非開挖機水平定向鉆機地盤行走系統(tǒng)設計【含CAD圖紙+PROE三維】,含CAD圖紙+PROE三維,開挖,水平,定向,鉆機,地盤,行走,系統(tǒng),設計,cad,圖紙,proe,三維 摘 要 水平定向鉆機是指在不開挖地表表面的條件下，鋪設多種地下公用設施（管道、電纜等）的一種施工機械。本文介紹了非開挖水平定向鉆機履帶、驅動輪、拖鏈輪的結構形式及組成，并對其做了結構尺寸設計，給出了驅動輪、拖鏈輪裝配圖和各主要零件的零件圖。 關鍵詞：水平定向鉆機是；驅動輪；拖鏈輪 Abstract Horizontal directional drilling refers to the condition of the surface of the ground without excavation, laying a variety of underground utilities (pipelines, cables, etc.) of a construction machinery. This article describes the trenchless horizontal directional drilling crawler, wheel, drag chain structure form and composition, and its design make the structure size, given the driving wheel, drag sprocket assembly drawing and parts diagram of the major components . Keyword: HDD；driving wheel；drag sprocket 目 錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 引言 5 1.1、非開挖技術簡介 5 1.2 非開挖水平定向鉆進鋪管技術的優(yōu)勢和應用 6 1.3 非開挖水平定向鉆進施工方法的發(fā)展現(xiàn)狀 7 1.4 非開挖水平定向鉆機的基本結構 8 第二章 結構參數(shù)計算 9 2.1履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t與履帶板寬度 9 2.2驅動輪節(jié)圓直徑Dq 9 2.3導向輪工作面直徑Dd 9 2.4拖鏈輪踏面直徑Dt 9 2.5支重輪踏面直徑Dz 10 2.6鏈軌節(jié)數(shù)n、拖鏈輪數(shù)量 10 第三章 性能參數(shù)計算 11 3.1行駛速度V 11 3.2爬坡能力α 11 3.3接地比壓 12 3.4最大牽引力 13 第四章 履帶設計 14 4.1履帶介紹 14 4.2履帶結構和作用 15 4.2.1鏈軌節(jié)設計 15 4.2.2履帶板設計 16 4.2.3鎖緊銷軸和銷軸設計 17 4.2.4鎖緊銷套和銷套設計 18 4.3履帶裝配設計 19 第五章 驅動輪設計 21 第六章 拖鏈輪設計 23 6.1拖鏈輪的工作原理 23 6.2拖鏈輪的結構 23 6.3拖鏈輪技術要求 24 6.3.1一般要求 24 6.3.2熱處理質量要求 24 6.3.3外觀與裝配質量要求 24 6.3.4使用壽命要求 25 6.4拖鏈輪的組成零件設計 25 6.4.1拖鏈輪設計總概 25 6.4.2拖鏈輪軸結構設計 25 6.4.3拖鏈輪體結構設計 26 6.4.3拖鏈輪蓋結構設計 27 第七章 設計小結與體會 29 參考文獻 30 42 第一章 引言 1.1、非開挖技術簡介 非開技術是指利用少開挖或不開挖的方法對地下管線、管道進行鋪設、維修、更換或者探測的一門施工技術。非開挖施工應用了定向鉆進技術的原理，極大地降低了地下管線施工對交通、環(huán)境、基礎設施、居民生活工作等造成的影響，成為現(xiàn)代城市技術設施施工、建設、管理的一個重要組成部分。 非開挖施工開始于1896年的美國，興起于上世紀80年代發(fā)達國家并形成產(chǎn)業(yè)，我國于1953年首次在北京應用非開挖技術施工，上世紀90年代開始起步，近年來發(fā)展迅速。目前在石油天然氣、城市給排水、煤氣供應、電力、通訊、供熱等管道鋪設與維護領域得到了廣泛應用。 非開挖水平頂鉆機的工作原理和施工程序主要分為下面三個步驟： 1、鉆頭、鉆桿鉆進 固定設備后，按照設定的角度，在動力頭的作用下，鉆頭帶動鉆桿旋轉前進，并在導向儀的控制下，按照施工要求的深度和長度進行鉆進，穿過地面障礙物后，穿出地面。在鉆進的過程中，為防止鉆桿被土層夾緊、抱死，需要由泥漿泵通過鉆桿、鉆頭打出膨化水泥或泥漿，同時也起到固化通道，防止管道塌陷的作用。 圖1.1 鉆桿鉆進示意圖 2、回擴頭回擴 在鉆頭帶著鉆桿穿出地面后，卸掉鉆頭，將回擴頭于鉆桿安裝固定，動力頭回拖，鉆桿帶著回擴頭反向回拖，擴大管道直徑尺寸。 圖1.2 回擴示意圖 3、管道回拖 在回擴頭回拖的同時，將管道固定在回擴頭后，動力頭拖動鉆桿，帶著回擴頭和管道同時進行反向回拖運動，直至將管道拖出地面，完成管道鋪設施工。 圖1.3 管線回拖示意圖 1.2 非開挖水平定向鉆進鋪管技術的優(yōu)勢和應用 非開挖水平定向鉆進鋪管技術始于二十世紀七十年代,隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展,隨著城市市容的不斷改善和交通、建筑保護意識的不斷提高,傳統(tǒng)的開挖鋪設地下管線的施工方式越來越不能適應社會發(fā)展和人們對市容市貌的要求,同時,隨著地下工程建設和應用的日益廣泛,開挖方式越來越表現(xiàn)出很大的局限性和明顯的不足之處,非開挖定向鉆進鋪管技術是在不開挖地表或盡量少開挖地表的情況下,采用非開挖水平定向鉆機將管線埋入地下的一種方法技術。它具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、對周圍居民正常生活影響小,社會效益高等等的優(yōu)點,同時,還可以在開挖施工無法進行或不允許開挖的場地(如穿越河流、湖泊、重要交通干線、重要古跡等)進行施工。