推土機(jī)的工作裝置結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

推土機(jī)的工作裝置結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),推土機(jī)的工作裝置結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),推土機(jī),工作,裝置,結(jié)構(gòu),液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 摘 要 推土機(jī)推鏟貨物的作業(yè)是通過(guò)工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。推土機(jī)的工作裝置由鏟斗，支撐臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以推鏟物料；支撐臂和支撐臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車(chē)架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過(guò)支撐板，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。支撐臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。 先對(duì)推土機(jī)的發(fā)展概況幾設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、特點(diǎn)、任務(wù)進(jìn)行概述，然后確定方案，在技術(shù)設(shè)計(jì)部分羅列了推土機(jī)的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進(jìn)行了牽引特性計(jì)算，工作裝置設(shè)計(jì)。工作裝置設(shè)計(jì)中有工作裝置運(yùn)動(dòng)分析，對(duì)鏟斗、支撐臂、連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)等幾部分組成。 在工藝設(shè)計(jì)中敘述了工藝工程。應(yīng)用程序計(jì)算了受力分析?？傊麄€(gè)設(shè)計(jì)是有序地完成的。 關(guān)鍵詞：推土機(jī)；工作裝置；強(qiáng)度校核；液壓系統(tǒng)  Abstract Bulldozers shoveling cargo operation is accomplished by movement of working device. Of bulldozer working device by the bucket, bracket, connecting rod and hydraulic system, etc. Bucket to push shovel material; Bracket and the bracket is to improve the action of oil cylinder bucket and connected to the frame; Turning cylinder through the support plate, connecting rod to rotate the bucket. The rise and fall of bracket and the rotation of the bucket adopts hydraulic operation. General situation of the development of bulldozer first several design guiding principle, characteristics and tasks are summarized, and then determine the scheme, the technical design part listed the main technical performance and parameters of bulldozer, the traction calculation, working device design. Motion analysis device has a job in the design of device, the bucket, bracket, linkage design, etc. In the process described in the design of process engineering. Application to calculate the stress analysis. In a word, the whole design is done in an orderly fashion. Key words: bulldozer, Working device; Intensity; The hydraulic system  目錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 第一章 緒論 4 1.1推土機(jī)的介紹 4 1.2 推土機(jī)在地下推鏟作業(yè)中的應(yīng)用 5 1.3 我國(guó)推土機(jī)的發(fā)展前景 6 1.4 推土機(jī)分類 7 1.5 結(jié)構(gòu)和原理 8 1.6 推土機(jī)總體設(shè)計(jì)的任務(wù) 8 1.7 課題背景和設(shè)計(jì)意義 8 第二章 推土機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 10 2.1 各個(gè)機(jī)構(gòu)的選擇 10 2.1.1 動(dòng)力裝置 10 2.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10 2.1.3 行走機(jī)構(gòu) 11 2.1.4 工作裝置 11 2.1.5 液壓系統(tǒng) 11 2.2 推土機(jī)總體參數(shù)選擇 12 2.2.1 推土機(jī)重量和接地比壓 12 2.2.2 推土機(jī)的行走速度 12 2.2.3 鏟刀的垂直壓力及比壓入力 13 2.2.4 鏟刀的提升高度和切削深度 13 2.2.5推土機(jī)生產(chǎn)率 13 2.2.6推土機(jī)重心計(jì)算 15 第三章 推土機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 17 3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)類型 17 3.2 工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定 18 3.2.1鏟刀的高度和寬度 18 3.2.2 推土板角度參數(shù)的選擇 19 3.2.3推土板曲率半徑 21 3.2.4推土板直線部分及檔土板尺寸 21 3.2.5頂推架于臺(tái)車(chē)架的鉸點(diǎn)位置 21 3.2.6鏟刀鋼板厚度 22 3.3 推土機(jī)工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 22 3.3.1土壤的切削性能 22 3.3.2推土機(jī)受力分析 23 3.3.3推土機(jī)作業(yè)阻力計(jì)算 25 3.4 推土機(jī)鏟刀的強(qiáng)度計(jì)算 28 3.4.1計(jì)算位置的確定（第一計(jì)算位置） 28 3.4.2超靜定計(jì)算 28 3.4.3斜撐桿強(qiáng)度計(jì)算 35 3.5第三計(jì)算位置 36 3.5.1頂推架強(qiáng)度計(jì)算 36 