畢業(yè)設計 （ 論文 ）開題報告題 目 液壓挖掘機底盤結(jié)構(gòu)設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 生 指導教師 職 稱 年一．畢業(yè)設計(論文) 課題來源、類型來源：生產(chǎn)實踐 類型：實踐類 二、選題的目的及意義 目的：通過本次過本課題設計掌握液壓挖掘機的底盤設計的基本方法，進一步提高分析和解決 問題的能力；并學會查閱文獻以及運用原始資料，學會如何使用規(guī)范以及產(chǎn)品目錄， 提高繪圖和讀圖的能力，并提高設計計算和校核數(shù)據(jù)的能力。 通過本課題設計，了解液壓挖掘機行業(yè)的現(xiàn)狀，并了解液壓挖掘機設計的基本流 程，熟悉行業(yè)標準。 意義：通 過 此 次 設 計 較 為 詳 細 的 了 解 液壓挖掘機的底盤的 生 產(chǎn) 過 程 以 及 通過 相 關(guān) 液壓挖掘機的底盤 的 設 計 熟 悉 一 般 液壓挖掘機的底盤的 生 產(chǎn) 制 造 過 程 ，在 這 個 過 程 中 通 過 圖 書 館 和 網(wǎng) 上 查 詢 資 料 ， 請 教 老 師 和 同 學 ， 并 結(jié) 合 自 己 以 前所 學 的 專 業(yè) 課 程 全 面 提 高 自 己 的 專 業(yè) 水 平 。 總 之 ， 我 將 通 過 此 次 液壓挖掘機的底盤設 計 ， 較 為 全 面 的 提 升 自 己 在 機 械 設 計 制 造 方 面 的 知 識 ， 拓 寬 知 識 結(jié) 構(gòu) ，為 隨 之 而 來 的 工 作 打 好 堅 實 的 基 礎 三、本課題在國內(nèi)的研究狀況及發(fā)展趨勢一段時間以來，液壓挖掘機履帶底盤一直由專業(yè)廠家生產(chǎn)制造，挖掘機生產(chǎn)廠家 選用合格的底盤件，如國內(nèi)的上海東和小挖履帶廠等等，行業(yè)競爭大， 選型工作量大， 既要選擇合格的底盤件，又要選擇與所采用的發(fā)動機、變速箱等相配合，而挖掘機生 產(chǎn)廠家又要設計自己的其他部件如工作裝置與所選用的底盤相配合，所以底盤胡選 型、設計是一件繁瑣的工作，挖掘機廠家與底盤廠家在技術(shù)上要有緊密聯(lián)系。近段時 間來，由于挖掘機生產(chǎn)廠家技術(shù)力量的不斷進步，企業(yè)整合不斷，挖掘機生產(chǎn)廠家越 來越多的開發(fā)設計自己的底盤系統(tǒng)，使挖掘機的性能更加可靠，更加節(jié)約成本， 從而 降低銷售價格，進而提高市場競爭力。而底盤的設計趨向以下幾個方向的發(fā)展 ： 1.小型化、大型化極向發(fā)展 2. 智能化、人性化 3. 更加注重環(huán)保 四、本課題主要研究內(nèi)容1.設計研究的重點： a.行走架的受力分析、計算、設計、總圖設計； b.履帶的計算、選型； c.驅(qū)動輪的設計、計算； d.主要部件的結(jié)構(gòu)設計、繪圖； 2.設計的難點： a.要設計必須對底盤的結(jié)構(gòu)全面熟悉，要有總體意識； b.履帶的設計、選型； c.校核:對于設計經(jīng)驗非常少的我們來說，校核是一項反復的工作，是設計工作的重 要一環(huán)； 3.研究手段： 本次設計主要采用原始的設計方法（這正是設計的初衷：使設計者更熟悉底盤設 計的基本流程，熟悉查閱文獻資料） ，以計算機輔助設計為輔，熟悉計算機設計。 主要流程： a.受力分析、計算、設計、總圖繪制； b.選型 c.校核 五、本課題進度安排、各階段預期達到的目標：1.第一階段：查閱、收集相關(guān)文獻資料，撰寫開題報告，文獻綜述； 2.第二階段：查閱、收集相關(guān)文獻資料，翻譯外文； 3.第三階段：系統(tǒng)設計計算； 4.第四階段：圖紙繪制； 5.第五階段：整理、編寫設計計算說明書； 6.第六階段：圖紙與論文格式檢查、答辯 六 、 指 導 教 師 意 見對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測：指導教師： 七、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見負責人： 1液壓挖掘機底盤結(jié)構(gòu)設計摘要：隨著人類社會的不斷進步，科學技術(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。本次設計的主要內(nèi)容為：180 型液壓挖掘機底盤總體方案設計；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)設計；行星減速器及零、部件的設計計算，主要零件強度校核；張緊裝置、行走架和四輪一帶的選型設計；繪制零、部件圖和總裝配圖，編寫設計計算說明書。本設計的主要特點是：方案設計中提出多種方案，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)設計中應考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術(shù)條件可行；制圖正確、標注齊全符合國家標準。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)鍵字：履帶式，液壓挖掘機，行星減速器，張緊裝置。1.