非開挖技術可廣泛應用各種地下管線,如通信、電力、煤氣、供水、天然氣、排水等地下管道的鋪設施工,在大多數(shù)情況下,尤其是在繁華市區(qū)或地下管線埋設較深時,非開挖方法是一種很好的管道施工方法,在特殊情況下,如穿越河流、鐵路、公路等,非開挖定向鉆進施工方法更是一種首選的施工方式。 1.3 非開挖水平定向鉆進施工方法的發(fā)展現(xiàn)狀 非開挖水平定向鉆進鋪管技術在國外的發(fā)展較早,非開挖技術的推廣和應用己經(jīng)趨于成熟,在其發(fā)展初期,即形成了一場地下管線施工的技術變革,并以其獨特的市場優(yōu)勢和廣闊的市場發(fā)展前景得到了極大的重視,使得這項技術成為企業(yè)參與,政府支持,社會關注的一個新的應用技術行業(yè),成為發(fā)達國家的一個新興的產(chǎn)業(yè)和技術。 我國的非開挖定向鉆進鋪管技術起步較晚,對非開挖技術設備的研制開發(fā)還未形成較大規(guī)模,在二十世紀90年代初,非開挖技術剛剛引進國內,在一段時間內并未引起企業(yè)及政府的重視,到了二十世紀90年代末,隨著我國信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和地下管線建設的規(guī)模不斷擴大,非開挖定向鉆進鋪管技術才引起各界的重視,特別在我國大中城市的鬧市區(qū),開挖所帶來的影響及干擾已越來越弓}起社會和政府的重視,非開挖定向鉆進鋪管技術的優(yōu)越性得到了很好的體現(xiàn),從而使得這一技術在短短幾年內得到了迅猛發(fā)展。國家和地方行業(yè)協(xié)會的建立,各地政府的大力提倡和政策引導,使得這一技術得到迅速的普及推廣,非開挖施工企業(yè)以幾何倍數(shù)急聚膨脹,僅以上海地區(qū)來說,95年僅有一家企業(yè)引進一臺非開挖定向鉆機,由于市場意識及社會環(huán)境等的原因,至99年只在很小范圍內完成了幾段非開挖工程,自99年開始,隨著非開挖技術在上海信息港建設中的使用和推廣,僅僅在五年的時間內,上海現(xiàn)有的專業(yè)從事非開挖水平定向鉆進鋪管技術的企業(yè)已達100多家,各類定向鉆進鋪管設備200多臺套。上海市區(qū)內的主要交通路段及過河的地下管線鋪設已基本實現(xiàn)非開挖,非開挖工程在市區(qū)內地下管線施工的約占有量已達到整個管線鋪設量的10%。 隨著非開挖定向鉆進鋪管技術的發(fā)展和推廣應用,非開挖施工技術也得到了長足的進步和提高。同時,由于這一技術的起步晚,發(fā)展迅猛,非開挖定向鉆進鋪管技術的行業(yè)管理和技術規(guī)范還很不成熟,又因這一技術從表面看來主要是非開挖水平定向鉆機設備,對具體的施工技術沒有引起足夠的重視,對這一施工方法的風險及安全性沒有足夠的認識,使得當前的非開挖市場規(guī)范管理的難度很大,各企業(yè)之間施工的技術水平差距很大,使這一施工方法始終存在著較大的安全隱患和對后續(xù)地下資源空間管理和利用的極大浪費。由于大多數(shù)非開挖企業(yè)不具備前期物探的能力和對原有地下管線的保護意識,對地下資源空間的合理利用方面更是不加考慮,同時由于行業(yè)規(guī)范的不完善及在企業(yè)內的推廣和應用的不廣泛,使得非開挖企業(yè)在施工時的隨意性很大,甚或沒有最基本的反映非開挖管道走向及埋深、位置等的技術資料,無法獲悉非開挖管道的準確位置及埋深等的情況,地下空間在完成一次非開挖后無法再利用。造成極大的地下資源空間浪費。 1.4 非開挖水平定向鉆機的基本結構 無論是大型還是中小型水平定向鉆機, 其基本結構都包括主機、鉆具、導向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)，有的還配備智能輔助系統(tǒng)。我們設計的JF380非開挖水平定向鉆機設計思路為中端產(chǎn)品，故未配備智能輔助系統(tǒng)。 第二章 結構參數(shù)計算 2.1履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t與履帶板寬度 非開挖水平定向鉆機已采用標準鏈軌節(jié)化履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t， 如101、125、135、154和216mm等多種?？砂唇?jīng)驗公式選取t t ＝(15～17.5)G 式中 G—整機質量(kg)。 將G=12000 kg帶入公式以后，計算t在209~231之間，根據(jù)國標，取t=216mm。確定鏈軌節(jié)節(jié)距t 后，就可以根據(jù)t 計算四輪一帶的有關參數(shù)。 履帶板寬度b：可根據(jù)鏈軌節(jié)距t和非開挖水平定向鉆機履帶國標來確定標準履帶寬b。在某些土壤條件下，應采用加寬履帶板以提高挖掘機的附著牽引性能和通過性。根據(jù)給出的國標履帶寬與整機質量關系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果，選擇履帶寬為450mm。 2.2驅動輪節(jié)圓直徑Dq 式中t——履帶節(jié)距 Z——驅動輪齒數(shù)。 將參數(shù)代入上式可得Dq =868.55mm。 2.3導向輪工作面直徑Dd 將（1）中求的Dq代入得 Dd=694.84～781.69mm ；取整數(shù)的Dd=780mm. 2.4拖鏈輪踏面直徑Dt 上式中t=216mm，從而求得Dt172.8～216mm，取216mm。 2.5支重輪踏面直徑Dz 上式中t=216mm，從而求得Dz172.8～216mm，取200mm。 2.6鏈軌節(jié)數(shù)n、拖鏈輪數(shù)量 n=+ 式中 A—履帶的中心距,A=1600mm； Z—驅動輪的齒數(shù)，Z=30； t—履帶的節(jié)距，t=216mm； 將數(shù)據(jù)代入公式中，計算出結果圓整后得到n=34。 為減小摩擦損失，拖鏈輪的數(shù)目不宜過多，因此確定拖鏈輪取為每側1個。 第三章 性能參數(shù)計算 3.1行駛速度V Vmax=4.4km/h Vmin=2.4km/h（行駛速度參照SY75C-9） 3.2爬坡能力α 履帶行走裝置一個顯著特點就是爬坡能大，一般為50%～80%。