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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 公路銑刨機整機的設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923159 學生姓名： 陳雙成 指導教師： 何雪明（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 公路銑刨機整 機的設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果， 其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致 謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體 已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 94 學 號： 0923159 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 公路銑刨機整機的設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源于工廠。 選題依據(jù)： 瀝青混凝土路面銑刨機是一種高效的瀝青路面維修 養(yǎng)護設備，其原理是利用滾動銑削的方法把瀝青混凝土路面局部或 全部破碎。銑削下來的瀝青碎料經(jīng)再生處理后，可直接用于路面表 層的重新鋪筑。主要用于公路、城市道路、機場、貨場、停車場等 瀝青混凝土砼面層開挖翻新；瀝青路面擁包、油浪、網(wǎng)紋、車轍等 的清除；水泥路面的拉毛及面層錯臺銑平等。隨著市政道路和高等 級公路建設突飛猛進，大規(guī)模的機械化養(yǎng)護時代已經(jīng)到來。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 實現(xiàn)銑刨機的行走，駐停，銑刨和廢料收集傳送； 能夠實現(xiàn)銑刨深度為 0-300mm； 銑刨寬度為 4000mm ； 銑刨速度為 0-5m/min，行走速度為 0-84m/min; II 熟練地掌握 UG 仿真。 四接受學生： 機械 94 班 姓名 陳雙成 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 隨著市政道路和高等級公路建設突飛猛進，大規(guī)模的機械化養(yǎng)護時代已經(jīng)到來。作 為路面養(yǎng)護和再生設備的主要機種之一的路面銑刨機正越來越引起道路養(yǎng)護專家和施工 單位的關注。 路面冷銑刨機是一種高效的路面維修養(yǎng)護設備, 具有使用成本低、銑深范圍廣及不 污染環(huán)境等優(yōu)點。主要用于大面積路面銑刨破碎、常見病害的銑平修整以及路面拉毛作 業(yè)。 路面銑刨機的主要工作裝置是銑刨轉子，銑刨轉子上均勻布置著按左右對稱螺旋線 排列的銑刀。銑刨轉子是以垂直進給和水平進給兩種方式進行工作。路面銑刨機以工作 速度向前移動，銑刨轉子旋轉均勻分布于滾筒上并按螺旋線排列的銑刨刀，銑刨刀順序 接觸路面，路面材料在銑刨轉子刀具的沖擊和擠壓下破碎為顆粒狀；同時呈螺旋狀對稱 排列的刀具將銑下的廢料向轉子中央聚集，通過拋料板將廢料拋到輸送機上，并轉移到 指定位置和運輸車輛上。 本設計說明書包括了整機的總體設計和計算，動力機構及行星減速器的設計，行走 機構的設計，銑刨部分的設計，輸料裝置的設計，并對路面銑刨機械的技術發(fā)展趨勢和 市場前景做了簡單介紹。 本說明書與圖紙配套使用。 關鍵詞：銑刨機；行星減速器；履帶；輸料裝置；刀具 IV Abstract With rapid advances in municipal roads and the construction of high-grade highways, mass maintenance time has come. As road maintenance and recycling equipment of main machine kind of pavement milling machine is one of a growing source of concern for experts of road maintenance and construction units. Cold milling machine is a high performance pavement maintenance equipment, with low cost, wide range of milling depth and does not pollute the environment and so on. Mainly used for common disease of large area of broken pavement milling, milling picking jobs in flat trim as well as pavement. Road milling machine milling rotor are the main working device, evenly milled rotor layout arranged in a symmetrical helical milling cutters. Rotor is based on vertical and horizontal milling feed work in two ways. Pavement milling planing machine to work speed forward mobile, milling planing rotor rotating uniform distribution Yu drum Shang and by spiral arranged of milling