平地机工作装置的设计平地机工程机械毕业论文

1、 PAGE23 / NUMPAGES23目 录HYPERLINK l _Toc263339641第1章绪论3HYPERLINK l _Toc2633396421.1 平地机的简介与应用3HYPERLINK l _Toc2633396431.2 平地机的历史与发展3HYPERLINK l _Toc2633396431.3平地机的分类3HYPERLINK l _Toc263339647第2章 平地机工作装置的设计5HYPERLINK l _Toc2633396542.1平地机铲刀设计6HYPERLINK l _Toc2633396552.1 .1铲刀阻力计算6HYPERLINK l _Toc263

2、3396562.1 .2铲刀尺寸的确定9HYPERLINK l _Toc2633396572.1 .3刀片的标准化设计11HYPERLINK l _Toc2633396602.2回转圈的设计13HYPERLINK l _Toc2633396612.3回转圈驱动装置的设计14HYPERLINK l _Toc2633396622.3.1回转圈液压马达的选择15HYPERLINK l _Toc2633396632.3.2回转圈减速器的选择15HYPERLINK l _Toc2633396642.3.3回转圈传动齿轮的粗略设计15HYPERLINK l _Toc2633396652.4回转圈支承装置的

3、设计16HYPERLINK l _Toc263339647第3章 工作装置液压系统设计17HYPERLINK l _Toc2633396543.1液压系统设计的要求17HYPERLINK l _Toc2633396543.2液压系统图的设计和分析17HYPERLINK l _Toc2633396543.3确定液压系统的主要参数18HYPERLINK l _Toc2633396633.3.1系统压力的确定18HYPERLINK l _Toc2633396632.3.2系统最大流量的确定19HYPERLINK l _Toc2633396543.4液压元件的选择和设计21HYPERLINK l _T

4、oc2633396633.4.1液压泵的选择21HYPERLINK l _Toc2633396633.3.1液压阀的选择22HYPERLINK l _Toc263339647结论23HYPERLINK l _Toc263339647参考文献24第一章 绪论11 平地机简介与应用平地机是土方工程中用于整形和平整作业的主要机械，广泛用于公路、机场等大面积的地面平整作业。平地机之所以有广泛的辅助作业能力，是由于它的刮土板能在空间完成6度运动。它们可以单独进行，也可以组合进行。平地机在路基施工中，能为路基提供足够的强度和稳定性。它在路基施工中的主要方法有平地作业、刷坡作业、填筑路堤。 平地机是一种高速

5、、高效、高精度和多用途的土方 HYPERLINK :/baike.baidu /view/259120.htm t _blank 工程机械。它可以完成公路重要容场、农田等大面积的地面平整和挖沟、刮坡、推土、排雪、疏松、压实、布料、拌和、助装和开荒等工作。是 HYPERLINK :/baike.baidu /view/701409.htm t _blank 国防工程、矿山建设、道路修筑、水利建设和农田改良等施工中的重要设备。公路路基，是路面的基础，是公路工程的重要组成部分。路基承受由路面传来的交通荷载，是路面的支承结构物，它必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。根据地形的不同，公路路基一般采用路堤

6、和路堑两种形式。12 平地机历史与发展原始的平地机可以追述到19世纪末的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2398.htm t _blank 美国。自20世纪20年代起，在近80年的发展历程中，平地机经历了低速到高速、小型到大型、机械操纵到液压操纵、机械换挡到动力换挡、机械转向到液压助力转向再到全液压转向以与整体机架到铲接机架的发展过程。整机可靠性、耐久性、安全性和舒适性都有了很大的提高。今天随着高新技术的发展，机械制造和液压技术的发展与应用。已与它们组合式地在工程机械产品上的应用，以现代微电子技术为代表的高科技正越来越普遍地用来改造工程机械产品的 HYPERLIN

7、K :/baike.baidu /view/407924.htm t _blank 传统结构。成熟技术的移植应用已大大促进了平地机综合技术水平的进一步提高。平地机已经发展成自行平地的水平。自动化已经成为平地机的发展趋势。因此平地机也得已广泛的使用。 尤其要特别指出的是， HYPERLINK :/baike.baidu /view/122881.htm t _blank 卡特彼勒公司推出的M系列平地机，革命性地将机器的操控系统集成在一个类似于飞机操控杆的操作手柄上，让操作机手可以更智能的完成施工任务。13平地机的分类按行走方式可分为自行式和拖式两类。自行式平地机因其机动灵活、生产率高而广泛采用；

