摘要隨著人類社會的不斷進步，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，工程機械在各行各業(yè)中得到了很好的運用。然而，在不同的環(huán)境下，對挖掘機等工程機械的大小、性能的要求有所不同，各種性能參數(shù)決定其工作環(huán)境。工程機械在國民生產(chǎn)中有著很重要的位置，它在很大程度上取代了原始的、落后的生產(chǎn)工具，它在現(xiàn)今中國和全世界的飛速發(fā)展的今天功不可沒。本次設(shè)計的主要內(nèi)容為：180型液壓挖掘機底盤總體方案設(shè)計；繪制裝配草圖和總裝配圖；動力源選擇及有關(guān)參數(shù)的確定；行走裝置牽引力的計算；傳動方式比較與選擇、傳動方案的確定及傳動系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計；行星減速器及零、部件的設(shè)計計算，主要零件強度校核；張緊裝置、行走架和四輪一帶的選型設(shè)計；繪制零、部件圖和總裝配圖，編寫設(shè)計計算說明書。本設(shè)計的主要特點是：方案設(shè)計中提出多種方案，從可靠性、可實現(xiàn)性、綜合性能等進行方案比較，選擇方案。技術(shù)設(shè)計中應(yīng)考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術(shù)條件可行；制圖正確、標(biāo)注齊全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。充分注意整機各子系統(tǒng)之間的相關(guān)性，力求整機性能的一致性和最優(yōu)化性。關(guān)鍵詞：履帶式，液壓挖掘機，行星減速器，張緊裝置。AbstractWith the continuous progress of human society, the rapid development of science and technology, engineering machinery in all walks of life have been in good use. However, in different circumstances, excavators and other construction machinery on the size, performance requirements are different, various performance parameters to determine their working environment. Construction machinery in the national product in a very important position, it largely replaced the original, backward production tools, in present-day China and the rapid development of the world.The design for the main elements: 180 hydraulic excavator chassis overall programme design; drawing assembly and the assembly the draft map; power source selection and the determination of the relevant parameters; traction devices running the calculation; transmission compared with the choice of transmission programme Transmission System and the determination of the technical design; planet reducer and zero, the design of components, the main strength checking parts; tensioning device, and four walk-around type design; drawing zero, components and the assembly plans Map, prepared by the Design of brochures.The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the relationship between the various subsystems, to the consistency and performance optimization of.KeyWords:Caterpillar,Hydraulic excavators, Planetary reducer,Tensioning device. 前 言改革開放以來，我國的科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機械行業(yè)同樣得到了相應(yīng)的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機械品種不斷增加、產(chǎn)量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢頭強勁。液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機械。它的發(fā)展與應(yīng)用反映了一個國家施工機械化的水平。液壓挖掘機由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、工作裝置、底盤五部分組成。發(fā)動機的作用是提供動力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達等，再傳動各個執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)各種運動；回轉(zhuǎn)機構(gòu)是實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)；工作裝置的作用是進行作業(yè)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機構(gòu)的性能優(yōu)劣直接影響整機的使用性能、經(jīng)濟性能，因此著力研究液壓挖掘機的底盤具有十分重要的意義。該設(shè)計結(jié)合機械設(shè)計專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國內(nèi)外液壓挖掘機的應(yīng)用與發(fā)展。對履帶式液壓挖掘機底盤作較深入的分析研究。根據(jù)設(shè)計依據(jù)及要求，完成挖掘機行走機構(gòu)總體及減速器設(shè)計，進一步掌握挖掘機的設(shè)計方法和步驟；鞏固、加深對所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握；了解國內(nèi)外液壓挖掘機發(fā)展?fàn)顩r。目 錄摘要 .IVAbstractV前言 VI第一章 緒論 .11.1 液壓挖掘機在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 11.2 液壓挖掘機的工作特點和基本類型 11.2.1 液壓挖掘機的主要優(yōu)缺點 11.2.2 液壓挖掘機的基本類型及主要特點 31.3 國內(nèi)外液壓挖掘機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 41.3.1 研究現(xiàn)狀 41.3.2 發(fā)展趨勢 51.4 課題設(shè)計的目的和意義 51.5 本設(shè)計所要完成的主要任務(wù) 5第二章 總體方案設(shè)計 72.1 履帶式液壓挖掘機的組成 72.2 設(shè)計依據(jù) 72.2.1 履帶式行走裝置的主要特點 72.2.2 設(shè)計參數(shù) 82.3 總體設(shè)計原則 82.4 動力裝置的比較與選型 82.5 工作裝置的比較與選擇 92.5.1 反鏟工作裝置 .102.5.2 正鏟工作裝置 .122.6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的選擇 .132.7 傳動方式的比較與選擇 .142.7.1 機械傳動 .142.7.2 液力機械傳動 .152.7.3 電力傳動 .152.7.4 液壓傳動 .162.8 行走方式的比較與選擇 .17第三章 主要參數(shù)的確定 .193.1 總體幾何尺寸的設(shè)計 .193.2 驅(qū)動輪主要參數(shù)的確定及強度校核 .223.3 功率計及挖掘力參數(shù)計算與確定 .243.4 行走裝置的牽引力計算 .253.5 液壓馬達主要參數(shù)計算確定 .28第四章 減速器的方案設(shè)計 .324.1 減速器的功用及分類 .324.2 減速器方案的選擇及傳動方案的確定 334.2.1 減速器方案的選擇 .334.2.2 行星減速器傳動方案的選定 .344.2.3 減速器傳動比的分配 .354.2.4 傳動比公式推導(dǎo) .354.3 行星減速器齒輪配齒與計算 .364.3.1 行星排齒輪的配齒 .364.3.2 行星齒輪模數(shù)計算與確定 .374.4 嚙合參數(shù)計算 .384.5 變位系數(shù)選取 .394.6 各行星齒輪幾何尺寸計算 .394.6.1 第Ⅰ排行星齒輪的幾何尺寸 .394.6.2 第Ⅱ排行星輪的幾何尺寸 .434.7 各行星齒輪強度校核 454.7.1 太陽輪和行星輪接觸疲勞強度校核 .454.7.2 太陽輪和行星輪彎曲疲勞強度校核 .484.7.3 內(nèi)齒輪材料選擇 .49第五章 減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .515.1 齒輪軸的設(shè)計計算 .515.2 傳遞連接 .515.3 軸承選用與校核與其他附件說明 .525.3.1 軸承選用與校核 .525.3.2 其他附件說明 .53第六章 160 型液壓挖掘機的張緊裝置設(shè)計 546.1 張緊裝置設(shè)計要求與計算 .546.1.1 張緊彈簧的設(shè)計 .546.1.2 張緊彈簧的校核 .586.2 油缸主尺寸選取 .60第七章 四輪一帶及其他部件選型 627.1 四輪一帶選型 627.1.1 履帶的選取 .627.1.2 驅(qū)動輪設(shè)計 .637.1.3 導(dǎo)向輪的選型 .637.1.4 支重輪選型 .647.1.5 拖鏈輪選型 .657.2 懸架選型與制動器選型 .657.2.1 懸架選型 .657.2.2 制動器選型 .65第八章 設(shè)計工作總結(jié) .67參考文獻 .69致 謝 70附 錄 71摘要隨著人類社會的不斷進步，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，工程機械在各行各業(yè)中得到了很好的運用。然而，在不同的環(huán)境下，對挖掘機等工程機械的大小、性能的要求有所不同，各種性能參數(shù)決定其工作環(huán)境。工程機械在國民生產(chǎn)中有著很重要的位置，它在很大程度上取代了原始的、落后的生產(chǎn)工具，它在現(xiàn)今中國和全世界的飛速發(fā)展的今天功不可沒。本次設(shè)計的主要內(nèi)容為：180型液壓挖掘機底盤總體方案設(shè)計；繪制裝配草圖和總裝配圖；動力源選擇及有關(guān)參數(shù)的確定；行走裝置牽引力的計算；傳動方式比較與選擇、傳動方案的確定及傳動系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計；行星減速器及零、部件的設(shè)計計算，主要零件強度校核；張緊裝置、行走架和四輪一帶的選型設(shè)計；繪制零、部件圖和總裝配圖，編寫設(shè)計計算說明書。本設(shè)計的主要特點是：方案設(shè)計中提出多種方案，從可靠性、可實現(xiàn)性、綜合性能等進行方案比較，選擇方案。技術(shù)設(shè)計中應(yīng)考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術(shù)條件可行；制圖正確、標(biāo)注齊全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。充分注意整機各子系統(tǒng)之間的相關(guān)性，力求整機性能的一致性和最優(yōu)化性。關(guān)鍵詞：履帶式，液壓挖掘機，行星減速器，張緊裝置。AbstractWith the continuous progress of human society, the rapid development of science and technology, engineering machinery in all walks of life have been in good use. However, in different circumstances, excavators and other construction machinery on the size, performance requirements are different, various performance parameters to determine their working environment. Construction machinery in the national product in a very important position, it largely replaced the original, backward production tools, in present-day China and the rapid development of the world.The design for the main elements: 180 hydraulic excavator chassis overall programme design; drawing assembly and the assembly the draft map; power source selection and the determination of the relevant parameters; traction devices running the calculation; transmission compared with the choice of transmission programme Transmission System and the determination of the technical design; planet reducer and zero, the design of components, the main strength checking parts; tensioning device, and four walk-around type design; drawing zero, components and the assembly plans Map, prepared by the Design of brochures.The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the relationship between the various subsystems, to the consistency and performance optimization of.KeyWords:Caterpillar,Hydraulic excavators, Planetary reducer,Tensioning device. 目 錄摘要 .IVAbstractV前言 VI第一章 緒論 .11.1 液壓挖掘機在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 11.2 液壓挖掘機的工作特點和基本類型 11.2.1 液壓挖掘機的主要優(yōu)缺點 11.2.2 液壓挖掘機的基本類型及主要特點 31.3 國內(nèi)外液壓挖掘機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 41.3.1 研究現(xiàn)狀 41.3.2 發(fā)展趨勢 51.4 課題設(shè)計的目的和意義 51.5 本設(shè)計所要完成的主要任務(wù) 5第二章 總體方案設(shè)計 72.1 履帶式液壓挖掘機的組成 72.2 設(shè)計依據(jù) 72.2.1 履帶式行走裝置的主要特點 72.2.2 設(shè)計參數(shù) 82.3 總體設(shè)計原則 82.4 動力裝置的比較與選型 82.5 工作裝置的比較與選擇 92.5.1 反鏟工作裝置 .102.5.2 正鏟工作裝置 .122.6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的選擇 .132.7 傳動方式的比較與選擇 .142.7.1 機械傳動 .142.7.2 液力機械傳動 .152.7.3 電力傳動 .152.7.4 液壓傳動 .162.8 行走方式的比較與選擇 .17第三章 主要參數(shù)的確定 .193.1 總體幾何尺寸的設(shè)計 .193.2 驅(qū)動輪主要參數(shù)的確定及強度校核 .223.3 功率計及挖掘力參數(shù)計算與確定 .243.4 行走裝置的牽引力計算 .253.5 液壓馬達主要參數(shù)計算確定 .28第四章 減速器的方案設(shè)計 .324.1 減速器的功用及分類 .324.2 減速器方案的選擇及傳動方案的確定 334.2.1 減速器方案的選擇 .334.2.2 行星減速器傳動方案的選定 .344.2.3 減速器傳動比的分配 .354.2.4 傳動比公式推導(dǎo) .354.3 行星減速器齒輪配齒與計算 .364.3.1 行星排齒輪的配齒 .364.3.2 行星齒輪模數(shù)計算與確定 .374.4 嚙合參數(shù)計算 .384.5 變位系數(shù)選取 .394.6 各行星齒輪幾何尺寸計算 .394.6.1 第Ⅰ排行星齒輪的幾何尺寸 .394.6.2 第Ⅱ排行星輪的幾何尺寸 .434.7 各行星齒輪強度校核 454.7.1 太陽輪和行星輪接觸疲勞強度校核 .454.7.2 太陽輪和行星輪彎曲疲勞強度校核 .484.7.3 內(nèi)齒輪材料選擇 .49第五章 減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .515.1 齒輪軸的設(shè)計計算 .515.2 傳遞連接 .515.3 軸承選用與校核與其他附件說明 .525.3.1 軸承選用與校核 .525.3.2 其他附件說明 .53第六章 160 型液壓挖掘機的張緊裝置設(shè)計 546.1 張緊裝置設(shè)計要求與計算 .546.1.1 張緊彈簧的設(shè)計 .546.1.2 張緊彈簧的校核 .586.2 油缸主尺寸選取 .60第七章 四輪一帶及其他部件選型 627.1 四輪一帶選型 627.1.1 履帶的選取 .627.1.2 驅(qū)動輪設(shè)計 .637.1.3 導(dǎo)向輪的選型 .637.1.4 支重輪選型 .647.1.5 拖鏈輪選型 .657.2 懸架選型與制動器選型 .657.2.1 懸架選型 .657.2.2 制動器選型 .65第八章 設(shè)計工作總結(jié) .67參考文獻 .69致 謝 70附 錄 71前 言改革開放以來，我國的科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機械行業(yè)同樣得到了相應(yīng)的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機械品種不斷增加、產(chǎn)量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢頭強勁。液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機械。它的發(fā)展與應(yīng)用反映了一個國家施工機械化的水平。液壓挖掘機由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、工作裝置、底盤五部分組成。發(fā)動機的作用是提供動力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達等，再傳動各個執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)各種運動；回轉(zhuǎn)機構(gòu)是實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)；工作裝置的作用是進行作業(yè)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機構(gòu)的性能優(yōu)劣直接影響整機的使用性能、經(jīng)濟性能，因此著力研究液壓挖掘機的底盤具有十分重要的意義。該設(shè)計結(jié)合機械設(shè)計專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國內(nèi)外液壓挖掘機的應(yīng)用與發(fā)展。對履帶式液壓挖掘機底盤作較深入的分析研究。根據(jù)設(shè)計依據(jù)及要求，完成挖掘機行走機構(gòu)總體及減速器設(shè)計，進一步掌握挖掘機的設(shè)計方法和步驟；鞏固、加深對所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握；了解國內(nèi)外液壓挖掘機發(fā)展?fàn)顩r。第一章 緒論1.1 液壓挖掘機在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切割刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設(shè)備。在建筑工程中，可用來挖掘基坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。在水利中，可用來開挖水庫、運河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝。在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道溝等。在露天采礦場上，可用來剝離表土、采掘礦石或煤，也可用來進行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。在軍事工程中，可用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺容量為 1.0 的液壓挖掘機挖掘Ⅰ~Ⅳ級土壤時。每班生產(chǎn)3m率大約相當(dāng)于 300~400 和工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。1.2 液壓挖掘機的工作特點和基本類型1.2.1 液壓挖掘機的主要優(yōu)缺點液壓挖掘機在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作。液壓傳動與機械傳動相比有許多優(yōu)點：① 能無極調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達到1000:1。② 能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達 1r/min。③ 快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩大 50%，而液壓馬達則不大于5%，加速中等功率電動機需 1s 到數(shù)秒，而加速液壓馬達只需 0.1s。④ 傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操作省力，易實現(xiàn)自動化控制。⑤ 易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化?；谝簤簜鲃拥纳鲜鰞?yōu)點，液壓挖掘機與機械傳動挖掘機相比，具有下列主要特點：① 大大改善了挖掘機的基本性能，挖掘力大、牽引力大、機器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機與同級機械傳動相比，挖掘力約高 30%，例如 1.0液壓挖掘機鏟斗挖掘力為 120~150kN，而同級機械傳動挖掘機只有 100kN 左右。3m挖掘機在工作時的主要動作包括行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運動，這種往復(fù)運動的速率一般不高，而所需的作用力卻很大，要求在短時間內(nèi)通過變速或變向來完成各種復(fù)雜的動作。機械傳動挖掘機完成上述動作，需通過摩擦離合器、減速器、制動器、逆轉(zhuǎn)機構(gòu)、提升和推壓機構(gòu)等配合來完成。因此，機械傳動挖掘機不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復(fù)雜的中間傳動，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機的質(zhì)量大約比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕 30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件可以相對獨立分布，使整機結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時，也易于改進和變形。②液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力。所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制。無論驅(qū)動功率多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。更換工作裝置時，由于不牽連連轉(zhuǎn)臺上部的其他機構(gòu)，一次更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構(gòu)和推壓機構(gòu)的牽連和限制。