液压挖掘机行走机构设计.docx

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液压挖掘机行走机构设计

昆明理工大学成人高等教育

毕业设计（论文）

题目:

液压挖掘机行走机构设计

姓名：

付文香

专业：

机电设备维修与管理

年级:

2010级

指导教师：

杜宝林

函授站:

昆明工业职业技术学院

前言·····················································2-

摘要·····················································2-

1.1液压挖掘机在现代化建设中的作用·······················3—

1。

2液压挖掘机的基本类型·································4—

1。

3本设计的目的和意义···································5—

2。

1履带式液压挖掘机的组成·······························5-

2.2设计依据·············································6—

2.3总体设计原则·········································7—

2.4传动方式的比较与选择·································7

3.1总体几何尺寸的设计···································10

3。

2驱动轮主要参数的确定及强度校核·······················13

3。

3功率计及挖掘力参数计算与确定·························14

3。

4行走装置的牵引力计算·································16

3。

5液压马达主要参数计算确定·····························18

4。

1张紧弹簧的设计·······································21

5.1四轮一带选型·········································22

5.2悬架选型与制动器选型·································26

致谢·····················································29

参考文献··················································29

液压挖掘机行走机构设计

【摘要】随着人类社会的不断进步，科学技术的高速发展，工程机械在各行各业中得到了很好的运用.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。

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。

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、接地比压以及挖掘机的稳定性等。

【关键词】履带式,液压挖掘机,行走机构，张紧装置。

前言

改革开放以来，我国的科学技术、信息技术迅猛发展，各行各业都发生了翻天覆地的变化,工程机械行业同样得到了相应的快速发展.各行各业都在奋力拼搏、大胆创新,使得工程机械品种不断增加、产量不断提高、性能不断完善,发展势头强劲。

液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的土方机械。

它的发展与应用反映了一个国家施工机械化的水平。

液压挖掘机由发动机、液压系统、回转机构、工作装置、底盘五部分组成。

发动机的作用是提供动力；液压系统功能是把发动机机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能传送给油缸、马达等,再传动各个执行机构，实现各种运动；回转机构是实现转台的回转；工作装置的作用是进行作业；底盘的作用是承重、传力并保证满足对车速、牵引力和行驶方向的要求。

底盘是组成整体的主要部分，行走机构的性能优劣直接影响整机的使用性能、经济性能，因此着力研究液压挖掘机的底盘具有十分重要的意义.

第一章绪论

1.1.液压挖掘机在现代化建设中的作用

液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。

它的工作过程是以铲斗的切割刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。

因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械.

液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备.

在建筑工程中，可用来挖掘基坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。

更换工作装置后,可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。

在水利中,可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等.在铁路、公路建设中,用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟。

在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中,用来挖掘电缆沟和管道沟等。

在露天采矿场上，可用来剥离表土、采掘矿石或煤,也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。

在军事工程中，可用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。

所以,液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种,对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平,加快施工进度,促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。

据建筑施工部门统计，一台容量为1。

0m3的液压挖掘机挖掘Ⅰ—Ⅳ级土壤时。

每班生产率大约相当于300—400和工人一天的工作量.因此,大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。

1.2.液压挖掘机的基本类型

液压挖掘机的种类繁多，可以从不同角度对其来写进行划分。

（1）根据液压挖掘机主要机构传动来写划分

根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。

如图1.1和图1.2所示为某小型和中型液压挖掘机。

若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动,则称为全液压挖掘机。

若液压挖掘机中的某一个机构采用机械传动则称其为非液压挖掘机。

一般来说，这种区别主要表现在行走机构上，对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动,只有行走机构有的为液压传动，有的为机械传动。

图1。

1小型全液压挖掘机图1。

2中型全液压挖掘机

（2）根据行走机构的类型划分

根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式。

履带式液压挖掘机应用最广，在任何路面行走均有良好的通过性,对土壤有足够的附着力,接地比压小,作业时不需设支腿，适用范围较大.在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可以通过加宽和履带来降低接地比压。

为防止对路面的碾压破坏。

有些液压挖掘机还采用了橡胶履带。

通常，履带行走的液压挖掘机多为全液压传动。

轮胎式液压挖掘机具有行走速度快，机动性好,可在多种路面上行走的特点。

近年来，轮胎式挖掘机的生产量日益增长.