8、早期生产和使用的拖式平地机，由于机动性差、操纵费力，已被淘汰。按工作装置和行走装置的操纵方式分为机械操纵和液压操纵两种。目前自行式平地机的工作装置基本上都采用液压操纵。按铲土刮刀的长度和发动机的功率大小可分为轻型、中型和大型三种。按行走车轮数可分为四轮和六轮两种。四轮平地机是前、后桥各两轮，用于轻型平地机；六轮平地机是前桥两轮、后桥四轮，用于大中型平地机。 按车架的形式可分为整体式车架和铰接式车架两种。整体式车架是前后车架为整体，这种车架刚性好，也称刚性机架，如中外发展公司的PYl60B型平地机。铰接式车架是将两者铰接，用液压缸控制其转动角，使平地机获得更小转弯半径和更好的作业适应性。海外平地

9、机厂家大多采用此种结构，如美国卡特公司G系列，德国O&KFAUN公司的F系列，中外建发展公司的PYl60C型、PYl80型和PY200型，常林PY190A型，四海DRESSERS00系列等。按车轮的转向方式可分为前轮转向、后轮转向和全轮转向。按车轮驱动情况又可分为后轮驱动和全轮驱动。平地机的车轮布置形式的表示方法是：车轮总轮数X驱动轮数X转向轮数，一般有：4X2X2、4X4X4、6X6X6、6X6X2、6X4X6、6X4X2等6种。国外大多数平地机多采用6X4X2(铰接机架)。国产的PYl60B型平地机的车轮布置为6X4X6；PYl60C型、PYl80型平地机的车轮布置为6X4X2。第二章 平

10、地机工作装置的设计平地机的主要工作装置是刮土工作装置。刮土工作装置的结构如图1.1所示：牵引架的前端是个球形铰，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。回转圈支承在牵引架上，可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。刮刀的背面有上下两条滑轨支撑在两侧角位器的滑槽上，可以在刮刀侧移油缸的推动下侧向滑动。角位器与回转圈耳板下端铰接，上端用螺母固定住。当松开螺母时，角位器可以摆动，从而带动刮刀改变切削角(也称铲土角)。1.角位器；2.角位器紧固螺母；3.切削角调节油缸；4.回转驱动装置；5.牵引架；6.右升降油缸；7.左升降油缸；8.牵引架引出油缸；9.刮刀；10.油缸

11、头铰接支座；11.刮刀侧移油缸；12.回转圈 图1.1 刮土工作装置作业装置操纵系统可以控制刮刀作如下六种型式的动作：刮刀左侧提升与下降；刮刀右侧提升与下降；刮刀回转；刮刀侧移(相对于回转圈左移和右移)；刮刀随回转圈一起侧移，即牵引架引出；刮刀切削角的改变。其中、一般通过油缸控制，采用液压马达或油缸控制，而一般为人工调节或通过油缸调节，调好后再用螺母锁定。不同的平地机，刮刀的运动也不尽一样，例如有些小型平地机为了简化结构没有角位器机构，切削角是固定不变的。21平地机铲刀设计如图1.9所示，铲刀是有铲刀体，刀片和侧刀片组成。1.铲刀体；2.刀片；3.侧刀片图1.9 铲刀结构图铲刀体1是一个焊接件

12、，刀片和侧刀片用螺钉固定在铲刀体上，磨损后可随时更换，刀片和侧刀片均用耐磨耐冲击的钢材制成，刀片需经过热处理。21.1铲刀阻力计算在平地机的所有作业工况中，要以构筑路堤的铲掘作业阻力为最大。耙松硬土时的作业阻力也很大，但它不是与铲掘作业同时进行。其它作业工况如平整地面、刮削边坡等，由于切削层很薄、土质松软，因此与上述作业阻力相比较小。平地机作业时，铲刀上的作业阻力计算方法与推土机大体一样，可用图1.10所示简图加以分析。图1.10铲刀工作阻力分析1铲刀切削阻力目前确定切削比阻力大多采用的经验公式，根据铲土运输机械设计公式（1.13）可知： (MPa) （3.1）式中作用在刀刃上的切削阻力（N）