3.5.2鉸銷軸強(qiáng)度計(jì)算 37 第四章 推土機(jī)液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 39 4.1 推土機(jī)液壓系統(tǒng)組成與功能分析 39 4.2 推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41 4.2.1 推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理分析 41 4.2.2 推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 43 4.3 推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 46 4.3.1 推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)原理分析 47 4.3.2 推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 48 4.4 推土機(jī)整機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 50 總結(jié) 52 參考文獻(xiàn) 53  第一章 緒論 1.1推土機(jī)的介紹 金屬礦山的推鏟作業(yè)可劃分為露天推鏟作業(yè)和地下推鏟作業(yè)兩大類。我國(guó)露天礦采以礦石的比重約占70％，但從事地下推鏟作業(yè)的人員比露天推鏟作業(yè)的人員多。這是因?yàn)榈叵峦歧P作業(yè)的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對(duì)地下礦投資的人力和物力遠(yuǎn)大于露天礦的緣故。 保護(hù)自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來(lái)愈向深部推鏟作業(yè)，或當(dāng)露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時(shí)，就必須采用地下推鏟作業(yè)。可以預(yù)料今后地下推鏟作業(yè)仍將逐漸增加。 不論是露天礦推鏟作業(yè)還是地下礦推鏟作業(yè)，對(duì)礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運(yùn)作業(yè)運(yùn)至下步工序的作業(yè)地點(diǎn)。裝載作業(yè)是礦山整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程小既繁重又費(fèi)時(shí)的作業(yè)。所以努力提高推土機(jī)械的作業(yè)能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。 ZL系列履帶式推土機(jī)是一種高效率的工程機(jī)械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場(chǎng)，電站以及其他工業(yè)部門(mén)，進(jìn)行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對(duì)加快工程建設(shè)速度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來(lái)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外推土機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。 為適應(yīng)推土機(jī)多功能作業(yè)的要求，履帶式推土機(jī)已經(jīng)向一機(jī)功能方向發(fā)展。這主要靠主機(jī)控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80年代國(guó)外推土機(jī)和液壓挖掘機(jī)除了不斷完善裝，挖功能外，正向一機(jī)多能方向發(fā)展。許多公司競(jìng)相生產(chǎn)各式各樣的輔助機(jī)構(gòu)。這種機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。 在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)，亦稱挖掘推土機(jī)，俗稱“兩頭忙”。 工作裝置的性能分析過(guò)去多采用作圖分析和手工計(jì)算法，工作量繁重，精度較低。當(dāng)分析工礦較多時(shí)問(wèn)題更為突出，為克服手工畫(huà)圖的誤差。本次設(shè)計(jì)前面所進(jìn)行的工作裝置CAD設(shè)計(jì)是通過(guò)看資料、實(shí)物，通過(guò)初步分析、計(jì)算而確定的方案。其次要考慮各個(gè)工作液壓缸作用力的均衡性，整機(jī)的穩(wěn)定性，整機(jī)與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機(jī)構(gòu)參數(shù)（一般來(lái)說(shuō)，從計(jì)算機(jī)輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進(jìn)措施，是設(shè)計(jì)合理化。對(duì)已經(jīng)擬訂的各種方案可通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助分析作進(jìn)一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案）。同時(shí)，通過(guò)性能分析能夠很清楚的了解到這個(gè)推土機(jī)裝置在各個(gè)位置或各種工況時(shí)的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘推土機(jī)和使這種推土機(jī)工作效率得到最大限度的發(fā)揮。 1.2 推土機(jī)在地下推鏟作業(yè)中的應(yīng)用 地下礦的推鏟作業(yè)，包括開(kāi)拓、采準(zhǔn)、回采三個(gè)步驟。開(kāi)拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車(chē)場(chǎng)，如水泵房、變電室、機(jī)修站、火藥庫(kù)等，還有石門(mén)、階段運(yùn)輸巷道、溜井等。 采準(zhǔn)是指掘進(jìn)形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空間。前者如采區(qū)的運(yùn)輸巷道、通風(fēng)和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等。 回采就是做完采準(zhǔn)后，在采區(qū)工作面進(jìn)行的落礦、裝運(yùn)和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運(yùn)作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。 裝載作業(yè)就是把開(kāi)拓、采準(zhǔn)、回采的礦石或巖石裝入運(yùn)輸工具或卸入溜井。開(kāi)拓、采準(zhǔn)和回采三者在使用裝運(yùn)機(jī)械方面對(duì)比起來(lái)，采準(zhǔn)工程的特點(diǎn)是：它的裝運(yùn)作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房?jī)?nèi)部及礦床上下盤(pán)中進(jìn)行的。