由于小挖掘機爬坡度與整機質量關系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果（見圖3.1），明顯可以看出坡度多取或，即爬坡能力為58%或70%。 圖3.1 爬坡度與整機質量關系 初步確定爬坡能力后，可通過理論分析進行核算來選定。挖掘機爬坡是需要克服下列幾種阻力即： a.挖掘機自重在斜坡方向的分力 式中 G——挖掘機的自重（N）； α——坡度角 。 b.運行阻力 c.履帶的內阻力 則最大牽引力應不小于這些阻力之和，即 此外還應滿足挖掘機在爬坡不打滑的條件，即 式中——履帶與地面的附著系數(shù)，見下表 表3.1 履帶與地面的附著系數(shù) 路面土質 混泥土 干粘土 壓實粘土 干沙土 堅實土路 0.45 0.90 0.70 0.30 0.90 路面土質 冰 濕粘土 壓實雪地 濕沙土 松散土路 0.12 0.70 0.25 0.50 0.60 從上表中選取，即松散土路，求得挖掘機的最大爬坡能力。 3.3接地比壓 履帶式挖掘機的承載能力大小取決于機器運行的通過性和工作的穩(wěn)定性。若挖掘機的兩條履帶與土壤表面完全解觸，并且挖掘機重心近似地位于支承面中心，則有： 或 式中 ——履帶平均接地比壓（Pa）； ——挖掘機工作質量（kg）； ——重力加速度（m/s2）； ——履帶接地長度（m）； ——履帶寬度（m）； ——履帶高度（m）。 平均接地比壓是履帶式非開挖水平定向鉆機的一個重要指標，可以用來與同類型號產(chǎn)品作比較，主要根據(jù)地面條件、外形尺寸等進行合理選取。在設計挖掘機時，在結構允許的范圍內，盡量取小值，依據(jù)挖掘機平均接地比壓與整機的質量關系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果（下圖），可以看出平均接地比壓多集中在30×103pa上下。 圖3.2 平均接地比壓與整機質量關系 L=2195mm（參照SY75C-9），結合上面公式即可得出接地比壓=33.485×103Pa. 3.4最大牽引力 履帶行走裝置的牽引力必須大于或等于個阻力之和，小于或等于履帶對地面的附著力，一般情況下，履帶行走裝置爬坡不與轉彎同時進行，只考慮挖掘機在最大設計爬坡能力的情況下確定的最大牽引力，不再考慮轉彎阻力，而且行駛速度低，運行空氣阻力忽略不計，則履帶行走裝置的最大牽引路T計算公式為： 式中 Tf——履帶行走裝置的滾動阻力； Tt——履帶行走裝置坡道阻力； ——履帶行走裝置的滾動阻力系數(shù)，見下表； ——最大設計坡度角； G——為整機重力。 表3.2 滾動阻力系數(shù)f 路面土質 混泥土 凍結冰雪地 堅實土路 松散土路 泥濘地 滾動阻力系數(shù) 0.05 0.03~0.04 0.07 0.10 0.10~0.15 根據(jù)此式可以得出最大牽引力=25990N. 第四章 履帶設計 4.1履帶介紹 目前在我國履帶的種類大概為三種，分別為：整體式履帶，組合式履帶，和橡膠履帶。 （1） 整體式履帶 整體式履帶式在履帶上代齒和齒，直接與驅動輪齒合。履帶板本身即為支重輪等輪子的滾動軌道，履帶板之間用銷軸連接，這種履帶一般在大型挖掘機和履帶式起重機上應用較多。整體式履帶的履帶板大多數(shù)為鑄造履帶板。起特點是制造方便，拆裝容易。 （2） 組合式履帶板 組合式履帶板由：鏈軌節(jié)，履帶板，銷軸，銷套等組成。鏈軌和履帶用螺栓連接。起特點是使用壽命高，履帶節(jié)距小，繞轉性好，不會因為履帶板損壞，銷套開裂或連接螺栓剪斷而終止行走。此外，組合式履帶零部件通用化程度高，制造成本低，維修方便，維修成本低。缺點是連接螺栓容易折斷。組合式履帶的履帶板有3中形式：三筋式，二筋式和一筋式。工程鉆機目前主要使用三筋式履帶板。 （3）橡膠式履帶 橡膠式履帶的特點是噪音低，震動小，不損壞路面，接地比壓小，速度快，重量輕。他主要應用在經(jīng)常在城市施工和經(jīng)常在公路上行走的設備。近幾年在國內工程機械，農林機械，，筑路機械，工程鉆機方面得到了廣泛的運用。如小型挖掘機，農機，小型鉆機等。起缺點是維修成本高，一但履帶損壞需要跟換整條履帶。因此使用橡膠式履帶設備時應特別注意。 從以上履帶幾種形式來看，本設計設計為6T挖掘機，從各方面來看，如工作環(huán)境，成本，壽命考慮。此次設計選用組合式履帶設計。 在組合式履帶當中存在很的零部件，如鏈軌節(jié)，履帶板，銷軸，銷套等。各個零部件的配合尺寸比較多，而且尺寸相對較多，在設計中一定要注意各個配合尺寸以及定位尺寸。在設計中一定要參考GB/T 57-1999中個零部件的尺寸。認真了解各個零部件的作用以及零部件的配合。 履帶式底盤行駛系系由行駛裝置，懸架，機架組成，底盤一般包括履帶，引導輪，驅動輪，機架，支重輪，拖鏈輪等裝置組成。 履帶式用于將機械重力傳給地面，比保證機械發(fā)出足夠驅動力的裝置。履帶經(jīng)常在泥水，凹凸地面，石質土壤中工作，條件惡劣，受力情況復雜，極易磨損。因此，除了要求他有良好的附著性能外，還要要求它有足夠的強度，剛度和耐密性。但是，履帶在工作中的狀態(tài)變化較多，為了減少沖擊，質量應該盡可能輕些。 根據(jù)查閱資料非開挖水平定向鉆機履帶節(jié)距為216mm，參考中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T 57-1999，分析標準中給出的圖，得知履帶主要包括履帶板，鎖緊銷套，鎖緊銷軸，銷墊，銷套，銷軸，左鏈軌節(jié)，右鏈軌節(jié)以及一些標準件，參考此圖，并參考相關標準，設計出非開挖水平定向鉆機的履帶。 根據(jù)上面的一些相關數(shù)據(jù)以及查閱JB/T 57-1999即可把此次的履帶的設計的一些性能參數(shù)以及各零件的基本尺寸設計出來。 4.2履帶結構和作用 履帶式用于將機械重力傳給地面，比保證機械發(fā)出足夠驅動力的裝置。履帶經(jīng)常在泥水，凹凸地面，石質土壤中工作，條件惡劣，受力情況復雜，極易磨損。