③由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機普遍采用了以微處理器為核心的電子控制單元（ECU） ，使發(fā)動機、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時還可以實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。④液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進一步提高自來能夠和降低成本。1.2.2 液壓挖掘機的基本類型及主要特點液壓挖掘機的種類繁多，可以從不同角度對其來寫進行劃分。（1）根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)傳動來寫劃分根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。如圖 1.1 和圖 1.2 所示為某小型和中型液壓挖掘機。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個主要機構(gòu)的動作均為液壓傳動，則稱為全液壓挖掘機。若液壓挖掘機中的某一個機構(gòu)采用機械傳動則稱其為非液壓挖掘機。一般來說，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機構(gòu)上，對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機構(gòu)必須是液壓傳動，只有行走機構(gòu)有的為液壓傳動，有的為機械傳動。圖 1.1 小型全液壓挖掘機 圖 1.2 中型全液壓挖掘機（2）根據(jù)行走機構(gòu)的類型劃分根據(jù)行走機構(gòu)的不同，液壓挖掘機可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式和拖式。履帶式液壓挖掘機應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機，還可以通過加寬和履帶來降低接地比壓。為防止對路面的碾壓破壞。有些液壓挖掘機還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機多為全液壓傳動。輪胎式液壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多種路面上行走的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產(chǎn)量日益增長。如圖 1.3 所示為國產(chǎn)某型號輪胎式液壓挖掘機。圖 1.3 輪胎式液壓挖掘機這種挖掘機一般都是四支點，但也有三支點的，與后輪形成三點支承，這種形式不需要在前軸上采用平衡懸掛，簡化了前橋結(jié)構(gòu)，減小了機械的轉(zhuǎn)彎半徑，提高了機動性。目前，輪胎式液壓挖掘機的行走部分多數(shù)采用機械傳動和單獨液壓馬達的集中傳動。懸掛式液壓挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機上，可以達到一機多用的目的，這種挖掘機拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機一般采用標(biāo)準(zhǔn)式的汽車底盤，速度快，機動性好。拖式液壓挖掘機沒有傳動機構(gòu)，行走時由拖拉機牽引。（3）根據(jù)工作裝置劃分根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸鏈?zhǔn)胶蜕炜s臂式挖掘機，鉸鏈?zhǔn)焦ぷ餮b置應(yīng)用較為普遍。 這種挖掘機的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點轉(zhuǎn)動來完成作業(yè)。伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進行平整和清理作業(yè)，尤其是休整溝坡。1.3 國內(nèi)外液壓挖掘機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.3.1 研究現(xiàn)狀國外的最早雛形，于 16 世紀(jì)在意大利威尼斯用于運河的疏浚工作，模擬人的掘土動作；以蒸汽機驅(qū)動的“動力鏟”則誕生于 19 世紀(jì)(1836 年)。國外大型液壓挖掘機的開發(fā)大約從上世紀(jì) 70 年代開始。如日本日立建機公司在 1972 1976 年間開發(fā)的 UH12~型正鏟大型液壓挖掘機，其斗容量為 2.2 ,工作重量 36t；UH20 型斗容量 3.2 ，工3m3m作重量 50t；UH30 型斗容量 4.4 ，工作重量 75t。1979 年，日立建機成功開發(fā)了3UH50 型正鏟超大型液壓挖掘機，斗容量達 8.2 ，工作重量 175t。經(jīng)過 30 多年的發(fā)3展，目前超大型液壓挖掘機的最大工作重量已突破 900t 級，鏟斗斗容達 50 。由于具3m有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、運動靈活及易于維護保養(yǎng)等優(yōu)點，超大型液壓挖掘機已形成逐步代替鋼索機械式或電動式挖掘機(俗稱電鏟)的趨勢。國內(nèi)挖掘機研發(fā)起步比國外晚，技術(shù)相對不夠完善。目前，國內(nèi)挖掘機主要停留在中小型的開發(fā)上，大型及超大型液壓挖掘機超過 60t 級的極少。四川邦立重機有限責(zé)任公司是我國較早開發(fā)大型和超大型液壓挖掘機的企業(yè)，近幾年，該公司相繼成功開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的 65t 級、75t 級、100t 級、 125t 級和 185t 級礦用型和土方型大型和超大型液壓挖掘機，填補了國內(nèi)空白。1.3.2 發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生成較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國德國和日本是液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，具有較高的市場占有率。從 20 世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從功能上看，在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，向多功能化、專用化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。1.4 課題設(shè)計的目的和意義液壓挖掘機在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、農(nóng)田水力、油田礦山、市政工程、機場港口等部門土石方施工中，占有重要位置。并反映了這些部門施工機械化水平。該課題結(jié)合機械設(shè)計專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國內(nèi)外液壓挖掘機的應(yīng)用與發(fā)展。對履帶式液壓挖掘機底盤作較深入的分析研究。根據(jù)設(shè)計依據(jù)及要求，完成挖掘機行走機構(gòu)總體及減速器設(shè)計，進一步掌握挖掘機的設(shè)計方法和步驟。通過畢業(yè)設(shè)計，使我們進一步鞏固、加深對所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；培養(yǎng)我們獨立思考、獨立工作和綜合運用已學(xué)知識分析與解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨立獲取新知識的能力；培養(yǎng)我們在方案設(shè)計、設(shè)計計算、工程繪圖、文字表達、文獻查閱、計算機應(yīng)用及工具書使用等方面的基本工作實踐能力；使我們樹立具有符合國情和生產(chǎn)實際的正確設(shè)計思想和觀點，樹立嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、勇于創(chuàng)新、善于與他人合作的工作作風(fēng)。1.5 本設(shè)計所要完成的主要任務(wù)1. 行走機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，繪制草圖和總裝配圖；2. 液壓馬達的選型設(shè)計及減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計；3. 