Shaver, milling Shaver order contact pavement, pavement material in milling planing rotor tool of impact and extrusion Xia broken for particles shaped; while is spiral shaped symmetric arranged of tool will milling Xia of waste to rotor Central gathered, through throwing material Board will waste throwing to conveying machine Shang, and transfer to specified location and transport vehicles Shang. The design specifications, including the the overall programme, power and design of the planetary gear reducer, mechanism design, milling parts design, design of the feeding device, and pavement milling machine technology trends and market prospects of doing a simple introduction. Supporting the use of these instructions with drawings. Keywords: milling planer ;planetary reducer ;track ;transporting machine ;tool V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 路面銑刨機及其發(fā)展概況 ....................................................................................................1 1.1.1 路面銑刨機的分類 ........................................................................................................1 1.1.2 路面銑刨機的應用特點 ................................................................................................2 1.1.3 路面銑刨機的主要結構及工作原理 ...........................................................................2 1.1.4 國內外路面銑刨機發(fā)展概況 .......................................................................................3 1.2 路面銑刨機設計的指導思想................................................................................................5 1.3 路面銑刨機設計的設計原則 ...............................................................................................5 1.4 本文設計的主要內容 ............................................................................................................5 2 路面銑刨機的總體設計 .............................................................................................................6 2.1 路面銑刨機的選型 ...............................................................................................................6 2.2 路面銑刨機的總體參數(shù)的選型 ............................................................................................6 2.3 路面銑刨機的總體布置 .......................................................................................................8 2.4 銑刨機總體方案的設計 .......................................................................................................8 3 銑刨機動力機構及行星減速器的設計 ...................................................................................10 3.1 發(fā)動機的選擇 .....................................................................................................................10 3.2 傳動形式的選擇 .................................................................................................................11 3.3 行星減速器的設計 .............................................................................................................13 3.3.1 型行星減速器的運動設計 .........................................................................................13 3.3.2 減速器的結構設計 .....................................................................................................17 4 銑刨機行走系統(tǒng)的設計 ...........................................................................................................20 4.1 銑刨機行走系統(tǒng)的基本要求 .............................................................................................20 4.2 銑刨機行走驅動形式 .........................................................................................................20 4.3 導向與張緊緩沖裝置的設計參數(shù)分析 .............................................................................21 4.4 履帶式銑刨機的運動學與動力學分析 .............................................................................25 4.4.1 銑刨機行駛系統(tǒng)的運動學分析 .................................................................................25 4.4.2 履帶式銑刨機動力學分析 .........................................................................................26 4.5 附著條件決定的最大切線牽引力 .....................................................................................27 4.6 行走系統(tǒng)功率分析 .............................................................................................................27 5 銑刨機銑刨系統(tǒng)的設計 ...........................................................................................................29 5.1 路面銑刨機銑刨轉子排列方式分析 .................................................................................29 5.2 路面銑刨機銑刨輪刀具排列參數(shù)分析 .............................................................................30 5.3 路面銑刨機銑刨輪主要參數(shù)的研究 .................................................................................34 5.3.1 銑刨輪的切削量 .........................................................................................................34 5.3.2 銑刨輪直徑 .................................................................................................................35 VI 5.3.3 銑刨輪最佳螺旋升角的選取 .....................................................................................36 6 輸料系統(tǒng)的設計 .......................................................................................................................38 6.1 輸料系統(tǒng)的主要功能部件 .................................................................................................38 6.2 輸送帶的跑偏及防偏措施 .................................................................................................40 