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推土机毕业论文

2014届毕业设计说明书

推土机设计（转向离合器设计）

院部：

机械工程学院

学生姓名：

付静

指导教师：

陈丰峰职称副教授

崔晓东职称工程师

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

机本1004班

完成时间：

2014年5月20日

摘要

推土机是一种多用途的自行式施工机械，能单独完成挖土、运土和卸土工作，具有操作灵活、转动方便、所需工作面小、行驶速度快等特点。

其主要适用于一至三类土的浅挖短运，如场地清理或平整，开挖深度不大的基坑以及回填，推筑高度不大的路基等。

由于履带推土机具有良好的越野性能及牵引性能，所以，近几十年来推土机的发展一直保持着重要的生产地位，技术性能得到不断的改善。

随着我们科学技术的发展以及同国外技术交流的不断扩大，推土机新产品的设计、研制水平也在不断提高。

研制推土机新产品，设计师第一道工序就是它的总体设计，而总体设计又关系到推土机设计成败的关键。

而另一项对推土机总体性能起决定性作用的装置就是转向离合器，履带推土机的应用之所以比轮式的更广泛，就是因为它的行走装置能适应更多的、更恶劣的工作环境，然而履带推土机的行走装置又必须通过转向离合器来控制，所以，设计转向离合器也是非常重要的一步。

关键词：

履带推土机；液力机械传动；转向离合器

ABSTRACT

Caterpillarbulldozershaveawiderangeofapplications,whichisoneofthebasicequipmentofearthmovingmachines.Itcanshovel,transport,dumpsoil,backfill,cleanupandformatetheconstructionsite,eradicatetherootsandanyotherworksindependently,andsoon.Bulldozersarenotonlywidelyusedincivilengineering,alsoithasbeenfullyusedintransportation,waterconservancy,mining,agriculture,forestry,anddefenseprojects.

Asourscienceandtechnologydevelopmentandtechnologyexchangewithforeigncountries,thedesignofnewbulldozersandthelevelofdevelopmentisrisingallthetime.

Forthedesigners,thefirststepofthedevelopmentofnewbulldozersistheoveralldesign,whichisrelatedtothekeytosuccessofthebulldozersdesign.Anotherelementisthedesignofthesteeringclutchwhichplaysadecisiveroleintheoveralldesignofbulldozecaterpillarbulldozerscanbemoreextensivethanthewheel,becauseitsrunningdevicewhichitcanbeadaptedtomoreandmorepoorworking

conditions,andtherunningdeviceofcrawlerbulldozersmustbeturnedtocontrolthesteeringclutch,sothedesignofthesteeringclutchdesignisalsoanimportantstep.

Keywords:

caterpillarbulldozer;hydraulicmachinetransmissionsystem;steeringclutch

1绪论

推土机概述

推土机是一种多用途的自行式施工机械，能单独完成挖土、运土和卸土工作，具有操作灵活、转动方便、所需工作面小、行驶速度快等特点。

其主要适用于一至三类土的浅挖短运，如场地清理或平整，开挖深度不大的基坑以及回填，推筑高度不大的路基等。

与轮胎式推土机相比，履带式推土机具有附着性能好，牵引力大，更能适应恶劣的工作环境，具有优越的作业功能，所以是重点发展的机种，它可以用于铲土，运土，卸土，回填，清理施工现场，平整场地等多种作业。

推土机不但在土方施工中应用广泛，它在交通，水利，采矿，农林以及国防工程中也被充分的使用。

20世纪80年代液压传动作为大功率的牵引传动还很不完善,随着时间的推移,在世界范围内新技术革命对传统机械工业的改造与渗透日益加强,使得液压技术得到了迅速发展。

在工程机械行业内,大量不以牵引功能而以恒速调节为主要功能的路面与压实机械几乎全面采用了液压传动和液压控制技术,同时对于以牵引功能为主的铲土运输机械,传统的液力机械传动出现了被液压传动取代的趋势,特别是功率在200kw以下的中小型铲土运输机械,电液控制技术应用及智能控制研究已取得了一定成就。

推土机国内外发展概况

20世90年代末,小松首次在D155AX一3型推土机上使用HMT液压机械传动系统,它由机械传动、液压传动、动力合成3部分组成。

发动机输出动力由分动箱分成两路,一路为机械力,通过离合器直接传给行星架;另一路为液压动力,通过液压传动传给太阳轮,然后动力经差动轮合成后由齿圈输出,可实现在l挡工作时采用液压传动,使推土机原地启动平稳,发动机性能好,在其他挡工作时,由于机械和液压传动相结合,可实现在很大转速范围内无级变速,电子控制系统由信号输入传感器、电子控制器和执行元件3部分组成,结合元件换挡控制,可实现发动机恒速控制。