1.3.本设计的目的和意义

液压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作风.

第二章总体方案设计

1.

2.

2.1.履带式液压挖掘机的组成

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，如图2.1。

图2。

1单斗反铲液压挖掘机

1-柴油机;2-机罩；3—油泵;4-多路阀；5-邮箱；6—回转减速器；7-回转马达；8-回转接头；9—驾驶室；10-动臂;11—动臂油缸;12-操纵台;13—边齿；14—斗齿；15-铲斗;16-斗杆油缸；17-斗杆;18—铲斗油缸;19-平衡重；20-转台；21-行走减速器；22—行走马达;23-拖链轮;24-履带；Ⅰ-工作室；Ⅱ-上部转台；Ⅲ—行走机构

2.2.设计依据

2.2.1.履带式行走装置的主要特点

（1）牵引力大（通常每条履带的牵引力达机重的35-40％），接地比小（一般为4—15N/cm2）,转弯半径小，机动灵活;

（2）采用液压传动,能实现无极调速；

（3）每条履带各自有驱动的液压马达及减速装置。

2.2.2.设计参数

（1）机重18t

（2）标准斗容量0。

7m3

（3）最大行走速度3-5Km/h

（4）发动机功率80-100Kw

（5）爬坡能力不低于40％

2.3.总体设计原则

进行液压挖掘机的底盘总体设计时应该遵循以下原则：

（1）满足使用要求、满足经济性的要求、满足劳动保护的要求、满足工艺性要求、满足机器的结构性能要求、某些零件、部件满足耐磨性要求；

（2）在不增高行走装置总高度的前提下应使行走装置具有较大的离地间隙,使挖掘机在不平地面上行走具有良好的通过性能，力求增强机器对各种运行条件和作业要求的适应性；

（3）要降低挖掘机的接地比压或具有较大的支承面积,以提高挖掘机的稳定性。

挖掘机在斜坡下行时不发生超速溜坡现象,挖掘时不发生下滑，提高工作时的安全可靠性；

（4）挖掘机的行走装置外型尺寸应符合道路运输要求，外形美观;

（5）各个部件或总成的性能应相互协调、匹配，力求整体性能的一致和最优化，不可盲目追求某个局部的最佳性能，否则，可能造成整体性能恶化,或产生薄弱坏节;

（6）正确地处理继承与创新的辩证关系，采用成熟技术,通过深入的理论分析,进行必要的科学实验,勇于创新。

2.4.传动方式的比较与选择

动力装置至驱动轮之间所有传动部件的总称为传动系统。

传动系统的功用是把动力装置输出的功率传递给驱动轮，并改变动力装置的输出特性，以满足对自行式工程机械车速和牵引力的要求。

目前,工程机械的传动系统有以下三种类型：

机械传动、液力机械传动、液压传动.每种传动方式各有其特点、用途和适用的范围。

2.4.1.机械传动

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。

机械传动具有结构简单、制造容易、工作可靠、重量轻、操作简单、维护方便、价格低廉、传动效率高、可以利用传动系统运动零件的惯性进行作业等优点,同时，湿式离合器的普遍采用及发动机特性的改善（提高适应性系数）在某种程度上改进了机械传动的某些缺点，因此，采用机械传动的工程机械仍然占有相当的比例。

但近年来在一些作业或行驶时阻力变化很大的机械中，日益广泛地采用了液力机械传动或者其他传动方式。

2.4.2.液力机械传动

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。

它具有的主要优点是:

（1）使工程机械具有自动适应载荷变化的特性；

（2）简化了机械的操纵；

（3）提高了机械的使用寿命；

（4）提高了机械的起步性能和通过性能；

（5）提高了机械的舒适性；

（6）简化了维修工作.