引言改革開放以來，我國的科學技術(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、采礦等建設工程的土方機械。它的發(fā)展與應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。2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。該設計結(jié)合機械設計專業(yè)的教學內(nèi)容和國內(nèi)外液壓挖掘機的應用與發(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)設計依據(jù)及要求，完成挖掘機行走機構(gòu)總體及減速器設計，進一步掌握挖掘機的設計方法和步驟；鞏固、加深對所學的基礎理論、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)展狀況。2.主題部分1.行走機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)方案設計，繪制草圖和總裝配圖；2.液壓馬達的選型設計及減速器的結(jié)構(gòu)設計；3.行走裝置的選型及設計；4.張緊裝置的選型及設計；5.履帶鏈環(huán)的選型及設計；6.所有零、部件設計計算、繪制零、部件圖?？傮w方案設計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。3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 設計參數(shù)1 機重 10T2 斗容量 0.34 3m43 回轉(zhuǎn)速度： 11r/min 4 發(fā)動機功率 50kw/2200rpm5 接地比壓： 39KPa 6 行走牽引力： 75.8kn2.3 總體設計原則進行液壓挖掘機的底盤總體設計時應該遵循以下原則：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符合道路運輸要求，外形美觀；⑤ 各個部件或總成的性能應相互協(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，各種電動機中應用最廣的是交流5異步電動機（又稱感應電動機） 。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 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 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)展而建立的熱力學和機構(gòu)學為汽輪機和內(nèi)燃機的發(fā)展奠定了基礎。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6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)動都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同施工作業(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7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 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8（ 1） (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 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 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9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。本設計根據(jù)設計要求，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計的工作裝置。10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11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?shù)谋壤５陙碓谝恍┳鳂I(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12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用較少。