四十五噸旋挖鉆機驅動輪和拖鏈輪設計【含說明書+圖紙】,含說明書+圖紙,四十五,噸旋挖,鉆機,驅動,以及,鏈輪,設計,說明書,仿單,圖紙 目 錄 摘要 I 第一章 緒論. 1 1.1 旋挖鉆機簡介和分類 1 1.1.2 旋挖鉆機的三種類型 1 1.2 旋挖鉆機發(fā)展狀況 2 1.2.1旋挖鉆機國內發(fā)展狀況 2 1.2.2 旋挖鉆機國外發(fā)展狀況 2 1.3 驅動輪和拖鏈輪介紹 3 1.3.1 驅動輪介紹 3 1.3.2 拖鏈輪介紹 4 1.4 課題研究的意義 5 1.5 設計的主要內容 5 第二章 履帶式行走裝置的總體方案設計. 6 2.1. 輪式行走裝置的功用與組成 6 2.2. 履帶式行走裝置的功用與組成 6 2.3 履帶式行走裝置的特點 7 2.4 履帶式行走裝置的選擇 7 2.5 履帶式行走裝置的各部分的功用及結構布置 8 2.5.1驅動輪 8 2.5.2 支重輪 10 2.5.3導向輪 10 2.5.4緩沖裝置 10 2.5.5托鏈輪 10 2.5.6履帶 12 第三章 履帶行走裝置參數(shù)確定 13 3.1 履帶基本參數(shù)設計計算 13 3.1.1基本參數(shù) 13 3.1.2單根履帶接地面積 13 3.1.3履帶的接地長度和履帶板寬 13 3.2 運行阻力計算 14 3.2.1 土壤變形阻力 14 3.2.2坡度阻力 15 3.2.3 風載荷造成的阻力 15 3.2.4 不穩(wěn)定運動的慣性阻力 15 3.3 內部阻力 15 3.3.1 驅動輪與履帶的嚙合阻力 16 3.3.2驅動輪和導向輪軸頸的摩擦阻力 16 3.3.3履帶銷軸間的摩擦阻力 16 3.3.4 支重輪滾動阻力和軸頸摩擦阻力 16 3.4履帶行走裝置牽引力驗算 17 3.5附著力驗算 17 3.5.1 轉彎阻力驗算 18 3.5.2驅動輪液壓馬達參數(shù)計算 18 第四章 基于PRO/E履帶行走裝置干涉檢測 20 4.1原始數(shù)據(jù) 20 4.2根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖 20 4.3根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的剪力圖與彎矩圖 20 4.4確定材料的許用切應力和彎曲應力 21 4.5校核軸的剪切應力及彎曲強度 21 第五章 基于PRO/E履帶行走裝置干涉檢測 23 5.1 Pro/Engineer 23 5.2 Pro/ASSEMBLY 24 5.3 Pro/CABLING 24 5.4 驅動輪和拖鏈輪的PRO/E建模 25 5.4.1 驅動輪PRO/E建模 25 5.4.2 拖鏈輪PRO/E建模 26 5.5 模型裝配與干涉檢測 28 參考文獻 30 II 45噸旋挖鉆機驅動輪和拖鏈輪設計 摘要: 旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高、環(huán)保等特點。配合不同鉆具，適應我國大部分地區(qū)的地質條件，成為適合建筑基礎工程中成孔作業(yè)最理想的施工機械。 本畢業(yè)設計主要是通過對履帶式旋挖鉆機行走裝置的分析與設計。首先通過對輪式履帶行走裝置和履帶行走裝置的功用和特點進行比較，選擇確定履帶式行走裝置為旋轉挖掘機行走裝置系統(tǒng)；其次根據(jù)履帶行走裝置行駛原理，確定履帶行走裝置基本參數(shù)并對履帶行走裝置主要部件進行型號選擇；再次對履帶行走裝備各個部件進行分析和結構設計;最后完成其PRO/E三維建模，并對模型進行干涉檢測。 關鍵詞：旋挖鉆機; 履帶行走裝置; PRO/E三維建模；干涉檢測。 45 tons of rotary drilling rig driving wheel and the tractor wheel design ABSTRACT： Rotary Drilling Rig with installed capacity of power，output torque， axial pressure，flexible, efficient construction, environmental protection, etc.。with different drilling tools to meet the geological conditions in most parts of China， as the basis for building project into hole work best construction machinery。 