HMT系统适宜大率推土机采用。

图1全液压推土机

国内有鞍山第一工程机械股份有限公司技术中心正在从事全液压推土机电液控制系统和全液压大功率推土机研制工作,它是国内最早生产、研发全液压推土机的工程机械制造商,1996年与德国利勃海尔公司合作开发全液压推土机,并引进了3个系列多种规格的利勃海尔推土机制造技术,分别推出了PR751、PR742、PR732型全液压推土机样机,而且国产化率可以达到80%;河北宣化工程机械股份有限公司也研究了静液压传动技术在履带推土机上的应用;黄河工程机械集团技术中心也正在从事静液压传动技术研究与应用;三一重工先后研制开发出TO16O、TQ230、TSQI60、TQ230H型全液压推土机,其中丁Q230H型高性能全液压推土机顺利通过国家工程机械质量监督检验中心的型式试验鉴定,其牵引效率、工作效率、油耗、噪声等性能指标明显优于国内品牌的液力机械式推土机。

三一重工股份概述推出了TQ160A、TQ190、TQ230H全液压推土机，是我国推土机行业产品的技术水平提高了一个档次。

图为三一TQ230型推土机。

图2TQ230H静液压驱动履带式推土机

国内的推土机生产厂家、工程机械科研部门和高等院校近年来对推土机技术的发展也做出了突出贡献。

如天津工程机械研究所和上海彭浦机器厂联合开发研制的上海410型履带式推土机是我国目前自行研制开发的最大功率推土机，发动机功率达到306KW。

在研制过程中成功解决了大功率推土机传动系统的匹配，大功率变矩器的设计，重型结构件的焊接，低速大扭矩行星终传动齿轮、三角锥形花键的选材、加工、热处理等关键技术。

2方案设计

全液压推土机底盘系统的组成

摆轴式台车架

如图所示，台车架采用摆轴式结构，它与平衡梁通过专用铰接机构相连，充分满足推土机工作中对台车架的摆动要求；与机架之间通过相互独立的枢轴固定，枢轴为可拆卸式结构，整机大部分重量通过枢轴直接传递给机架，大大减轻了推土机在工作时传动系统所受到的冲击力，延长了传动系统的使用寿命；摆轴结构省去传统结构台车架的斜支撑，简化了结构、改善了加工工艺性、降低了生产成本、提高了刚性；由于终传动与台车架分开，可以在不拆卸台车架的情况下直接维修终传动，便于维修保养。

图3台车架采用摆轴式结构

工作装置操纵

工作装置操纵采用先导控制系统，铲刀所有动作：

提升、下降、左右倾斜及浮动，通过一个手柄完成，操纵非常省力，轻便灵敏，准确可靠。

图２所示为推土铲操纵手柄。

同时，该机所配松土器也采用了先导液压控制系统。

行驶操纵及停车制动系统

图4控制手柄

行驶操纵采用液压比例伺服控制系统，该系统由专用的先导泵供油，把前进、后退、左右转向及静液压驱动特有的原地转向性能集中于一个手柄，同时该手柄还集成了行车喇叭、快慢挡切换及倒车报警等，从而大大简化了行驶操纵系统，使员能集中精力工作。

当控制手柄处于中立位置时，便切断了进入变量泵比例伺服控制阀的动力油，液压泵排量为零，液压马达闭锁，车辆不能行走，从而达到安全制动的目的。

为确保车辆安全，该机还在一级从动齿轮轴上设计了停车安全制动器（或称紧急停车制动器），该制动器为常闭式，当发动机熄火或行驶操纵手柄处于中立位置时，制动器在力作用下闭锁，实现车辆制动；而当操纵行驶手柄时，在控制油液的作用下打开制动器，使推土机行驶。

停车制动器可以通过制动操纵手柄及紧急制动按钮控制，操纵其中的任何一个，均可实现车辆制动。

传动系统

如图３所示，本次所设计的推土机采用双泵双回路闭式液压系统，由发动机驱动双联变量泵，带动柱塞式变量液压马达，组成静液压驱动系统，最后经终传动驱动履带行驶和转向。

每侧履带均由独立的静液压系统驱动，使推土机可以轻松地实现原地转向，大大增强了该推土机的机动性及工作适用性。

图5双泵双回路闭式液压系统

控制系统采用我公司独特的发动机闭环恒功率控制系统，由中央控制器（ＣＰＵ）根据推土机所受负荷大小随时调节变量泵的斜盘角度，控制驱动系统流量，使整机能根据外负荷的大小自动调节行驶速度，充分满足推土机工作时对行驶速度及功率的要求，确保整机工作效率，防止发动机过载并能充分利用发动机功率。