13、；切削刃宽度(m)；切削层厚度(m)。可得铲刀切削力为： = (3.2)结合平地机铲刀之尺寸参数，则切削阻力为：= （3.3）式中切削比阻力（MPa）；铲刀刃切削土部分的长度(m)；平均切削厚度（m）。根据铲土运输机械设计表1.1得：表3.1各种土的切削比Kb土 级 别土 的 名 称Kb(MPa)砂，砂质土，中等温度松散粘土，种植土1030粘质土，中细砂砾，松散软粘土3060密实粘土，中等粘土，松散粘土，软泥炭60130具有碎面或卵石的粘土质，重湿粘土，中等结实煤炭，有少量杂质的石砾堆积物130250中等积炭，重干粘土，面硬的黄土，软石膏2503201.1铲刀与土接触的水平摩擦阻力根据铲土运输

14、机械设计公式（8.2）得： (N) (3.4)土与钢的摩擦系数（见表3.2）；铲刀作业所受垂直阻力(N)。根据铲土运输机械设计表1.5得：表3.2土与钢、土与砂的摩擦系数、土 的 名 称砂 对 砂中 等 粘 土重 粘 土0.81.01.20.350.500.801.2铲刀与土接触的水平摩擦阻力根据铲土运输机械设计公式（8.3）得：(N) （3.5）式中 （3.6）其中H铲刀高度尺寸（m）。1.3铲刀前面土堆沿铲刀表面纵向移动所造成的阻力根据铲土运输机械设计公式（8.4）得：(N) （3.7）式中土的摩擦系数（见表3.2）平地机作业水平总阻力为： （3.8）21.2铲刀尺寸的确定1铲刀长度的验算

15、平地机的作业目的与推土机不同；推土机以铲掘和推运土方为主，而平地机则以刮削不厚的土层，并把它连续地侧移到平地机行驶路线旁。铲刀的长度L是根据平地机的额定有效牵引力来确定的，任务书中要求铲刀的长度为3965mm,故有必要对铲刀的长度进行验算。根据章节2.2.3容可知，在选取平地机功率为149KW后，平地机的约为84554.9N，即约为84.6KN。令=，则。根据表3.1，选取=90，又由任务书已知铲刀切土深度为500mm,取=500=333.3(mm)。则=2.82（m）。根据铲土运输机械设计图8.10和图8.11得图3.11和图3.12。图3.11 根据F和确定图3.12 铲刀作业系数由图3.

16、11可知，根据铲土截面积F和铲刀的倾角可直接查得之值。计算铲土截面积=2.820.333=0.470（）取=9，据图3.11可知，0.61。根据铲土运输机械设计公式（8.12）可知，铲刀全长： （3.9）参照铲土运输机械设计取=60，则L3961(mm)。则计算结果与任务书中要求接近，则满足要求。2铲刀高度的计算根据铲土运输机械设计公式（8.13）可知， （3.10）由作图法粗略估算=0.25（），其中为土垄斜边夹角，参照铲土运输机械设计，取为38，=625(mm)参照三一系列平地机，取H为610mm。3铲刀曲率半径的计算根据铲土运输机械设计公式（8.14），得曲率半径 （3.11）参照徐工P

17、Y180平地机，取为45，则=431（mm）图3.13 铲刀曲率半径21.3刀片的标准化设计根据平地机行业的标准要求，刀片采用GB699.65优质碳素结构钢钢号和一般技术要求规定的66Mn材料制造，也可选用耐磨性和强度等机械性能与65Mn相近或更好的材料。1刀片横剖面选择根据国家标准T 2648.1.1995，平地机刀片横剖面应符合图3.14所示标准。图3.14 平地机平地机刀片横剖面标准参照徐工PY180平地机，选取刀片宽度W=，厚度T=，弯曲半径R=，E=30，F=3。2刀片安装用螺栓孔位置的确定根据国家标准T 2648.1.1995，平地机刀片刀片安装用螺栓孔位置的确定应符合图3.15所