The main graduation is tracked through the rotary drilling rigs running device analysis and design. First, on wheel track crawler running devices and device functions and features to compare，select OK crawler excavator walking device for rotating equipment systems； followed by driving under the principle of crawler equipment to determine the basic para- meters and device for crawler track Travel System Model major components selection; again crawler equipment to analyze the various components and structural design; the final comp- letion of its PRO / E 3D modeling, and model for interference detection。 KEYWORDS： Rotary Drilling Rig； Crawler Travel；PRO/E 3D modeling；Interference detection。 第一章 緒 論 1.1 旋挖鉆機簡介和分類 1.1.1 旋挖鉆機簡介 旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業(yè)的施工機械。主要適于砂土、粘性土、粉質土等土層施工，在灌注樁、連續(xù)墻、基礎加固等多種地基基礎施工中得到廣泛應用，旋挖鉆機的額定功率一般為125～450kW，動力輸出扭矩為120～400kN·m，最大成孔直徑可達1.5～4m，最大成孔深度為60～90m，可以滿足各類大型基礎施工的要求。該類鉆機一般采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數(shù)碼顯示等，整機操縱一般采用液壓先導控制、負荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點。主、副兩個卷揚可適用于工地多種情況的需要。該類鉆機配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，還可配掛長螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動樁錘等，實現(xiàn)多種功能，主要用于市政建設、公路橋梁、工業(yè)和民用建筑、地下連續(xù)墻、水利、防滲護坡等基礎施工。國內的專家認為：旋挖鉆機在國內今后幾年仍有很大的市場。故對旋挖鉆機現(xiàn)狀與結構特點分析有著十分重要的意義。 1.1.2 旋挖鉆機的三種類型 選擇旋挖鉆機的原則應該是能滿足用戶目前的主要工程需求，兼顧今后可能發(fā)生的工程需求。旋挖鉆機根據(jù)其主要工作參數(shù)：扭矩、發(fā)動機功率、鉆孔直徑、鉆孔深度及鉆機整機質量可以分為三種類型： 1、小型機 扭矩100kN·m。發(fā)動機功率170kW，鉆孔直徑0.5～1m，鉆孔深度40m左右，鉆機整機質量40t左右。小型機的應用市場定位： （1）各種樓座的護坡樁； （2）樓的部分承重結構樁； （3）城市改造市政項目的各種小于1m的樁； （4）適用于其他用途的樁。小型機的市場工作量覆蓋比例達到30%以上。 2、中型機 扭矩180kN·m，發(fā)動機功率200kW，鉆孔直徑0.8～1.8m，鉆孔深度60m左右，鉆機整機質量65t左右。中型機的應用市場定位： （1）各種高速公路、鐵路等交通設施橋梁的橋樁；（2）大型建筑、港口碼頭承重結構樁； （3）城市內高架橋橋樁； （4）其他適用樁。中型機的市場工作量覆蓋比例達到90%以上。 3、大型機 扭矩240kN·m，發(fā)動機功率300kW，鉆孔直徑1～2.5m，鉆孔深度80m。鉆機整機質量100t以上。大型機的應用市場定位： （1）各種高速公路、鐵路橋梁的特大橋樁； （2）其他大型建筑的特殊結構承重基礎樁。大型機的市場工作量覆蓋比例達到10%以上。 1.2 旋挖鉆機發(fā)展狀況 1.2.1 旋挖鉆機國內發(fā)展狀況 旋挖鉆機在二戰(zhàn)以前首先在美國卡爾維爾特公司問世，二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展，1948年意大利邁特公司首先開始研制，接著意大利、德國開始發(fā)展，到了70～80年代在日本得到快速發(fā)展，當時日本稱之為回轉斗成樁，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德國、日本這類工法相當普遍。