悬架

悬架式将机体和行走装置连接起来的部件，它把推土机的重量转给至重轮轴，保证推土机平顺行驶。

该履带推土机选用了半刚性悬架。

在半刚性悬架中，支重轮和履带台车架刚性连接，每个台车架再与机体连接，其后补通过刚性铰链，前部通过弹性元件相连。

推土机广泛采用半刚性悬架。

采用半刚性悬架的优点较多，如履带接地比压均匀，附着性能好，推土平稳等。

行走装置

根据履带行走装置工作条件的特点，采用了组合式履带，使用标准节距的单

筋高履刺的轧制履带板，连接形式为直销轴连接。

为使驱动轮磨损均匀，齿数选

择奇数。

为便于拆装和修理，驱动链轮的结构选择了齿圈式。

引导轮采用箱式结

构。

支重轮为凸肩轴浮动断面油封，双金属滑动轴套结构。

行走装置的张紧缓冲

机构，采用调节方便，省力的油压调节式。

发动机的选择

根据设计任务书，本次设计的履带式推土机选用的发动机为康明斯公司的NT855-C280（BC3）型柴油机，下表为该柴油机的主要性能参数。

表1柴油机的主要性能参数

发动机型号

NT855-C280

缸数缸径*行程（mm）

*

总排气量

（1）

点火排序

总长（mm）

1691（飞轮壳-风扇前端）

总宽（mm）

1116（后支架-前支架）

总高（mm）

（排气管-油底壳放气阀）

净重（kg）

1750

额定转速（rpm）

1800

额定功率（kw）

162（220ps）

最大扭矩（N·m/rpm）

1030/1250

无载荷最高转速（rpm）

1900-2000

无载荷最低转速（rpm）

550-600

最低燃油消耗率（g/kw·h）

<205

充电用发电机

硅整流发电机24伏35安

3液压马达的设计计算

全液压推土机液压驱动系统由两边独立驱动的双泵—双马达组成。

液压马达是全液压推土机液压传动系统中把液体的压力能转换为机械能的动力输出装置，马达选定的是否合理，是否在高效区工作，关系到全液压推土机牵引力的大小，同时对行驶液压驱动系统的效率和整机行驶速度、生产率都会产生影响。

另外，由于全液压推土机

上采用的变量液压马达均是在现有系列产品中进行选型，且非连续可选，因而按照理论公式求得的液压马达的匹配参数仅为理论计算值，实际产品提供的可选参数往往与之不符，必须多次调整相关参数才能最终确定。

这样往往需要改变期望的整机性能，加上调整马达参数也会导致液压泵，减速机构等参数的改变，非常麻烦。

因此采用一种简便的方法对液压马达进行选型十分必要，而研究液压马达的特性对于保证液压马达总是在高效区工作，也具有重要的意义。

液压马达的分类

液压马达可分为高速马达、中速马达和低速马达三大类。

一般认为额定转速高于600r/min以上的属于高速马达，额定转速低于100r/min的属于低速马达。

高速马达的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动和制动，调速和换向灵敏度高，而输出的扭矩不大，仅几十Nm到几百Nm，故又称高速小扭矩马达。

这类马达主要有内、外啮合式齿轮马达、叶片式马达和轴向柱塞马达。

分别应用在钻床、风扇、农业机械、工程机械、林业机械的回转液压系统；机床操纵机构、磨床回转工作台的液压系统；起重机、绞车、铲车等的液压系统。

低速马达的基本形式是径向柱塞式，其主要特点是排量大、体积大、低速稳定性好，一般可在10r/min以下平稳运转，因此可以直接与工作机构连接，不需要减速装置，使机械传动机构大大简化。

因其输出扭矩较大，可以达到几千Nm到几万Nm，所以又称为低速大扭矩马达，主要应用在行走机械、挖掘机、起重机等的液压系统。

中速中扭矩马达主要包括双斜盘轴向柱塞马达和摆线马达。

其中双斜盘轴向柱塞马达适用范围广，但不宜在快速性要求严格的控制系统中使用；摆线马达则一般应用在煤矿机械，行走机械等的液压系统。

液压马达特性

对液压马达特性的研究本文主要是指在某情况下液压马达可以有比较高的效率，关于这方面的理论研究虽然比较多，但由于马达的效率问题很复杂，涉及到结构问题和流体力学的问题，影响因素太多，至今还没有一个圆满的效率表达式，一般都是由试验的方法对具体的马达在不同使用条件下实测取得。