6.2.1 跑偏的危害及原因 .....................................................................................................40 6.2.2 輸送帶跑偏的常見處理方式 .....................................................................................40 7 總結與展望 ...............................................................................................................................43 7.1 總結 .....................................................................................................................................43 7.2 不足之處及未來展望 ..........................................................................................................43 致謝 ...............................................................................................................................................45 參考文獻 .......................................................................................................................................46 附錄 ...............................................................................................................................................48 公路銑刨機整機的設計 1 1 緒論 1.1 路面銑刨機及其發(fā)展概況 路面銑刨機是一種高效的瀝青路面維修養(yǎng)護設備，其原理是利用滾動銑削方式把瀝 青路面局部或全部破碎。銑削下來的瀝青碎料經(jīng)處理后，可直接用于路面表層的重新鋪 筑。主要用于公路、城市道路、機場、貨場、停車場等瀝青砼面層開挖翻新；瀝青路面 擁包、油浪、網(wǎng)紋、車轍等的清除；水泥路面的拉毛及面層錯臺銑平等。隨著市政道路 和高等級公路建設突飛猛進，大規(guī)模的機械化養(yǎng)護時代已經(jīng)到來。作為路面養(yǎng)護和再生 設備的主要機種之一的路面銑刨機正越來越引起道路養(yǎng)護專家和施工單位的關注。公路 建設部門對路面銑刨機等成套設備的需求會越來越迫切，需求量也會越來越多 。1 1.1.1 路面銑刨機的分類 按照銑刨寬度，路面銑刨機可分為大中小三種，0.31.0 米為小型；1.22.0 米為中型， 2.0 米以上為大型。對于銑刨寬度小于或等于 1.0 米的小型銑刨機主要是機械傳動，機械 式傳動工作可靠、維修方便、傳動效率高、制造成本低，但其結構復雜、操作不輕便、 作業(yè)效率較低、牽引力較小，一般適用于小面積的路面維修、刮除噴涂標線、銑刨小型 溝槽等，一般不帶廢料回收裝置。銑刨寬度在 1.2 米以上的中型銑刨機主要是液壓傳動， 液壓式結構緊湊、操作輕便、牽引力較大，但制造成本高、維修較難，適用于切削較深 的中、大規(guī)模路面養(yǎng)護作業(yè)。我國目前以生產(chǎn)小型路面銑刨機為主，且以 0.5 米和 1.0 米 兩種規(guī)格居多，大中型產(chǎn)品基本上還是空白。 另外，按銑刨型式不同，可分為熱銑和冷銑。熱銑式因為增加了加熱裝置而使結構 比較復雜，一般用于路面再生作業(yè)。冷銑由于適用范圍廣，目前占據(jù)主導地位。冷銑式 配置功率比較大，刀具磨損比較快，切削料粒度較為均勻，可設置灑水裝置噴水，使用 廣泛，且產(chǎn)品成系列；按銑刨機按行走方式不同，可分為輪式和履帶式。輪式的機動性 好、換場方便，特別適合于中小型的路面作業(yè)。履帶式多為銑削寬度 2000mm 以上的大 型銑刨機，有舊材料回收裝置，適用于大面積路面再生工程；按銑刨鼓旋轉方向與行走 方向不同，可分為逆銑和順銑；按有無廢料回收輸送機，可分為輸送式和無輸送式；按 銑刨鼓安裝方式不同，可分為固定式和移動式。 圖 1.1 輪式銑刨機 無錫太湖學院學士學位論文 2 圖 1.2 2m 履帶式銑刨機 1.1.2 路面銑刨機的應用特點 1. 使用銑刨機銑削路面，可以快速有效地處理路面病害，使路面保持平整； 2. 道路的翻修工程采用銑削工藝可保持原路面的水平高程。銑削工藝可將損壞路面 切除掉，由新材料填補原有空間，經(jīng)壓實后與原路面等高，保持路面的原有水平高程， 這使穿行于高架橋或立交橋涵的路面載荷對橋體不致產(chǎn)生沖擊載荷，并且橋涵通過高程 不變； 3. 保證新舊路面材料的良好結合，提高其使用壽命。采用銑削工藝可使填料坑邊側 及底部整齊、深度均勻，形成新舊料易于結合的齒狀幾何表面，從而使翻修后新路面的 使用壽命大大提高； 4. 有利于舊路面材料的再生利用。由于可以掌握切削深度，銑削下來的材料不僅干 凈且呈規(guī)則的小顆粒，可以不用再破碎加工即可遮現(xiàn)場或固定料場再生利用，大大降低 了施工成本，同時也是一種環(huán)境保護措施。 1.1.3 路面銑刨機的主要結構及工作原理 一般銑刨機由發(fā)動機及行星減速器、行走機構、銑刨部分、輸料裝置等組成。 公路銑刨機整機的設計 3 圖 1.3 銑刨機的總體結構 1.