行走裝置的選型及設(shè)計；4. 張緊裝置的選型及設(shè)計；5. 履帶鏈環(huán)的選型及設(shè)計；6. 所有零、部件設(shè)計計算、繪制零、部件圖。第二章 總體方案設(shè)計2.1 履帶式液壓挖掘機的組成液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等，如圖 2.1。圖 2.1 單斗反鏟液壓挖掘機1-柴油機；2-機罩；3-油泵；4-多路閥；5-郵箱；6-回轉(zhuǎn)減速器；7-回轉(zhuǎn)馬達；8-回轉(zhuǎn)接頭；9-駕駛室；10-動臂；11-動臂油缸；12-操縱臺；13-邊齒；14-斗齒；15-鏟斗；16-斗桿油缸；17-斗桿；18-鏟斗油缸；19-平衡重；20-轉(zhuǎn)臺；21-行走減速器；22-行走馬達；23-拖鏈輪；24-履帶；Ⅰ-工作室；Ⅱ-上部轉(zhuǎn)臺；Ⅲ-行走機構(gòu)2.2 設(shè)計依據(jù)2.2.1 履帶式行走裝置的主要特點① 牽引力大（通常每條履帶的牽引力達機重的 35 40%） ，接地比小(一般為 4-15~),轉(zhuǎn)彎半徑小，機動靈活；2/CMN② 采用液壓傳動，能實現(xiàn)無極調(diào)速；③ 每條履帶各自有驅(qū)動的液壓馬達及減速裝置。 2.2.2 設(shè)計參數(shù)① 機重 18T② 標(biāo)準(zhǔn)斗容量 0.7 3m③ 最大行走速度 3-5KM/h④ 發(fā)動機功率 80-100KW⑤ 爬坡能力不低于 40%2.3 總體設(shè)計原則進行液壓挖掘機的底盤總體設(shè)計時應(yīng)該遵循以下原則：① 滿足使用要求、滿足經(jīng)濟性的要求、滿足勞動保護的要求、滿足工藝性要求、滿足機器的結(jié)構(gòu)性能要求、某些零件、部件滿足耐磨性要求;② 在不增高行走裝置總高度的前提下應(yīng)使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機在不平地面上行走具有良好的通過性能，力求增強機器對各種運行條件和作業(yè)要求的適應(yīng)性；③ 要降低挖掘機的接地比壓或具有較大的支承面積，以提高挖掘機的穩(wěn)定性。挖掘機在斜坡下行時不發(fā)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時不發(fā)生下滑，提高工作時的安全可靠性；④ 挖掘機的行走裝置外型尺寸應(yīng)符合道路運輸要求，外形美觀；⑤ 各個部件或總成的性能應(yīng)相互協(xié)調(diào)、匹配，力求整體性能的一致和最優(yōu)化，不可盲目追求某個局部的最佳性能，否則，可能造成整體性能惡化，或產(chǎn)生薄弱壞節(jié)；⑥ 正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關(guān)系，采用成熟技術(shù)，通過深入的理論分析，進行必要的科學(xué)實驗，勇于創(chuàng)新。2.4 動力裝置的比較與選型履帶式挖掘機常用的動力源主要有三種：電動機、柴油機以及蒸汽機。每種動力源都具有其特點；（1） 交流與直流電機電動機（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備，按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機。他們也有各自的優(yōu)缺點，各種電動機中應(yīng)用最廣的是交流異步電動機（又稱感應(yīng)電動機） 。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機常用同步電動機。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率，工作較穩(wěn)定。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。和交流電動機相比，直流電機的優(yōu)點是調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)，起動自動轉(zhuǎn)矩大；易于快速起動、停車；易于控制。其缺點是：與異步電動機比較，直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護部方便，而且要用直流電源。（2） 柴油機柴油機是用柴油作燃料的內(nèi)燃機，屬于壓縮點火式發(fā)動機。柴 油 機 具 有 熱 效 率 高的 顯 著 優(yōu) 點 ， 經(jīng) 濟 性 優(yōu) 于 汽 油 機 ， 功 率 大 ， 符 合 工 程 機 械 向 大 型 化 發(fā) 展 的 趨 勢 。其 應(yīng) 用 范 圍 越 來 越 廣 。 柴油機具有較好的燃油經(jīng)濟性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內(nèi)，可以設(shè)置容積小些的油箱。柴油機壓縮比可以達到1 5～23，而汽油機一般控制在8～10；柴油機熱效率高達38％，而汽油機為30％；柴油機工作可靠，壽命長，排污量少。隨 著 強 化 程 度 的 提 高 ， 柴 油 機 單 位 功 率 的 重 量 也 顯 著 降 低 。 為 了 節(jié) 能 ， 各 國 都在 注 重 改 善 燃 燒 過 程 ， 研 究 燃 用 低 質(zhì) 燃 油 和 非 石 油 制 品 燃 料 。 此 外 ， 降 低 摩 擦 損 失 、廣 泛 采 用 廢 氣 渦 輪 增 壓 并 提 高 增 壓 度 、 進 一 步 輕 量 化 、 高 速 化 、 低 油 耗 、 低 噪 聲 和低 污 染 ， 都 是 柴 油 機 的 重 要 發(fā) 展 方 向 。（ 3） 蒸 汽 機蒸 汽 機 是 將 蒸 汽 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 為 機 械 功 的 往 復(fù) 式 動 力 機 械 。 蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業(yè)甚至社會的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機構(gòu)學(xué)為汽輪機和內(nèi)燃機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是蒸汽機離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐漸為其他動力裝置所代替。綜上所述，液壓挖掘機常作業(yè)于野外，需要經(jīng)常行走移動。由于柴油機作為動力裝置不受電源、電纜的限制，使得液壓挖掘機移動、行駛方便，故本設(shè)計采用了柴油機作為動力源。2.5 工作裝置的比較與選擇工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，是液壓挖掘機的重要組成部分，它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。其動作接近于人的手腕運動，具有較大的挖掘和作業(yè)性能。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以裝配多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具，如圖2.2。圖2.2 液壓挖掘機的多種工作裝置常見的液壓挖掘機的動作裝置的功用之一是做挖掘機工作，根據(jù)斗桿和動臂剛性連接可主要分為正鏟和反鏟兩種。2.5.1 反鏟工作裝置鉸 接 式 反 鏟 是 單 斗 液 壓 挖 掘 機 最 常 用 的 結(jié) 構(gòu) 型 式 ， 動 臂 、 斗 桿 和 鏟 斗 等 主 要 部件 彼 此 鉸 接 （ 見 圖 2.3） ， 在 液 壓 缸 的 作 用 下 各 部 件 繞 鉸 接 點 擺 動 ， 完 成 挖 掘 、 提 升和 卸 土 等 動 作 。（ 1） 動 臂動 臂 是 反 鏟 的 主 要 部 件 ， 其 結(jié) 果 有 整 體 式 和 組 合 式 兩 種 。① 整 體 式 其 優(yōu) 點 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 質(zhì) 量 輕 而 剛 度 大 。 缺 點 是 更 換 的 工 作 裝 置 少 ，通 用 性 較 差 。 多 用 于 長 期 作 業(yè) 條 件 相 似 的 挖 掘 機 上 。 整 體 式 動 臂 又 可 分 為 直 動 臂 和變 動 臂 兩 種 。 