18、示标准。图3.15 刀片安装用螺栓孔位置标准根据公式L=(n-3)P+2(A+Q)可确定螺栓的个数,公式中P、A、Q的值由图3.15来查得。试选P=152.4，Q=A=76.2，则3965=(n-3)P+2(A+Q),得n=27.0227, 螺栓数太多，且为奇数，不可取。试选P=304.8，Q=A=76.2，则3965=(n-3)P+2(A+Q),得n=15.0115，螺栓数太少，且为奇数，不可取。试选P=250，Q=A=62.5，则3965=(n-3)P+2(A+Q),得n=17.8618，螺栓数合适，且为偶数，可取，故取n=18。3刀片安装用螺栓孔形状和尺寸的确定根据国家标准T 2648.

19、1.1995，平地机刀片刀片安装用螺栓孔形状和尺寸的确定应符合图3.16所示标准。因章节3.2.3.1中选取刀片厚度T为，则根据图3.16，选取D=30，B=，A=22,R=2.5，d=16。图3.16 安装螺栓孔形状和尺寸标准22 回转圈的设计回转圈(图3.19)，由齿围1、耳板2、拉杆3、4、5等焊接而成。回转圈的主要作用就是带动刮刀做360旋转。刮刀作业时的负荷都传到耳板上，因此耳板必须牢固。回转圈属于不经常传动件，所以齿圈制造精度要求不高。配合面的配合精度也不高，并且暴露在外。回转圈在牵引架的滑道上回转，滑道是个易磨损部位，要求滑道与回转圈之间有滑动配合间隙且应便于调节。参照三一PQ1

20、90型平地机，选取回转圈直径为1455mm。具体设计尺寸见设计图纸。1.齿圈；2.耳板；3、4拉杆图3.19 回转圈23回转圈驱动装置的设计由回转圈带动刮刀回转基本上都是全回转式，即360回转，属于连续驱动型式。驱动方式主要是液压马达带动蜗轮蜗杆减速器驱动回转小齿轮；另一种是 双油缸交替随动控制驱动小齿轮，回转小齿轮上带有偏心轴，偏心轴与两个回转油缸的活塞杆连接；回转油缸的缸体分别铰接在牵引架底板上。这样、就组成一个类似曲柄连杆机构的v型结构，在两个油缸活塞杆伸、缩和缸体绕铰点摆动的互相配合作用下，通过偏心轴带动小齿轮回转。双油缸驱动式传动过程中油缸的作用力和作用管是交替变化的，因此驱动力矩变

21、化幅度较大。目前多数平地机采用液压马达带动蜗轮蜗杆减速器驱动型，这种传动结构尺寸小，驱动力矩恒定、平稳。蜗轮蜗杆减速器的输出轴朝下，很容易漏油，因此对密封要求高。本设计中采用液压马达带动蜗轮蜗杆减速器驱动回转小齿轮的方式。2.3.1回转圈液压马达的选择由于回转圈属于不经常传动件，且转速很低，考虑制造成本，与安装空间，宜选择价格便宜且外型尺寸较小的齿轮马达。参照机械设计手册第四版第四卷，选择CM.C10C18.FL型液压齿轮马达，额定转速为1800r/min。2.3.2回转圈减速器的选择根据平地机回转圈转动速度慢的特性，宜选用蜗轮蜗杆减速器，参照机械设计手册第四版第四卷，选择符合/T 7935.

22、1999标准的CW型圆弧圆柱蜗杆减速器，型号为CW63.50.，公称传动比为50，中心距为63mm。2.3.3回转圈传动齿轮的粗略设计回转圈属于不经常传动件，所以齿圈制造精度要求不高，配合面的配合精度也不高，并且暴露在外，则传动齿轮进行粗略设计即可。在章节3.4中，已选取回转圈直径为1455mm，则取回转圈分度圆直径为=1250mm，涡轮输出端的圆柱齿轮分度圆直径为=125mm,液压马达输出端的圆柱齿轮分度圆直径为=60mm，涡杆输入端的圆柱齿轮分度圆直径为=240mm。则=4；减速器=50;=10;则回转圈转速=0.9(r/min) ,即约为56/s。选=45，则=3；则=450。选择齿宽系