動力系統(tǒng) 2.升降系統(tǒng) 3.傳動系統(tǒng) 4.灑水系統(tǒng) 5.行走系統(tǒng) 6.液壓系統(tǒng) 7.銑刨系統(tǒng) 8.轉向系統(tǒng) 9.集料系統(tǒng) 10.車架系統(tǒng) 11.覆蓋件系統(tǒng) 12.電氣系統(tǒng) 1.1.4 國內外路面銑刨機發(fā)展概況 國外路面銑刨機起源于 20 世界 50 年代，經(jīng)過 60 年的發(fā)展，其產(chǎn)品已成系列化，生 產(chǎn)效率一般為 1502000 ，銑刨寬度 0.34.2m，最大銑刨深度可達 350mm，其機電液hm/2 一體化技術已趨成熟，銑削深度可通過自動找平系統(tǒng)自動控制，同時為改善作業(yè)環(huán)境， 延長銑削刀具的使用壽命，設計有噴灑水裝置和密閉轉子罩殼。為了減輕勞動強度，近 年來開發(fā)的產(chǎn)品都帶有回收裝置，使銑削物從銑削轉子直接輸送到運載卡車上。國外制 造廠商眾多，主要有維特根、英格索蘭、比泰利、卡特彼勒、戴納派克等。 維特根在國際上處于主導地位 ，尤其是小型銑刨機更是無人能及。主要生產(chǎn) SF 和2 DC 系列銑刨機，已形成了銑刨寬度從 0.34.2 米的近 20 種規(guī)格的產(chǎn)品系列，最大銑削深 度為 350mm，我國主要以進口該公司產(chǎn)品為主。比泰利已具有 50 年多制造銑刨機的歷史， 其 SF 系列冷銑刨機有 11 種型號，銑刨寬度為 0.62.1 密，銑刨深度 340mm?？ㄌ乇死罩?要生產(chǎn) PR 和 PM 兩大系列，銑刨寬度為 1.93.18，銑刨深度 305mm 其銑刨機具有銑刨深度 和銑刨表面自動調平自動控制功能，銑刨深度誤差為3mm。戴納派克主要生產(chǎn) PL 系列 銑刨機，銑刨寬度為 0.352.1 米，銑刨深度 0300mm。 國外的路面銑刨機技術已達到較高的技術水平，歸納起來有以下幾個特點： 1. 先進合理底盤結構，銑刨機底盤主要由全剛性車架及四輪行走結構組成，驅動及 轉向方式均以液壓傳動為主； 2. 為充分發(fā)揮最佳銑削功率，銑刨機上自動液壓功率調節(jié)裝置可根據(jù)路面材料的硬 度及銑削深度來控制銑刨轉子進刀速度，即可自動調節(jié)銑刨轉子轉速和銑刨機行走速度， 使銑刨機始終處于最大的功率利用狀態(tài)，并且不會發(fā)生超負荷工作的情況； 3. 增大發(fā)動機功率，同樣銑削寬度新型銑刨機的功率越來越大，生產(chǎn)效率越來越高； 4. 較大的銑削深度，新型銑刨機一次銑削深度超過 300mm，使得對整個行車道全厚 度鋪層進行銑刨成為可能； 5. 性能良好的銑削轉子，大多數(shù)冷銑刨機將銑刀固定在多塊半圓形瓦片上，通過調 整瓦片在轉子上安裝的多少來調整銑刨機的銑刨寬度； 6. 簡便的銑削物裝載，銑刨機前部掛裝輸送裝置即可完成快速收料，并將銑削物裝 在運載汽車上。通過液壓缸調整卸料高度，并可使傳送帶可左右擺動 4050，從而 實現(xiàn)路側裝料； 7. 采用先進技術，如全輪驅動和機電液一體化控制技術、智能化故障診斷和維護系 統(tǒng)、精確的自動找平系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)及功率自動分配系統(tǒng)； 8. 大容量水箱、柴油箱容積更大，機器工作時燃油、冷卻水加注間隔延長，待機時 間索短； 9. 模塊化設計的發(fā)動機以及其外圍部件，如液壓泵、液壓閥和冷卻系統(tǒng)均裝置在同 一底架上，所有電磁閥都安裝在同一個分配閥上，易于調整、檢測和維修； 無錫太湖學院學士學位論文 4 國內路面銑刨機的發(fā)展起始于 20 世紀 80 年代，開始是以拖拉機為底盤通過安裝銑 刨裝置改裝而成的，直到進入 90 年代才開始進行自行式銑刨機的研制。近兩年有了一定 的發(fā)展，主要機型的使用性能已完全能滿足國內高等級公路及市政道路的養(yǎng)護要求，良 好的性能價格比與國外進口產(chǎn)品相比也有較大的競爭優(yōu)勢，但在品種規(guī)格、技術水平及 配套件等方面仍存在較大的差距?？傮w來看，國產(chǎn)銑刨機產(chǎn)品缺乏系列化，功能欠完善， 技術含量低，工作可靠性差。目前僅以生產(chǎn)銑刨寬度 0.5 米和 1 米的兩種輪式銑刨機為 主，生產(chǎn)銑刨寬度 2 米銑刨機的只有徐州工程機械制造廠等幾個少數(shù)廠家。國家經(jīng)貿(mào)委 已經(jīng)明確指出將重點發(fā)展銑刨寬度 1.4-4.0 米，銑刨速度 0-3m/min，銑刨深度 0-300mm 的 銑刨機，從而快速提高我國路面養(yǎng)護機械的國際競爭力。 表 1-1：國內銑刨機主要生產(chǎn)廠商及主要機型情況表 生產(chǎn)廠 型號 銑刨寬度（米） 行走方式 控制方式 山西建筑機械股份 有限公司 CM2000 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 CM1900 1.9m 履帶式 數(shù)字電子西安宏大交通科技 有限公司 CM1200 1.2m 輪式 數(shù)字電子 西安筑路機械公司 LX200 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 XM200 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 XM101 1.0m 輪式 徐州徐工筑路機械 有限公司 XM100 1.0m 輪式 LXZYH2000 2.0m 輪式 數(shù)字電子鎮(zhèn)江華晨華通路面 機械有限公司 LX1000 1.0m 輪式 KFX2200 2.2m 履帶式 數(shù)字電子 KFX2000 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 沈陽北方交通工程司 KFX1000 1.0m 輪式 天津鼎盛工程機械有 限公司 LX1000 1.0m 輪式 德國 Wirtgen 公司 W2000 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 瑞典 Dynapac 公司 PL2000S 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 意大利 Bitelli 公司 SF200L 2.0m 履帶式 數(shù)字電子 就目前產(chǎn)品的技術水平而言，國產(chǎn)機型更多地借鑒了歐洲銑刨機的技術和經(jīng)驗，在 動力、液壓和控制系統(tǒng)上均采用了國際化的配套，可以說在系統(tǒng)配置上達到了國際先進 水平。