆动装置，行驶

28、时转向半径小，作业时四支腿支撑，稳定性好。其缺点是：在松软地面上行驶会形成三道轮辙，行驶阻力增大，而且三支点底盘的横向稳定性差。因此这种结构型式的行走装置仅适用于小型挖掘机。 4）四支腿，全轮驱动，转台接近固定轴（后桥）一边。其特点是：前轴摆动，由于重心偏后，因此转向时阻力小，易操作，并且通过采用大型轮胎和低压轮胎，因而对地面要求较低。这种结构型式的行走装置广泛应用于中型、大型挖掘机上。 与履带式液压挖掘机行走装置相比较，轮胎式行走装置的主要特点是： 1）要求地面平整、坚实，以免轮辙过深，增加挖掘机行驶阻力、转向阻力，影响挖掘机的稳定性。 2）轮胎式挖掘机的行走速度通常不超过20km/h，爬坡

29、能力为40%60%。 3）为了改善挖掘机的越野性能，宜采用全轮驱动，液压悬挂平衡摆动轴。作业时由液压支腿支撑，使前后桥卸荷并整机稳定性得以提高。综上：履带式行走系比之轮胎式有以下特点：1）履带式挖掘机的驱动轮只卷绕履带而不在地面滚动，机器全重经支重轮压在多片履带板上，全部重量都是附着重量（这相当于全轮驱动的轮式机器），加上履带支承面上同时抓地的履齿较轮式机器同时抓地的胎面花纹多得多，所以履带式机器的牵引附着性能要好得多；2） 与同马力的轮胎式机器相比，由于履带支承面大，接地比压小（一般小于 0.1MPa），所以在松软土壤上的下陷深度小，因而滚动阻力小，有利于发挥较大的牵引 力；3）履带销子，销

30、套等运动副使用中要磨损，要有张紧装置调节履带张紧度，它兼起一定的缓冲作用；4）履带式行走系重量大，运动惯性大，缓冲减振作用小。结构中最好有某些弹性元件；5）履带式行走系结构复杂，金属消耗多，磨损严重，维修量大，运行速度受限制。履带式行走装置是液压挖掘机用得最多的一种装置。所以，考虑到挖掘机一般在野外作业，工作载荷变化大，作业环境恶劣，技术保养条件差；而履带式行走装置又是液压挖掘机用得最多的一种装置。因此本设计采用了履带式行走装置。综上所述总体方案的选型设计，最终确定行走装置的动力路线为： 柴油机液压泵控制阀液压马达与减速器总成驱动轮履带。2.3 小型挖掘机类型确定按行走方式分类:1)轮胎式：液

31、压挖挖掘机它可以分为标准汽车底盆、特种汽车底盘、轮式拖拉机底盘和专用轮胎底盘式。轮胎式液压挖掘机主要用于城市建筑等部门。2)履带运行和支撑装置：这种装置可分为刚性多支点和刚性少支点、挠性多支点和挠性少支点四种。斗容量大于1m3的挖掘机多用履带行走装，履带式挖掘机主要用于露天开采和矿场开矿。3)迈步式运行装置：这种装置又可分为偏心轮式、绞式、滑块式和液力式。迈步式又称步行式)挖掘机主要用在松软土壤和沼泽地等接地比较小的工作场所的剥离作业。有些大型采砂场也使用这种迈步式挖掘机。第3章 小型挖掘机行走装置传动系统传动系是动力装置和行走机构之间的动力传动和操纵、控制机构组成的系统。它将动力装置输出的功

32、率传给驱动轮，并改变动力装置的功率输出特性以满足工程机械作业行驶要求。传动系根据动力传动形式分为机械式、液力机械式、全液压式和电传动式等四种传动系统类型。3.1 机械式所谓机械传动是指传动系统中采用刚性零部件传递动力的方式。它是通过齿轮、齿 条、带、链等机件传递动力和进行控制。工程机械中使用机械传动系统由来已久。下面介绍轮胎式与履带式行走的机械式主要传动路线，同时比较机械式传动的优缺点。 轮式：发动机主离合器变速箱传动轴主传动器、差速器轮边减速器；履带式：发动机主离合器变速箱传动器（中央传动）终传动装置；优点：结构简单，工作可靠，价廉，传动效率高， 可利用惯性作业等。 缺点：1) 当外阻力变化

33、剧烈时易熄火； 2) 换档时动力中断时间长； 3) 机械循环作业时频繁换档劳动强度大； 4) 传动系零部件受到的冲击载荷大； 5) 机械变速箱档位较多，结构复杂。3.2 液力机械式在上述机械传动系统中串联或并联加入液力变矩器（或液力偶合器）后，使发动机输出的动力通过液力变矩器（或液力偶合器）及机械传动部件传到驱动轮，这个系统称为液力机械传动系统。液力机械传动分两种情况，一种是在车辆以低速行驶时，发动机发出的功率，一部分通过液力元件-液力变矩器，另一部分通过机械变速箱，经汇流行星排汇流后输给主动轮，亦称功率分流式传动；另一种是在车辆高速行驶时利用闭锁离合器将变矩器闭锁，使功率仅从机械部件传递。液

