推土机直铲设计说明书.docx

1、推土机直铲设计说明书第1章 绪论1.1推土机概述推土机是一种短距离铲土运输机械，主要用来开挖路堑、构筑路堤、回填基坑、铲除路障、清楚积雪、平整场地等，但用于平整作业的效果不如平地机作业效果好，推土机也可完成短距离内松散物料的铲运和堆积作业。对于单发动机的自行式铲运机往往在铲装时牵引力不足，这是，可用推土机推土板进行顶推助铲作业，推土机进行作业时借助行走机构产生的牵引力将铲刀切入土中，在进行中，是铲刀前土堆积满并将铲松的土推移。利用铲刀的浮动功能，可能铲刀贴着坚实地面移动而将地面松散物料聚集。推土机配备松土器，可翻松，级以上硬土、软石或凿裂层岩，以便铲运机和推土机进行铲掘作业，推土机还可利用挂钩

2、牵引各种拖式机具（如拖式铲运机，拖式振动压路机等）进行作业，这时，推土机相当于一台拖拉机。推土机广泛用于各种土石方工程施工，是铲土运输机械中最常用的作业机械之一，在土方施工机械中占有十分重要的地位。推土机在公路、铁路、机场、港口等交通运输工程施工中，在矿山开采，农田改造，水利兴修，大型电站和国防建设施工中发挥着巨大的作用。推土机由于铲刀没有翼板，容量有限，在运土过程中会造成两侧的泄露，故运距不宜过长，因此会降低作业生产率。通常，中小型推土机的运距为30-100m，大型推土机的运距一般不超过150m，推土机的经济运距为50-80m。1.2推土机的结构与分类推土机的总体结构包括：柴油机、传动系、行

3、走系、操作系、工作装置、液压系统、机架、电器与仪表、驾驶室等。图1.1为某型履带式液压传动推土机的总体结构拆装图。如果传动系统为机械传动或液力机械传动，则与柴油机相连的4、5件换为主离合器或液力变矩器、变速器、中央传动。推土机一般按行走方式的类型、发动机功率的大小，传动系类型、推土专职类型、推土装置机构形式和应用领域分类。由于钢索操纵机构已被淘汰，现在推土机工作装置的操纵都已采用液压操纵。 1-柴油机 2-散热器 3-操纵手柄 4-分动箱和液压泵 5-驱动马达 6-终传动与驱动链轮 7-行走系统 8-油箱 9-座椅与控制台 10-驾驶室和仪表 11-推土铲 12-松土器 13-机架 14-工作

4、液压系统 图1.1履带式静液压式传递推土机的总体结构拆装图1.2.1按行走方式分类1、履带式履带式推土机是目前工程施工中应用最多的一种推土机。他的附着性能好，牵引力大，接地比压小，爬坡能力和通过松软地面的能力强，能适应恶劣的工作环境。履带式推土机具有优越的作业性能，是推土机重点发展的几种。履带式推土机行驶速度比较低，存在履刺损坏路面的缺点，不能在公路和城市道路上行驶。此外，履带推土机的钢材用量也较大。2、轮胎式轮胎式推土机行驶速度快，转向灵活，因而机动性能好，作业机动性能好，作业循环时间短，转移方便迅速。由于轮胎不损坏路面，轮式推土机特别适合在城市建设和市政道路维修工程中适应。轮胎式推土机制造

5、成本低，维修方便，今年来也有较大的发展。但轮胎式推土机的附着性能远不如履带式，在松软潮湿的场地施工时容易引起驱动轮滑转，降低生产率，严重时还可能造成车辆沦陷，甚至无法施工。在开采矿山等恶劣条件下，轮胎式推土机如遇上坚硬尖锐的岩石，容易引起轮胎急剧磨损，因此轮胎式推土机的使用范围受到一定的限制。1.2.2按发动机功率的大小分类1、超轻型 功率小于30kW,生产率低，适用在极小的作业场地。2、轻型 功率在2075kW之间，用于零星土方作业。3、中型 功率在75225kW之间，用于一般土方作业。4、大型 功率在225745kW之间，生产效率高，适用于坚硬土质或深度冻土的大型土方工程。5、特大型 功率