國內生產(chǎn)廠家以徐州工程機械制造廠、鎮(zhèn)江華通機械集團公司、山東德州工程機 械公司 3 家為主。徐州工程機械制造廠于 1999 年引進德國維特根 2000DC 銑刨機技術， 通過消化吸收已形成了銑削寬度分別為 1 米和 2 米的系列化產(chǎn)品。鎮(zhèn)江華通機械集團公 司生產(chǎn)銑刨寬度 0.5 和 1 米兩種型號的銑刨機，最近研制成功銑刨寬度 1.0 米的帶回收 裝置的 LXZYH1000 型銑刨機。山東德州工程機械公司主要生產(chǎn)銑刨寬度 1 米的銑刨機， 最近正在試制銑刨寬度 2 米的 LX2000 型銑刨機。 在今后的市場競爭中，我國的銑刨機生產(chǎn)廠商應該發(fā)揮如下優(yōu)勢：利用我國已經(jīng) 加入 WTO 有利條件，樹立國際化設計思想，加強國際間技術合作，技術上保持與國際發(fā) 展水平同步，爭取更大的高端產(chǎn)品市場；發(fā)揮本地化的優(yōu)勢，為用戶提供及時的從整 機技術到配件供給等全方位的服務；利用我國勞動力價格低廉的優(yōu)勢，降低整機成本， 發(fā)揮價格優(yōu)勢，爭取更多的中低端用戶，擴大市場；注意研發(fā)符合我國道路特點的專 公路銑刨機整機的設計 5 有技術及產(chǎn)品系列，為公路養(yǎng)護工程服務，促進我國公路交通事業(yè)的技術進步。 隨著公路交通事業(yè)突飛猛進發(fā)展，特別是經(jīng)過“八五”和“九五”期間的快速健康 發(fā)展，我國公路基礎設施的總量取得了巨大的突破，到 2002 年底，公路總里程已達 176 萬 km，其中高速公路為 2.52 萬 km、二級以上高等級公路 24 萬 km。為保持道路通行的安 全、舒適、快速，對它們進行及時、有效、高質量的養(yǎng)護將是今后日常工作的重點。 根據(jù)我國公路發(fā)展的統(tǒng)計，未來公路養(yǎng)護對各類現(xiàn)代化機械設備的需求將會越來越 大。隨著高速公路大修期的到來和公路交通行業(yè)以及城市管理部門對現(xiàn)代化養(yǎng)護方式的 認識，對路面銑刨機的需求將會逐年增加，并且會以很快的速度增加。國外進口產(chǎn)品盡 管性能先進，但價格昂貴、維修服務不便，因此可以預計國產(chǎn)瀝青路面銑刨機將具有較 廣闊的市場前景。 國內生產(chǎn)企業(yè)應抓住機遇，使國產(chǎn)瀝青路面銑刨機盡快形成完整的系列，并不斷提 高產(chǎn)品的使用性能和可靠性，為用戶提供經(jīng)濟、實用、高質量的銑刨機。 1.2 路面銑刨機設計的指導思想 高速公路隨著路面齡期的增加，由于行車載荷與自然環(huán)境因素，路面會陸續(xù)出現(xiàn)一 些病害，嚴重影響行車速度與安全。由于路面銑刨機工作效率高、施工工藝簡單、銑削 深度易于控制、操作方便靈活、機動性能好、銑削的舊料能直接回收利用等。顯然，處 理病害快速有效的方法是使用路面銑刨機銑刨路面，使路面保持平整。用銑刨機械銑刨 損壞的舊鋪層，再鋪設新面層是一種最經(jīng)濟的現(xiàn)代化養(yǎng)護方法。 結合國內外路面銑刨機的發(fā)展概況，設計思想有以下幾點： 1. 向大型化方向發(fā)展； 2. 實用性與先進性兼顧； 3. 充分利用發(fā)動機的功率； 4. 簡化操作，實現(xiàn)自動化控制，設備可靠； 5. 簡化設備保養(yǎng)，合理潤滑，充分防腐； 1.3 路面銑刨機設計的設計原則 根據(jù)以上的設計指導思想，可以確定以下的設計原則 1.簡化設計結構，選用標準件和成熟機構，盡可能結合現(xiàn)有設備，降低制造成本， 并保證性能和質量； 2.配套件必須可靠，確保作業(yè)要求； 3.操作簡單，維修方便； 1.4 本文設計的主要內容 本文主要負責公路銑刨機整體的設計，包括銑刨機總體的布置，總體參數(shù)的選型， 功率的計算及發(fā)動機的選型，傳動方案的選擇，行星減速器的計算與選型，行走系統(tǒng)的 設計，銑刨系統(tǒng)的設計以及輸料裝置的設計。通過比較不同廠家的現(xiàn)有的銑刨機，進而 選出最優(yōu)的設計方案。 無錫太湖學院學士學位論文 6 2 路面銑刨機的總體設計 路面銑刨機的總體設計，就是根據(jù)其主要用途、作業(yè)條件、使用場合及生產(chǎn)情況 等，合理的選擇和確定機型、各總成的結構型式、性能參數(shù)及整機尺寸等，并進行合 理的布置。這些組成和部件相互依賴又相互制約，因此，路面銑刨機的性能不僅取決 與每個部件的好壞，而更重要的是取決于各總成性能的相互協(xié)調。各總成性能的相互 協(xié)調如何，又取決于各總體參數(shù)及各總成部件的匹配情況及其布局的合理性。如果整 體設計過程中缺乏全局觀念，而對總體參數(shù)及各總成部件性能的協(xié)調匹配考慮不周， 或注意不夠，即便設計的各單個總成部件結構是先進的，性能是良好的，但組合裝配 在一起不一定就能獲得整機的良好性能。這是因為某些總成部件的優(yōu)點可被另一些總 成部件所抵消或限制，使其得不到充分發(fā)揮。所以，路面銑刨機的總體設計對整機的 性能起著決定性的影響。因此，總體設計必須從保證路面銑刨機的整體性能出發(fā)，正 確的選擇和確定各總成的結構型式、總體參數(shù)，使其獲得良好的匹配關系，并進行合 理的布置，以達到設計的完美性。 以下各節(jié)分別就路面銑刨機的選型、總成部件結構型式的選擇及比較等作以具體 的闡述。 