其 中 的 直 動 臂 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 質(zhì) 量 輕 、 制 造 方 便 ， 主 要 用 于 懸 掛 式 液 壓 挖掘 機 ， 它 不 能 使 挖 掘 機 機 獲 得 較 大 的 挖 掘 深 度 ， 不 適 用 于 通 用 挖 掘 機 ； 變 動 臂 是 目前 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 結(jié) 構(gòu) 型 式 ， 與 同 長 度 的 直 動 臂 相 比 ， 可 以 使 挖 掘 機 有 較 大 的 挖 掘 深度 。 但 降 低 了 卸 土 高 度 ， 這 正 符 合 挖 掘 機 反 鏟 作 業(yè) 的 要 求 。圖2.3 反鏟1—斗桿油缸； 2—動臂；3—油管；4—動臂油缸；5—鏟斗；6—斗齒；7—側(cè)齒；8—連桿；9—搖桿；10—鏟斗油缸；11—斗桿② 組 合 式 動 臂 如 圖 2.4所 示 ， 組 合 式 動 臂 用 輔 助 連 桿 或 液 壓 缸 3或 螺 栓 連 接而 成 。 上 、 下 動 臂 之 間 的 夾 角 可 用 輔 助 連 桿 或 液 壓 缸 來 調(diào) 節(jié) ， 雖 然 使 結(jié) 構(gòu) 和 操 作(a) (b)圖2.4 組合式動臂1—下動臂；2—上動臂；3—連桿或液壓缸復(fù) 雜 化 ， 但 在 挖 掘 機 作 業(yè) 中 可 隨 時 大 幅 度 調(diào) 整 上 、 下 臂 之 間 的 夾 角 ， 從 而 提 高 挖 掘機 的 作 業(yè) 性 能 ， 尤 其 在 用 反 鏟 或 抓 斗 挖 掘 窄 而 深 的 基 坑 時 ， 容 易 得 到 較 大 距 離 的 垂直 挖 掘 軌 跡 ， 提 高 挖 掘 質(zhì) 量 和 生 產(chǎn) 率 。 組 合 式 動 臂 的 優(yōu) 點 是 ， 可 以 根 據(jù) 作 業(yè) 條 件 隨意 調(diào) 整 挖 掘 機 的 作 業(yè) 尺 寸 和 挖 掘 力 ， 且 調(diào) 整 時 間 短 。 此 外 ， 它 的 互 換 工 作 裝 置 多 可滿 足 各 種 作 業(yè) 的 需 要 ， 裝 車 運 輸 方 便 。 其 缺 點 是 質(zhì) 量 大 ， 制 造 成 本 高 ， 一 般 用 于 中 、小 型 挖 掘 機 上 。綜 上 比 較 ， 本 設(shè) 計 選 用 組 合 式 動 臂 。2. 反 鏟 斗反 鏟 斗 用 的 鏟 斗 型 式 、 尺 寸 與 其 作 業(yè) 對 象 有 很 大 關(guān) 系 。 為 了 滿 足 各 種 挖 掘 機 作業(yè) 的 需 要 ， 在 同 一 臺 挖 掘 機 上 可 配 以 多 種 結(jié) 構(gòu) 型 式 的 鏟 斗 ， 如 圖 2.5為 反 鏟 常 用 鏟斗 型 式 。 鏟 斗 的 斗 齒 采 用 裝 配 式 ， 其 形 式 有 橡 膠 卡 銷 式 和 螺 栓 連 接 式 ， 如 圖 2.6所示 。圖 2.5 反 鏟 常用鏟斗結(jié)構(gòu)1—齒座；2—斗齒；3—橡膠卡銷；4—卡銷；5、6、7—斗齒板圖2.6 斗齒安裝形式（a） 螺栓連接； （b）橡膠卡銷連接1— 卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒2.5.2 正 鏟 工 作 裝 置單斗液壓挖掘機的正鏟結(jié)構(gòu)如圖 2.7 所示，主要有動臂 2、動臂油缸 1、鏟斗 5、斗底油缸 4 等組成。鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗 6 是鉸接在動臂的頂端，由雙作用的斗桿缸 7使其轉(zhuǎn)動。斗桿油缸的一端鉸接在動臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端;另一種是鉸接在斗桿的尾端。動臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)裝點的不同，動臂的工作長度也不一樣。本設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，立足于反鏟，主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等。其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及組其合。反鏟挖掘機每一作業(yè)循環(huán)包括挖掘、會轉(zhuǎn)、卸料和返回等四個過程。其工作過程為：先放下動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，向著挖掘機方向拉轉(zhuǎn)，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作面，準(zhǔn)備下一循環(huán)的挖掘工作。因此經(jīng)過上述比較，選擇組合式動臂反鏟裝置作為本設(shè)計的工作裝置。圖 2.7 正鏟1—動臂油缸；2—動臂；3—加長臂；4—斗底油缸；5—鏟斗；6—斗桿；7—斗桿油缸；8—液壓軟管2.6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的選擇按照轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度分為：完全回轉(zhuǎn)（360°）和不完全回轉(zhuǎn)（90° 270°） 。液~壓挖掘機回轉(zhuǎn)支承裝置用于承載回轉(zhuǎn)平臺以上機體的重量并實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。除了在懸掛式和伸縮臂式液壓挖掘機的上游采用半回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)外，現(xiàn)代液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)普遍采用了完全回轉(zhuǎn)的液壓傳動方式。合理的設(shè)計選擇回轉(zhuǎn)機構(gòu)，對于提高生產(chǎn)率和能量利用率具有十分重要的意義。據(jù)此本設(shè)計采用完全回轉(zhuǎn)機構(gòu)。2.7 傳動方式的比較與選擇動力裝置至驅(qū)動輪之間所有傳動部件的總稱為傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)的功用是把動力裝置輸出的功率傳遞給驅(qū)動輪，并改變動力裝置的輸出特性，以滿足對自行式工程機械車速和牽引力的要求。目前，工程機械的傳動系統(tǒng)有以下四種類型：機械傳動、液力機械傳動、電力傳動以及液壓傳動。每種傳動方式各有其特點、用途和適用的范圍。2.7.1 機械傳動所謂機械傳動是指傳動系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動力的方式。它是通過齒輪、齒條、帶、鏈等機件傳遞動力和進行控制。工程機械中使用機械傳動系統(tǒng)由來已久。機械傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、重量輕、操作簡單、維護方便、價格低廉、傳動效率高、可以利用傳動系統(tǒng)運動零件的慣性進行作業(yè)等優(yōu)點，同時，濕式離合器的普遍采用及發(fā)動機特性的改善（提高適應(yīng)性系數(shù)）在某種程度上改進了機械傳動的某些缺點，因此，采用機械傳動的工程機械仍然占有相當(dāng)?shù)谋壤?。但近年來在一些作業(yè)或行駛時阻力變化很大的機械中，日益廣泛地采用了液力機械傳動或者其他傳動方式。這是因為機械傳動存在許多缺點：（1） 在工作阻力急劇變化的工況下，發(fā)動機容易過載熄火。這就是要求司機有熟練的操作技巧；（2） 輪式機械在運輸工況時，由于行駛速度較高而行駛阻力較小，在換檔的動力中斷期間，機械雖然減速但不至于停車。但是對于履帶式機械或在牽引工況下的輪式機械，由于行駛速度低、阻力大，在作業(yè)中換檔必然導(dǎo)致停車。為了能實現(xiàn)原地起步，并在一定的時間內(nèi)加速到一定的速度，往往逼迫使用較低的檔位，即檔位的選擇不是根據(jù)作業(yè)時的工作阻力而是根據(jù)原地起步和加速的要求。因此，在作業(yè)時發(fā)動機的功率利用差，降低了生產(chǎn)率。另外，停車檔位還影響機械的通過性能；（3） 對于循環(huán)作業(yè)的機械，經(jīng)常要前進、后退和改變車速，變換檔位頻繁，每次換檔都要分離主離合器，并用人力撥動換檔機構(gòu)，司機勞動強度大；（4） 傳動系統(tǒng)零件受到的沖擊載荷大，發(fā)動機的振動直接傳到傳動系統(tǒng)的各個零件，而行駛阻力變化引起的沖擊又通過傳動系統(tǒng)影響發(fā)動機，以此降低了發(fā)動機和傳動系統(tǒng)中各個零件的使用壽命。另外，發(fā)動機在急劇的變載荷下工作將降低其平均輸出功率；（5） 工作阻力的變化將直接影響發(fā)動機的工作，為了充分利用發(fā)動機的功率，需要增加變速器的檔位數(shù)，因而變速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且增加了司機的換檔次數(shù)；（6）機械傳動不能進行無極調(diào)速，遠(yuǎn)距離傳動比較困難。