一般地說(shuō)，這些巷道斷面尺寸小、長(zhǎng)度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機(jī)械設(shè)備輕便靈活，便于調(diào)入和調(diào)出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內(nèi)工作，由于設(shè)備的調(diào)入遷移和使用都比較困難，致使采準(zhǔn)工作的機(jī)械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準(zhǔn)工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標(biāo)之一。 1.3 我國(guó)推土機(jī)的發(fā)展前景 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型履帶式推土機(jī)的需求量會(huì)有大幅度上升，特別是西部大 開(kāi)發(fā)，許多大型工程建設(shè)等，大型履帶式推土機(jī)大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型履帶式裝載 機(jī)的國(guó)家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。 1999年，我國(guó)全行業(yè)ZL60型共銷28臺(tái)，ZL80型及ZL100型一臺(tái)也未銷售。因此，我國(guó)大型 履帶式推土機(jī)可以說(shuō)是基本上未推向市場(chǎng)。影響推出市場(chǎng)的主要原因是，除開(kāi)發(fā)水平較低外，主 要是配套件跟不上。大型 履帶式推土機(jī)的配套件國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進(jìn)口配套件價(jià)格又太貴。因此大型履帶式推土機(jī)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上被國(guó)外大公 司所占領(lǐng)。我國(guó)推土機(jī)行業(yè)，特別是主要推土機(jī)制造企業(yè)，應(yīng)抓住我國(guó)加入WTO 后進(jìn)口件價(jià)格 降低的機(jī)遇，進(jìn)口一部分重要的關(guān)鍵部件，同時(shí)為盡量降低成本，加大力度開(kāi)發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開(kāi)發(fā)的零部件，如傳動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出 具有中國(guó)特色的大型履帶式推土機(jī)。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，也一定能打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)。 　　國(guó)產(chǎn)挖掘推土機(jī)及小型多功能推土機(jī)數(shù)量很少，在我國(guó)ZL20型以下屬小型推土機(jī)，據(jù)1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計(jì),共銷售小型推土機(jī)有1546 臺(tái)，能占全行業(yè)的8.2％。 　　國(guó)外小型推土機(jī)及小型多功能推土機(jī)，包括挖掘推土機(jī)在內(nèi)，市場(chǎng)份額已相當(dāng)大。美國(guó)的 山貓牌小型多功能推土機(jī)年銷量在5萬(wàn)臺(tái)左右，還有美國(guó)的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國(guó) 的JCB公司等的挖掘推土機(jī)及小型多功能推土機(jī)年銷量都在萬(wàn)臺(tái)上?？梢?jiàn)世界市場(chǎng)上挖掘裝載 機(jī)及小型多功能推土機(jī)市場(chǎng)是多么大，而中國(guó)目前這類產(chǎn)品基本上還沒(méi)有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級(jí)公路建設(shè)、一般公路的維護(hù)保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹(shù)造林等。特別是西部大開(kāi)發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場(chǎng)。這類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳動(dòng)為主，目前世界上小型推土機(jī)、小型多功能推土機(jī)基本上都是 靜液壓傳動(dòng)。我國(guó)要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來(lái)，必須有自己的創(chuàng)新。推土機(jī)行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應(yīng)加大創(chuàng)新力度，去爭(zhēng)我國(guó)小型推土機(jī)、小型多功能推土機(jī)、挖掘推土機(jī)等這一巨大的潛在市場(chǎng)。 　　我國(guó)西部3000米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積，在實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途推土機(jī)需要量較大，國(guó)內(nèi)目前基本上還沒(méi)有這類產(chǎn)品，而國(guó)外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國(guó)加入WTO后，這個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)很可能被國(guó)外大公司所占領(lǐng)。我國(guó)的推土機(jī)行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動(dòng)起來(lái)，與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)等配套件企業(yè)聯(lián)合起來(lái)，盡快開(kāi)發(fā)出具有中國(guó)特色的高原、沙漠型特殊用途推土機(jī)，去搶占我國(guó)西部這一潛在大市場(chǎng)。 　　中型履帶式推土機(jī)是國(guó)內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過(guò)剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實(shí)行國(guó) 際采購(gòu)，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的機(jī)遇就在眼前。 1.4 推土機(jī)分類 按行走方式，推土機(jī)可分為履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機(jī)附著牽引力大，接地比壓小(0.04一0.13MPa)，爬坡能力強(qiáng)，但行駛速度低。輪胎式推土機(jī)行駛速度高，機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)循環(huán)時(shí)間短，運(yùn)輸轉(zhuǎn)移方便，但牽引力小，適用于需經(jīng)常變換工地和野外工作的情況。 按用途可分為通用型及專用型兩種。通用型是按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的機(jī)型，廣泛用于土石方工程中。