2.1 路面銑刨機的選型 路面銑刨機結構型式的選擇，主要是根據(jù)其用途和作業(yè)場合，前已述及。路面銑 刨機的結構型式按銑刨機行走方式不同，可分為輪式和履帶式。 輪胎式的優(yōu)點：重量輕、速度快、機動靈活、效率高、行走時不破壞路面及維修 方便等。由于以上特點，輪胎式路面銑刨機一般以中小型居多，運行方便、快捷靈活。 適 用于小面積的路面維修、刮除噴涂標線、銑刨小型溝槽等，一般不帶廢料回收裝 置。在工作量不大、作業(yè)地點不太集中、轉移性頻繁的情況下，生產(chǎn)率大大超過了履 帶式。 輪胎式的缺點：輪胎接地比壓較大、通過性能差、重心較高，穩(wěn)定性較差。 履帶式的優(yōu)點：履帶接地面積大，使得接地比壓小，通過性能好、重心低、穩(wěn)定 性好、重量大、附差性好、牽引力大、比切入力大。因此，大中型路面銑刨機一般為 履帶全液壓式，主要用于大規(guī)模路面養(yǎng)護作業(yè)。 履帶式的缺點：速度低、不夠靈活機動、制造成本高、維修較難、行走時易破壞 路面，轉移工作場地時需用拖車托運。 隨著市政道路和高等級公路建設突飛猛進，大規(guī)模的機械化養(yǎng)護時代已經(jīng)到來。 國家經(jīng)貿(mào)委已經(jīng)明確指出將重點發(fā)展銑刨寬度 1.4-4.0 米，銑刨速度 0-3m/min，銑刨 深度 0-300mm 的銑刨機，從而快速提高我國路面養(yǎng)護機械的國際競爭力。因而，根據(jù) 現(xiàn)有路面銑刨機總體性能的優(yōu)缺點，以及國內路面銑刨機的發(fā)展趨勢，我們選用履帶 式行走系統(tǒng)大型路面銑刨機進行設計。 公路銑刨機整機的設計 7 2.2 路面銑刨機的總體參數(shù)的選型 路面銑刨機的總體設計，就是根據(jù)其主要用途、作業(yè)條件、使用場合及生產(chǎn)情況等， 對其性能提出具體的要求，以作為整機和總體部件設計的依據(jù)。 路面銑刨機的總體參數(shù)的選擇與確定，是設計過程中一項十分重要的工作?？傮w參 數(shù)選擇的合理，不僅給以后的技術要求設計帶來方便，而且更重要的是使路面銑刨機獲 得良好的使用性能，較高的技術經(jīng)濟指標，從而提高生產(chǎn)率，降低作業(yè)成本。 路面銑刨機的總體參數(shù)包括：路面銑刨機的質量；發(fā)送機的功率、轉速；最大銑刨 寬度、深度；載荷的分配；行走速度和爬坡能力；履帶結構尺寸；箱體容積；料輸送系 統(tǒng)的結構尺寸及質量等。 以上參數(shù)不是孤立的，它們之間存在著一定的內在聯(lián)系。要合理的選擇它們，就必 須做大量的調查研究工作，了解與之所設計的多種同類型銑刨機的結構，性能和重要參 數(shù)，與所設計的銑刨機進行分析比較，從整機性能出發(fā)，考慮“三化”的要求，合理選 擇和正確確定以上各參數(shù)。 （1）發(fā)動機參數(shù) 銑刨機作業(yè)時發(fā)動機的功率組合為 :3 最高可能的切削速度下進行最大切深的銑刨作業(yè)，所需功率為 ；max2P 集料系統(tǒng)最大能力回收廢料，所需功率為 P ； H 散熱系統(tǒng)最大能力散熱，所需功率為 P ； S 控制系統(tǒng)進行正確的控制，所需功率為 P ； K 輔助系統(tǒng)進行必要的輔助動作，所需功率為 P 。 F （2）最大銑刨寬度、深度 根據(jù)本次設計的要求及路面銑刨機的發(fā)展趨勢，參考同類型的大型路面銑刨機的 具體參數(shù)，在這里確定： 最大銑刨寬度：4000mm 銑刨深度： 0300mm 轉子直徑： 2000mm 轉子最大傾斜角度： 5 （3）行走速度和爬坡能力 根據(jù)路面銑刨機的工作環(huán)境及要求，確定 行走速度： 084m/min 理論爬坡能力： 100 離地間隙： 310 mm （4）履帶結構尺寸 履帶（長寬高）： 3300520550mm （5）箱體容積 燃油箱： 2310 L 液壓油箱：1200 L 水箱： 3000 L （6）料輸送系統(tǒng)的結構尺寸及質量等 無錫太湖學院學士學位論文 8 根據(jù)所設計的路面銑刨機的整機大小及工作能力，參考現(xiàn)有機型選用 收料皮帶： 2000 mm 卸料皮帶：2000 mm 理論運輸能力： 630 /h3m 機架尺寸（長寬高）： 100002500550 mm 皮帶質量： 2.5 T （7）路面銑刨機的質量 根據(jù)所設計個零部件，路面銑刨機的質量重約為 45 噸。 2.3 路面銑刨機的總體布置 路面銑刨機的總體布置就是在參考同類型銑刨機的基礎上，以保證路面銑刨機的主 要性能為出發(fā)點，在總體設計和總體部件設計密切配合下，通過繪制布局草圖，根據(jù)使 用要求及載荷分配來協(xié)調各個總成部件的性能，來確定它們的位置、尺寸和重量?？傮w 布置不緊要使路面銑刨機有良好的使用性能，而且必須保證操作輕快、拆裝容易和維修 方便。 （1）總體布置草圖基準面的選擇 為了確定各總成部件在整機上的位置和尺寸，首先初步確定支撐間距，輪距和履帶 尺寸并畫在草圖上。參考同類型的機架的高度，確定機架上緣的位置，然后選擇三個基 準面，通?；鶞拭娴倪x擇如下： 以通過后橋中心線的水平面為上下位置的基準面； 以通過后橋中心線的垂直平面為左右位置的基準面； 以通過路面銑刨機的縱向對稱軸為左右位置的基準面； （2）發(fā)動機、水箱、燃油箱、液壓油箱和傳動系統(tǒng)的布置 3 動力機通常布置在路面銑刨機的中后部，這樣不僅可以改善駕駛員的前后視野，而 且還可以增加路面銑刨機的穩(wěn)定性。根據(jù)載荷分配確定其曲軸中心線的上下位置，在不 影響整機的使用要求和傳動系統(tǒng)的布置的情況下，希望盡可能的低一些，以降低整機的 重心高度。動力機的位置確定后，即可裝載機械傳動裝置，確定轉軸。參考同類型路面 銑刨機，水箱則可緊靠在發(fā)動機后面，以便對發(fā)動機進行冷卻。燃油箱水箱一側布置在 水箱側面即可。液壓油一般布置在機身尾部，其后配備風扇對其進行降溫。 （3）工作裝置的布置 路面銑刨機的工作裝置為銑刨裝置，并通過料傳遞裝置來運輸物料。大型路面銑刨 機的銑刨裝置一般布置在機身的中間位置下部，料傳送裝置在機身的前端。