23、数=1，则=125mm，则=120mm。选择=20，=3；则=80。选择齿宽系数=1，则=36mm，取为40mm,则=35mm。24回转圈支承装置的设计图3.20所示的回转支承装置为大部分平地机所采用的结构形式。这种结构的滑动性能和耐磨性能都较好，不需要更换支承垫块。回转圈8的上滑面与青铜合金衬片6接触，衬片6上有两个凸圆块卡在牵引架底板上；青铜合金衬片7有两个凸方块卡在支承块5上，通过调整垫片3调节上下配合间隙。回转圈在轨道的上下间隙一般为1.3mm。用调整螺栓1调节径向间隙(一般值为153mm)，用三个紧固螺栓4固定，支承整个回转圈和副刀装置的重量和作业负荷。这种结构简单易调，成本也低，因

24、此得到普遍采用。1.调节螺栓；2.牵引架；3.垫片；4.紧固螺栓；5.支承垫板；6.衬片；7.衬片；8.回转齿圈图3.20 回转支承装置第3章工作装置液压系统设计3.1 液压系统设计的要求自行式平地机依靠液压系统实现工作装置的各种动作，因此液压系统的性能直接影响到平地机的技术经济指标。对平地机的液压系统有如下下要求：(1)液压系统的设计要结合总体性能要求，综合考虑各种因素的影响。例如铲刀油缸的参数、个数、布置，由铲刀升降载荷与铲刀升降速度确定，而且还需要考虑铲刀结构、推土速度、司机劳动强度等因素。(2)工作可靠，回路简单。例如平地机载荷变化急骤，但要求液压系统能平稳可靠地工作，无冲击。当过载时

25、，不发生故障与损坏机件。(3)注意标准化、通用化、系列化。尽量采用标准液压元件，不仅可缩短生产周期、降低成本，而且工作可靠，配件方便。(4)液压系统效率高。系统效率低不仅对能量是个浪费，对整个液压系统危害也极大，所以系统匹配要合理(参数确定、基个回路的组合、元件与附件的选择以与管路布置等)。(5)操作简便，维修容易。3.2 液压系统图的设计和分析工作装置液压系统由高压双联齿轮泵3、油路转换阀组7、双向液压锁4、油箱2、刮刀侧移油缸5、刮刀回转液压马达6等液压元件组成，三位四通电磁换向阀8。在工作装置液压系统中，通过控制电磁换向阀的控制来实现刮刀的侧移和旋转。双联泵分别向两个独立的工作装置液压回

26、路供油，两液压回路的流量一样。当泵I和泵两个液压回路的多路操纵阀组都处于“中位”位置时，则两回路的油流将通过溢流阀7，并经滤清器直接卸荷回油箱2。此时，电磁换向阀的常通油口均通油箱，所对应的工作装置液压油缸和液压马达都处于液压闭锁状态。1-滤油器；2-油箱；3-双联泵、；4-双向液压锁；5-铲刀侧移油缸；6-刮刀回转液压马达；7-油路转换阀组；8-三位四通电磁换向阀。图3 液压系统图当系统超载时，双回路均可通过设在油路转换阀组7的安全阀开启卸荷，保证系统安全(系统安全压力为18MPa)。3.3 确定液压系统的主要参数压力和流量是液压系统最主要的参数。根据这两个参数来汁算和选择液压元件、辅件和原

27、动机的规格型号。系统压力选定后，液压缸尺寸即可确定，液压缸尺寸一经确定，即可根据液压缸的参数和工况条件确定其流量。3.3.1 系统压力的确定系统压力选定的是否合理，直接关系到整个系统设计的合理性。在设计一个新的液压系统时，最佳的工作压力应是在特定的条件下各项设计因素的较好结合。对于平地机液压系统来说，系统压力一般为1318MPa，属于中压。但大型平地机也有向高压发展的趋势。要满足平地机的作业要求，在整机匹配上，工作装置油泵消耗的功率，一般占总功率的30%-40%，所以大型平地机的系统压力采用高压级围20MPa。为了保证液压系统能正常稳定的运行，我们这里也采用最高压力20MPa进行计算。3.3.