2.7.3 電力傳動電力傳動是利用電力設備并調(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；13（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荷，延長制動器的壽命；（5）能量傳遞方便，信號傳遞迅速，標準程度高，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)動慣量比響應速度可控性 負載剛度 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 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14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 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 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 準 化 、 系 列 化 、 通 用 化 、 便 于 設 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 雜 ， 成 本 較 高 ；（ 3） 液 壓 元 件 維 修 較 復 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 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 礎上 本 產(chǎn) 品 設 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)15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。導向輪既是張緊裝置的一個組成部分，也是引導履帶正確卷繞。但不能偏轉(zhuǎn)，不能引導機器轉(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)復雜，金屬消耗多，磨損嚴重，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)。現(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，16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。因此本設計采用了履帶式行走裝置。經(jīng)過上述總體方案的選型設計，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3. 課題研究目標、內(nèi)容及研究方法3.1 課題目標朝著現(xiàn)代工程機械的發(fā)展方向大力發(fā)展液壓挖掘機，設計制造更多高性能的產(chǎn)品提高我國該行業(yè)在世界同行的技術(shù)水平和競爭力，進而我國現(xiàn)代化建設發(fā)揮更大的作用。3.2 研究內(nèi)容本設計是基于市場產(chǎn)品 180 型液壓挖掘機的主要部件的研發(fā)、設計過程。通過參觀實習了解產(chǎn)品特性，對液壓挖掘機的底盤進行了設計、研究，是一次理論與實踐相結(jié)合的有益探索、學習。3.3 研究方法（1）以液壓挖掘機的工作特點為例分析了其在工程機械中的地位和其在國家現(xiàn)代化建設中的作用。并闡述了國外同行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和液壓挖掘機的發(fā)展趨勢以及在我國高校開展本科課題研究的重要意義。（2）從總體方案設計入手，系統(tǒng)分析比較了幾種工作裝置、傳動方式的優(yōu)缺點，并對回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走方式及動力裝置進行了初步闡述和選擇。（3）通過主要參數(shù)計算，確定了液壓挖掘機在作業(yè)過程中所需的動力，得出了與工況相適應的主要設計參數(shù)。（4）本設計主要闡述了行走減速器的設計計算，從減速器型式的選擇到各零部件的設計校核。有效地解決了行星齒輪的配齒問題，另外在齒輪設計過程中采用了高度變位設計，使得齒輪的齒數(shù)大大減少并避免了加工過程中少齒數(shù)所帶來的根切問題。使減速器在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈的可容體積，從而有效縮小了其外廓尺寸，使其體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載17能力大。通過此，不僅在理論上深化了認識，同時也從一定程度上提高了解決問題的能力。（5）根據(jù)張緊裝置的設計要求對張緊裝置進行了選型設計，圍繞彈簧的預載荷緩沖量兩個重要問題進行了詳細設計和校核。（6）對液壓挖掘機的主要零部件如：對“四輪一帶”進行了選型設計。積極采用了現(xiàn)代液壓挖掘機中使用的成熟的先進技術(shù)。努力使設計符合“系列化、標準化、通用化”的要求。4 .總結(jié)本設計是基于市場產(chǎn)品 180 型液壓挖掘機的主要部件的研發(fā)、設計過程。通過參觀實習了解產(chǎn)品特性，對液壓挖掘機的底盤進行了設計、研究，是一次理論與實踐相結(jié)合的有益探索、學習。對設計全文總結(jié)如下：本設計采用常用的設計理論和方法對液壓挖掘機底盤總體和張緊裝置進行了設計計算和論述。特別是對行星減速器和液壓張緊裝置兩大部分進行了較為詳細的闡述，正如開題報告中所指出的：行走機構(gòu)是液壓挖掘機的重要組成部分，進行 180 型液壓挖掘機底盤總體和 160 型液壓挖掘機張緊裝置的設計需要進行的一個重要環(huán)節(jié)是減速器的設計，其中雙行星排的配齒、變位等設計是必須解決的一個關(guān)鍵問題。