專用型用于特定的工況下，有采用三角形寬履帶板以降低接地比壓的濕地推土機(jī)和沼澤地推土機(jī)、水陸兩用推土機(jī)、水下推土機(jī)、船艙推土機(jī)、無(wú)人駕駛推土機(jī)、高原型和高濕工況下作業(yè)的推土機(jī)等。 我國(guó)目前生產(chǎn)的主要是通用型推土機(jī)、濕地型推土機(jī)以及適應(yīng)西部大開(kāi)發(fā)達(dá)高原型推土機(jī)。經(jīng)歷了20多年的穩(wěn)步發(fā)展，目前我國(guó)推土機(jī)行業(yè)已形成從59kW(80馬力，山推的SD08推土機(jī)，在5.12汶川地震中，由俄羅斯米-26直升機(jī)吊起到施工現(xiàn)場(chǎng))到309kW(420馬力，為山推近年來(lái)開(kāi)發(fā)的SD42推土機(jī)，主要出口到俄羅斯，另?yè)?jù)山推內(nèi)部消息，2009年山推將開(kāi)發(fā)520馬力的推土機(jī)納入科研計(jì)劃)規(guī)格齊全的產(chǎn)品系列。而且還出現(xiàn)了根據(jù)不同作業(yè)工況的需要，采用不同配置模塊的變型產(chǎn)品，基本上滿足了國(guó)內(nèi)土石方工程對(duì)推土機(jī)產(chǎn)品的需求。 1.5 結(jié)構(gòu)和原理 履帶式推土機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、電氣部分、駕駛室和機(jī)罩等組成。其中，機(jī)械及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)又包括液力變矩器、聯(lián)軸器總成、行星齒輪式動(dòng)力換擋變速器、中央傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動(dòng)器、終傳動(dòng)和行走系統(tǒng)等。 動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)以齒輪傳動(dòng)和花鍵連接的方式帶動(dòng)工作裝置液壓系統(tǒng)中工作泵、變速變矩液壓系統(tǒng)變速泵、轉(zhuǎn)向制動(dòng)液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)向泵；鏈輪代表二級(jí)直齒齒輪傳動(dòng)的終傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括左和右終傳動(dòng)總成）；履帶板包括履帶總成、臺(tái)車(chē)架和懸掛裝置總成在內(nèi)的行走系統(tǒng)。 1.6 推土機(jī)總體設(shè)計(jì)的任務(wù) 根據(jù)所要設(shè)計(jì)的推土機(jī)的主要用途、作業(yè)條件、制造情況等全名正確的確定影響整機(jī)性能的主要參數(shù)、各總成的型式，并進(jìn)行合理的布置。 總體設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容： （1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，選擇機(jī)型及各總成結(jié)構(gòu)型式，確定總體布置方案。 （2）確定整機(jī)主要性能參數(shù)。 （3）按總體性能要求，確定各總成主要參數(shù)及相互之間的關(guān)系。 （4）進(jìn)行必要的總體計(jì)算。 （5）繪制整機(jī)尺寸鏈圖及總圖。 （6）輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 總體設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)性能起決定性的作用，因?yàn)檎麢C(jī)性能的好壞，不僅取決于的各總成本身性能的優(yōu)略，而且更重要的是與他們之間的協(xié)調(diào)有關(guān)。組成整機(jī)的各總成之間的聯(lián)系又相互制約。在總體設(shè)計(jì)中，如果對(duì)整機(jī)缺乏總體考慮，那么即使各總成的造型與設(shè)計(jì)是好的，是先進(jìn)的，但組合在一起不一定能取得良好的的效果。因此在總體設(shè)計(jì)中，各總成要相互協(xié)調(diào)，不能片面強(qiáng)調(diào)某一局部，必須從整機(jī)出發(fā)全面考慮，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。 1.7 課題背景和設(shè)計(jì)意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)處不在，現(xiàn)在對(duì)學(xué)生的要求越來(lái)越高，不僅對(duì)學(xué)生的理論要求提高了，而且對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力的要求也有所提高，而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)學(xué)生的理論實(shí)踐能力的一次提高。 本次設(shè)計(jì)主要完成推土機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要查閱很多相關(guān)資料和深入思考問(wèn)題，這對(duì)專業(yè)能力的提升有很大幫助。 在這次的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)軟件的應(yīng)用能力。  第二章 推土機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 各個(gè)機(jī)構(gòu)的選擇 推土機(jī)總體結(jié)構(gòu)包括動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、工作裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和駕駛室等。 2.1.1 動(dòng)力裝置 推土機(jī)的工作特點(diǎn)是在戶外連續(xù)作業(yè)，且阻力時(shí)常變化，宜選取 12 小時(shí)功率作為發(fā)動(dòng)機(jī)裝車(chē)的標(biāo)定功率，轉(zhuǎn)速在1800～2000r/min之間，功率為120kw，速度適應(yīng)系數(shù)應(yīng)在 1.35～1.55 的范圍內(nèi)。 選用康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，額定功率 120kw，最大輸出扭矩 780N·m。 2.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 采用發(fā)動(dòng)機(jī)—液力變矩器—變速器—中央傳動(dòng)—最終傳動(dòng)的路線。 （1）液力變矩器 推土機(jī)功率 120kw，屬大型推土機(jī)，應(yīng)選液力機(jī)械傳動(dòng)。液力機(jī)械傳動(dòng)所選變矩器應(yīng)有較大的工作變矩系數(shù)和啟動(dòng)變矩系數(shù)，以及較大的最高效率較寬的高效率范圍，而且穿透性應(yīng)比較小。 選用 YJ380 型單級(jí)單相三元件液力變矩器，循環(huán)圓直徑 380 mm，變矩系數(shù)2.38，最高效率 86%。該變矩器使推土機(jī)輸出力的大小能自動(dòng)適應(yīng)外負(fù)載的變化，并保證超載運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火。 （2）變速器 變速器要求結(jié)構(gòu)緊湊，換檔平穩(wěn)，換檔時(shí)無(wú)需切斷動(dòng)力。 采用行星齒輪式動(dòng)力換檔變速器，速度的切換通過(guò)手操作液壓控制閥實(shí)現(xiàn)，前進(jìn)后退各三檔，采用強(qiáng)制潤(rùn)滑。 （3）中央傳動(dòng)和最終傳動(dòng) 采用一對(duì)螺旋圓錐齒輪傳動(dòng)，將動(dòng)力分左右兩部分。通過(guò)左右轉(zhuǎn)向離合器再將動(dòng)力傳給最終傳動(dòng)，最終傳動(dòng)為二級(jí)直齒輪減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承受力強(qiáng)，是推土機(jī)的主要受力部件。 （4）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 采用多片濕式轉(zhuǎn)向離合器，利用彈簧壓緊，手操縱（與制動(dòng)器聯(lián)動(dòng)）油壓助力壓縮，液壓分離；采用濕式帶抱式腳踏油壓助力轉(zhuǎn)向制動(dòng)器，以轉(zhuǎn)向器從動(dòng)鼓作為制動(dòng)鼓。 2.1.3 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)由臺(tái)車(chē)、平衡梁和四輪一帶(托輪、鏈輪、支重輪、引導(dǎo)輪和履帶) 組成。臺(tái)車(chē)通過(guò)平衡梁與機(jī)架間半剛性聯(lián)接，支撐推土機(jī)前部幣量。臺(tái)車(chē)張緊液壓缸起張緊履帶的作用，緩沖彈簧起緩和沖擊的作用。履帶為密封潤(rùn)滑型耐磨損，摩擦系數(shù)低，使用壽命長(zhǎng)。 2.1.4 工作裝置 推土鏟可根據(jù)不同的使用土況配置角鏟、直傾鏟、U 形鏟和環(huán)衛(wèi)鏟。后工作裝置可配置單齒松土器、三齒松土器、工業(yè)絞盤(pán)、拖式鏟運(yùn)機(jī)、拖式振動(dòng)壓路機(jī)等，并可根據(jù)用戶需要改裝成吊管機(jī)和焊接工程車(chē)，這些工作裝置均為液壓驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接方便。 采用液壓操縱式直傾鏟刀，鏟刀可以在液壓缸的作用下強(qiáng)制入土，在較硬土質(zhì)條件下正常作業(yè)，保證作業(yè)質(zhì)量，操作輕便，易于控制。工作裝置布置在推土機(jī)前端，主要包括推土鏟刀、頂推架、水平撐桿、斜撐桿和控制推土鏟刀起落的液壓缸。 直傾式鏟刀的推土板采用中部為圓弧段，上部為擋土板，下部為直線段的復(fù)合型推土板，推土板斷面結(jié)構(gòu)為半開(kāi)式。推土板側(cè)邊與推土機(jī)縱軸方向夾角一般為 5～7 度。 2.1.5 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)分為變速變矩液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和工作裝置液壓系統(tǒng)。變速液壓系統(tǒng)由變速泵、變速閥等組成，用于推土機(jī)的前進(jìn)、后退和變速換擋，使推土機(jī)換擋平穩(wěn)、可靠、省力。轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向閥等組成，用于推土機(jī)的轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，使推土機(jī)轉(zhuǎn)向制動(dòng)靈活可靠。工作裝置液壓系統(tǒng)由工作泵、控制閥和液壓缸等組成，用于推土機(jī)工作裝置的提升、下降和保持，作業(yè)效率高。 2.2 推土機(jī)總體參數(shù)選擇 推土機(jī)的總體參數(shù)包括重量、速度、牽引力等。初選時(shí)，一般按經(jīng)驗(yàn)公式或相似法則來(lái)確定，然后通過(guò)總體計(jì)算來(lái)校核總體性能。如果計(jì)算結(jié)果不夠理想，必須對(duì)某些參數(shù)做適當(dāng)?shù)男薷?，以獲得良好的總體性能。 2.2.1 推土機(jī)重量和接地比壓 推土機(jī)的重量總體性能影響很大，他是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用的一個(gè)重要參數(shù)。 此款推土機(jī)的使用重量是173850N，其發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率是120Kw，所以其比重量約是1.45。 推土機(jī)的接地比壓q是使用重量與履帶接地面積F之間的比值按下式計(jì)算： （2.1） 式中：——推土機(jī)的使用重量（KN）; L——履帶接地長(zhǎng)度（m）； b——履帶板寬度（m）； 其中，是173.85kN，L為2.43m，b為0.51m。 =68KPa 履帶式推土機(jī)的接地比壓一般在60KPa左右。 2.2.2 推土機(jī)的行走速度 推土機(jī)前進(jìn)速度： 1檔：0~3.8km/h；2檔：0~6.6km/h；3檔：0~10.6km/h 推土機(jī)后退速度： 1檔：0~4.9km/h；2檔：0~8.5km/h；3檔：0~13.6km/h 2.2.3 鏟刀的垂直壓力及比壓入力 鏟刀的垂直壓力p是以推土機(jī)在油缸的作用下，抬頭失穩(wěn)極限情況下確定的，其計(jì)算公式如下： P=（N） （2.2） 式中：—推土機(jī)使用重量（N）； 、—鏟刀切削刃及整機(jī)重心至傾翻點(diǎn)水平距離； 為17385N, 、分別為3.5m，1.2m，所以有如下： P=17385N×=42255N 比入壓q是鏟刀單位支地面積的垂直壓力。q按下式計(jì)算： q3.4MPa F—切削刃接地面積（㎡）。 2.2.4 鏟刀的提升高度和切削深度 此款推土機(jī)鏟刀的提升高度為1095㎜，鏟土深度為545㎜。 2.2.5推土機(jī)生產(chǎn)率 影響推土機(jī)生產(chǎn)率的因素主要有每鏟最大推土量V,推土作業(yè)生產(chǎn)率，平地作業(yè)生產(chǎn)率。 1 每鏟最大推土量V: V= （2.4） 式中：—推土板寬度（m），取0.2m； —推土板高度（m），取1.149m； h— 平均切土深度（m），取0.545m； —土的自然坡度角，?。? —土地的充盈系數(shù)，取1.0。 所以V=×1.0=0.063 2 推土作業(yè)生產(chǎn)率: =(/h) （2.5） 式中：—推土機(jī)作業(yè)時(shí)間利用系數(shù)，取0.90； —推土板土量損漏系數(shù)，取決于運(yùn)輸距離L, =1-0.005L； —坡度作業(yè)影響系數(shù)，取0.7； T—一個(gè)推土周期循環(huán)時(shí)間（s），取 T=+++2++ （2.4） 式中： —切土距離，取10m； —運(yùn)土距離，取50m； 、、—分別為切土、運(yùn)土、返回的速度（m/s）,分別取0.8 m/s、1.6 m/s、4 m/s; —推土機(jī)掉頭時(shí)間，取10s； —換擋時(shí)間，取4s； —鏟刀下落時(shí)間，取1s。 所以T=84s 推土作業(yè)生產(chǎn)率==1.28 /h 2.2.6推土機(jī)重心計(jì)算 1 . 重心位置分析 推土機(jī)的中心位置主要是指縱向的位置，橫向一般分布在推土機(jī)縱軸中心線上，重心的高度在滿足離地間隙要求的情況下，為提高穩(wěn)定性，應(yīng)盡量降低。 影響重心位置有兩個(gè)：一個(gè)是總體布置是否合理；另一個(gè)是作用在鏟刀上的外載荷的變化。推土機(jī)在各種工況作業(yè)時(shí)，地面對(duì)鏟刀反力的大小和方向是影響接地比壓的重要因素。