6、在745kW以上，用于大型露天矿山或大型水电工程工地。1.2.3按传动方式分类1、机械传动式采用机械传动式的推土机具有工作可靠、制造简单、传动效率高、维修方便等优点，但操作费力，传动装置对载荷的自适应性差，容易引起发动机熄火，降低作业效率，在大中行推土机中已很少采用这种传动形式。2、液力机械传动式液力机械传动式是现在推土机采用的主要传动形式。采用液力变矩器与动力换挡变速箱组合传动装置，具有自动无机变速变扭，自动适应外负荷变化的能力，发动机不容易熄火，且可负载换挡，减少换挡次数，操作比机械式轻便，作业效率高等优点。施工经验证明，采用液力机械式传动的推土机，比同功率机械式推土机的生产率要高50%左

7、右。液力机械式传动的缺点是液力变矩器在工作过程中容易发热，降低了传动效率；同时传动装置结构复杂、制造精度高，提高了制造成本，也给维修带来了不便。3、全液压传动式全液压传动式推土机的传动装置结构紧凑，由于前后传动部件之间可采用液压软管连接，在整机结构布置上铰为灵活。采用低速打扭矩液压马达驱动可获得与外负荷相适应的牵引特性曲线，能在不同负荷工况下稳定发动机转速，充分利用发动机功率。液压传动式推土机可借助液压泵或液压马达的变量功能和液压阀的换向功能实现自动无级调速和原地转向，操作十分灵活，且机械运行平稳，无冲击。德国利勃海尔公司曾对全液压传动和液力机械式传动履带式推土机进行对比试验，其结果表明：全液

8、压传动的推土机要比液力机械式传动的推土机节能10%，而传动效率和生产率则分别提高25%和15%-25%。全液氧传动由于液压元件制造精度要求高，特别是低速大扭矩液压马达制造难度较大，增加了制造成本且可靠性和耐久性较差，维修困难，故目前全液压传动应用不太普遍，只在中等功率的推土机上有采用。 4、电传动式电传动式推土机装备有柴油机发动机组，将发动机输出的机械能先转化成电能，通过电缆驱动电动机继而带动行走系统和工作装置。这种传动系具有全液压式传动系的诸多特点：结构简单，整体布置方便，操作灵活，可实现整机无级变速和原地转向。电传动比全液压传动工作更可靠。作业效率更高。但由于整机质量大，制造成本高，目前只

9、有在少数打功率轮式推土机上应用。另外，也有直接用电网电力作为能源，以电动机为一级动力装置的电气传动式推土机。这种推土机主要用于露天矿开采和井下作业，没有废气污染。因受电力和电缆的限制，电气传动式推土机的使用范围受到很大的影响。1.2.4按推土装置机构形式分类1、直铲式推土装置直铲式又称作固定式。直铲式推土装置，机构简单，但只能正对前面进方向推土，作业灵活性差，现仅用于中小型推土机。2、斜铲式推土装置斜铲式又称作回转式。现代大中型推土机大多采用可在水平面内和铅垂面内调整一定角度的斜铲式推土装置，便于向一侧移土和开挖边沟。1.2.5按应用领域分类按应用领域推土机可分为普通型和专用型两种。普通型推土

10、机通用性好，可广泛用于各类土石方工程施工作业；专用型推土机则是一种在特定工况下进行施工作业的推土机，专用性强，只适用于特殊环境下的施工作业。专用型推土机有浮体推土机、水陆两用推土机、深水推土机、湿地推土机、爆破推土机、低噪声推土机、军用高低推土机等。浮体推土机和水陆两用推土机是浅水型推土机施工作业机械。浮体推土机的机体为船形浮体，发动机进、排气管装有导气管通往水面，驾驶室安装在浮体平台上，可用于海滨浴场，海底整平等施工作业。水陆两用推土机是两栖型推土机，主要用于浅水区或沼泽地带作业，也可在陆地上使用。潜入水下作业时，发动机必须通过伸出水面的导气管进，排气，并通过无线电进行遥控操作。深水型推土铲

11、适合海底潜水作业，并配备辅助工程船提供电力，通过电缆驱动水下推土机。湿地推土机为迪比亚履带推土机，可适应沼泽地的施工作业。军用高速推土机主要用于国防建设，平时用于战备施工，战士可快速除障，挖山开路。1.3推土机发展概况19世纪70年代中期，美国已有人使用简陋的马拉推土刮板平整土地。1906年履带式拖拉机的发明者、美国的霍尔特又研制出最早的汽油内燃机拖拉机，霍尔特曾经作为配套装置给拖拉机装上推土铲，成为世界上最早的推土机。1909年，德国开始修筑规模宏大的高速公路网，由于第一次世界大战的原因，工程直到1921年才建成通车。德国在工程中开始大量使用推土机。1945年以后，在英国和欧洲大陆的重建工作