这种传动方式能使机器随作业阻力的变化，自动调整牵引力和速度，显著改善牵引性能，提高了发动机功率，改善发动机的工况，提高作业效率，并能防止发动机过载,操纵也较为方便，所以在工程机械中应用较为广泛.同时液力机械传动也存在一些的缺点：

传动效率低，一般变矩器的最高效率只能达到0。

82-0。

92，在行驶阻力变化小而连续作业时，由于效率低而增加了燃油消耗量。

液力机械传动系统需要设置供油系统,其液力元件加工精度要求高、价格贵，工作油容易泄漏，这使其结构复杂化，同时增加了运行成本。

但因为液力机械传动的优点突出，所以目前在工程机械中有着广泛的应用。

轮式机械广泛采用了液力机械传动。

但在近年新型挖掘机中应用较少。

2.4.3.液压传动

采用发动机驱动随机的油泵站，再由液压马达驱动行走机构。

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。

与其它传动方式相比,液压传动具有其独特的优越性。

液压传动的主要优点：

（1）体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10%-20%。

因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击;

（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：

2000（一般为1:

100）；

（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下,可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；

（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；

（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑,磨损小，使用长;

（6）操纵控制简便，自动化程度高；

（7）容易实现过载保护；

（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计制造和使用。

经过以上分析比较，随着液压技术的不断发展完善,液压传动的应用日益广泛.鉴于本机械产品的实际要求，在充分考虑其实现可行性和经济性的基础上本产品设计中采用液压传动系统。

2.5.行走方式的比较与选择

挖掘机根据不同的行走系可分为轮胎式、履带式等。

相对履带式而言，轮胎式行走装置在挖掘机中用得不多，但已成为工程机械的发展趋势之一。

主要优点是：

具有运行速度高，运行性能好，机动性能好，利于减轻机器重量,工作点转移方便、迅速、作业辅助工作时间段、生产效率高及本身效率高等优点。

但轮胎式挖掘机对路面要求高，由于履带式挖掘机的附着力大，能达到轮胎式的1。

5倍，通过性好，接地比压小，适宜在松软地段和湿地作业，抗磨损性能好，可在碎石地段、地形起伏较大的恶劣条件下作业,爬地能力强，宜在山区作业。

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。

导向轮既是张紧装置的一个组成部分,也是引导履带正确卷绕。

但不能偏转，不能引导机器转向。

（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。

履带行走装置的主要优点：

具有较大的牵引力和较低的接地比压（40—150KPa）；稳定性好;具有良好的越野性和爬坡能力（坡度达50％—100%）；转弯半径小、机动灵活。

但履带式行走装置的运行速度较低,一般在0.5—6km/h的范围内。

现代中小型液压挖掘机多采用双速行走马达,行走速度可在0-3.5Km/h和0—5。

5Km/h之间切换。

目前，液压挖掘机的履带行走装置，除特殊用途外，均由专用底盘向通用底盘发展，不同厂家的底盘结构形式有趋同化的趋势。

综上比较，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。

经过上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—制动器—减速器—驱动轮-履带

第三章主要参数确定

1

2

3

3.1总体几何尺寸的设计

在本次设计中按照标注选定法、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。

通常在设计开始时一些参数还不能利用以上方法完全确定,因此在本设计中有的参数采用了经验公式法进行计算。

（1）履带带长L1

L1=KAG1/3（3.1）

=1.38*（18*109）1/3

=3620mm

式中：

KA为尺寸系数（1。

25~1.5），本设计取KA=1.38;

G为整机重量，本设计G=18t（本设计除特殊说明外，G含义相同）.

考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大10%；故L1取为4084mm.

（2）驱动轮与导向轮轴向中心距l1

l1=KiG1/3（3。

2）

=1.1*（18*109）1/3

=2880mm

式中：

Ki为尺寸系数（1。

0~1.2）。

考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大10%；故l1取为3200mm。

（3）轨距B

B=KBG1/3（3.3）

=0。

8*（18*109）1/3

=2100mm

式中：

KB为尺寸系数（0。

75~0.85）.

考虑到整体布局，类比同型产品可在此基础上增大10%;故B取为2400mm.

（4）履带高度H

H=KTG1/3（3.4）

=0。

32*（18＊109）1/3

=840mm

式中：

KT为尺寸系数（0.3~0。

35）。

为了整体的整体布局，考虑将其扩大17%左右,计算得H=980mm。

（5）履带板宽b

由经验数据得：

b的值可在600～800mm间取值,根据《中华人民共和国国家标准-液压挖掘机履带GB10677—89》规格系列查取b=600mm.