顯然不可能要求在任何情況下推土機(jī)接地比壓均勻，并使得壓力中心保持在接地中心上，因此只能找出一個(gè)對(duì)推土機(jī)總體性能影響最大而又經(jīng)常遇到的工況，滿足上述要求，這是推土機(jī)重心合理布置的基本要求。 2.重心位置的確定 (1) 理論分析：為了使液壓推土機(jī)鏟刀具有良好的的強(qiáng)制入土的性能，重心入土以強(qiáng)制入土為基本情況。此時(shí)，要求接地比壓均勻，壓力中心位于接地重心上。如圖3-1： 圖1 重心位置的確定 以驅(qū)動(dòng)輪中心線與地面交點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。重心位置距O點(diǎn)為l，地面對(duì)履帶支反力的合力N距O點(diǎn)為接地長(zhǎng)度的一半，即L/2。 由=0得： N=－ （3.1） 由=0得： －－N=0 (3.2) 則 =+=1.46m 從上式可見(jiàn)，推土機(jī)重心的確定，以入土工況為基本工況是，必須將重心布置在接地中心之前，其前超量為。重心位于接地重心之前，使鏟刀強(qiáng)制入土性能提高，入土力大，不易抬頭。  第三章 推土機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)類型 推土機(jī)的工作裝置也稱鏟刀，它包括推土板，頂推架，鏟倒升降機(jī)構(gòu)等。 推土板的橫向結(jié)構(gòu)外形為直線型，直線型推土板切削力大，但推土板兩側(cè)有土遺漏現(xiàn)象。推土板前土形成的時(shí)間較長(zhǎng)，因此它主要用于短距離土的剝離和運(yùn)輸。如圖3-1： 圖3-1 直線型固定式鏟刀 推土板縱向外形結(jié)構(gòu)為復(fù)合型，下面直線段，上面為圓弧段。如圖3-2所示： 圖3-2 推土板結(jié)構(gòu)外形 推土板斷面結(jié)構(gòu)為斷開(kāi)式，如圖3-3所示： 圖3-3 推土板斷面結(jié)構(gòu)型式 推土板側(cè)邊與推土板從軸方向的夾角是～。推土板兩側(cè)輪廓為直角外形。 推土機(jī)的外形對(duì)減少推土機(jī)在作業(yè)時(shí)的能量消耗，提高作業(yè)效率有很大關(guān)系。合理的推土板外形土的切削阻力較小，土屑沿推土板面向上滑移時(shí)，摩擦功消耗較小，并且土屑再向上滑移的同時(shí)，向推土板的前方滑落，容易形成較大的土塊。 設(shè)計(jì)推土板外形是要考慮以下因素： （1）土屑在推土板上緣易向前翻落，不應(yīng)越過(guò)刀背向后翻落。 （2）推土板前積累土體要多。 （3）土屑沿推土板前面上升時(shí)變形小。 （4）推土板卸土干凈，不易粘著濕土。 3.2 工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定 3.2.1鏟刀的高度和寬度 （1） 鏟刀的高度鏟刀支地，沿地面垂直方向量出的高度稱為鏟倒高度 鏟倒高度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式確定： =（220～275） （㎜） (3.1) 式中:—發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（KW） =233×=1149㎜ （3.2） (2) 鏟倒寬度 鏟刀切削刃外廓寬。推土機(jī)鏟刀必須有自身開(kāi)辟道路的能力，因此鏟刀寬必須大于行走裝置每邊25～35㎜。 當(dāng)鏟刀高度確定后，也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定鏟刀的寬度： =（2.5～3） （3.3） =3×1149=3416㎜ 3.2.2 推土板角度參數(shù)的選擇 推土板的形狀對(duì)減少推土機(jī)作業(yè)過(guò)程中能量消耗， 提高作業(yè)效率有很大關(guān)系。合理的推土板外形，土的切削阻力較小，土屑沿推土板面向上滑移時(shí)，摩擦功消耗較小，并且土屑在向上滑移的同時(shí)，向推土板前面翻落，容易形成較大的土堆；不合理的推土板外形，使土的切削阻力增加，土屑在向上運(yùn)動(dòng)及向前翻滾時(shí)雜亂擠出，這樣就加大了土屑間摩擦力，增加了能量的消耗。對(duì)于同樣的土，當(dāng)切削面積相等時(shí)，推土板外形稍有改變，切削阻力就隨之改變，所需的頂推力也就不同。推土板角度參數(shù)包括切削角δ，后角а，刀刃尖角β，前翻角 ，擋土板安裝角 ，推土板斜裝角ε，擋土板垂直面傾斜角ξ。推土板各角度如圖 3-4所示。 圖3-4 推土板角度參數(shù) （1）切削角的選擇 切削角δ是鏟刀支地，刀片與地平面間夾角，δ越小土的切削阻力就越小，由于推土機(jī)正常作業(yè)時(shí)，必須保證后角а大與 30°。因此δ過(guò)小不僅使а得不 （2）后角的選擇 后角а是刀片后端斜面與地平面的夾角，若а<30°，由于地形起伏會(huì)出現(xiàn)刀片背后接地現(xiàn)象（此時(shí)а=0），從而增加摩擦阻力，使切削能力降低。若а太大，則推土阻力明顯增大。選а為 30°。 （3）刀刃尖角的選擇 刀刃尖角β是刀片前后面夾角，β過(guò)小刀片強(qiáng)度減弱，β過(guò)大引起后角а過(guò)小。選β為 30°。 （4）前翻角的選擇 前翻角是推土板最上緣切線與水平面夾角。的選擇主要考慮使土屑沿推土板上緣向前翻落性能良好。選為 75°。 （5）推土板回轉(zhuǎn)角的選擇 推土板回轉(zhuǎn)角φ是指在水平面內(nèi)，推土板與推土機(jī)縱軸線的夾角，對(duì)于固定式鏟刀。取φ=90°。 （6）推土板傾斜角的選擇 推土板傾斜角ξ是在垂直面內(nèi)推土板與地平面夾角，有了ξ角能使推土機(jī)在坡地上，橫向推出水平切土面，以及在平地上推出橫坡，另外對(duì)較堅(jiān)硬土可用角鏟作業(yè)（鏟刀尖肯地）。ξ的調(diào)整范圍，取ξ為±10°。 （7） 擋土板安裝角的選擇 擋土板安裝角是推土板上部擋土板與地平面的夾角，取 90°，加裝擋土板的目的是防止土屑往推土板后面翻落并增加推土板前積土量。 （8）推土板斜裝角的選擇 推土板斜裝角是整個(gè)推土板與地面傾斜安裝的角度。ε過(guò)小，一方面土屑易從推土板上緣往后翻落，另外，由于推土板上積土太多而引起鏟刀提升阻力增加，ε過(guò)大，則隨著切削角δ增大，使得土屑上升變形加大，增加切削阻力。取ε=75。 推土板角度參數(shù)值的選擇見(jiàn)表 3.1。 表3.1 推土板角度參數(shù) 3.2.3推土板曲率半徑 推土板曲率半徑 Rg 是鏟刀的重要參數(shù)之一，它直接影響到推土機(jī)的作業(yè)性能。當(dāng)推土板高度一定時(shí)，為了不使土屑向推土板后面翻落及增大鏟刀前面的積土量，Rg 宜小些，而為了減小土屑上升阻力及卸土干凈，Rg 值又宜大些。因此確定 Rg 時(shí)要綜合考慮上述因素，其中不使土屑往推土板后面翻落是主要因素，也就是要求 <90,一般需滿足 Rg>（0.8—0.9）Ho,通常取 Rg= Ho。 3.2.4推土板直線部分及檔土板尺寸 固定式鏟刀推土板采用下部為直線段的復(fù)合形推土板，下部直線部分用來(lái)安裝刀片，直線部分等于刀片寬度。 取 a=0.15Hg=172.35≈180mm 推土板垂直高度根據(jù)總尺寸確定。 3.2.5頂推架于臺(tái)車(chē)架的鉸點(diǎn)位置 頂推架鉸接在臺(tái)車(chē)架上，其鉸點(diǎn)位置影響鏟刀升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，它與鏟刀升降高度、頂推架長(zhǎng)度等參數(shù)有關(guān)。 頂推架鉸點(diǎn)位置對(duì)臺(tái)車(chē)架的受力狀況影響很大(尤其當(dāng)鏟刀受到偏載及橫向力時(shí)，太靠前則臺(tái)車(chē)架發(fā)生較大形變，太靠后則推土機(jī)易前翻)，為了使鉸點(diǎn)反力均衡的(縱向和橫向)傳至臺(tái)車(chē)架和八字架上，避免臺(tái)車(chē)架受力過(guò)大發(fā)生形變，鉸點(diǎn)位置一般選在八字架與臺(tái)車(chē)架聯(lián)接中點(diǎn)的附近。 