我國在80年代初從日本引進過工作裝置，配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年，天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鉆機并進行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）產(chǎn)品，1988年北京城建機械廠根據(jù)土力公司的樣機開發(fā)了1.5m直徑的履帶起重機附著式旋挖鉆機。 1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鉆孔機的生產(chǎn)技術，但都沒有形成批量生產(chǎn)。1992年寶峨公司在中國北京設立了代表處，開始了對華業(yè)務．并于1995年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司，組裝適合中國市場的寶峨BG20型旋挖鉆機。 1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司，生產(chǎn)組裝BG15型、BG24型旋挖鉆機。1998年，徐工集團開始自主開發(fā)研制RD18旋挖鉆機，于99年試制成功并投入批量生產(chǎn)，最近幾年我國旋挖鉆機取得了快速發(fā)展。后來，北京經(jīng)緯巨力、三一重機等也紛紛涉足旋挖鉆機的生產(chǎn)，目前國內外生產(chǎn)旋挖鉆孔機廠商有近二十家。 1.2.2 旋挖鉆機國外的發(fā)展狀況 國外目前旋挖鉆機的在國內的公司主要有：德國寶峨公司，其產(chǎn)品系列為BG12～BG25；意大利土力公司，其產(chǎn)品為R412～R618；MAIT公司的HR130～HR240；IMT公司的AF6～AF50；CMV公司的TH12～TH25等。國外產(chǎn)品最大扭矩可達360kN·m，發(fā)動機功率達448kW，鉆孔直徑4m，鉆深90余米等，品牌主要集中于土力、寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、巨力、日本產(chǎn)小扭矩旋挖鉆機。國外產(chǎn)品最大扭矩可達360kN·m，發(fā)動機功率達448kW，鉆孔直徑4m，鉆深90余米。目前國外的旋挖鉆機一般都設有搖管裝置、由兩個或三個液壓馬達驅動的大扭矩動力頭（可配套管連結器）、液壓系統(tǒng)采用恒功率變量自動控制、自鎖互扣鉆桿、先進的監(jiān)控儀表（如發(fā)動機和液壓系統(tǒng)自動監(jiān)測和報警系統(tǒng)、鉆孔深度顯示、鉆桅自動測斜糾偏裝置），同時配有各種保險裝置（如防止帶負載起動，卷揚機超高限位等），但各家公司的旋挖鉆機都有自己的技術特點。 目前國外該類產(chǎn)品技術已趨成熟，比較著名的有德國BAUER公司，利勃海爾公司，意大利MAIT公司、土力公司、CMV公司等，目前從國外產(chǎn)品技術上看，有如下技術特點：整機采用鉆孔深度、垂直度自動檢測及控制；熒屏實時顯示；鉆孔定位技術；液壓履帶式伸縮底盤，保證了整機穩(wěn)定性及良好的機動性能；自行起落可折疊式鉆桅；大扭矩多節(jié)伸縮式鉆桿，可匹配多種鉆具，以適應不同作業(yè)需求；雙速自適應動力頭，既可進行鉆孔，又能安放套管；采用了主、副卷揚的高度限位，動臂幅度限位及駕駛室內液控開關等安全保護裝置；應用人機工程原理設計了新型操縱室，布置了冷暖空調，提高了操作舒適性等。 1.3 驅動輪和拖鏈輪介紹 1.3.1 驅動輪介紹 驅動輪，工程機械挖掘機與推土機的動力傳輸者，在挖掘機上，因為整體是鑄造加工的，所以叫“驅動輪”，推土機因為是分開幾塊鑄造或者說鍛造的，所以稱為“驅動齒塊”。驅動輪一般直接是與驅動馬達相接，直接把動力傳給履帶，從而帶動整個底盤前進。 　　驅動輪的材料主要是以鑄造為主，但大功率的推土機的驅動齒塊以鍛造為多，那樣的產(chǎn)品會承受住更大的驅動力，從而保證產(chǎn)品的質量。無論是何種材料，產(chǎn)品都要經(jīng)過毛坯鑄造（鍛造）、機械加工、齒部淬火等工藝，最終交給客戶使用。 挖掘機驅動輪主要是鑄造產(chǎn)品，材料一般是ZG40Mn，齒部的淬火硬度與推土機相近，HCR46-56，因為輪子是整體加工，所以工藝上比較簡單，保證加工精度與尺寸精度就可以。 旋挖鉆機和推土機的齒塊以鍛造為主，因為是一塊塊的三齒或兩齒，最后要拼成一個輪子，所以在加工工藝與技術要求上更是嚴格了許多。推土機齒塊要求：齒塊用鋼應符合GB/T 3077中規(guī)定的40MnB或35MnB合金鋼材料，也允許采用力學性能不低于上述牌號的其它材料；齒塊用鋼的含碳量應符合GB/T 3077中的規(guī)定；其含硫、磷量應小于0.035%。鋼的非金屬夾雜物、脆性夾雜物、塑性夾雜物的含量應符合GB/T 10561—1989中規(guī)定的2.5級要求；齒塊的熱處理硬度要求HCR46-56；齒塊的鍛造比應大于或等于2，起模斜度為3°~5°；鍛件齒形精度相對于標準齒形樣板的極限偏差，應控制在±0.7 mm以內。 