因此，除了要求他有良好的附著性能外，還要要求它有足夠的強度，剛度和耐密性。但是，履帶在工作中的狀態(tài)變化較多，為了減少沖擊，質量應該盡可能輕些。 4.2.1鏈軌節(jié)設計 圖4.1 右鏈軌節(jié)二維圖 圖4.2左鏈軌節(jié)二維圖 履帶鏈軌節(jié)分為左右2節(jié)，2節(jié)的基本尺寸一樣。上圖4.1和圖4.2分別為履帶鏈軌節(jié)的左右2個鏈軌.根據(jù)GB/T 57-1999 可知道2中心螺孔的距離為51，高度差為13.兩軸孔的距離及為履帶的節(jié)距216.知道履帶節(jié)距然后通過查閱GB/T 57-1999從而可以把鏈軌節(jié)的一些基本定位尺寸給確定.左右2個鏈軌通過鎖緊銷軸和銷軸連接，從而形成一個履帶連. 鏈軌節(jié)一般采用40Mn2H材料制成。在制作過程中鏈軌節(jié)不得有裂痕，需要用磁粉探傷方法去檢測.密封槽各表面粗糙度為3.2。 4.2.2履帶板設計 圖4.3 履帶板二維圖 圖4.4 履帶板三維圖 履帶板主要是把挖機的重力傳給地面. 履帶板經(jīng)常在泥水，凹凸地面，石質土壤中工作，條件惡劣，受力情況復雜，極易磨損。因此，除了要求他有良好的附著性能外，還要要求它有足夠的強度，剛度和耐密性。圖4.3、4.4為履帶板的樣式圖.在結構參數(shù)中我們已經(jīng)得知履帶板的寬度為400，查閱GB/T 57-1999可以得知2螺孔的距離分別為97和123.2對螺孔的高度差為51.兩個螺孔的深度為10 ，履帶板總高為28. 在制作過程中履帶板不得有裂痕，需要用磁粉探傷方法去檢測.而且履帶板的強度，硬度要打到規(guī)定要求. 4.2.3鎖緊銷軸和銷軸設計 圖4.5 鎖緊銷軸二維圖 圖4.6 銷軸二維圖 鎖緊銷軸和銷軸樣式基本要符合圖4.5、4.6、圖4.5為鎖緊銷軸，圖4.6為銷軸.鎖緊銷軸和銷軸是用來左右2鏈軌節(jié)，同時也是連接前后兩鏈軌節(jié)的重要連接鍵。根據(jù)履帶板的寬度以及查閱GB/T57-1999可以確定鎖緊銷軸和銷軸的長度都為167，兩軸的直徑都為30.鎖緊銷軸和銷軸是連接的重要連接鍵，2軸均不能有裂痕，需要用磁粉探傷檢測。而且2軸的端腳不能有飛邊和毛刺. 4.2.4鎖緊銷套和銷套設計 圖4.7鎖緊銷套二維圖 圖4.8銷套二維圖 鎖緊銷套和銷套是用來更好固定鎖緊銷軸和銷軸的零件。更達到了一種密封作用，防止機械在工作中各種雜質進入.圖4.7為鎖緊銷套示意圖，圖4.8為銷套示意圖。查閱GB/T57-1999可以得知鎖緊銷套的長度為102，外圓直徑為44，內圓直徑為30.銷套的長度為119，外圓直徑為44，內圓直徑為30.在制造中2銷套的端腳不得有飛邊和毛刺。 4.3履帶裝配設計 圖4.9 履帶裝配圖 把個零件裝配到一起，加入標準件，完成設計，履帶的裝配簡圖見圖4.9。根據(jù)JB/T 57-1999中，在外觀與裝配質量上有幾點要求，詳見下： 1 履帶總成應按經(jīng)規(guī)定程序批準的圖樣與技術文件進行制造，并應符合本標準的要求。 2 履帶總成的所有零件的材質性能應符合有關標準的規(guī)定。 3 履帶總成的標準件、配套件應符合有關的標準規(guī)定。 4 履帶總成涂漆應均勻、平整；外觀應光潔、美觀，不允許有裂紋。 5 銷軸兩端的裝配伸出量應在±1.5mm 以內。 6 兩鏈節(jié)之間轉動平面?zhèn)认稇?.5±1mm 以內。 7 鏈節(jié)裝配后的直線度為每10 節(jié)4mm，全長8mm。 8 選用螺栓的擰緊力矩應按圖樣要求。 9 履帶總成正向彎曲角不小于28°，反向彎曲不小于7°。 10 履帶總成應轉動靈活，不得有卡死與干涉現(xiàn)象。 11 履帶總成的使用壽命，在土方工況下不小于3000h，在石方工況下不小于800h。 第五章 驅動輪設計 驅動輪中心的高度應有利于降低整機的重心高度，其直徑尺寸應有利于增加履帶的接地長度，但在決定上述兩個尺寸時，還需綜合考慮整機的離地間隙和離去角的值。履帶推土機的離去角值一般不超過2o～5o。 在履帶推土機等工程機械上，多數(shù)是把驅動輪布置在后方。 驅動輪前置或者后置，主要依據(jù)所選定的發(fā)動機安裝位置來決定。試驗表明，使用前置驅動輪時，滾動阻力比使用后置驅動輪時要大50%。這是因為完全張緊的履帶必須繞過后置引導輪，致使履帶銷和輪齒處的摩擦損耗增大，其優(yōu)點是，上部履帶張緊容易防止履帶發(fā)生共振現(xiàn)象，履帶在與驅動輪嚙合前的長度增大也便于排除泥土，從而減少履帶跳齒的可能性。 驅動輪的形狀決定于它同履帶的嚙合形式。一般分為整體式履帶嚙合的驅動輪和組合式嚙合的驅動輪。驅動輪有整體鑄造齒圈和輪轂、分開鑄造以及分段鑄造三種。后兩種形式一般采用螺栓固定，磨損后修復方便也可以節(jié)約鋼材。但與整體式比較制造較為復雜。本次設計中采用的是組合式嚙合的驅動輪。 驅動輪的輪齒工作面要承受銷套反作用力的彎曲壓應力，輪齒與銷套之間存在磨料磨損，齒面節(jié)圓處磨損后，機器繼續(xù)行走，就會產(chǎn)生跳齒和沖擊性磨損。所以驅動輪選擇有較高的淬透性和較高的熱敏感性的材料制成。以提高使用壽命。目前已采用50Mn和35SiMn鋼來代替35和45鋼。輪齒的熱處理為中頻淬火，低溫回火，硬度HRC55~58。 驅動輪的節(jié)距與履帶節(jié)距保持一致，取為216。根據(jù)《工程機械設計》，通常驅動輪的齒數(shù)取27～33，參考JB/T 2984.4－1999中履帶節(jié)距為216mm的驅動輪的參數(shù)，可以得出齒數(shù)為30。根據(jù)《工程機械設計》，一般節(jié)圓半徑取為400~500mm，查履帶式推土機驅動輪齒塊行業(yè)標準JB/T 2984.4－1999 ，節(jié)距為216mm的驅動輪節(jié)圓直徑為D=868.55mm,其它安裝尺寸與技術要求可參考該標準。本文設計的驅動輪齒塊如圖5.1，圖5.2所示。 圖51驅動輪齒塊二維圖 圖5.2 驅動輪齒塊三維圖 第六章 拖鏈輪設計 6.1拖鏈輪的工作原理 拖鏈輪作用：采用拖鏈輪是為了在引導輪與驅動鏈輪之間減小履帶下垂，并且托住從驅動鏈輪傳出的履帶松邊，以及當嚙合中的履帶拉緊時用以引導履帶脫開嚙合，當安裝一個拖鏈輪時，不應將它放在輪距的中間，而是離驅動鏈輪較近。