3.2.6鏟刀鋼板厚度 推土板及頂推架均是鋼板焊接部件，鋼板厚度由剛度和強(qiáng)度條件確定。取鋼板的厚度為22㎜。 3.3 推土機(jī)工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 3.3.1土壤的切削性能 表1 幾種土壤的粘聚力C和重度 塑性土壤的種類 粘土 亞粘土 亞砂土 C/MPa /(KN/m3) C/MPa /(KN/m3) C/MPa /(KN/m3) 硬性 0.10 21.5 0.06 21.5 0.02 20.5 半硬 0.06 21.0 0.04 21.0 0.015 20.0 低塑 0.04 20.5 0.025 21.0 0.01 19.5 塑性 0.02 19.5 0.015 19.0 0.005 19.0 高塑 0.01 19 0.01 18.5 0.002 18.5 流動(dòng) 0.005 18 0.005 18.0 0.00 18.0 表2 土壤的自然坡度角 種類 狀態(tài) 碎石 礫石 砂石 粘土 輕亞粘 土 種植土 粗砂 中砂 細(xì)砂 肥土 貧土 干 35 40 30 38 35 45 50 40 40 濕 45 40 32 35 30 35 40 30 35 飽和 25 35 27 25 20 15 30 20 25 表3 土對(duì)鋼和土對(duì)土的摩擦系數(shù)、 土壤名稱 砂土和亞砂土 0.8 0.35 中質(zhì)亞粘土 1.0 0.50 重質(zhì)亞粘土 1.2 0.80 土壤內(nèi)摩擦角=，土與鋼的摩擦角。 表4 各種土壤的切削比阻力及刀刃入土比阻力（MPa） 土級(jí)別 土的名稱 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 砂、砂質(zhì)上、中等濕度的松撤粘土、種植土 枯質(zhì)土、中綱砂礫、松散軟粘土 巒實(shí)枯土質(zhì)、中等鉆土、松散粘土、軟泥炭 合碎石成卵石的枯土、雹濕枯土、中等堅(jiān)實(shí)煤炭、合少量雜質(zhì)的石礫堆積物 中等頁(yè)巖、得于枯土、堅(jiān)實(shí)而硬的黃土，軟石膏 0.01——0.03 0.03——0.06 0.06——0.13 0.13——0.25 0.25——0.32 0.25 0.6 1.0 1.4 表5 履帶行走機(jī)構(gòu)在各種地面的滾動(dòng)阻力系數(shù)和附著系數(shù) 支撐面種類 滾動(dòng)阻力系數(shù) 附著系數(shù) 鋪砌的路面 0.05 0.6—0.8 干燥的土路 0.07 0.8—0.9 柔軟的砂質(zhì)路面 0.10 0.6—0.7 細(xì)砂地 0.10 0.45—0.55 收割過(guò)的草地 0.10 0.7—0.9 開(kāi)墾的田地 0.10—0.12 0.6—0.7 冰雪凍結(jié)的道路 0.03—0.04 0.2 3.3.2推土機(jī)受力分析 推土機(jī)作業(yè)受力分析是強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)，就是確定外載荷，踏實(shí)工作裝置提升機(jī)構(gòu)的工作依據(jù)，而且為工作裝置、履帶臺(tái)車(chē)架等零部件強(qiáng)度計(jì)算提供載荷依據(jù)。 （一） 鏟刀自重 液壓推土機(jī)靠油缸力使鏟刀強(qiáng)制入土，所以鏟刀不必太笨重，鏟刀自重在強(qiáng)度及剛度允許的情況下，可適當(dāng)減輕。可以用經(jīng)驗(yàn)公式確定鏟倒自重： =（0.18～0.21）（N） （3.4） —推土機(jī)的使用重量。 所以有：=17385×0.18=31293N （二） 鏟刀提升力計(jì)算 鏟刀提升力是指提升裝置的提升作用力，當(dāng)鏟刀遇到大障礙物，鏟刀提不起來(lái)，而鏟刀提升機(jī)構(gòu)供給的提升力足以使推土機(jī)繞履帶接地最前端（A 點(diǎn)）傾翻。 以拖拉機(jī)為脫離體，拖拉機(jī)受力有：拖拉機(jī)使用重量 GT,頂推架絞點(diǎn)支反力和，提升力，按內(nèi)力平衡，、、分別和、、大小相等，方向相反。 圖3-5 鏟刀提升力計(jì)算受力圖 =0得GT+Xm－Z－S=0 得 Sy=S= （3.5） 以鏟刀為脫離體，鏟刀受力有：土的反力 Px 和 Pz,鏟刀自重 Gg，頂推架絞點(diǎn)C 的反力 Xc 和 Zc，提升力 Sy,此時(shí)與地平面成θ角。 =0 得X=Xc=Px+Sycos =0 得 Z=Zc= 將X和Z值代入式，得 Sy= （3.6） 式中：—推土機(jī)使用重量 Px—土的反力 Gg—鏟刀自重 θ—提升力與地面夾角 —Sy 力與作用線距離 l、、lg--見(jiàn)圖示 Sy= =120860N 考慮動(dòng)載荷的鏟刀提升力： = （3.7） 式中: --動(dòng)載系數(shù)，查表取1.4 故=169200N 3.3.3推土機(jī)作業(yè)阻力計(jì)算 以推土機(jī)在水平地面勻速行駛，鏟刀以最大切土深度進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)切土結(jié)束提升推土鏟的瞬時(shí)所產(chǎn)生的最大作業(yè)阻力作為 計(jì)算工況，其作業(yè)阻力主要有：切線切削阻力 Pq，鏟刀前積土的推移阻力 Pt，刀刃與土壤摩擦阻力 Pm1和土屑沿鏟刀上升時(shí)的摩擦阻力的水平分力 Pm2， (1)切線切削阻力 Pq 設(shè) Pq 的作用點(diǎn)在鏟刀刃前， 作用方向沿鏟刀切削角底邊并與推土機(jī)前進(jìn)方向相反，則: Pq = B （3.8） 式中：B--- 推土板的寬度 （3.416m） --- 切削比阻力，查表4取=0.05（MPa） ---推土產(chǎn)平均切削深度（m） 圖3-6 推土鏟平均切屑計(jì)算 =（－）sin=－sin =0545－sin=0.248m 故=×3.416×0.248×0.0542358 N (2)鏟刀前積土的推移阻力 =· (3.9)式中：—土與土之間的摩擦系數(shù)，查表3取0.5 —推土鏟前積土重量 = （3.10） 式中：—土的重度（N/），查表1得=21×N/ B—推土鏟的寬度（3.416m） H—推土鏟的高度（1.149m） —推土鏟平均切屑深度（0.248m） —土壤的自然坡度角，查表2得取 故=21×=34701N 故=34701N×0.5=17351N (3)刀刃與土壤摩擦阻力： =·B·x· （3.11） 式中：—推土鏟切削刃磨損后切削刃壓入土的比阻力，查表4得 0.483Mpa B—推土鏟寬度（3.416m） x—切削刃磨損后的接地長(zhǎng)度 m (取 0.008m) —土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)，查表3取 1.0 故=×0.483× 3.416 ×0.008 ×1.013200N (4)土屑沿鏟刀上升時(shí)的摩擦阻力的水平分力 = （3.12）式中:Gt—推土鏟前積土重量（34701N） —土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)（1.0） —推土鏟的切削角（55°） 故=34701 ×1.0× 55° = 11416 N 綜上所述：推土機(jī)的作業(yè)阻力 PT 為： PT=Pq+Pt+Pm1+Pm2=42358+17351+13200+11416=84325N 上述作業(yè)阻力計(jì)算時(shí)，沒(méi)有考慮鏟刀碰撞障礙物時(shí)的沖擊載荷的影響，當(dāng)鏟刀碰撞到難以克服的障礙物時(shí)，推土機(jī)仍全力頂推，履帶完全滑轉(zhuǎn)，此時(shí)需考慮猛烈的沖擊及慣性力，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式： Px =Kd ·PT （3.13） 式中:Kd—?jiǎng)虞d系數(shù)，取 1.5 故Px=1.5 ×84325=126488N 3.4 推土機(jī)鏟刀的強(qiáng)度計(jì)算 3.4.1計(jì)算位置的確定（第一計(jì)算位置） 鏟刀的水平土反力 Px 和頂推架絞點(diǎn)水平反力 Xc 的最大值，適當(dāng)推土機(jī)具有最大頂推力和慣性力時(shí)產(chǎn)生的。