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（20102010 届）届） 本科生毕业设计资料本科生毕业设计资料 题题 目目 名名 称称 ： ： 履履带带式推土机式推土机 学学 院（部）：院（部）： 机机 械械 工工 程程 学学 院院 专专 业业： ： 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 学学 生生 姓姓 名：名： 班班 级级： ： 机机设设 064 学号学号 指指导导教教师师姓名：姓名： 职职称称 讲师讲师 最最终评终评定成定成绩绩： ： 湖南工业大学教务处湖南工业大学教务处 全套全套图纸图纸，加，加 153893706 2010 届届 本科生毕业设计资料本科生毕业设计资料 第一部分第一部分 设计说设计说明明书书 （2010 届）届） 本科生毕业设计本科生毕业设计 履带式推土机的设计 学学 院（部）：院（部）： 机机 械械 工工 程程 学学 院院 专专 业业： ： 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 学学 生生 姓姓 名：名： 周勇周勇 班班 级级： ： 机机设设 064 学号学号 06410200213 指指导导教教师师姓名：姓名： 李睿李睿 职职称称 讲师讲师 最最终评终评定成定成绩绩 2010 年 摘摘 要要 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。 关键词关键词：推土机；工作装置；液压缸；强度校核；CAD 制图 - 1 - ABSTRACT Bulldozers, works in the wide application of earth-moving equipment, which working device load to bear the main components, and load transfer to the body, the force is very poor. In the complex and ever-changing work loads, the analysis blade equipment in different conditions. Dangerous point in different parts of the stress distribution is designed bulldozers work necessary for the device. This article was the overall design of bulldozers, bulldozers gravity calculations, bulldozer structure design. This design work of device used fixed straight inclined Dozer, dual hydraulic cylinder elevated. According to the task of spade and book design a blade of main dimensions, and use CAD software, more intuitive design.The design chosen the dangerous working conditions and calculate the position of strength check, and the use of computer selected dangerous cross-section of the finite element analysis, and cooperate the results of the analysis. After checking the rational design of the structure, its meet the requirement. Stability analysis, is cutting jobs and ramp runs in the analysis. And according to the force on the hydraulic cylinder design, draw the appropriate dimensions. Key words: bulldozers; working device; hydraulic cylinders; check strength; CAD software - 2 - 目目 录录 第第 1 1 章章 绪论绪论1 1.1 推土机概述1 1.1.1 履带式推土机介绍 1 1.1.2 推土机的应用2 1.1.3 我国推土机产品的发展前景2 1.1.4 推土机总体设计的任务3 1.2 课题任务3 1.3 课题背景和设计意义3 第第 2 2 章章 推土机总体方案设计推土机总体方案设计5 2.1 各个机构的选择5 2.1.1 动力装置5 2.1.2 传动机构5 2.1.3 行走机构6 2.1.4 工作装置6 2.1.5 液压系统6 2.2 推土机总体参数选择6 2.2.1 推土机重量和接地比压6 2.2.2 推土机的行走速度7 2.2.3 铲刀的垂直压力和比压入力7 2.2.4 铲刀的提升高度和切削深度7 2.2.5 推土机生产率7 第第 3 3 章章 推土机重心计算推土机重心计算9 4.1 重心位置分析9 4.2 重心位置的确定9 第第 4 4 章章 推土机工作装置设计推土机工作装置设计11 4.1 工作装置结构类型11 4.2 工作装置主要参数及结构尺寸的确定12 4.2.1 铲刀的高度和宽度12 - 3 - 4.2.2 推土板角度参数的选择12 4.2.3 推土板曲率半径14 4.2.4 推土板直线部分及挡土板尺寸15 4.2.5 顶推架于台车架的铰点位置15 4.2.6 铲刀钢板厚度15 4.3 推土机工作装置的强度计算15 4.3.1 土壤的切削性能15 4.3.2 推土机受力分析16 4.3.3 推土机作业阻力计算18 4.4 推土机铲刀的强度计算20 4.4.1 计算位置的确定（第一计算位置）20 4.4.2 超静定计算20 4.4.3 斜撑杆强度计算27 4.5 第三位置计算28 4.5.1 顶推架的强度计算28 4.5.2 铰销轴强度计算29 第第 5 5 章章 推土机的稳定性计算推土机的稳定性计算31 5.1 推土机切土作业的稳定性31 5.2 推土机坡道运行的稳定性32 5.2.1 纵向稳定性32 5.2.2 横向稳定性33 第第 6 6 章章 液压缸设计液压缸设计34 6.1 系统压力的确定34 6.2 计算油缸尺寸34 结论37 参考文献38 致谢39 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 推土机概述推土机概述 1 1. . 1 1. .1 1 履履带带式式推推土土机机介介绍绍 （1 1）. .历历史史介介绍绍 履带式推土机是由 美国人 Benjamin Holt 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 2）. .