34、力机械传动的研究对象是如何最大限度地把液力传动和机械传动的优点结合成一个有机的整体。下面介绍轮胎式与履带式行走的液力机械式主要传动路线，同时比较液力机械式传动的优缺点。轮式：发动机变矩器（动力换档）变速箱传动轴主传动器、差速器轮边减速器；履带式：发动机变矩器（动力换档）变速箱中央传动终传动装置；优点：1) 变速箱档位少，动力换档轻，简化结构； 2) 发动机功率利用好，防熄火，换档次数少，劳动强度低； 3) 传动系振动小，机械零部件寿命长； 4) 机械可实现零起步，起步平稳。缺点：（与机械传动系比较）成本相对较高，传动效率较低。适用范围：中、大型施工机械（推土机、装载机、铲运机），高级轿车，重型

35、汽车等。液力机械式传动系统与机械式传动系统相比有何优点？（1）能自动适应外阻力的变化，使机械能在一定范围内无级地变更其输出轴转矩与转速，当阻力增加时，则自动降低转速，增加转矩，从而提高机械的平均速度与生产率；（2）因液力传动的工作介质是液体，所以能吸收并消除来自内燃机及外部的冲击和振动，从而提高了机械的寿命；（3）因液力装置自身具有无级调速的特点，故变速器的档位数可以减少，并且因采用动力换档变速器，减小了驾驶员的劳动强度，简化了机械的操纵3.3 全液压式（静液压式和液压机械式）液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。该传动方式取消了主离合器、变速箱、后桥等传动部件，使工作装

36、置的操纵和整机驱动方式统一，可减轻机重、结构紧凑、总体布置简单，原地转向性能好，可实现牵引力和速度的无极调整，大大提高了牵引性能。下面介绍静液压式与液压机械式行走的全液压式主要传动路线，同时比较全液压式传动的优缺点。静液压式：发动机液压泵液压马达轮边减速器；液压机械式：发动机液压泵液压马达减速箱轮边减速器； 优点：1)无级变速，速度变化范围大，可实现微动； 2) 系统元件少，布置方便，维护和操作简单； 3) 液压系统本身可实现制动。缺点：液压元件加工精度和密封要求高，国产件的寿命 短，使用维护要求高。3.4 电力式电力传动是利用电力设备并调节电参数来传递动力和进行控制。采用发电机驱动发电机发电

37、，通过电力驱动电动机，进而驱动行走机构与工作机构。工程机械中最常见的电力传动系统是电动轮的形式，其基本原理是有发动机带动直流发电机，然后用发 电机输出的电能驱动装在车轮中的直流电动机，车轮和直流电动机（包括减速装置）装成一体称为电动轮。下面介绍电力式的主要传动路线，同时比较电力式传动的优缺点。组成：内燃机发电机电动机减速装置 驱动轮优点：1) 动力装置与车轮间无刚性联系，易总体布置和维修； 2) 无级变速，功率利用好； 3) 电动轮通用性好，易组合成多种驱动形式； 4) 可采用电制动，制动器寿命长， 5) 系统易实现自动化，操作方便。 缺点：价高，耗有色金属量大，自重大。适用于大型、重型作业机

38、械。表 3.1 几种传动方式的主要传动特性比较比较方式功能与重量比转矩与转动惯量比响应速度可控性负载刚度调速范围机械式小小低差中等小电力式小小中等中等差中等全液压式大大高好好好从上述的介绍与比较不难看出，对本课题所研究的挖掘机类型选择液压式传动方式是最合理的。而随着液压技术的不断发展和创新，液压方面的一些缺点已逐渐改善。它的一些独特的优点一直受工程机械的喜爱。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。所以，在本设计的传动方式选用液压式。第4章 小型挖掘机行走装置的详细设计4.1行走机构设计的主要参数(1)行驶速度4km/h(2)慢档和退档 1.8km/h(3)最大牵引力

39、4300N(4)标准斗容量0.02m3(5)预估机重 0.5T(6)发动机功率37kw4.2行走装置的总体几何尺寸由于本设计初始设计时，一些相关的参数还无法提前确定，所以按照标注选定法、理论分析计算法等方法得出的参数值不可能都是完全切合的。因此在未知参数的前提下，本设计有的参数采用了经验公式法进行计算。（1）履带带长K： K=KA G1/3 （4.2-1） 式中： KA为尺寸系数（1.251.5），本设计取KA=1.40；G为整机重量，本设计G =0.5T（本设计除特殊说明外，G含相同）。考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大 10%；故K可取为1222mm

