推土机的系统分析与设计

履带式推土机的系统分析与设计——机械系统设计课程论文学院：机械电气工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：2011级机制（5）班姓名：学号：20115指导老师：倪向东第1页摘要：推土机在土石方工程中被广泛应用，推土工作装置是其承受工作载荷的主要部件，并将载荷传递至机体，受力情况非常恶劣。在复杂多变的工作外载荷作用下，分析计算推土工作装置在不同工况、不同部位危险点的应力分布，是设计推土机工作装置所必需的。本文进行了推土机的总体设计、推土机重心计算、推土机工作装置结构设计。本次设计工作装置采用固定式直倾推土铲，双液压缸提升。根据任务书设计了铲刀和推土板的主要尺寸，并使用CAD制图软件，更直观的将设计体现出来。本设计选择了危险工况和计算位置进行了强度校核，并借助计算机选取危险截面进行了有限元分析，对结果进行了对比分析。经过校核，该结构设计合理，满足使用要求。稳定性分析中，是在切土作业和坡道运行中进行的分析。并根据受力情况对液压缸进行设计，得出相应的缸体尺寸。关键词：推土机；工作装置；液压缸；强度校核；CAD制图一、履带式推土机介绍1历史介绍履带式推土机是由美国人BenjaminHolt在1904年研制成功的，它是在履带式拖拉机前面安装人力提升的推土装置而形成，当时的动力是蒸汽机，之后又先后研制成功由天然气动力驱动和汽油机驱动的履带式推土机，推土铲刀也由人力提升发展为钢丝绳提升。随着技术的不断进步，目前推土机动力已经全部采用柴油机，推土铲刀和松土器全部由液压缸提升。推土机除履带式推土机外，还有轮胎式推土机，它的出现要比履带式推土机晚十年左右。我国生产推土机，是新中国成立以后才开始的。2推土机分类按行走方式，推土机可分为履带式和轮胎式两种。履带式推土机附着牵引力大，接地比压小(0.04一0.13MPa)，爬坡能力强，但行驶速度低。轮胎式推土机行驶速度高，机动灵活，作业循环时间短，运输转移方便，但牵引力小，适用于需经常变换工地和野外工作的情况。按用途可分为通用型及专用型两种。通用型是按标准进行生产的机型，广泛用于第2页土石方工程中。专用型用于特定的工况下，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机和沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、船舱推土机、无人驾驶推土机、高原型和高湿工况下作业的推土机等。我国目前生产的主要是通用型推土机、湿地型推土机以及适应西部大开发达高原型推土机。经历了20多年的稳步发展，目前我国推土机行业已形成从59kW(80马力，山推的SD08推土机，在5.12汶川地震中，由俄罗斯米-26直升机吊起到施工现场)到309kW(420马力，为山推近年来开发的SD42推土机，主要出口到俄罗斯，另据山推内部消息，2009年山推将开发520马力的推土机纳入科研计划)规格齐全的产品系列。而且还出现了根据不同作业工况的需要，采用不同配置模块的变型产品，基本上满足了国内土石方工程对推土机产品的需求。3结构和原理履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。动力输出机构以齿轮传动和花键连接的方式带动工作装置液压系统中工作泵、变速变矩液压系统变速泵、转向制动液压系统转向泵；链轮代表二级直齿齿轮传动的终传动机构（包括左和右终传动总成）；履带板包括履带总成、台车架和悬挂装置总成在内的行走系统。4我国推土机产品的发展前景（1）开发小型推土机与北美、西欧和日本市场相比，中国小型推土机市场无论是销量，还是小型推土机与重型推土机销售总量中所占的比重，都有相当大的差距。推土机行业必须借这次机遇，努力满足这一新市场的需求。据有关杂志介绍，目前小型机市场已进入成长期，2008-2012年前后进入成长期后期和成熟期前期，2020年前后进入成熟期。所以，推土机行业的有关企业，应从战略角度着眼，决不能忽视小型产品的未来市场。但，在中国这样的发展中国家开发小型工程机械产品，其定位一定要准。应该用不同的技术、针对不同用户群来解决定位准的问题。应首先开第3页发满足发达地区广大农村市场的低端产品。而高端产品更多应考虑未来用户的需求。（2）尽快完善和解决适应西部高原地区作业的关键技术1、采用功率恢复型的增压技术。2、热平衡技术。3、防风沙技术的应用。4、自救防护设备及机具的配置。5、低温预热系统的采用。6、多自由度推土装置的开发应用。二、推土机总体方案设计1各个机构的选择推土机总体结构包括动力装置、传动机构、行走机构、工作装置、液压系统、电气系统和驾驶室等。2动力装置推土机的工作特点是在户外连续作业，且阻力时常变化，宜选取12小时功率作为发动机装车的标定功率，转速在1800～2000r/min之间，功率为120kw，速度适应系数应在1.35～1.55的范围内。选用斯太尔WD615T1-3六缸四冲程柴油发动机，额定功率120kw，最大输出扭矩840N·m。3传动机构采用发动机—液力变矩器—变速器—中央传动—最终传动的路线。（1）液力变矩器推土机功率120kw，属大型推土机，应选液力机械传动。