12、以及美国许多建筑工程中，推土机都是不可缺少的重要施工手段。推土机是铲土运输机械中生产历史最久、拥有量最多、应用最广泛的一个几种、美国是世界上生产履带式推土机最早的国家，推土机制造技术一直居领先地位。卡特彼勒公司是世界上最大的工程机械生产企业，生产的履带式推土机除系列基本型外，还有多种变型产品，不但品种齐全，而且结构新颖、性能新进，目前在世界市场上极具竞争力，日本的推土机工业虽然起步较晚，但发展十分迅速，已成为现代推土机的生产大国之一，小松制作所是日本最大的工程机械制造公司，不仅重视大型推土机的发展，同时还注重发展小型推土机，注重推土机的多用途和作业性能，生产的推土机也具有世界一流水平。该所于1

13、991年研制成为世界上最大的D575A-2超大型履带式推土机，功率高达784kW，工作质量为132t，牵引力达1.96MN。国外推土机技术近年来的发展主要是扩大电子技术的应用和提高推土机作业性能、可靠性、操作舒适性、维修保养性能一级在环境保护方面的一些新技术。美国卡特彼勒公司1995年底和1996年初相继推出D8R、D9R、D10R和D11R四种机型的R系列推土机，是该公司N系技术的应用。电子控制发动机，在D10R的3412发动机上采用了先进的液压驱动电子控制喷射系统（HEUI系统），该系统由液压系统、燃油系统、电子控制系电子控制系电控喷油嘴和传感器等部分组成。通过电子控制器可实现四个方面的控

14、制：然燃料喷射压力、燃料喷射正时、燃料喷射持续时间和喷油量、燃料喷射状态，从而可改善排出气体成分、降低噪声和油耗、提高发动机可靠性及耐久性。卡特彼勒公司在D10R和D11R型推土机上设置了“电子控制的离合器/制动器转向系统”（ECB系统）。这种转向系统有多片式油冷却的离合器和可减弱阻力的免调整的制动器以及电子控制系统组成。ECB系统在操作控制上改变了传统的双手操作方式，由一个位于驾驶员左侧可单手操作的“轻触式控制器（FTC）”控制，可控制转向、机械的前进后退和换档。从20世纪80年代后期开始，滚翻保护系统（ROPS）和落物保护系统（FOPS）开始应用于驾驶室安全保护。现在，ROPS和FOPS已

15、逐渐成为大、中型推土机的安全性标准装备。卡特彼勒公司履带推土机D9R型上安装了最新的监视系统，电子计算机监视系统（CMS系统）该系统除了具有N系列推土机三级报警监视系统（EMS）功能外，还有一个能对数据进行记忆、存储和分析的电子控制器（ECM），能确定元件的故障征兆、每个开关电路的状态、显示各仪表和指示器上记录的最终数值。CMS系统这些功能有助于故障诊断和检修作业，大大降低了判断故障和排出故障所需要时间，提高了推土机的完好率。我国的推土机近十几年来发展较快，现已发展为品种和系列较齐全的推土机制造行业。推土机专业制造制造厂家主要有山东推土机总厂。黄河工程机械厂、宣化工程机械厂、上海彭浦机器厂、郑

16、州工程机械厂等。从20世纪70年代后期开始，我过先后引进小松制作所。卡特彼勒公司履带式推土机的制造技术，相继开发了TY180、TY220TY230等现代大、中型液压式推土机。我国以生产履带式推土机为主，除普通型推土机外，还生产多种型号的低比压湿地推土机和其他专用型推土机。20世纪70年代我国开始生产轮胎式推土机，现已初步形成系列。据统计，我国以生产履带式推土机为主，除普通型推土机外，还生产多种型号的低比压湿地推土机统计，我国生产的推土机已有30多种规格，年生产能力约4000台，产品结构有了很大改进，整机性能也有了很大提高，部分产品已达到国际先进水平。值得一提的是近年来一些民营企业开始计入工程机

17、械制造行业，其产品也包括推土机。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的成就。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的推土机，发动机功率为306kW，在研制过程只中成功地解决了大功率推土机动力传动系统的匹配，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。工程兵工程学院研制开发了推土机切土深度自动控制系统，该系统是根据发动机转速的变化，利用单片机来控制铲刀液压缸升降，从而实现了推土机工作装置的自动控制。该系统在上海-120A