驅動輪磨損： 驅動輪輪齒的磨損常發(fā)生輪齒的根部、前后側面、左右側面和輪齒頂部。當推土機向前行駛，輪齒托起履帶銷套時，磨損發(fā)生在輪齒的前側面；反之，當推土機向后行駛時，磨損發(fā)生在輪齒的后側面。當履帶太松，產(chǎn)生履帶偏斜，輪齒沖擊鏈軌節(jié)的側面時將造成驅動輪輪齒側面的磨損。 驅動輪輪齒的另一磨損形式是頂部磨損。頂部磨損發(fā)生在履帶與驅動輪輪齒被粘性物質填塞，驅動輪輪齒與履帶銷套的嚙合關系被改變時。當推土機向前行駛時，就會在驅動輪驅動側的齒背面的頂點和銷套的側面劃下印痕。 1.3.2 拖鏈輪介紹 托鏈輪在履帶式行走裝置中的主要作用是防止履帶上部的下垂和履帶行走時的脫落并可減小其上下振動。小型挖掘機的托鏈輪一般都是懸臂安裝在履帶架上。托鏈輪的結構由軸、端蓋、浮動油封、托輪體和托鏈輪架等主要零件組成。托鏈輪位于履帶架上部，承受載荷比支重輪小，污物不易侵入，磨損也較少。 在托鏈輪的設計過程中，主要設計托鏈輪的輪體和輪架的制作過程并考慮其工藝性，例如托鏈輪輪體的制造過程中，我們需要考慮使用什么樣的毛坯成型技術，進行什么樣的熱處理，采取什么加工方法及加工路線，才能使設計趨于合理化，同時保證經(jīng)濟性較好。在加工輪體的油塞孔時，使用復合刀具，可避免孔的不同心性，也可避免多次裝夾造成的誤差，在此論文中，充分考慮到了各種問題。 根據(jù)托鏈輪的功用，應選擇耐磨性較高的材料，因此選擇50Mn（含碳量為0.5%，Mn含量為1.5%以下）作為制造材料。由于托鏈輪的制造是批量生產(chǎn)，并且所需的毛坯的直徑為125mm左右，所以選金屬棒料作為毛坯，棒料直徑不大于200毫米，剪切下料的設備一般用棒料剪。由于冷剪時，被剪切處將會產(chǎn)生很大的應力而出現(xiàn)裂紋。因此在剪切前應預熱至350℃左右，并且在此溫度下材料容易被剪斷。 剪切下料的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高；由于無切屑損耗，提高了材料的利用率。 剪切下料的缺點是剪切端面不平，即會出現(xiàn)馬蹄形，尤其在熱態(tài)下剪切直徑較大的棒料時更為嚴重。這就要求在剪切時保證馬蹄形不能太大。剪切下料一般多應用于大批大量生產(chǎn)的鍛造車間。 1.4課題研究的目的和意義 （1）本設計使工程機械在斜坡下行時不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高各類工程機械的安全性。 （2）本設計從經(jīng)濟性技術分析是為了節(jié)省資金，主要應用于小噸位的建筑機械中，使各類工程機械在濕軟的或高低不平的農(nóng)田等不良地面上行走時具有良好的通過性能、爬坡性能和轉向性能。 1.5 設計的基本內容 本次設計主要針對履帶式旋挖鉆機進行討論，著重于履帶式旋挖鉆機的行走裝置的分析與設計。其設計主要內容如下： 第2章通過比較輪式行走裝置與履帶式行走裝置比較的特點，確定行走裝置方案為履帶行走裝置； 第3章根據(jù)履帶行駛原理，并結合行走裝置運動學，確定履帶行走裝置基本參數(shù)； 第4章根據(jù)履帶行走裝置基本參數(shù)，確定了履帶行走裝置主要部件“四輪一帶”的型號，并完成“四輪一帶”結構設計； 第5章完成了履帶行走裝置PRO/E三維圖建模，并對進行干涉檢測，以確定其結構的合理性和可行性。 第二章 履帶式行走裝置的總體方案設計 2.1. 輪式行走裝置的功用與組成 輪式行走系統(tǒng)的功用是：將整個機械構成一體，并支撐整體質量；將傳動系統(tǒng)傳來的轉矩化為車輛行駛的牽引力；承受和傳遞路面作用于車輪上的各種反力及力矩，吸收振動，緩和沖擊，保證機械的正常行駛。 整機的質量通過車輪傳到地面，引起地面產(chǎn)生作用于前輪和后輪的垂直反力。當內燃機經(jīng)傳動系傳給驅動輪一個驅動力矩時，則地面便產(chǎn)生作用于驅動輪邊緣上的牽引力。整個推動整個機械行駛的牽引力便由行走系統(tǒng)來承受。從驅動輪邊緣傳至驅動橋，同時經(jīng)車架傳至前橋軸，推動車輪滾動而使整機行駛。當機械制動時，經(jīng)操作系統(tǒng)作用于車輪上一個制動力矩，則地面便產(chǎn)生作用于車輪邊緣上與行走方向相反的制動力，制動力也由行走系統(tǒng)承受，它從車輪邊緣經(jīng)車橋傳給車架，迫使機械減速以至停止。當整機在彎道或橫坡行駛時，路面與車輪間將產(chǎn)生側向反力，此側向反力也由行走系統(tǒng)來承受。 對于行駛速度較低的輪式工程機械，為了保證其作業(yè)時的穩(wěn)定性，一般不裝懸架，而將車橋直接與車架連接，僅依靠低壓的橡膠輪胎緩沖減震。因此緩沖性能較裝有彈性懸架者差。對于行駛速度高于40~50Km/h的工程機械，懸架裝置有彈性鋼板制作的（如起重機），也有用氣—油為彈性介質制作的。后者的緩沖性能較好，但制造技術要求高。 2.2. 