液力机械传动所选变矩器应有较大的工作变矩系数和启动变矩系数，以及较大的最高效率较宽的高效率范围，而且穿透性应比较小。选用YJ380型单级单相三元件液力变矩器，循环圆直径380mm，变矩系数2.38，最高效率86%。该变矩器使推土机输出力的大小能自动适应外负载的变化，并保证超载运行时发动机不熄火。第4页（2）变速器变速器要求结构紧凑，换档平稳，换档时无需切断动力。采用行星齿轮式动力换档变速器，速度的切换通过手操作液压控制阀实现，前进后退各三档，采用强制润滑。（3）中央传动和最终传动采用一对螺旋圆锥齿轮传动，将动力分左右两部分。通过左右转向离合器再将动力传给最终传动，最终传动为二级直齿轮减速机构，结构简单，承受力强，是推土机的主要受力部件。（4）转向机构采用多片湿式转向离合器，利用弹簧压紧，手操纵（与制动器联动）油压助力压缩，液压分离；采用湿式带抱式脚踏油压助力转向制动器，以转向器从动鼓作为制动鼓。4行走机构行走机构由台车、平衡梁和四轮一带(托轮、链轮、支重轮、引导轮和履带)组成。台车通过平衡梁与机架间半刚性联接，支撑推土机前部币量。台车张紧液压缸起张紧履带的作用，缓冲弹簧起缓和冲击的作用。履带为密封润滑型耐磨损，摩擦系数低，使用寿命长。5工作装置推土铲可根据不同的使用土况配置角铲、直倾铲、U形铲和环卫铲。后工作装置可配置单齿松土器、三齿松土器、工业绞盘、拖式铲运机、拖式振动压路机等，并可根据用户需要改装成吊管机和焊接工程车，这些工作装置均为液压驱动、结构简单、连接方便。采用液压操纵式直倾铲刀，铲刀可以在液压缸的作用下强制入土，在较硬土质条件下正常作业，保证作业质量，操作轻便，易于控制。工作装置布置在推土机前端，主要包括推土铲刀、顶推架、水平撑杆、斜撑杆和控制推土铲刀起落的液压缸。直倾式铲刀的推土板采用中部为圆弧段，上部为挡土板，下部为直线段的复合型推土板，推土板断面结构为半开式。推土板侧边与推土机纵轴方向夹角一般为5～7度。第5页6液压系统液压系统分为变速变矩液压系统、转向液压系统和工作装置液压系统。变速液压系统由变速泵、变速阀等组成，用于推土机的前进、后退和变速换挡，使推土机换挡平稳、可靠、省力。转向液压系统由转向泵、转向阀等组成，用于推土机的转向和制动，使推土机转向制动灵活可靠。工作装置液压系统由工作泵、控制阀和液压缸等组成，用于推土机工作装置的提升、下降和保持，作业效率高。7推土机的行走速度推土机前进时1—3档的速度分别为0—3.8Km/h,3.8—6.6Km/h，6.6—10.6Km/h。后退时1—3档的速度分别为0—4.9Km/h，4.9—8.5Km/h，8.5—13.6Km/h.8铲刀的提升高度和切削深度此款推土机铲刀的提升高度为1095㎜，铲土深度为545㎜。三推土机重心计算1重心位置分析推土机的中心位置主要是指纵向的位置，横向一般分布在推土机纵轴中心线上，重心的高度在满足离地间隙要求的情况下，为提高稳定性，应尽量降低。影响重心位置有两个：一个是总体布置是否合理；另一个是作用在铲刀上的外载荷的变化。推土机在各种工况作业时，地面对铲刀反力的大小和方向是影响接地比压的重要因素。显然不可能要求在任何情况下推土机接地比压均匀，并使得压力中心保持在接地中心上，因此只能找出一个对推土机总体性能影响最大而又经常遇到的工况，满足上述要求，这是推土机重心合理布置的基本要求。2重心位置的确定1理论分析：为了使液压推土机铲刀具有良好的的强制入土的性能，重心入土以强制入土为基本情况。此时，要求接地比压均匀，压力中心位于接地重心上。如图：第6页重心位置的确定以驱动轮中心线与地面交点O为坐标原点，建立坐标系。重心位置距O点为l，地面对履带支反力的合力N距O点为接地长度的一半，即L/2。由Z=0得：N=gG－zP（3.1）由0M=0得：gGl－zPl－N2L=0(3.2)则l=2L+21LlGgPz=1.46m从上式可见，推土机重心的确定，以入土工况为基本工况是，必须将重心布置在接地中心之前，其前超量为21LlGgPz。重心位于接地重心之前，使铲刀强制入土性能提高，入土力大，不易抬头。五、稳定性推土机的稳定性包括防止推土机前倾翻、后倾翻、侧向倾翻以及横向滑移等现象的出现。以下讨论几种典型工况。1推土机切土作业的稳定性推土机的作业条件为：推土机水平运行、用最大牵引力等速切土，同时提升推土铲。计算该工况稳定性是防止推土机出现向前倾翻的现象。参考文献：[1]徐希民.铲土运输机械设计[M].1989.5.推土机的作业稳定性第7页[2]周自祥,李强.筑路机械构造与修理[M].北京:人民交通出版社,2001.5:252-257.[3]赵昱东.履带式推土机发展现状和趋势[J],建筑机械化,1999No5:12-14.[4]成大先.机械设计手册[S].北京化学工业出版社.2004.[5]王魏主编.机械制图.北京高等教育出版社.2003.[6]张茂生.工程机械设计[M].武汉:武汉大学出版社,2006.4:61-70.[7].诸文农.履带推土机结构与设计[M].1986.12[8].刘鸿文.材料力学（第四版）[M].高等教育出版社,2004.1.[9]丁兴华.推土机工作装置的选择[J],建筑机械化,2005No5:49-50.[10]张洪，贾志絢.工程机械概论[J].冶金工业出版社.2006.9:1-17.