值得注意的是，拖鏈輪直徑過小時，有可能發(fā)生履帶沿托鏈輪輪緣滑移，從而據(jù)安居輪緣的磨損，磨出一個“光平面”，從而導致拖鏈輪停止轉動。 拖鏈輪安裝布置：將拖鏈輪安裝到挖掘機上時采用單臂支承, 且加高支承塊, 使其下邊空間增大, 避免行走時受淤泥及石塊的阻塞, 同時也避免了履帶節(jié)與減速機支座之間的磨損,提高了行走的通過性。 6.2拖鏈輪的結構 拖鏈輪由拖鏈輪軸、浮動油封座、拖鏈輪體、拖鏈輪蓋、螺釘、浮動油封環(huán)、o型圈、圓錐滾子軸承組成。如下圖： 圖6.1 拖鏈輪裝配圖 6.3拖鏈輪技術要求 6.3.1一般要求 1.1 拖鏈輪應按經(jīng)規(guī)定程序批準的圖樣和技術文件制造，并應符合本標準的規(guī)定。 1.2 拖鏈輪的外購件應符合有關國家標準或行業(yè)標準的規(guī)定，符合圖樣要求，并應具有合格證。 1.3 所有零件應清除銳角與毛刺，裝配前應嚴格檢查外觀尺寸精度，并清洗干凈。 1.4 浮動油封等密封零件的密封部位不得碰傷與劃傷。 1.5 浮動油封 O形圈及浮封環(huán)外錐面不得沾油，浮動油封 O形圈在裝配中不得扭曲。 1.6 裝配時壓裝的配合面及浮封環(huán)亮帶應涂以少量潤滑油。 1.7 裝配后按產(chǎn)品說明書中規(guī)定的油牌號灌入 80%容量的干凈重負荷車輛齒輪油，不允許滲漏。 6.3.2熱處理質量要求 熱處理質量要求應符合表 6.1的規(guī)定。 表6.1 熱處理質量要求 序號 零 件 名 稱 檢 測 項 目 單 位 質 量 要 求 1 拖鏈輪體 表面硬度 HRC 52~60 C，D淬硬層深度 mm 4~10 R處淬火層深度 ≥2 2 拖鏈輪軸 調質硬度 HB 248~293 3 浮動油封 亮帶表面硬度 HRC 60~72 6.3.3外觀與裝配質量要求 拖鏈輪外觀與裝配質量要求應符合表 6.2 的規(guī)定。 表6.2 外觀與裝配質量 序號 檢 測 項 目 單 位 質 量 要 求 1 外觀質量 --- 鑄、鍛、焊、加工件表面光潔，無明顯缺陷，油漆均勻、美觀 2 軸向竄動量 mm 0.1~0.2 3 M10螺栓擰緊力矩 N .m 55~122 4 油塞擰緊力矩 N .m 157~255 5 密封性能 --- 加注0.4MPa壓力后30s內不漏 6 油清潔度 g ≤0.12 7 轉動性能 --- 能夠用手轉動，但感覺不緊不松 6.3.4使用壽命要求 拖鏈輪的使用壽命應不低于4000h。 6.4拖鏈輪的組成零件設計 6.4.1拖鏈輪設計總概 履帶行走裝置結構主要部件為“四輪一帶”，即驅動輪，引導輪，拖鏈輪，支重輪和履帶。在工程機械行業(yè)中，四輪一帶已經(jīng)有部分標準，可以根據(jù)履帶節(jié)距進行選型，其具體結構設計也可以參照標準。托鏈輪具體結構設計和尺寸選擇可參考JB/T 2984.1-2001拖鏈輪行業(yè)標準。根據(jù)履帶的節(jié)距t=216mm，可得出拖鏈輪踏面直徑為217mm，其它尺寸與技術要求可參考JB/T 2984.1-2001。 6.4.2拖鏈輪軸結構設計 根據(jù)JB/T 2984.1-2001，履帶節(jié)距為216mm的托鏈輪軸總長為341mm，軸的左端設計有一個M16的螺孔，同時需在軸上安裝兩個滾動軸承，其結構如圖6.2、6.3。 圖6.2 拖鏈輪軸二維圖 圖6.3 拖鏈輪軸三維圖 6.4.3拖鏈輪體結構設計 拖鏈輪輪體的設計相對簡單，其最大徑為217mm，內徑參考JB/T 2984.1-2001，其余結構及尺寸設計的標準是能滿足使用要求，容易制造，盡量節(jié)省材料，外形美觀大方。此外，輪緣表面需經(jīng)高溫淬火，HCR﹦52～60。其具體結構見圖6.4、6.5。 圖6.4拖鏈輪輪體二維圖 圖5.5 拖鏈輪左輪體三維圖 6.4.3拖鏈輪蓋結構設計 拖鏈輪蓋用來防止外界的雜物進入引導輪體內部。輪蓋的設計主要要考慮拖鏈輪結構的完整性，合理性，設計時要避免其在結構上與輪體等零件互相干涉，盡量要設計的美觀，容易制造，節(jié)省材料。輪蓋結構見下面兩圖，其與輪體用3個螺栓連接。 圖6.7 拖輪蓋二維圖 圖6.8拖輪蓋三維圖 第七章 設計小結與體會 通過這次非開挖水平定向鉆機底盤履帶、驅動輪、拖鏈輪的設計，使我初步掌握了對autocad、proe軟件的使用，而且還很好的對以前所學的各類知識做了系統(tǒng)的復習與加深，并對工程設計的流程有了一定的了解。這是我真正理論聯(lián)系實際、深入了解設計概念和設計過程的實踐考驗，對于提高我的機械設計的綜合素質大有好處。這次設計實踐，使我對機械設計有了更多的感性和理性的認識，為今后的工作打下了夯實的基礎。 在設計中得到了指導老師周友行教授以及師兄的細心幫助和支持，在此表示衷心的感謝。在設計中還存在不少錯誤和缺點，需要繼續(xù)學習和掌握有關機械設計的知識，繼續(xù)培養(yǎng)設計習慣和思維從而提高設計實踐操作能力。 參考文獻 [1] 周良德，朱泗芳等. 現(xiàn)代工程圖學[M].湖南科學技術出版社，2002 [2] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].高等教育出版社，2009 [3] 孔德文，趙克利，徐寧生. 非開挖水平定向鉆機——工程機械設計與維修叢書[M].化學工業(yè)出版社，2007 [4] 周建釗.底盤結構與原理[M].國防工業(yè)出版社.2006 [5] 唐振科.工程機械底盤設計[M].黃河水利出版社，2004 [6] 陳新軒.現(xiàn)代工程機械發(fā)動機與底盤構造[M].人民交通出版社，2002 [7] 孔德文，趙克利.底盤結構與設計[M].化學工業(yè)出版社，2007 [8] 周建釗.底盤結構與原理[M]. 國防工業(yè)出版社，2006 [9] 唐經(jīng)世.工程機械底盤學[M].西南交通大學出版社，2002 [10] 郁錄平.工程機械底盤設計[M].人民交通出版社，2004 附錄一：英文文獻翻譯 非圓齒輪與機械壓力機運動學優(yōu)化 1997年1月8日研制 摘要：使用金屬成形方法來加工生產(chǎn)零件的質量很大取決于壓力桿。