在布置時， 結合工作裝置的設計和工作情況，參考同類型的路面銑刨機的布局，合理的分配空間， 以使銑刨機的工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠。 （4）駕駛室的布置 駕駛室的位置在整機的中上部，操縱平臺位于駕駛室的前側，并安裝減震設備，來 減少工作時由于機器的震動而引起的儀表顯示不準確和防止誤操作。 路面銑刨機的履帶行走機構采用四輪液壓驅動，前后輪獨立轉向。為增加整機的穩(wěn) 定性，可使履帶的接地面積適當增加。 公路銑刨機整機的設計 9 2.4 銑刨機總體方案的設計 總體方案如圖所示： 1發(fā)動機，為整臺機器提供動力，由傳動系統(tǒng)傳遞到各個部分； 2銑刨機的機架，主要用來支撐各個部分，為各部分的裝配提供載體； 3支撐架，用來將輸送裝置裝配到機架上； 4輸送裝置，用來將銑下的肥料收集，運送到運輸車上； 5行走機構，主要實現(xiàn)行走，支撐，轉向等功能； 6.銑刨部分，銑刨機的主要結構，直接用來銑削路面的的裝置，由銑刨鼓，刀具， 固定擋板，浮動擋板，后刮板等組成。 圖 2.1 銑刨機總體設計方案 （1）行走機構的設計 輪式機動性好、轉場方便，特別適合于中小型路面作業(yè)。履帶式多為銑削寬度 2000mm 以上的大型銑刨機，有舊材料回收裝置，適用于大面積路面再生工程。由于本文 設計的銑刨機銑刨寬度為 4m，故選用履帶式的行走機構。 （2）減速器的選擇 一般發(fā)動機的轉速在 2000r/min 左右，而銑刨鼓的轉速在 3050r/min，應有較大的傳 動比，而行星減速器可以實現(xiàn)很大的傳動比，故選擇行星減速器作為減速機構。 （3）機架的總體尺寸的設計 1）高度的確定 高度的確定根據(jù)總布置，同時要滿足總成的安裝要求，確定車架的截面高度為 2563mm。 2）寬度的確定 設計車架時，一般必須根據(jù)整車總布置的要求(總寬、前后輪距、前輪轉向角、發(fā) 動機的外形尺寸等)來確定車架的寬度。車架的寬度受履帶軸距及最大轉向角的限制，最 小值取決于發(fā)動機的外廓寬度，安裝方式的影響。 因此，根據(jù)整車身提出的寬度要求，車架的寬度為 4300mm。 3）長度的確定 車架的長度主要取決于整車車身的設計要求及底盤各總成的布置情況，確定車架的 無錫太湖學院學士學位論文 10 總長為 10000mm，其中車架前段的長度為(5575+425)mm，車架后段的長度為 40000mm，其 中 425mm 為車身與運輸機架的接頭部分。 剛度不足承載式車身的一大缺陷，目前主要采取的辦法是優(yōu)化車架的幾何形狀和采 用局部增粗或補焊以加強抗扭能力。合理的補焊鋼框架是保證車架具有足夠扭轉剛度的 必要條件，同時，補焊的鋼框架往往又是底盤一些總成的安裝基體，因此，在確定各補 焊鋼框架的位置前必須充分考慮到整車各總成的布置情況。合理布局，在確保車架具有 足夠的強度和剛度的同時，保證其他總成的安裝方便性。 由于發(fā)動機中置，為保證發(fā)動機、變速器及傳動系的安裝要求，因此在車架的中間 位置設置補焊鋼框架。 前、后軸間段的補焊鋼框架的設置，除考慮總成的安裝要求外，主要還要考慮行走 系統(tǒng)的安裝要求，并避免與支座的安裝發(fā)生干涉。 公路銑刨機整機的設計 11 3 銑刨機動力機構及行星減速器的設計 3.1 發(fā)動機的選擇 由上一章知銑刨機作業(yè)時發(fā)動機的功率應有如下的分配: 1) 機器行走系統(tǒng)消耗功率； 2) 機器轉子系統(tǒng)消耗功率； 3) 其它系統(tǒng)消耗的功率； 其中： （1）消耗于傳動系統(tǒng)與輔助裝置的功率： （3.1)meMP 式中： 發(fā)動機的有效功率；e 傳動系統(tǒng)的效率(對液壓傳動為 0. 6-0. 7 )；m （2）用于銑刨作業(yè)的功率： (3.2)iPMe 式中： 銑刨功率占總功率的比例(一般為 0. 75-0. 8 )；i 消耗于傳動系統(tǒng)與輔助裝置的功率； （3）消耗于克服滾動阻力的功率： (3.3)vGfvFPff cos 式中： 銑刨機的滾動阻力；f 銑刨機的作業(yè)速度； v 銑刨機的使用質量；G 滾動阻力系數(shù)，對于輪式銑刨機在瀝青路面行駛，一般取 0. 02-0. 03；f 坡度角 ; 由銑刨機轉子作業(yè)時產(chǎn)生的垂直于路面的當量質量； 考慮到銑刨機的不同工作環(huán)境，參考同類型路面銑刨機的具體參數(shù)，同時根據(jù)國 內發(fā)動機的生產(chǎn)技術水平與國外技術的差距，為保證機器的工作可靠，在這里我們采用 “卡特皮勒 CAT C18 ATAAC”大功率柴油機。 功率： 522KW 轉速： 2000r/min 無錫太湖學院學士學位論文 12 排量: 14.6L 表 3-1 銑刨機主要發(fā)動機一覽表 序號 廠家 發(fā)動機型號 額定功率/轉速 （KW/rpm） 使用機型 徐工 BG210 MARINI MP200BF8M1015CP 400/2100 鎮(zhèn)江華晨 HM21001 道依茨 BF8M1015CP-EMR 440/2100 MARINI MP2100 320/2000 中聯(lián) BG20002 奔馳 DAIMLERCHRYSLE R OM502LA 340/2000 WIRTGEN W1900 CAT 3408E TA 445/2000 CATERPILLAR PM- 565B CAT C18 ATAAC 522/2000 ROADTEC RX-700 3 卡特 CAT C12 ATAAC 421/2100 WIRTGEN W2000 KTAI9-C600 448/2100 陜建 CM2000 NTA855-C400 297/2100 宏大 HD20004 康明斯 QSX15 447/2100 CYNAPAC PL2000 3.2 傳動形式的選擇 3 功能:將發(fā)動機的動力分配傳遞的各執(zhí)行元件 組成：離合器，分動箱，傳動皮帶等。 銑刨機的主要動作分解如下： 公路銑刨機整機的設計 13 圖 3.1 銑刨機的主要動作分解圖 目前，銑刨機的傳動系統(tǒng)有兩種結構，一種動