履帶式行走裝置的功用與組成 履帶式行走裝置的功用是支撐機體并將發(fā)動機經(jīng)由傳動系統(tǒng)傳到驅動鏈輪上的轉矩轉變成機械行駛和進行作業(yè)所需的牽引力。為了保證履帶式機械的正常工作它還起緩和地面對機體沖擊振動的作用。 履帶式行走裝置有結構完全相同的兩部分，分別裝在機械的兩側，主要由支重輪、托鏈輪、引導輪、緩沖裝置及履帶等組成。 圖2.2 履帶行走裝置的結構圖 其中5—支重輪總成；6—密封履帶總成；7—行走梁機構；8—導向輪總成；9—張緊裝置護罩；10—車輛型液壓油缸；11—油缸支架；12—托鏈輪總成；13—軸系統(tǒng)總成；14—驅動輪支座；15—牽引支架；16—張緊裝置。 2.3 履帶式行走裝置的特點 （1）支承面積大，接地比壓小。例如，履帶推土機接地比壓為0.02Mpa～0.1 Mpa,而輪式推土機的接地比壓一般為0.2Mpa。因此，履帶推土機適合在松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下限度小，滾動阻力也小，通過性能較好； （2）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附性能好，有利于發(fā)揮較大牽引力； （3）結構復雜，質量大，運動慣性大，減振功能差，使得零件易損壞。因此，行駛速度不能太高，機動性能差。 2.4 履帶式行走裝置的選擇 履帶式行走系統(tǒng)與輪式行走系統(tǒng)相比有如下特點: （1）支撐面積大，接地比壓小。例如，履帶推土機的接地比壓2~8N/，而輪式推土機的接地比壓一般為20N/。因此，履帶推土機適合松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度，滾動阻力也小，通過性能較好。 （2）履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。 （3）履帶不怕扎、割等機械損傷。 （4）履帶銷子、銷套等運動副在使用中要磨損，要有張緊裝置調節(jié)履帶松緊度，兼起一定的緩沖作用。 （5）結構復雜，重量大，運動慣性大，減振性能差，零件易損壞。因此，行駛速度不能太高，機動性差。 本設計要求的旋挖鉆機在松軟或泥濘場地進行作業(yè)，對行駛速度和機動性要求較低。要求接地比壓小，牽引附著性強，在作業(yè)時不能下陷，并應該有較強的通過性能。履帶式行走裝置與輪式行走裝置相比，其優(yōu)點為支承面大，接地比壓小，所以在松軟土壤上的下陷程度和滾動阻力小，而且大多數(shù)履帶板上都制有履齒，可以深入土內。缺點是行駛速度小，對緩和行駛中的沖擊和振動能力差。由以上對輪式行走裝置和履帶式行走裝置的比較，可以確定采用履帶式行走裝置。 2.5 履帶式行走裝置的各部分的功用及結構布置 2.5.1 驅動輪 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。 ` 圖2.5.1 組合式履帶驅動輪 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203。根據(jù)《工程機械設計》，通常驅動輪的齒數(shù)取23～27，參考JB/T 2984.4－1999中履帶節(jié)距為203mm的驅動輪的參數(shù)，可以得出齒數(shù)為27。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203mm的驅動輪節(jié)圓直徑為D=881.12mm, 其它安裝尺寸與技術要求可參考該標準。 2.5.2 支重輪 功用：支重輪用螺釘固定在輪架下面，用于支撐機械的質量，并將質量分布在履帶板上。同時還依靠其滾輪凸緣夾持鏈軌不使履帶橫向滑脫（脫軌），保證機械沿履帶方向運動。 結構布置：根據(jù)功率大小，履帶推土機每側有4～9支重輪，功率小的取下限，功率大的取上限。當履帶接地長度一定時，增加支重輪個數(shù)，可使接地壓強均勻，減少履轍深度金額滾動阻力，但增加個數(shù)后，勢必減少直徑，從而增大支重輪在履軌上滾動的阻力，綜合考慮這兩個因素，一般取支重輪直徑Dz=（1～2.0）lt。各支重輪等距分布，軸間距l(xiāng)z=(1.7～2.0))lt,最后端的支重輪軸與驅動輪軸之間的距離lk=(2.3～2.6)lt，最前端的支重輪位置應保證張緊輪調整到最后極限位置而緩沖彈簧又壓縮達最大值時不會發(fā)生干涉。驅動鏈輪齒頂與支重輪輪轂之間，應留有足夠的間隙，以防積泥。 2.5.3 導向輪 功用：引導輪安裝在臺車架的前部，它主要用來引導履帶的行駛方向，并借助緩沖裝置使履帶保持一定的緊度，減小履帶在運行中的跳動，從而減小沖擊載荷以及額外的功率損耗，并防止履帶脫軌。 結構布置：較大的導向輪可以減少履帶載荷的波動，但增大導向輪直徑D。受結構布置限制。導向輪輪緣最高點，應比驅動輪低10～60mm，這樣能使上方區(qū)段的履帶依靠本身重量順勢前滑。輪緣的最低點則受Ψ1限制。