（6）底盘总宽C

C=B+b（3。

5）

=2400+600

=3000mm

（7）履带接地长度L接

L接=l1+0。

35D（3.6）

=l1+0.35（L1—l1）

=3200+0.35*（4084-3200）

=3510mm

式中：

D为驱动轮直径，约为L1—l1.

（8）后端支重轮到驱动轮间距C3

C3=KC1lt（3.7）

=2.5*171

=428mm

式中:

KC1为尺寸系数（2.4～2.6）；

lt为履带节距,根据《中华人民共和国国家标准—液压挖掘机履带GB10677-89》规格系列查取lt=171mm。

（9）前端支重轮到导向轮间距C1

C1=KC2lt（3。

8）

=2.4*171

=410mm

式中:

KC2为尺寸系数（2.4~3）。

（10）两端支重轮间距lo

lo=l1-C1—C3（3.9）

=3200-410—428

=2360mm

（11）转台离地高h1

h1=K0G1/3（3。

10）

=1048mm

式中：

K0为尺寸系数（0.37～0。

42）。

为了整体的整体布局，考虑将其扩大3%左右，计算得h1=1080mm。

（12）相邻两支重轮间距t1

t1=（1~2）lt（3。

11）

=1。

9＊171

=325mm

机体主要线性尺寸如下表：

表3。

1机体主要线性尺寸

项目

履带长度L1

轨距B

轮距l1

履带总高H

转台底部离地高h1

悬架底离地高h2

履带板宽b

结果

4084

2400

3200

980

1080

495

600

3.2驱动轮主要参数的确定及强度校核

驱动轮是将传动系统的动力传至履带，以产生使车辆运动的驱动力。

因此，要求驱动轮与履带的啮合性能要良好,即在各种不同行驶条件和履带不同磨损程度下啮合应平稳，进入和退出啮合要顺利,不发生冲击、干涉和脱落履带的现象，其次要耐磨且便于更换磨损元件。

（1）主要参数的确定

A、节距：

驱动轮节距应与履带节距相等，lt=171mm.

B、齿数：

增加驱动轮齿数Z，能使履带速度均匀性改善，摩擦损失减少，但会导致驱动轮直径增大,引起机重和整机高度的增加。

驱动轮齿数一般为奇数，使得啮合过程中每个齿都能和节销啮合.其齿数通常取23~27，本设计中取Z=23。

C、驱动轮直径的确定

3.1。

1驱动轮的节圆半径rk按下式计算：

rk=lt＊/（∠sin3600*Zk）（3。

12）

=171/（∠sin3600＊12）

=331mm

式中：

Zk为驱动链轮的名义齿数，为实际齿数的一半,则ZK=12

3。

1.2驱动轮的齿顶圆半径re按下式计算:

re=（0。

165~0。

170）ltZK（3.13）

=0.168*171*12

=345mm

3。

1.3齿根圆半径r1按下式计算：

r1=rk-ri（3.14）

=331-26.9

=304mm

式中:

ri为履带节销半径，根据《中华人民共和国国家标准-液压挖掘机履带GB10677—89》规格系列查取,ri=26。

9mm。

3.1。

4齿根圆弧偏心距e按下式计算：

e=0.07（lt-2ri）（3。

15）

=0。

07*（171-2*26。

9）

=8。

2mm

（关于驱动轮的细部结构件附录其零件图）

（2）强度的校核

按机械零部件的计算方法验算轮齿的齿面接触强度。

驱动轮轮齿齿面挤压应力应满足：

™j=184（G/bd）1/2≤⎡⎣™j⎤⎦（3.16）

=184（18＊103/（70*58.3））1/2

=402。

27≤⎡⎣™j⎤⎦=500MPa

式中：

b—驱动轮齿宽度,b=70mm；

d-履带销套外径，查对应履带型号得d=58。

3mm;

⎡⎣™j⎤⎦—许用用挤压应力；⎡⎣™j⎤⎦=500～1000MPa。

条件满足，符合强度要求。

3.3功率计及挖掘力参数计算与确定

（1）发动机功率N，根据经验公式估算:

N=17。

7+92.7Q（3。

17）

=17.