在機械壓力傳動時，有一種依賴于驅動旋轉角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動作時間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機床的使用原型原則，它就是目前運動學以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機械傳動機構的非圓齒輪。 關鍵詞：壓力，齒輪，運動學。 1. 簡介 提高質量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟。日益增長的市場定位要求技術和經(jīng)濟條件都得到滿足。提高質量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來維持和擴大的市場地位的關鍵所在。 所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過程和處理零件所需的時間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據(jù)質量和產(chǎn)量兩個方面，產(chǎn)生了兩個最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個方面，我們的任務是設計運動學形成過程中考慮到該進程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個優(yōu)先線輔助運作所需的時間短周期的時間。 2. 壓力機的要求 　一個生產(chǎn)周期,這相當于一個沖程來回壓的過程,大致經(jīng)歷了三個階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時候。為此，壓力泵必須要一個確定時間的最小高度。成型周期中桿應該有一個特別速度曲線,它將會降到最低。這個轉變期之間應盡快來確保短周期時間。 短周期的要求是事件的原因,以確保通過高產(chǎn)量低成本的部分。基于這個原因，關于對大型汽車車身沖壓片機和自動1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標準的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設計的周期變化導致增加的壓實機械應變率, 然而，這對成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。 在拉深成形過程中,當敲打板塊時的撞擊速度應盡量避免產(chǎn)生了深遠影響。一方面,速度成形時必須充分潤滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應的壓力來增加造成更大的應變速率力,這可能導致沖床半徑一側的一部分過渡疲勞而導致斷裂。在鍛造時，停留時間短的壓力是可取的。隨著停留時間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結果是熱磨損。這是提高抵消了由于機械磨損形成更大的力量，但由于增加的應變率是較低的，因為較低的部分冷卻屈服應力補償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時間也是一個重要的技術要求的精密鍛造，近凈形部分有一個光明的未來?！? 高質量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個機技術,考慮到金屬成形過程的考察要求等同于減少工作的目標成本。以前按設計已經(jīng)不能同時滿足這些技術要求和經(jīng)濟的充分程度，或他們是非常昂貴的設計和制造，例如鏈接驅動壓力機。這就需要尋找對泵創(chuàng)新設計的解決方案，它的設計應主要標準化，模塊化，以降低成本。 3．非圓齒輪的壓力傳動 3.1 原則 使用非圓齒輪傳動機械曲柄壓力機，它提供了一種新方式的技術和經(jīng)濟需求的壓力桿運動。一對非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動馬達，或由飛輪、曲柄和驅動機制本身。制服驅動器的速度傳送是通過一對非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當設計，從動齒輪的非均勻驅動器會導致泵所需的行程時間行為。調查中心的金屬成形和金屬成型機床(IFUM)漢諾威的大學已經(jīng)表明,在這個簡單的方式所有相關的壓力桿的連續(xù)運動，可以達到各種成形過程。 此外從運動學和縮短生產(chǎn)周期，驅動概念導致新的驅動器的優(yōu)點被以下的良好性能所區(qū)分。因為它是一個機械壓力機，它具有高可靠性、低維護性和可預期性。對連桿壓力機的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個基本泵類型可以通過安裝不同的齒輪而進一步改變設計，它根據(jù)客戶的要求而設計。不同環(huán)節(jié)的驅動器，軸承的安裝位置不會隨著單一載荷方向的不同運動而改變。因此，上述要求的模塊化和標準化是考慮到時間和成本，它降低了設計和沖壓生產(chǎn)成本。 3.2 原型 在金屬成型和金屬成型工具機（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達到這種目的，先前的背輪背一個行星齒輪組做取代。這項工作表明了存在的新型傳動印刷機是可能的，在最后對標準壓力泵的改造在Fig. 1中進行說明。 圖表1 壓力機設計是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力。　這一對非圓齒輪傳動比平均為1，每個齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開線輪齒。我假設了非圓曲線設計是以側面幾何設計為基礎。