履帶推土機因前方有推土板開路，故接近角Ψ可較小，一般為1o～3o。試驗表明，導向輪軸與最前面的支重輪軸之間的距離，一般不應小于履帶節(jié)距的三倍，否則履帶運動的不均勻性太大。 2.5.4 緩沖裝置 功用：緩沖裝置的主要功用是使履帶保持有一定的緊度，減少履帶的下垂和在運動時的跳動。同時當引導輪前遇有障礙物或履帶卡入石塊等硬物而使履帶過于張緊時，它能允許引導輪后移，以避免損壞機件。越過障礙物后，引導輪又在緩沖裝置彈簧的作用下恢復原位。 2.5.5 托鏈輪 功用：托鏈輪通過支架安裝在臺車車架上，其功用是用來將履帶上部托起，防止履帶下垂過大，減小履帶在運動中產(chǎn)生的跳動和側向擺動。靠近驅動輪的托鏈輪，還能減小因驅動輪旋轉而將履帶沿驅動輪的切線方向甩動時所產(chǎn)生的履帶下垂。 結構布置：托鏈輪主要用來限制上方區(qū)段履帶的下垂量。因此，為了減少托鏈輪與履帶間的摩擦損失，托鏈輪數(shù)目不宜過多，每側履帶一般為1～2個。 托鏈輪的位置應有利于履帶脫離驅動鏈輪的齒合，并平穩(wěn)而順利地滑過托鏈輪和保持履帶的張緊狀態(tài)。當采用兩個托鏈輪時，后面一個托鏈輪應靠近驅動鏈輪，并使托鏈輪輪緣的上平面高度ht1與0.5Dt之和等于或大于驅動輪的節(jié)圓半徑0.5Dk,以限制該處履帶下垂，并使履帶易于脫開齒合。托鏈輪的位置尺寸，通常為lt2≈0.4L，lt1≈?（L-lt2）。其具體結構與安裝見圖2.55。其具體結構設計和尺寸選擇可參考JB/T 2984.1 2001。 圖2.5.5（1） 拖鏈輪主視圖 圖2.5.5（2） 拖鏈輪側視圖 根據(jù)履帶的節(jié)距t=203mm，參考JB/T 2984.1－2001履帶式推土機拖鏈輪行業(yè)標準，履帶節(jié)距t 為203mm的托鏈輪，其工作輪徑d4 為φ170mm，其它安裝尺寸與技術要求可參考該標準。拖輪與支重輪相比，受力較小，磨損也輕，因此結構較簡單，尺寸略小，通常不進行強度計算。拖輪常用灰鑄鐵或ZG50Mn鋼鑄造，輪緣表面不經(jīng)機械加工。一般安裝時為懸臂型式。 2.5.6 履帶 功用：履帶用來將整個推土機的重量傳給地面、并保證推土機有足夠的牽引力、履帶直接和土壤、沙石等較復雜地面接觸，并承受地面不平所帶來的沖擊和局部負荷，因此，履帶除應具有良好的附著性能外，還要有足夠的強度、剛度和耐磨性。 第三章 履帶行走裝置參數(shù)確定 3.1 履帶基本參數(shù)設計計算 3.1.1 基本參數(shù) 整車重量：45T； 液壓系統(tǒng)壓力：25Mpa； 履帶收縮寬度3.3m，展開寬度4.2m。 3.1.2 單根履帶接地面積 參照《工程機械設計》一書中，取接地0.1MP 3.1.3 履帶的接地長度（L）和履帶板寬(b) 長寬比參照《工程機械設計》一書中，關于λ的取值：一般用途機械可取λ=0.18~0.22，沼澤地用機械取λ=0.24~0.28，取λ=0.22 L≈3.15, 取整L=3150mm,b=700mm。 履帶行走裝置的全寬參照《工程機械設計》一書中，履帶接地長度L和履帶機械的軌距W應滿足一定的比例關系： W——履帶機械的軌距； μ——轉向阻力系數(shù)，疏松土壤取μ=0.6~0.7，硬土地取μ=0.25； ——履帶對地面的附著系數(shù)，在干燥的土路上取=0.8~0.9； f——滾動阻力系數(shù)，在干燥的土路上取f=0.05。 本次設計中取μ=0.25，=0.9，f=0.05。則， 依據(jù)上面所確定的，可以算得：，實際上履帶的軌距W應遠大于這個數(shù)值，因此，滿足條件。 3.2 運行阻力計算 行走裝置的牽引力的產(chǎn)生過程是，由發(fā)動機發(fā)出的扭矩經(jīng)傳動系統(tǒng)和驅動輪把履帶的工作區(qū)段張緊，引起支承面和地面的相互作用。這時，地面給履帶支承面一個切向反作用力，此力的方向與履帶行走方向一致，推動了機械前進。 機械行走時，需要不斷克服行走中所遇到的各種運動阻力，牽引力也就是用于克服這些運動阻力的。 履帶行走裝置的運行阻力，有土壤變形阻力、坡度阻力、風載荷造成的阻力和不穩(wěn)定運動的慣性阻力等。 行走牽引力計算： 參照《液壓挖掘機》一書中式5-11， 得 3.2.1 土壤變形阻力 土壤變形阻力是由于履帶將土壤擠壓變形而引起的。 在坡道上時： 式中 ——運行比阻力系數(shù)，=0.1； ——旋挖鉆機的工作質量， =45000kg ； ——預設的爬坡角度， =； 參照下表3.2.1 表3.2.1 地面種類 運行比阻力 地面種類 運行比阻力 瀝青公路 0.03～0.04 野路 0.09～0.12 石砌公路 0.05～0.06 深砂、沼地、耕地 0.10～0.15 堅實土路 0.06～0.09 代入有： 在平道時： 3.2.2坡度阻力 坡度阻力是由于機械在斜坡上因自重分力所引起: 3.2.3 風載荷造成的阻力 式中 q——風壓，q=250Pa; A——迎風面積，A=6.5 3.2.4 不穩(wěn)定運動的慣性阻力 3.3 內部阻力 內部阻力是驅動輪與履帶的嚙合阻力、驅動輪，導向輪的軸與軸套的摩擦阻力、履帶銷軸的摩擦阻力和支重輪滾動阻力和軸頸摩擦阻力等組成。 