18、型推土机装机试验中表明：可以减轻驾驶员操作强度，因而改善了操作条件；提高了推土机作业效率和质量，适合于履带式和轮胎式推土机安装使用。第2章 工作装置液压系统设计2.1 液压系统设计的内容与要求2.1.1 液压系统设计要求 液压推土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推土机的技术经济指标。对推土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，由铲刀升降载荷及铲刀升降速度确定，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。例如推土机载荷变化急骤，但要求液压系统

19、能平稳可靠地工作，无冲击。当过载时，不发生故障及损坏机件。 (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及管路布置等)。(5)操作简便，维修容易。2.1.2 液压系统设计内容及步骤液压系统设计是整个推土机设计的一部分，它与主机设计是密切相关的，两者必须同时进行。液压系统设计步骤大致如下：(1)明确设计依据进行工况分析；(2)确定液压系统主要参数；(3)拟定液压系统原理图；(4)液压元件的选

20、择与计算；(5)液压系统发热计算；(6)绘制正式工作图和编写技术文件。设计开始时，首先必须明确以下几个主要问题。1弄清主机结构和总体布局。这不仅是合理确定液压元件工作范围的需要，也是合理确定和调整液压执行元件的安放位置及空间尺寸限制条件的需要。从结构简单、工作可靠、运动速度一般不受限制等力面来考虑，油缸有其优越仕，所以推土机执行元件多为油缸。2明确推土机对液压系统的性能要求，如运动平稳性、动作精度、调速范围、系统温升、系统效率以及安全保护等。3明确推土机的工作条件，如温度、湿度、污染等情况。随着推土机使用范围的扩大，使用环境更为复杂，使用条件愈加恶劣，所以要求推土机性能要好、质量要高。了解这些

21、以便正确的选择液压元件和液压油。4确定液压系统与其他传动系统和控制系统的分工配合、布置和相应的控制关系。5了解、搜集同类型推土机的有关技术资料。除了要了解液压系统组成、工作原理、使用情况及存在问题外，还应对系统工作压力选用情况等进行调查统计，为下一步设计工作准备必要的资料。在上述工作的基础上，对推土机进行工况分析即动力分析，它是设计液压系统的基本依据。 所谓动力分析就是研究推土机在工作过程中，它的执行机构的受力情况，对液压系统来说，也就是油缸的负载情况。2.2 油缸的负载工作机构作直线往复运动时，油缸必须克服的外负载为： （2.1） F工作负载； Ff摩擦负载； Fi惯性负载。2.2.1 工作

22、负载2.2.1.1铲刀油缸工作负载(1)铲刀油缸活塞杆推压力推土机在铲土时，强制铲刀切入土壤的切入力即为油缸中活塞杆的推压力Fep。Fep值即为液压系统的原始依据。(2)铲刀油缸极限提升力 铲刀油缸的极限提升力Fej是指提铲刀遇到障碍时，使推土机翘尾失稳的力。当已知油缸的推压力Fep并确定液压系统压力后，油缸实际最大提升力Fej已确定，设计应饺FejFep加以保证推土机稳定工作。2.2.1.2 松土器油缸工作负载 (1)松土器强制入土时油缸的推压力 松土器强制切入土壤时，油缸推压力Fep的最大值以推土机的纵向稳定条件为依据(参看图6ll，a)。当松土器被活塞杆强制压入土壤时，若遇到不可克服的障

23、碍物，推土机即绕履带前端A点倾翻。假设此时切削深度为零，则推土机受力有：推土机使用重量GTS、松土器自重GH、推土装置重量Gg及土壤对松土器的垂直反力Pz。Pz按稳定条件计算。对A点取矩： （2.2）下面以平行双连杆松土器为例，进行油缸推压力Fep计算。取松土器为分离休。设上连杆受力为Fl，它与准线夹角；下连杆受力为Fz，它与垂线夹角为；油缸所受力Fes与垂线夹角为。 由上面两方程得： （2.3）Fes系油缸小腔力，这是外界阻力对油缸的作用力。而油缸实际拉力Fes按下式计算： （2.4）式中p-液压系统工作压力，MPa； （a） （b）图2.1 松土器强制入土时油缸力的计算图D，d油缸活塞及活