28、2系统最大流量的确定3.3.2.1油缸流量的计算油缸的有效面积和活塞杆直径，可根据油缸负载的平衡关系式得出。计算简图见图3.1，油缸无杆腔(大腔)为工作腔时： （3.1）油缸有杆腔(小腔)为工作腔时： （3.2）式中P1油缸工作腔压力，MPa； P2油缸回油腔压力，MPa；A1油缸大腔有效面积，m2A2油缸小腔有效面积，m2 D油缸活塞直径，m； d油缸活塞杆直径，m； F油缸的最大外负载，N；油缸的机械效率，一般取0.90.97。当按以上公式决定油缸尺寸时，需先确定dD比值,可按下述原则考虑。当活塞杆受拉时，一般取dD0.30.5，压力高的取小值，压力低的取大值。图3.1 油缸计算简图当活塞

29、杆受压时，为保证活塞杆工作的稳定性，dD比值应较大，一般取dD0.50.7。可根据油缸往返速比的要求来选取(见表3.1)，其中、分别为油缸正反行程速度。表 3.1 d/D的取值i1.11.21.331.461.612d/D0.30.40.50.50.550.620.7最后油缸直径D和活塞杆直径d应圆整为国家标准值。还需指出的是，由初选的系统压力出发，按油缸最大负载，算出其结构尺寸，再按尺寸的标准系列取标准值后，再复算油缸的工作压力，即为实际的系统压力。 取d/D为0.6代入数据得出油缸直径D为110mm，d为66mm。油缸的最大流量 （3.3）式中 A油缸的有效面积（A1或A2），m2；Vma

30、x油缸的最大速度，ms。如果系统中同时有多个油缸进行动作，又是采用并联回路，应以同时工作各油缸流量之和，作为选择阀、油泵型号和规格的依据。回路为串联时其油缸流量最大者为系统流量。一般说来，平地机铲刀起升速度约为0.090.18； 铲刀降落速度约为0.0650.085； 牵引架引出速度约为0.010.035。则当平地机两个升降油缸，铲刀侧移油缸，牵引架引出油缸同时以最大速度运动时，流量约为=0.0048=288L/min。3.3.2.2液压马达流量的计算参照机械设计手册第四版第四卷，选择CM.C10C18.FL型液压齿轮马达，额定转速为1800r/min，排量为10.9ml/r。则液压马达的流量

31、为(0.01091800)/60=0.327（L/s）。则系统最大流量约为300L/min。3.4 液压元件的选择和设计液压元件的选择至关重要，选择合适的液压元件，才能保证系统正常的工作。液压元件的选择需有一定的原则，且必须满足系统的工作要求。3.4.2液压泵的选择1) 确定液压泵的最大工作压力NNP式中：P液压缸或液压马达最大工作压力；从液压泵出口到液压缸马达入口之间的管路损失的正确计算要待原件选定并绘制出管路图时才能进行，初算时可按照经验数据选取；管路简单流速不大时，取=（0.20.5）Mpa；管路复杂时，进口有调速阀时，取=（0.51.5）Mpa。2)确定液压泵的流量QP多液压缸液压马达

32、同时工作时，液压泵的输出流量为：QPK(QM max)m3/s式中：K系统泄露系数，1.11.3；QM max同时作用的液压缸或液压马达的最大流量，根据章节3.3.2.1计算可知，系统最大流量约为 5L/s。3)确定液压泵的驱动功率在工作中，液压泵的工作压力和流量比较恒定，所以有： KW (4.4)式中：液压泵的最大工作压力，20.0Mpa；液压泵的流量，为0.005m3/s；液压泵的总效率，取为0. 7。可得计算结果是：P=142.9(KW)。参照机械设计手册第四版第四卷，可选择PV2R.94.116.F.R.A.A.A型双联叶片泵。然而，铲土工作装置液压系统只是整个平地机液压系统中的一部分，因此本设计中所选择的液压泵没有太大的实际意义。3.4.3液压阀的选择3.4.3.1多路操纵阀的选择本设计中换向阀采用两个多路操纵阀，多路操纵阀是手动控制换向阀的组合，一般由35个三位六通手动换向阀、溢流阀、单向阀组成。根据不同用途，阀在中