履帶銷軸與銷套之間的摩擦阻力，履帶運行時不斷繞上和繞出驅動輪和導向輪，即履帶由直變彎、由彎變直，銷軸與銷套之間有相對運動。因而產(chǎn)生摩擦力。 設驅動輪的齒數(shù)Z，履帶板的轉角，履帶總張力為，則驅動輪轉向時的摩擦功：Z。 式中： -銷軸直徑； -銷軸與軸套之間的摩擦系數(shù)； ～0.4； F值與驅動輪在前后的位置有關。 3.3.1 驅動輪與履帶的嚙合阻力 驅動輪與履帶的嚙合阻力 。 式中——履帶緊邊張緊力； ——驅動輪與履帶的嚙合效率，一般取=0.95。 3.3.2驅動輪和導向輪軸頸的摩擦阻力 旋挖鉆機前進時： 。 ——履帶緊邊張緊力； ——履帶松邊張緊力； ——軸頸中的摩擦系數(shù)，=0.08； ——驅動輪和導向輪的軸頸直徑，=65mm； ——驅動輪節(jié)圓直徑，=881.12mm。 3.3.3履帶銷軸間的摩擦阻力 。 ——履帶銷軸的直徑，=44.5mm； ——履帶板銷與孔的摩擦系數(shù)，=0.25； ——驅動輪齒數(shù)，=27； ——履帶節(jié)距，=203mm。 3.3.4 支重輪滾動阻力和軸頸摩擦阻力 。 ——作用于履帶上的總質量； ——支重輪外徑，=20.8cm； ——支重輪銷軸外徑，=10.2cm； ——滾動摩擦系數(shù)，=0.05； ——銷軸和支重輪軸套之間的摩擦系數(shù)，=0.08。 綜上，兩條履帶的內阻力綜合為 3.4履帶行走裝置牽引力驗算 1）坡道總阻力： ； 2）平道總阻力： 。 由上計算的結果可知，上坡行駛阻力=＜=,即牽引力不足以克服行駛阻力，以給定行駛速度1.0km/h 不能爬上坡。若要實現(xiàn)上坡行駛，可適當降低行駛速度，將行駛速度降為0.9km/h，重新計算牽引力。 滿足爬坡要求。 當平道行駛時，應按最大行駛速度驗算牽引力，即 ， 滿足平道高速行駛牽引力要求。 3.5附著力驗算 式中——履帶和地面見得附著系數(shù)，其值由表3-2得，取=0.9； ——坡度； ——整機質量。 ＜ 即以V=0.9km/h速度上坡行駛，既滿足行駛阻力要求，又滿足地面附著力要求。 表3.5 履帶和地面間的附著系數(shù) 表3.5 地面情況 平履帶 具有尖筋的履帶 公路 土路 不良的野路 難以通過的斷絕路 結冰的堅實道路 0.3—0.4 0.4—0.5 0.3—0.4 0.2—0.3 0.15—0.3 0.6—0.8 0.8—0.9 0.6—0.7 0.5—0.6 0.3—0.5 3.5.1 轉彎阻力驗算 轉彎時的摩擦阻力換算成相當于直線型走的阻力： 。 則，轉彎時的總阻力為： 。 ——轉彎時履帶和地面的摩擦系數(shù)，=0.7； ——打樁機的轉彎半徑，即履帶的軌距； ； ——履帶的接地長度，=3150mm。 滿足要求。 3.5.2驅動輪液壓馬達參數(shù)計算 驅動輪液壓馬達主要性能參數(shù)為功率和轉矩。 馬達功率：。 馬達轉矩：。 馬達轉矩圓整為：； ——馬達輸出功率； ——旋挖轉機速度，=0.9km/h； ——行走傳動機構的效率，=0.85； ——馬達的變量系數(shù)，=2； ——驅動輪節(jié)圓直徑，D=881.12mm。 由以上的計算確定了履帶的基本設計參數(shù)如履帶板長b和履帶接地長L，為后面的履帶行走裝置主要部件的選型給定了依據(jù)；驅動液壓馬達性能參數(shù)的確定，馬達的選型給定了依據(jù)。 第四章 托鏈輪軸的強度校核 4.1 原始數(shù)據(jù) 噸位：45噸 履帶重量:450千克 鏈軌重量：3.5噸 總重：17噸 托鏈輪承受的重量按總重的一半計算，以下是對拖鏈輪軸的強度校核 。 4.2 根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖 由 得 由 得 4.3根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的剪力圖與彎矩圖 由剪力圖和彎矩圖可得出： 軸在A截面處受到剪力最大 在B截面左側受彎矩最大 4.4 確定材料的許用切應力和彎曲應力 查機械工具手冊知40Mn2材料的 由于40Mn2屬于塑性材料所以有 n=2.5 得 4.5 校核軸的剪切應力及彎曲強度 抗彎截面模量： 經(jīng)過校核，軸的剪切強度與彎曲正應力強度滿足要求。 46 第五章 PRO/E履帶行走裝置干涉檢測 Pro/Engineer是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC(數(shù)控)工具路徑也會自動更新;組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 5.1 Pro/Engineer 　　Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖(三維造型還可移動，放大或縮小和旋)。