因此，一個非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內，進行相應的調整。 壓力機是為了在單一沖程模式下對零件進行深拉而設計的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點中心線到靜點中心線之前的速度。見圖3。這種速度就相當于液壓機工作的速度。這個速度影響到曲柄機構，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個曲柄壓力機具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內的機械改造將導致最后的向上運動。由于壓力機是運行在單一的操作模式,在設計時對其做相關的處理沒有提出特別的要求。 驅動機制的原型與非圓齒輪有另外一個有利的影響及其驅動力矩（圖4）。對于一個曲柄壓力機的公稱力通?？梢越档挽o點之前把曲柄軸按正常方式旋轉。這對應于公稱力作用下相對于擊打力的75%。若要達到1000kN標準力，該驅動器已提供45 kNm 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對非圓齒輪傳動增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個循環(huán)，非均勻的曲柄轉矩，將導致一個標準力在靜點范圍內變化。這相當于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關。這樣可以設計一些較弱的機器零件，而且節(jié)約成本。 4. 進一步的設計實例 利用二沖程時間行為的設計實例說明了以下幾點。假設一系列的零件時通過壓力機來加工的。為了達到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設成立必須量化。再者，處理零件所需的時間必須確定，而且必須假設在處理時壓力桿的最小高度。由此，我們設計動作的順序，我們用數(shù)學含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(fā)使用軟件程序。從這個數(shù)學描述的沖程運動,我們可以計算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。 在第一個例子，在深拉伸沖壓速度應該是在靜止點前，金屬板材成形保持在至少超過100mm，它的速度應該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時間和曲柄壓力機在25min/n的擊打時間相同。圖5表明了沖程運動情況，這是由一對齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時間減少了20％，應把桿速度的影響也大大減少。下靜點前110mm，當使用曲柄機構時，沖擊速度為700mm/s，而當使用非圓齒輪時僅僅只有410mm/s。 第二個例子顯示了驅動裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時間是相對于在圖片中說明非圓齒輪壓力運動學。曲柄壓力機的周期時間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標準力是20mn。它的保壓時間為86ms與50mm的成形部份時間。非圓齒輪壓力機描繪的保壓描繪時間67%減少至28ms。因此，它達到了和錘子一樣的幅度。通過增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時間縮短至46mm。盡管如此,處理時間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機的運動學相同。在這種情況下為了實現(xiàn)這些運動,傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅動裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。 這些例子表明，不同的運動可以通過使用非圓齒輪驅動裝置實現(xiàn)。在同一時間內，這個驅動器的實用潛力用實現(xiàn)理想的運動學變得清晰，而且生產(chǎn)周期時間減少。例如，通過不同的例子，如果運動的順序對一系列壓力機生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。 5．總結 高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質量的高要求，這時所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領域。這種情況導致我們重新考慮壓力傳動機的使用。 對曲柄與非圓齒輪傳動壓力機的描述，使我們能夠優(yōu)化簡單的機械壓力機運動學。這意味著周期時間縮短,以達到高生產(chǎn)率和運動學的成形工藝的要求。這個設計工作需要很低。相對于多連桿壓力機驅動器，可以實現(xiàn)其他運動學在其他齒輪軸承位置不改變時的壓力機構建使用。這使壓力機模塊化和標準化。 6．致謝 作者想表達他們的謝意，感謝德國機床制造商協(xié)會(VDW),位于德國法蘭克福，其經(jīng)濟援助以及一些成員，感謝他們的支持。 7. 參考文獻 [1] Bernard, J., 1992, Optimization of Mechanism Timing Using Noncircular Gearing, Mechanical Design and Synthesis, Vol. 46, p. 565-570. 