上述種種缺點在阻力變化劇烈及經(jīng)常改變行駛方向的工況下表現(xiàn)得特別明顯。因此，機械傳動系統(tǒng)適宜于作業(yè)阻力比較穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)的機械。2.7.2 液力機械傳動在上述機械傳動系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)加入液力變矩器（或液力偶合器）后，使發(fā)動機輸出的動力通過液力變矩器（或液力偶合器）及機械傳動部件傳到驅(qū)動輪，這個系統(tǒng)稱為液力機械傳動系統(tǒng)。它具有的主要優(yōu)點是：（1）使工程機械具有自動適應(yīng)載荷變化的特性；（2）簡化了機械的操縱；（3）提高了機械的使用壽命；（4）提高了機械的起步性能和通過性能；（5）提高了機械的舒適性；（6）簡化了維修工作。這種傳動方式能使機器隨作業(yè)阻力的變化，自動調(diào)整牽引力和速度，顯著改善牽引性能，提高了發(fā)動機功率，改善發(fā)動機的工況，提高作業(yè)效率，并能防止發(fā)動機過載，操縱也較為方便，所以在工程機械中應(yīng)用較為廣泛。同時液力機械傳動也存在一些的缺點：傳動效率低，一般變矩器的最高效率只能達到 0.82-0.92，在行駛阻力變化小而連續(xù)作業(yè)時，由于效率低而增加了燃油消耗量。液力機械傳動系統(tǒng)需要設(shè)置供油系統(tǒng)，其液力元件加工精度要求高、價格貴，工作油容易泄漏，這使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時增加了運行成本。但因為液力機械傳動的優(yōu)點突出，所以目前在工程機械中有著廣泛的應(yīng)用。輪式機械廣泛采用了液力機械傳動。但在近年新型挖掘機中應(yīng)用較少。2.7.3 電力傳動電力傳動是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞動力和進行控制。采用發(fā)電機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，通過電力驅(qū)動電動機，進而驅(qū)動行走機構(gòu)與工作機構(gòu)。工程機械中最常見的電力傳動系統(tǒng)是“電動輪”的形式，其基本原理是有發(fā)動機帶動直流發(fā)電機，然后用發(fā)電機輸出的電能驅(qū)動裝在車輪中的直流電動機，車輪和直流電動機（包括減速裝置）裝成一體稱為“電動輪” 。這種傳動的主要優(yōu)點是：（1）動力裝置（柴油發(fā)電機）和車輪之間沒有剛性聯(lián)系，便于總體布置及維修；（2）變速操縱方便，可實現(xiàn)無極變速，因而在整個速度范圍內(nèi)都可以充分利用發(fā)動機功率；（3）電動輪通用性強，可簡單地實現(xiàn)任意多驅(qū)動輪驅(qū)動的方式，以滿足不同機械對牽引性能和通過性能的要求；（4）可以采用電力控制，在長坡上行駛時可大大減輕車輪制動器的負(fù)荷，延長制動器的壽命；（5）能量傳遞方便，信號傳遞迅速，標(biāo)準(zhǔn)程度高，容易實現(xiàn)自動化。電力傳動存在的缺點是：運動平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響，慣性大，起動及轉(zhuǎn)向慢，受溫度、濕度、振動、腐蝕等環(huán)境因素影響較大。同時電力傳動價格高，需要牽拉電網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計比液力機械傳動成本約貴 20%左右，自重大并消耗大量的有色金屬，目前僅用于大功率的自卸載重汽車、鏟運機及礦用輪式裝載機等機械中。一般，當(dāng)功率大于 450KW 時，采用電力傳動方式較為經(jīng)濟。2.7.4 液壓傳動采用發(fā)動機驅(qū)動隨機的油泵站，再由液壓馬達驅(qū)動行走機構(gòu)。該傳動方式取消了主離合器、變速箱、后橋等傳動部件，使工作裝置的操縱和整機驅(qū)動方式統(tǒng)一，可減輕機重、結(jié)構(gòu)緊湊、總體布置簡單，原地轉(zhuǎn)向性能好，可實現(xiàn)牽引力和速度的無極調(diào)整，大大提高了牽引性能。與其它傳動方式相比，液壓傳動具有其獨特的優(yōu)越性，表 2.1中列舉了幾種傳動方式的主要特性的比較。表 2.1 幾種傳動方式的主要傳動特性比較特性及性能比較傳動方式功能與重量比轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量比響應(yīng)速度可控性 負(fù)載剛度 調(diào)速范圍機械傳動 小 小 低 差 中等 小電力傳動 小 小 中等 中等 差 中等液壓傳動 大 大 高 好 大 大液 壓 傳 動 的 主 要 優(yōu) 點 ：（ 1） 體 積 小 、 重 量 輕 ， 例 如 同 功 率 液 壓 馬 達 的 重 量 只 有 電 動 機 的 10％ ～ 20%。因 此 慣 性 力 較 小 ， 當(dāng) 突 然 過 載 或 停 車 時 ， 不 會 發(fā) 生 大 的 沖 擊 ；（ 2） 能 在 給 定 范 圍 內(nèi) 平 穩(wěn) 的 自 動 調(diào) 節(jié) 牽 引 速 度 ， 并 可 實 現(xiàn) 無 極 調(diào) 速 ， 且 調(diào) 速 范圍 最 大 可 達 1： 2000(一 般 為 1： 100） ；（ 3） 換 向 容 易 ， 在 不 改 變 電 機 旋 轉(zhuǎn) 方 向 的 情 況 下 ， 可 以 較 方 便 地 實 現(xiàn) 工 作 機 構(gòu)旋 轉(zhuǎn) 和 直 線 往 復(fù) 運 動 的 轉(zhuǎn) 換 ；（ 4） 液 壓 泵 和 液 壓 馬 達 之 間 用 油 管 連 接 ， 在 空 間 布 置 上 彼 此 不 受 嚴(yán) 格 限 制 ；（ 5） 由 于 采 用 油 液 為 工 作 介 質(zhì) ， 元 件 相 對 運 動 表 面 間 能 自 行 潤 滑 ， 磨 損 小 ， 使用 長 ；（ 6） 操 縱 控 制 簡 便 ， 自 動 化 程 度 高 ；（ 7） 容 易 實 現(xiàn) 過 載 保 護 ；（ 8)液 壓 元 件 實 現(xiàn) 了 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 系 列 化 、 通 用 化 、 便 于 設(shè) 計 、 制 造 和 使 用 。液 壓 傳 動 雖 然 有 十 分 突 出 的 有 點 ， 但 也 不 能 忽 視 其 存 在 的 缺 點 ：（ 1） 使 用 液 壓 傳 動 對 維 護 的 要 求 高 ， 工 作 油 要 始 終 保 持 清 潔 ；（ 2） 對 液 壓 元 件 制 造 精 度 要 求 高 ， 工 藝 復(fù) 雜 ， 成 本 較 高 ；（ 3） 液 壓 元 件 維 修 較 復(fù) 雜 ， 且 需 有 較 高 的 技 術(shù) 水 平 ；（ 4） 液 壓 傳 動 對 油 溫 變 化 較 敏 感 ， 這 會 影 響 它 的 工 作 穩(wěn) 定 性 。 因 此 液 壓 傳 動 不宜 在 很 高 或 很 低 的 溫 度 下 工 作 ， 一 般 工 作 溫 度 在 -15℃ ~60℃ 范 圍 內(nèi) 較 合 適 。（ 5） 液 壓 傳 動 在 能 量 轉(zhuǎn) 化 的 過 程 中 ， 特 別 是 在 節(jié) 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 中 ， 其 壓 力 大 ， 流量 損 失 大 ， 故 系 統(tǒng) 傳 動 效 率 較 低 。經(jīng) 過 以 上 分 析 比 較 ， 隨 著 液 壓 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 完 善 ， 液 壓 傳 動 的 應(yīng) 用 日 益 廣 泛 。鑒 于 本 機 械 產(chǎn) 品 的 實 際 要 求 ， 在 充 分 考 慮 其 實 現(xiàn) 可 行 性 和 經(jīng) 濟 性 的 基 礎(chǔ) 上 本 產(chǎn) 品 設(shè)計 中 采 用 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 。2.8 行 走 方 式 的 比 較 與 選 擇挖掘機根據(jù)不同的行走系可分為輪胎式、履帶式等。相對履帶式而言，輪胎式行走裝置在挖掘機中用得不多，但已成為工程機械的發(fā)展趨勢之一。主要優(yōu)點是：具有運行速度高，運行性能好，機動性能好，利于減輕機器重量，工作點轉(zhuǎn)移方便、迅速、作業(yè)輔助工作時間段、生產(chǎn)效率高及本身效率高等優(yōu)點。