40、。（2）驱动轮与导向轮轴向中心距 L：L = Ki G1/3 （4.2-2） 式中: Ki 为尺寸系数(1.0  1.2), 本设计取 Ki =1.10;考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大10%；故L可取为960mm.。（3）轨距B： B= KB G1/3 (4.2-3) 式中： KB 为尺寸系数(0.75  0.85)。本设计取 KB  =0.76；考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大 10%；故 B  可取为665

41、mm。（4）履带高度H0： H0= KT G1/3 (4.2-4) 式中:  KT   为尺寸系数(0.3  0.35)，本设计取 KT  =0.32；为了整体的整体布局，考虑将其扩大 17%左右，计算得H0=300mm。（5）履带宽度b： 根据资料，可以初步确定履带宽度为230mm。 （6）底盘总宽 C： C=B+b (4.2-5) =665+230 =895mm（7）履带接地长度 ： (4.2-6)式中：Dk  为驱动轮直径，约为K- L  。（8）后端支重轮到

42、驱动轮间距C3 ： (4.2-7) 式中： KC1为尺寸系数（2.4  2.6)，本设计取2.4； 履带节距 ： 根据经验公式 ，根据标准，选择履带节距为80mm。（9）前端支重轮到导向轮间距C1： (4.2-8) 式中： KC2为尺寸系数(2.4  3)，本设计取 2.4；(10)  两端支重轮间距lo ： lo =  L - C1 - C3 (4.2-9) （11）转台离地高h1 ： h1 = K0&#

43、160;G1/3 (4.2-10) 式中： K0为尺寸系数(0.37  0.42)，本设计取 0.4。为了整体的整体布局，考虑将其扩大 3%左右，计算得h1 =330mm。(12)  相邻两支重轮间距  t1: t1 =(1  2) lt (4.2-11) =1.9×80 =152mm现将行走机体的主要线性尺寸列于表4.1表4.1项目履带长度K轨距B轮距L履带总高H0转台离地高 h1履带板宽 b结果/mm12226659603003302304.

44、3履带运行阻力计算履带运行时，由于驱动轮与履带轨链的啮合，履带销轴间的摩擦以及支重轮，导向轮和驱动轮等滚动阻力和轴颈摩擦阻力等构成了履带运行的阻力；履带式行走装置的运行阻力有土壤变形阻力、坡度阻力、内阻力和转弯阻力及风阻力和惯性阻力。4.3.1 土壤变形的阻力(即外部行驶阻力)土壤变形阻力是土壤对履带运行的阻力，由于支重轮沿履带滚动，履带使土壤受挤压变形而引起的。对于一条履带的变形阻力为： (4.3-1)对于双履带的变形阻力为： (4.3-2)式中：p0土壤的变形模量（如下表：取500KN/m3），（kPa）b履带宽度，（cm）h受压表面下陷深度，（cm）土壤变形模量po（单位：KN/mn+2

45、）土质相对含水量（耗水量/塑性上限）>10.51.0<0.5沙土147.09490.3-粘性土980.61470.9196.12588.3649.0398.06松土1470.92451.5490.3980.6-而h可以用以下简化式计算： (4.3-3)式中： p 履带接地区段部位的接地比压（用平均比压）； 土壤抗陷系数（取5000KPa/m）。故： Fw1= p0bh2 4.3.2 履带对地面的水平挤压力图4.5表示地面在履带滚轮作用下的变形情况，若履带宽度为b，则圆周上挤压土壤的微段ds的面积为bds，则bds面上所受挤压力为： （4.3-4）式中：p/ 深度h处的比压力，（Pa

46、）dFp 变形土壤ds段圆弧面上的总挤压力，（N）挤压力的水平分为： （4.3-5）又根据图，设滚轮半径为R，则有： （4.3-6） 图4.5 履带对水平地面的挤压力 （4.3-7） 将式(4.3-6)和式(4.3-7)代入式(4.3-5)得: 在土壤变形圆弧段的包角范围内对上式积分，得到 将 代入上式，并经整理化简得到单条履带对地面的水平挤压力： （4.3-8）4.3.3 履带的运行比阻力双履带的地面总变形阻力即为运行阻力： （4.3-9）令履带运行比阻力系数： ，即 （4.3-10）将式（4.3-10）代入式（4.3-9）并整理得： （4.3-11）式中： 运行比阻力系数，根据试验确定，见