全液压推土机上一般使用斜盘式马达或是斜轴式马达，其应满足如下要求：

1）有较高的启动和制动扭矩效率，以提高推土机带载启动和克服阻碍的能力以及行车制动的可靠性。

2）由于马达直接承受载荷作用，通过自身的排量调节来调节系统压力，因此应在较大的转速和压力范围内具有较高的传动效率。

3）马达直接承受外部载荷，压力冲击很大，应有较高的转速和压力极限，以增加驱动装置的极限工作能力。

斜盘式马达在低转速时由于流量小，泄漏比例大，容积效率低，同时由于接近静摩擦，阻力大，总效率低。

在中速（50%额定转速）和中压（50%系统最大压力）区域效率最高。

在转速比为0.15～1的范围内几乎在全部压力范围均保持以上的高效率。

一般斜盘式马达的经常性负荷应处于中压区，少数高负荷接近最高压力；除启动工况外不应使马达转速比小于。

总效率随排量比的增大而增大。

最小排量比大于可以保证在全部压力范围内总效率高于～。

斜轴式马达在中速中压时效率最高，几乎在所有的压力和转速范围内都有较高效率。

由于斜轴马达无斜盘马达那样的滑靴密封面，所以在启动工况有较高的效率，在低速时尤为明显。

这一特性使斜轴马达有更低的稳定工作转速，一般在50r/min时可稳定工作。

相当于额定转速的3%左右。

同时其静态起动转矩大，斜轴式马达在小排量低转速时效率偏低，对其进行排量控制时应该使其避免在小排量低转速下工作。

液压马达的选择

液压马达的基本参数主要是排量qm和转速nm，所选择的液压马达必须满足机械的动力及行驶速度的要求。

液压马达的排量

（1）

式中

——马达的机械效率，取；

——系统压差，取。

液压马达的转速

液压马达的转速应按照推土机作业时的最大速度来确定；

（2）

式中v——推土机在作业工况时的最大速度，取3km/h；

——滑转率，取10%。

3）马达的输出转矩Mm

（3）

（4）

式中Mk——驱动轮的输出转矩，；

Mm——马达的输出转矩，；

rd——驱动轮的动力半径，取；

im——机械部分总传动比，取；

——行走机构的效率，取；

——传动系的效率，三级齿轮传动可取为；

n——马达的数量，取2。

根据以上计算出排量和马达在大排量时的最高转速以及系统的工作压力，可选择标准系列的马达。

我们选取A6VM107变量柱塞马达。

4行走液压泵设计计算

全液压推土机发动机与液压系统的匹配关键是发动机与液压泵的匹配。

在匹配过程中应以扭矩匹配为先决条件，满足了扭矩匹配则可以满足功率匹配。

发动机恒功率控制与变功率控制结合使用，才能更好的适应外负载的变化，保证系统的高效率，保证发动机与液压系统的最佳匹配。

推土机工作环境复杂，要使发动机功率在不同工况下都能得到充分发挥，必须保证无论液压系统压力如何变化，发动机均要在正常转速范围内保持高的功率输出，且不能出现熄火的情况，这就使得发动机负荷与液压泵排量的匹配成为匹配的关键之一，即发动机与液压泵要合理的匹配，只有发动机与液压系统的输入端液压泵的匹配合理，液压元件才可能具有期望的工作寿命与可靠性，才可能使液压元件的工作能力被充分利用并且有比较低的成本，同时能保证液压系统有较高的传动效率，从而有效的发挥推土机的动力性与经济性。