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽空(Shells)等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數(shù)改變，其也相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準)，并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下： 1. 特征驅動(例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等); 　　2. 參數(shù)化(參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等); 　　3. 通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間(如表面積等)的關系來進行設計。 　　4. 支持大型、復雜組合件的設計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等)。 　　5. 貫穿所有應用的完全相關性(任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。 　5.2 Pro/ASSEMBLY 　　Pro/ASSEMBLY是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一個擴展選項模塊，只能在 Pro/Engineer環(huán)境下運行，它具有如下功能： 　　1. 在組合件內自動零件替換。(交替式) 　　2. 規(guī)則排列的組合。(支持組合件子集) 　　3. 組裝模式下的零件生成。(考慮組件內已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件) 　　4. Pro/ASSEMBLY里有一個 Pro/Program模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術性用戶也可產(chǎn)生自定義設計，只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可。 　　5. 組件特征(繪零件與，廣組件組成的組件附加特征值.如：給兩中零件之間加一個焊接特征等)。 　5.3 Pro/CABLING 　　Pro/CABLING提供了一個全面的電纜布線功能，它為在Pro/ENGINEER的部件內真正設計三維電纜和導線束提供了一個綜合性的電纜鋪設功能包。三維電纜的鋪設可以在設計和組裝機電裝置時同時進行，它還允許工程設計者在機械與電纜空間進行優(yōu)化設計。Pro/CABLING功能包括： 　　1. 新特征包括：電纜、導線和電線束; 2. 用于零件與組件的接插件設計; 　　3. 在Pro/ENGINEER零件和部件上的電纜、導線及電線束鋪設; 　　4. 生成電纜/導線束直線長度及BOM信息; 　　5. 從所鋪設的部件中生成三維電纜束布線圖; 　　6. 對參數(shù)位置的電纜分離和連接; 　　7. 空間分布要求的計算，包括干涉檢查; 　　8. 電纜質量特性，包括體積、質量慣性、長度; 9. 用于插頭和導線的規(guī)定符號。 5.4 驅動輪和拖鏈輪的PRO/E建模 該PRO/E建模主要是對履帶行走裝置的驅動輪和拖鏈的建模，并完成其PRO/E裝配圖。 5.4.1 驅動輪PRO/E建模 驅動輪為一個零件，它安裝在液壓馬達上，與履帶想嚙合，傳遞驅動力，圖5.4為其PRO/E三維模型。 圖5.4.1 驅動輪 5.4.2 拖鏈輪PRO/E建模 拖鏈輪主要由拖鏈輪軸、油封外座、托鏈輪蓋、拖鏈輪體等非標準件和一系列標準件組成。零件圖和裝配圖如下。 圖 5.4.2 拖鏈輪軸 圖5.4.3 拖鏈輪體 圖 5.4.4 油封外座 圖 5.4.5 托鏈輪蓋 5.5 模型裝配與干涉檢測 Pro/E裝配的過程如圖5.5（1）所示： 圖5.5（1） Pro/E裝配一般過程 拖鏈輪的裝配關系較為簡單,一般為面配合和軸對齊,根據(jù)裝配關系分析,采用的裝配序列為: 拖鏈輪軸→油封外座→油封內座→單列圓錐滾子軸承左→拖鏈輪體→單列圓錐滾子軸承右→鎖緊螺母→鎖圈→托鏈輪蓋→墊圈→螺栓。 利用“分析” →“模型” →“全局檢測”可以檢測裝配的干涉情況如圖5.5（2），沒有零件干涉。 圖5.5（2） 干涉檢測結果 參考文獻 [1]. 徐灝 主編.《新編機械設計師手冊》（上冊）[M]. 機械工業(yè)出版社 ,1995年3月第1版. 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