47、表4.3-1 m挖机总工作质量，（kg） L履带接地长度，（m）表4.3-1运行比阻力系数路面系数比阻力系数路面系数比阻力系数圆石砌的中级公路坚实的土地野地0.050.060.060.120.090.12湿地冰冻路面0.100.150.030.04由以上分析可得到如下结论：(1)履带运行阻力Fd与成正比，故多支点履带装置比少支点履带的地面变形阻力小；(2)运行比阻力系数与平均比压力pm成正比；(3)运行比阻力系数与p0成反比，故地面愈松软，阻力就愈大；(4)运行比阻力系数与履带支承长度L成反比，如果从减小来看，在同样的平均比压力下，应采用较长的履带，而不用宽履带。在实际计算中，通常采用Fd=

48、mg计算运行比阻力；在坡道中运行比阻力为Fd=mgcosa，其中a为坡度角度。故： 4.3.4 坡度阻力坡度阻力是机器在斜坡上因自重的分力所引起的。设坡角为a，则坡度阻力为： （4.3-12） 式中：m挖机总工作质量，（kg）4.3.5 内部阻力（1）驱动轮与履带的啮合阻力Fn1： （4.3-13）式中：Ft履带紧边张力，（N）驱动轮与履带的啮合效率，一般取=0.95（2）驱动轮和导向轮轴颈的摩擦阻力Fn2驱动轮和导向轮轴颈处的摩擦阻力是由履带的张力造成的，根据驱动轮的不同旋转方向，可分为两种情况。当驱动轮正向旋转，如图4.3-2所示，即挖掘机向前行驶时，履带下分支为紧边，上分支为松边。1点处

49、履带张力为Ft，由驱动轮的驱动力矩产生，2、3、4点处履带的张力为F0，是由初始张紧力及履带上分分支悬垂造成的。将驱动轮和导向轮轴颈上的摩擦力矩换算到驱动轮节圆上，则有： （3.5-16）式中： Ft履带紧边张力，（N）； F0履带松边张力，（N）；轴颈中的摩擦系数用铜衬套，取 =0.080.10;d 驱动轮和导向轮的轴颈直径(假定二者直径相同)，（m）；D 驱动轮节圆直径，（m）；图4.3-2 前进时履带运行张力当驱动轮反向旋转，如图3.5-3所示，即挖掘机倒退行驶时，履带下分支为松边，上分支为紧边。1点处履带张力为F0，2、3、4点处履带的张力为Ft，由驱动轮的驱动力矩

50、产生。同样将驱动和导向轮轴颈上的摩擦力矩换算到驱动轮节圆上，则有： （4.3-13）一般情况下，F0=0.030.15Ft，所以比Fn2大得多。 图4.3-3 后退是履带运行张力由此可见，当挖掘机倒退行驶时，履带中的摩擦损失将比向前行驶时大。因此，挖掘机行走时，一般应后轮驱动，向前行驶。（3）履带销轴间的摩擦阻力 ：设履带节距为t，驱动轮齿数为Z，则驱动轮每转一圈，位于节圆上的Z块履带板都要绕销轴转动，每块履带板的转角为： 在履带张力作用下每块履带板销轴转过a角所做的摩擦功为： （W） （4.3-14）式中：Ft 履带拉力，（N） 履带板销与孔的摩擦系数=0.250.4； 履带销轴直径，（m）

51、如前所述，液压挖掘机常用后轮驱动，前进和后退时，履带上下分支中的张力是不同的，所以履带销轴的摩擦阻力 Fn3的计算也分两种情况：a、 如图 3.5-2所示，挖掘机向前行驶，当驱动轮和导向轮转一周时，在 1、2、3、4 各点均有履带板绕上或绕出，每条履带的履带销轴中的总摩擦功为： （W） （4.3-15）设履带板节距离为t，则挖掘机行驶距离为z2t，因此每条履带板销轴摩擦阻力换算到驱动轮节圆上的摩擦阻力为： （4.3-16）sb、同理可得挖掘机后退行驶时履带销轴中的摩擦力为： （4.3-17）（4）支重轮的摩擦损阻力Fn4： 这项损失的计算和车辆

52、沿轨道运动一样。 （4.3-18）式中： m作用于履带上的总质量，（kg） D0 支重轮外径，（m） d0 支重轮销轴外径，（m）f  滚动摩擦系数；f  =0.030.05销轴和支重轮轴套之间的摩擦系数；  =0.1。综上所诉：等效到驱动轮节圆上的每条履带总内阻力分别为:当挖掘机前进时： Fn=Fn1+Fn2+Fn3+Fn4 （4.3-19）当挖掘机后退时： （4.3-20）上面这些计算公式只有当知道履带全部尺寸，即结构设计完成后才能使用，初算时，可取履带本身阻力等于整机单边垂直自重载荷mg的6%，即=0.06×0.5×9.810.29KN （4.3-21）考虑到这些损失，在计算内阻力时也可取履带行走装置效率等于 0.8。4.3.6 转弯阻力履带行走装置转弯时所受到的阻力较为复杂，其中包括履带板与地面的摩擦阻力，履带板侧