24、塞杆直径，mm。一般来说，为了使推土机在任意工况下不致翘尾，稳定性好，可选择FesFes。(2)松土器提升时油缸作用力 推土机原地不动，松土器自最大松土深度提升时，如遇到障碍物，则在油缸力作用下推土机将绕履带接地最后端B点向后倾翻(见图2.2，a)。此时推土机受力有：G ts、Gg、GH、Pz。而Pz按稳定条件计算。对B点取矩 （2.5）（a） （b）图2.2 松土器提升时油缸力计算图松土器提升时，推土机抬头失稳情况下油缸作用力Fet的计算，可取松土器为分离体. (见图2.2，b)。对于平行双连杆松土器，设上连杆受力F3，它与垂线夹角；下边扦受力F4，它与垂线夹角为；油缸所受力为Fet，它与垂

25、线夹角。 由上述两方程式得： （2.6）Fet系油缸大腔力，这是外界阻力对油缸的作用力。而油缸实际作用力Fet，按下式计算 （2.7） 通常取FetFet，以达到推土机稳定工作的要求。2.2.2 摩擦负载摩擦负载，即油缸驱动工作机构工作时所要克服的机械摩擦阻力。其计算公式为： （2.8）式中 Fn-正压力，N； F-摩擦系数 静摩擦系数 动摩擦系数 2.2.3 惯性负载惯性负载即运动部件(铲刀、松土器)在启动和制动过程中的惯性力。 （2.9）式中 m-运动部件的质量，kg； -运动部件的加速度，ms2； G-运动部件的重量，N； g-重力加速度，g=9.81 ms2； -速度变化值，ms； -

26、启动或制动时间，s。铲刀升降速度直接影响到生产率，希望铲刀提升时间尽量缩短，起始速度要仇铲刀迅速提起，之后渐斯减速，终了时速度最低，以减少冲击。一般说来，速度的变动范围不宜大于其平均值的10。由于液压控制系统进一步完备使得液压缸升降速度有的已超过O2ms。 ，油缸在一个工作循环中，一般要经历以下四种负载工况： 启动时 （2.10） 加速时 （2.11） 恒速时 （2.12） 制动时 （2.13） 2.3 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，即可根据液压缸的速度

27、确定其流量。2.3.1 系统液压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。这些因素主要包括以下几个方面。 1经济和重量因素在液压传动中，系统所传递的功率是压力和流量两个参数的乘积，这就说明这两个参数是紧密相关的。如果系统功率一定，系统压力选得低，则元件尺寸大，造成主机体积变大，自重增加，是不经济的。若选取较高压力，则元件尺寸减小，主机结构紧凑，重量减轻，较经况。但继续提高系统压力，也会出现相反情况，相应元件强度要增加，材质要提高，制造精度也要提高，经济效果变差。重量与尺寸在固定式机械中，不是最

28、主要的因素。但在自行式的工程机械中，尺寸和重量就成为一个较突出的设计因素。2其他因素 (1)提高系统工作压力，将对密封装置、元件和辅件的加工精度提出更高的要求。 (3)提高系统压力，会降低液压元件的容积效率，导致系统发热增加。 (3)系统压力的提高，会使元件、辅件寿命降低，系统可靠性下降。对推土机液压系统来说，系统压力一般为1420MPa，属于中高压。但大型推土机也行向高压发展的趋久要满足推土机的作业要求，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%，所以大型推土机的系统压力采用高压级范围(20MPa)。我们这里也采用高压级范围(20MPa)。2.3.2 计算油缸流量1计

29、算油缸尺寸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。油缸无杆腔(大腔)为工作腔时（图3.3）： （2.14）油缸有杆腔(小腔)为工作腔时： （2.15）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，m2 A2-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2.3 油缸计算简图当活塞杆受压时，为保证活

30、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2.1)，其中、分别为油缸正反行程速度。表 2.1 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。 代入数据得出油缸尺寸为110mm。 2.计算油缸所需的流量油缸的最大流量 （2.16）式中 A-油缸的有效面积（A1或A2），m2； Vmax-油缸的最大速度，

31、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。2.4 拟定液压系统原理图液压系统图是表示液压系统的组成和工作原理的。它是以简图的形式全面具体地体现设计任务中提出的技术和其它方面的要求。所以拟定液压系统图是液压系统设计的一个重要步掠。它涉及的面广，需要灵活地综合运用液压技术知识。首先应确定基本回路，它是决定主机动作和件能的基础，是组成成系统的骨架。然后在此基础上再增没其他辅助回路，便可组成一个完整的液压系统。确定回路时，首先要抓住推土机液压系统的主要矛盾。推土机液压系统对变速、稳速要求不严，所以对速度的调节、换接和稳定就不是系统的核心。推土机对速度无严格要求，以输出力为主，特别是大型推土机液压系