但輪胎式挖掘機對路面要求高，由于履帶式挖掘機的附著力大，能達到輪胎式的 1.5 倍，通過性好，接地比壓小，適宜在松軟地段和濕地作業(yè)，抗磨損性能好，可在碎石地段、地形起伏較大的惡劣條件下作業(yè)，爬地能力強，宜在山區(qū)作業(yè)。履帶式行走系比之輪胎式有以下特點：（1）履帶式挖掘機的驅(qū)動輪只卷繞履帶而不在地面滾動，機器全重經(jīng)支重輪壓在多片履帶板上，全部重量都是附著重量（這相當(dāng)于全輪驅(qū)動的輪式機器） ，加上履帶支承面上同時抓地的履齒較輪式機器同時抓地的胎面花紋多得多，所以履帶式機器的牽引附著性能要好得多。（2）與同馬力的輪胎式機器相比，由于履帶支承面大，接地比壓小（一般小于0.1MPa） ，所以在松軟土壤上的下陷深度小，因而滾動阻力小，有利于發(fā)揮較大的牽引力。（3）履帶銷子，銷套等運動副使用中要磨損，要有張緊裝置調(diào)節(jié)履帶張緊度，它兼起一定的緩沖作用。導(dǎo)向輪既是張緊裝置的一個組成部分，也是引導(dǎo)履帶正確卷繞。但不能偏轉(zhuǎn)，不能引導(dǎo)機器轉(zhuǎn)向。（4）履帶式行走系重量大，運動慣性大，緩沖減振作用小。結(jié)構(gòu)中最好有某些彈性元件。（5）履帶式行走系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬消耗多，磨損嚴(yán)重，維修量大，運行速度受限制。履帶式行走裝置是液壓挖掘機用得最多的一種裝置。履帶行走裝置的主要優(yōu)點是：具有較大的牽引力和較低的接地比壓（40 150KPa） ；穩(wěn)定性好；具有良好的越野性和~爬坡能力（坡度達 50% 100%） ；轉(zhuǎn)彎半徑小、機動靈活。但履帶式行走裝置的運行速~度較低，一般在 0.5 6km/h 的范圍內(nèi)?，F(xiàn)代中小型液壓挖掘機多采用雙速行走馬達，行走速度可在 0 3.5km/h 和 0 5.5km/h 之間切換。目前，液壓挖掘機的履帶行走裝置，除特殊用途外，均由專用底盤向通用底盤發(fā)展，不同廠家的底盤結(jié)構(gòu)形式有趨同化的趨勢。綜上比較，考慮到挖掘機一般在野外作業(yè)，工作載荷變化大，作業(yè)環(huán)境惡劣，技術(shù)保養(yǎng)條件差；而履帶式行走裝置又是液壓挖掘機用得最多的一種裝置。因此本設(shè)計采用了履帶式行走裝置。經(jīng)過上述總體方案的選型設(shè)計，最終確定行走裝置的動力路線為： 柴油機—液壓泵—控制閥—液壓馬達—制動器—減速器—驅(qū)動輪—履帶第三章 主要參數(shù)的確定3.1 總體幾何尺寸的設(shè)計在本次設(shè)計中按照標(biāo)注選定法、理論分析計算法等方法得出的參數(shù)值不可能都是完全切合的。通常在設(shè)計開始時一些參數(shù)還不能利用以上方法完全確定，因此在本設(shè)計中有的參數(shù)采用了經(jīng)驗公式法進行計算。（1）履帶帶長 ： 1L= 1AK3/1G（3.1）=1.38 (18 10 )?93/13620 mm?式中： 為尺寸系數(shù)（1.25 1.5） ，本設(shè)計取 =1.38；AK~AKG 為整機重量，本設(shè)計 G =18 噸（本設(shè)計除特殊說明外，G 含義相同） 。考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 10%；故 可取為1L4084mm。（2）驅(qū)動輪與導(dǎo)向輪軸向中心距 ：1l= iK3/G（3.2）=1.1 (18 10 )?93/12880mm?式中： 為尺寸系數(shù) (1.0 1.2)。iK~考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 10%；故 可取為 3200mm。1l（3）軌距 B B= K3/1G（3.3）=0.8 (18 10 )?93/12100mm?式中： 為尺寸系數(shù) (0.75 0.85)。BK~考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大 10%；故 B 可取為 2400mm。（4）履帶高度 H H= TK3/1G（3.4）=0.32 (18 10 )?93/1840mm?式中: 為尺寸系數(shù) (0.3 0.35)。TK~為了整體的整體布局，考慮將其擴大 17%左右，計算得 H=980mm。（5）履帶板寬 b 由經(jīng)驗數(shù)據(jù)得：b 的值可在 600 800mm 間取值 ,根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)~—液壓挖掘機履帶 GB10677—89》規(guī)格系列查取 b =600mm。（6）底盤總寬 C C =B +b （3.5）=2400+600=3000mm（7）履帶接地長度 接L= + 0.35D 接L1l（3.6）= + 0.35( - )1l1l=3200+0.35 （4084-3200 ）?3510mm?式中： D 為驅(qū)動輪直徑，約為 - 。1Ll（8）后端支重輪到驅(qū)動輪間距 3C= 1Kl（3.7） =2.5 17?428mm?式中： 為尺寸系數(shù)（2.4 2.6)；1CK~為履帶節(jié)距，根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) —液壓挖掘機履帶 GB10677—tl89》規(guī)格系列查取 =171mm。tl（9）前端支重輪到導(dǎo)向輪間距 1C= 2Ktl（3.8）=2.4 171?410mm?式中： 為尺寸系數(shù)(2.4 3)。2CK~(10) 兩端支重輪間距 ol= - - ol 1lC3（3.9） =3200-410-428=2360mm（11）轉(zhuǎn)臺離地高 1h= (3.10) 10K31G=0.4 (18 10 )?93/11048mm?式中： 為尺寸系數(shù)(0.37 0.42)。0K~為了整體的整體布局，考慮將其擴大 3%左右，計算得 =1080mm。1h(12) 相鄰兩支重輪間距 1t=(1 2) (3.11)~tl=1.9 t325mm?現(xiàn)將機體主要線性尺寸列于表 3.1。表 3.1 機體主要線性尺寸 項目 履帶長度 1L軌距 B 輪距 1l履帶總高 H轉(zhuǎn)臺底部離地高 1h懸架底離地高 2履帶板寬 b結(jié)果/mm4084 2400 3200 980 1080 495 6003.2 驅(qū)動輪主要參數(shù)的確定及強度校核驅(qū)動輪是將傳動系統(tǒng)的動力傳至履帶，以產(chǎn)生使車輛運動的驅(qū)動力。因此，要求驅(qū)動輪與履帶的嚙合性能要良好，即在各種不同行駛條件和履帶不同磨損程度下嚙合應(yīng)平穩(wěn)，進入和退出嚙合要順利，不發(fā)生沖擊、干涉和脫落履帶的現(xiàn)象，其次要耐磨且便于更換磨損元件。（1）主要參數(shù)的確定1．節(jié)距，驅(qū)動輪節(jié)距應(yīng)與履帶節(jié)距相等， mm。17tl?2、齒數(shù)，增加驅(qū)動輪齒數(shù) ，能使履帶速度均勻性改善，摩擦損失減少，但會導(dǎo)Z致驅(qū)動輪直徑增大，引起機重和整機高度的增加。驅(qū)動輪齒數(shù)一般為奇數(shù)，使得嚙合過程中每個齒都能和節(jié)銷嚙合。其齒數(shù)通常取 ，本設(shè)計中取 。23~723Z?3、驅(qū)動輪直徑的確定驅(qū)動輪的節(jié)圓半徑 按下式計算：kr(3.12)0362sintKKlZ?= 120si7331mm?式中： 為驅(qū)動鏈輪的名義齒數(shù)，為實際齒數(shù)的半，則 = 。 kZ KZ123??驅(qū)動輪的齒頂圓半徑 按下式計算：er??0.165~.70tKl?（3.13）.2345m??2．齒根圓半徑 的計算公式如下：1r1kirr??（3.14） 326.904m?式中： 為履帶節(jié)銷半徑，根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) —液壓挖掘機履帶irGB10677—89》規(guī)格系列查取 =26.9mm。ir3、齒根圓弧偏心距 ：e=0.07（ 2 ） tl?1r(3.15)=0.07 （171 2 26.9）?8.2mm?關(guān)于驅(qū)動輪的細(xì)部結(jié)構(gòu)件附錄其零件圖。（2）強度的校核按機械零部件的計算方法驗算輪齒的齒面接觸強度。驅(qū)動輪輪齒齒面擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足：(3.16)184j jGbd????????31075.8?402.jMPa????????式中： —驅(qū)動輪齒寬度， ；b7bm—履帶銷套外徑，查對應(yīng)履帶型號得 ；d 58.3dm—許用用擠壓應(yīng)力； 。j????? 5