因此发动机与液压泵的合理匹配是十分必要和关键的。

液压泵的分类

液压泵是提供加压液体的一种液压元件，是的一种。

它的功能是把动力机（如电动机和内燃机等）的转换成液体的压力能。

影响液压泵的使用寿命因素很多，除了泵自身设计、制造因素外和一些与泵使用相关元（如、等）的选用、试车运行过程中的操作等也有关。

1）按流量是否可调节可分为：

变量泵和定量泵。

输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。

2）按中常用的泵结构分为：

、和3种。

齿轮泵：

体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。

叶片泵：

分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。

这种泵流量均匀、运转平稳、噪音小、作压力和容积效率比齿轮泵高、结构比齿轮泵复杂。

图6液压泵内部结构图

柱塞泵：

容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高、价格贵、对油的清洁度要求高。

行走液压泵的选择

在选择了液压马达后，液压泵的选择应满足液压马达对流量和压力的要求。

液压泵的流量应满足马达在作业时的最大速度的要求，由下式确定：

（1）

式中

——马达的容积效率，取。

行走液压泵的排量课按下式确定：

（2）

式中

——泵的转速，可由发动机的速度确定为2200r/min；

——泵的容积效率，取。

由外负载决定的系统的压力差

（3）

根据以上计算所得参数和系统的工作压力，可见TQ230全液压推土机所选用的液压元件符合设计的要求。

5转向离合器设计

履带式车辆的转向原理

履带式地盘由于其行驶装置是两条与机器轴线平行的履带，所以它的转向原

理也不同于轮式底盘。

它借助于改变两侧履带的牵引力，使两侧履带能以不同的

速度前进实现转向。

履带式底盘的转向机构型式有转向离合器、双差速器和行星

轮式转向机构等几种。

转向离合器由于构造简单和制造容易，因而在履带式工程

机械上使用很广泛。

转向离合器与主离合器工作原理相同，但因动力经过变速器和中央传动之

后，所传递的转矩大大增加，所以它的摩擦片是多片的。

推土机的转向离合器有

左右两个，对称安装在后桥壳体的左右转向离合器室内。

转向离合器有干式和湿

式之分，小功率的推土机的转向离合器是干式的；中大型功率的推土机的转向离

合器都是湿式的。

湿式的离合器必须在油液中工作。

根据本机型的特点，转向离

合器选用弹簧压紧湿式转向离合器，其结构示意图如下：

1-弹簧螺杆；2、17-平键；3-外压盘；4-带中心孔的弹簧螺杆；5、6-小大压紧弹簧；7、8-从、主动片；9、10-从、主动鼓；11-弹簧压盘；12-活塞；13、16-油封环；14接盘式油缸；15-垫片；18-圆锥滚子轴承

图7弹簧压紧湿式转向离合器

1-螺栓；2-压盘；3-弹簧；4-从动鼓；5-主动片；6-从动片；7-主动鼓；8-弹簧压盘；9-锥形接盘；10-大螺母；11-密封环；12-轴承座；13-离合器接合油道；14-离合器分离油道；15-调整垫片；16-横轴；17-轴承

图8弹簧压紧湿式转向离合器

转向离合器的工作原理

上图就是该机型的转向离合器——弹簧压紧湿式转向离合器。

它靠8组大、小弹簧使离合器经常接合，而以液压操纵使其分离，是一种称之为但作用液压操

纵式转向离合器。

液压分离机构安装在横轴的两端，由接盘式油缸和带有密封环

的活塞等组成。

接盘式油缸14由键连接装在横轴的端部，油缸上装有主动鼓10，油缸内装

有密封环的活塞12。

弹簧压盘11的轴端以键连接装着外压盘3。

当离合器接合

时，它可以带着弹簧压盘一起旋转。

外压盘与主动鼓外缘盘之间夹着主、从动片

8与7，它们借主动鼓内的8组大、小弹簧5和6压紧。

当油缸内进入压力油时，活塞被油液压力向外推，通过弹簧压盘克服弹簧压力，是离合器分开。

转向离合器的操纵机构

转向离合器的操纵机构有机械式。

液压式和液压助力式三种形式。

机械式由

于操纵费力，仅用于小功率的工程机械上，中大型功率的工程机械大部分都采用

后面两种型式。

根据该机型的特点，属于中型工程机械，该离合器选用单作用式液压操纵机

构操纵，它由转向操纵杆和杠杆系，以及液压系统两部分组成。

操纵系统的液压系统与变速箱轮滑系共用一个油泵，如下图所示。

油泵2由发动机与离合器之间的取力箱驱动，它从后桥壳中吸油，油加压后流经细滤器4进到二位四通阀6和8.当细滤器堵塞，油阻力增加到一定值（达

）时，安全阀3开启，压力油经安全阀进到滑阀6和8.当滑阀6和8处

于图示的中间位置，左右转向离合器的油缸5和9与回油路通，这时压力油绕过限压阀7流向变速器轮滑系。

利用背压阀10调整轮滑系油压（背压阀调整压力为）。

1-粗滤器；2-油泵；3-安全阀；4-细滤器；5-左转向离合器油缸；6-左滑阀；7-限压阀；8-右滑阀；9-右转向离合器油缸；10-背压阀

图9推土机转向离合器操纵机构液压系统

基本尺寸参数选择

摩擦片或从动鼓的外径是离合器的重要参数，它对转向离合器离合器的轮

廓尺寸有决定性的影响，本转向离合器的摩擦片跟离合器的摩擦片非常相似，所

以我们可以根据离合器的摩擦片来确定转向离合器的。

根据离合器能全部传递发