另一個重要環(huán)節(jié)就是對張緊裝置的選型設計。設計主要采用經(jīng)驗公式法得出設計所需的主要參數(shù)，然后利用理論或經(jīng)驗公式進行校核驗證，實踐證明：這是工程設計中的一種重要設計方法，在應用中取得了較好的效果。本設計的主要工作成果如下：（1）以液壓挖掘機的工作特點為例分析了其在工程機械中的地位和其在國家現(xiàn)代化建設中的作用。并闡述了國外同行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和液壓挖掘機的發(fā)展趨勢以及在我國高校開展本科課題研究的重要意義。（2）從總體方案設計入手，系統(tǒng)分析比較了幾種工作裝置、傳動方式的優(yōu)缺點，并對回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走方式及動力裝置進行了初步闡述和選擇。（3）通過主要參數(shù)計算，確定了液壓挖掘機在作業(yè)過程中所需的動力，得出18了與工況相適應的主要設計參數(shù)。（4）本設計主要闡述了行走減速器的設計計算，從減速器型式的選擇到各零部件的設計校核。有效地解決了行星齒輪的配齒問題，另外在齒輪設計過程中采用了高度變位設計，使得齒輪的齒數(shù)大大減少并避免了加工過程中少齒數(shù)所帶來的根切問題。使減速器在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈的可容體積，從而有效縮小了其外廓尺寸，使其體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。通過此，不僅在理論上深化了認識，同時也從一定程度上提高了解決問題的能力。（5）根據(jù)張緊裝置的設計要求對張緊裝置進行了選型設計，圍繞彈簧的預載荷緩沖量兩個重要問題進行了詳細設計和校核。（6）對液壓挖掘機的主要零部件如：對“四輪一帶”進行了選型設計。積極采用了現(xiàn)代液壓挖掘機中使用的成熟的先進技術(shù)。努力使設計符合“系列化、標準化、通用化”的要求。本設計中的行走減速器的傳動系統(tǒng)采用了斜盤式軸向柱塞馬達和三行星輪雙行星排共齒圈式結(jié)構(gòu)具有一定的新穎性，它的特點是：這種機構(gòu)液壓系統(tǒng)壓力可高達 以上，馬達轉(zhuǎn)速一般在 2200r/min 以內(nèi)，雙行星排具有較大的傳動性，MPa30省去了定軸齒輪的傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于專業(yè)化批量生產(chǎn)。有利于更進一步研究高性能的減速器，提高產(chǎn)品競爭力。朝著現(xiàn)代工程機械的發(fā)展方向大力發(fā)展液壓挖掘機，設計制造更多高性能的產(chǎn)品才能提高我國該行業(yè)在世界同行的技術(shù)水平和競爭力，進而我國現(xiàn)代化建設中發(fā)揮更大的作用，這是我國工程技術(shù)人員義不容辭的責任。參考文獻[1]張光裕，等.工程機械底盤設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，198519[2]王建.工程機械構(gòu)造[M].北京：中國鐵道出版社，1996[3]唐經(jīng)世.工程機械[M].北京：中國鐵道出版社，1996[4]饒振綱.行星齒輪傳動設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003[5]孔德文，趙克利，徐寧生，等液壓挖掘機[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007[6]諸文農(nóng).履帶推土機結(jié)構(gòu)裕設計[M].北京：機械工業(yè)出版社[7]成大先主編.機械設計手冊[M]. 第四版第 3 卷,北京：化學工業(yè)出版社，2002.10-14114-427~[8]濮良貴，紀明剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2000[9]工程機械底盤構(gòu)造與設計[M].鎮(zhèn)江：鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機械學院出版[10]席偉光，楊光，李波.機械設計課程設計[M].第一版，北京：高等教育出版社，2002[11]楊瑞成，丁旭，等.機械工程材料[M].重慶：重慶大學出版社，2004[12]吳慶鳴.工程機械設計[M].武漢：武漢大學出版社，2006[13]郁錄平.工程機械底盤設計[M].北京：人民交通出版社，2004[14]吳永平，姚懷新.工程機械設計[M].北京：人民交通出版社，2005[15]成大先，王德夫，姬奎生，等.機械設計圖冊 第 2 卷[M].第一版，北京：化學工業(yè)出版社，2000[12]. Some information come from Wikipedia[13].聚乙烯果蔬氣調(diào)保鮮袋對冬棗保鮮效果試驗研究 姚建民 王春生 楊瑞平 （山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源綜合考察研究所，山西，太原 030006 山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品保鮮研究所）