即推土板頂?shù)秸系K物，履帶滑轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的。 鏟刀的土切垂直反力Pz 和鏟刀升降力的最大值， 是在推土板固定切削時(shí)或者以全功率提升及強(qiáng)制入土?xí)r產(chǎn)生的。 推土機(jī)中部頂?shù)秸系K物，其計(jì)算條件為： ⑴推土機(jī)在水平地面作業(yè) ⑵帶土的推土板從切削位置提升到運(yùn)土位置 ⑶推土機(jī)功率足夠大，在頂升推土板的同時(shí)，以最大頂推力向前，即可能使推土機(jī)翹尾失穩(wěn)，同時(shí)履帶滑轉(zhuǎn)。 3.4.2超靜定計(jì)算 為了使鏟刀有足夠的高度，推土板和頂推架往往組成一個(gè)超靜定構(gòu)件，因此需要按解超靜定方法進(jìn)行鏟刀的強(qiáng)度計(jì)算。 首先繪制計(jì)算草圖，如圖3-7所示，其中各件的幾何尺寸和相互間位置，是根據(jù)總體布置要求確定。 圖3-7 超靜定計(jì)算草圖 已求出，， =·ctg() =-22303N 式中： 土對(duì)鋼的摩擦角=arctan1= 將Px和轉(zhuǎn)算到頂推架平面上，其合力為 則：= +cos 式中：λ --力與頂推架平面間夾角(45°) 故 =238452N 此時(shí)附加力矩M1,M2 頂推架平面內(nèi)構(gòu)建具有三個(gè)多余約束，即頂推支座多余一個(gè)約束及水平撐桿多于兩個(gè)約束。由于P1 作用在推土板中間，兩水平撐桿的約束相同，所以可簡(jiǎn)化為兩次超靜定結(jié)構(gòu)。 解此超靜定系統(tǒng)求出支反力和兩個(gè)水平桿的約束力，首先畫(huà)出該結(jié)構(gòu)所受多余未知力X1，X2，如圖3-8 所示。 圖3-8 工作裝置所受多余未知力 并建立兩個(gè)補(bǔ)充方程： ++=0 （3.14） ++=0 （3.15） 式中：和--去除多余約束后假設(shè)的未知反力 、和--分別為、和力作用下沿作用方向上的位移量 、和--分別為、和力作用下沿作用方向上的位移量 頂推架與履帶臺(tái)車(chē)架兩絞點(diǎn)的作用力分別為、和、。 圖3-9 多余未知力計(jì)算圖 在P1載荷下： =-=0 得===119226N =-=0 ===55311N ===0 ==165933N 在單位力作用下： =-1+1=0 得==0 =-1=0 得== ===0 ==0 在單位力作用下： = =0 = =0 ==== =sin 通過(guò)以上分析計(jì)算，建立在載荷 P1 作用下和單位力=1和=2作用下，基本結(jié)構(gòu)圖上的彎矩圖、和，如圖 3.5 所示，圖乘法計(jì)算、、、、、值: == === == =－=－ =－ =－ 帶入以式3.14與3.15得： =21967.73N =193985.3N 多余未知力求出后，最后彎矩圖可有下式按疊加原理計(jì)算： Mg= （3.16） 得到工作裝置所受軸向力和彎矩圖如圖3-10所示： 圖3-10 工作裝置所受軸向力和彎矩圖 推土板在外力作用下，從Mg 圖可見(jiàn)，推土板中間O 截面及頂推架的D 截面彎矩最大。 得到推土板截面特性參數(shù)如下： 體積 = 9.8732567e+07 曲面面積 = 1.6882094e+07 密度 = 7.8000000e-06 kg / 質(zhì)量 = 7.7011402e+02 kg 根據(jù)推土鏟 坐標(biāo)邊框確定重心: X Y Z 1.6978878e+03 7.0192331e+02 -1.4649351e+02 mm 相對(duì)于推土鏟 坐標(biāo)系邊框之慣性. (kg×㎡) 慣性張量 Ixx Ixy Ixz 4.7590098e+08 -9.1781195e+08 1.9155013e+08 Iyx Iyy Iyz -9.1781195e+08 3.0798006e+09 8.8997762e+07 Izx Izy Izz 1.9155013e+08 8.8997762e+07 3.5055927e+09 重心的慣性(相對(duì)推土鏟坐標(biāo)系邊框) (kg×㎡) 慣性張量 Ixx Ixy Ixz 7.9941711e+07 0.0000000e+00 0.0000000e+00 Iyx Iyy Iyz 0.0000000e+00 8.4317113e+08 9.8090872e+06 Izx Izy Izz 0.0000000e+00 9.8090872e+06 9.0605779e+08 主慣性力矩(kg×㎡) I1 I2 I3 7.9941711e+07 8.4167662e+08 9.0755230e+08 從推土鏟定位至主軸的旋轉(zhuǎn)矩陣: 1.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.98859 0.15062 0.00000 -0.15062 0.98859 從推土鏟定位至主軸的旋轉(zhuǎn)角(度): 相對(duì) x y z 的夾角 -8.663 0.000 0.000 由 = = 根據(jù)以上數(shù)據(jù)得： =0.0643 =0.254 =－3308.8N?m =21717.1 N?m O 截面的正應(yīng)力值為： 代入數(shù)據(jù)得： 設(shè)扭矩值與剛度成正比故O 截面上扭矩剪切應(yīng)力為： 式中：--O 截面上各外力對(duì)扭轉(zhuǎn)中心的力矩值之半 （約束承擔(dān)了一半扭矩） --O 截面各板厚度 --截面各部分的扭轉(zhuǎn)慣性矩 代入數(shù)據(jù)得：==88.7Mpa 推土板中間O 截面的總應(yīng)力按第三強(qiáng)度理論求得： = （3.17） 式中： --許用應(yīng)力 帶入數(shù)據(jù)得：==190.2 Mpa<380 Mpa 校核合格。 3.4.3斜撐桿強(qiáng)度計(jì)算 在推土板垂直平面內(nèi)，推土板與頂推架絞點(diǎn)支反力為 ，推土板與斜撐桿絞點(diǎn)反力為 ，由于 和的作用，產(chǎn)生力矩和 = =cos 由=0 得： -++sin-(+)=0 = 代入數(shù)據(jù)得： ==98483N 由=0得： -++sin+(+)=0 = 代入數(shù)據(jù)得： ==－139344N 斜撐桿受軸向力： = 式中：--斜撐桿截面積 代入數(shù)據(jù)得：==246.9 MPa <=380MPa 校核合格。 3.5第三計(jì)算位置 第三計(jì)算位置是超靜定體系，此位置主要計(jì)算頂推架、絞銷軸。可按靜定方法計(jì)算。 3.5.1頂推架強(qiáng)度計(jì)算 頂推架絞點(diǎn)反力和由圖3-11根據(jù)力矩平衡式求得。 （N） (N) 圖3-11 鏟刀第三位置計(jì)算圖 =812497.5N =204617.2N 3.5.2鉸銷軸強(qiáng)度計(jì)算 此位置時(shí)銷軸危險(xiǎn)截面為I－I面（如圖3-12），銷軸受力為，其計(jì)算如下： ==838204.5N 圖3-12 絞銷軸受力 （MPa） （3.18） 式中：W—銷軸抗彎截面模量（），值為0.005 —銷軸的軸向力，取32536N F—銷軸斷面積（㎡），值為0.003 282MPa 380 MPa 此絞銷軸合格  第四章 推土機(jī)液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4.1 推土機(jī)