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Hindersmann Received on January 8, 1997 Abstract：The quality of parts manufactured using metal forming operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Non-circular gearsy to obtain those stroke-time behaviours we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a rotational-angle-dependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new wa rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype. Furthermore, the paper demonstrates using one example of deep drawing and one of forging that the press drive mechanism with non-circular gears may be used advantageously for virtually all metal forming operations. Keywords: Press, Gear, Kinematics 1 lntroductior Increasing demands on quality in all areas of manufacturing engineering, in sheet metal forming as well as in forging, go hand in hand with the necessity to make production economical. Increasing market orientation requires that both technological and economic requirements be met. The improvement of quality, productivity and output by means of innovative solutions is one of the keys to maintaining and extending one's market position.In the production of parts by metal forming, we need to distinguish between the period required for the actual forming process and the times needed to handle the part. With some forming processes we have to add time for necessary additional work such as cooling or lubrication of the dies. This yields two methods of optimization, according to the two aspects of quality and output. In order to satisfy both aspects, the task is to design the kinematics taking into account the requirements of the process during forming; also to be considered is the time required for changing the part as well as for auxiliary operations in line with the priority of a short cycle time. 2 Pressing Machine Requirements One manufacturing cycle, which corresponds to one stroke of the press goes through three stages: loading,forming and removing the part. Instead of the loading and removal stages we often find feeding the sheet, especially in sheer cutting. For this, the press ram must have a minimum height for a certain time. During the forming period the ram should have a particular velocity curve,which will be gone into below. The transitions between the periods should take place as quickly as possible to ensure short cycle time. The requirement of a short cycle time is for business reasons, to ensure low parts costs via high output. For this reason stroke numbers of about 24/min for the deep drawing of large automotive body sheets and 1200/min for automatic punching machines are standard practice.Increasing the number of strokes in order to reduce cycle times without design changes to the pressing machin