推推土土机机分分类类 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 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 3）. .结结构构和和原原理理 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 2 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。 1 1. .1 1. .2 2 推推土土机机的的应应用用 推土机采用机械传动或带液力变矩器的液力机械传动系统，也有少数采用液 压传动系统。 推土机是填埋场应用最为广泛的机械。 主要功能是将垃圾从卸车地点推到填埋位置，配合压实机作业并兼有压实效果， 特别是在雨季由于垃圾含水量大承载能力下降压实机作业往往非常困难，就更需要推 土机来作业协助垃圾压实。为保证雨季填埋场的作业可持续进行推土机的机械性能， 必须要考虑所选用的推土机要能够保证在较湿的垃圾上行走，并进行作业选择履带较 宽的湿地型。 推土机是必要的，国内现有多家机械制造厂可生产湿地型推土机，所 有厂家的技术资料应不难得到下面只以山推工程机械股份有限公司产品为例作一介绍： 其中的一些性能特点在选购任何厂家的产品时可参考比较卫型推土机，飞轮功率额定 转速操作质量山推环卫型推土机系列产品是山推工程机械股份有限公司，根据中国国 情和我国城市生活垃圾散碎杂等具体情况，研制开发的是按照市场需求并经多次改进 反复试验生产的技术成熟，性能优异的经济型推土机。变型机种按适用范围可分为环 卫型推土机环卫型推土机环卫型推土机主要适用于垃圾场的填埋平整压实堆积等工作 也可用于牵引。 1.1.3 我国推土机产品的发展前景我国推土机产品的发展前景 （1 1）. .开开发发小小型型推推土土机机 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。 3 （2 2）. .尽尽快快完完善善和和解解决决适适应应西西部部高高原原地地区区作作业业的的关关键键技技术术 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。 1.1.41.1.4 推土机总体设计的任务推土机总体设计的任务 根据所要设计的推土机的主要用途、作业条件、制造情况等全名正确的确定影响 整机性能的主要参数、各总成的型式，并进行合理的布置。 总体设计包括以下内容： （1）根据设计任务，选择机型及各总成结构型式，确定总体布置方案。 （2）确定整机主要性能参数。 （3）按总体性能要求，确定各总成主要参数及相互之间的关系。 （4）进行必要的总体计算。 （5）绘制整机尺寸链图及总图。 （6）辅助系统设计。 总体设计对整机性能起决定性的作用，因为整机性能的好坏，不仅取决于的各 总成本身性能的优略，而且更重要的是与他们之间的协调有关。组成整机的各总成之 间的联系又相互制约。在总体设计中，如果对整机缺乏总体考虑，那么即使各总成的 造型与设计是好的，是先进的，但组合在一起不一定能取得良好的的效果。因此在总 体设计中，各总成要相互协调，不能片面强调某一局部，必须从整机出发全面考虑， 从而获得较高的经济技术指标。 1.21.2 课题任务课题任务 本设计题目进行推土机铲斗的设计，主要工作有：设计工作装置的结构形式和尺 寸，设计铲刀高度、铲刀宽度、推土板角度参数、曲率半径，顶推架与台车架铰点位 置，然后进行铲斗的强度计算，最后进行铲斗的三维设计。 1.31.3 课题背景和设计意义课题背景和设计意义 随着社会经济的发展，竞争无处不在，现在对学生的要求越来越高，不仅对学生 的理论要求提高了，而且对学生的动手能力的要求也有所提高，而这次的毕业设计就 是对学生的理论实践能力的一次提高。 本次设计主要完成铲刀结构设计，需要查阅很多相关资料和深入思考问题，这对 4 专业能力的提升有很大帮助。 在这次的设计中，应用了结构力学的知识，提高学生对软件的应用能力。 第二章第二章推土机总体方案设计推土机总体方案设计 5 2.12.1 各个机构的选择各个机构的选择 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。 2.1.12.1.1 动力装置动力装置 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 18002000r/min 之间，功率为 120kw，速度适应 系数应在 1.351.55 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 840Nm。 2.1.22.1.2 传动机构传动机构 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 380 mm，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。 （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。 2.1.32.1.3 行走机构行走机构 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) 6 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。 2.1.42.1.4 工作装置工作装置 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 57 度。 2.1.52.1.5 液压系统液压系统 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。 2.22.2 推土机总体参数选择推土机总体参数选择 推土机的总体参数包括重量、速度、牵引力等。初选时，一般按经验公式或相似 法则来确定，然后通过总体计算来校核总体性能。如果计算结果不够理想，必须对某 些参数做适当的修改，以获得良好的总体性能。 2.2.12.2.1 推土机重量和接地比压推土机重量和接地比压 推土机的重量总体性能影响很大，他是衡量发动机功率利用的一个重要参数。 此款推土机的使用重量是 173850N，其发动机额定功率是 120Kw，所以其比重 量约是 1.45。 推土机的接地比压 q 是使用重量与履带接地面积 F 之间的比值按下式计算： s G q= （2.1） Lb Gs 3 102 式中：推土机的使用重量（KN）; s G 7 L履带接地长度（m） ； b履带板宽度（m） ； 其中，是 173.85kN，L 为 2.43m，b 为 0.51m。 s G q=68KPa 51 . 0 43. 2102 85.173 3 履带式推土机的接地比压一般在 60KPa 左右。 2.2.22.2.2 推土机的行走速度推土机的行走速度 推土机前进时 13 档的速度分别为 03.8Km/h,3.86.6 Km/h，6.610.6 Km/h。后退时 13 档的速度分别为 04.9 Km/h，4.98.5 Km/h，8.513.6 Km/h. 2.2.32.2.3 铲刀的垂直压力及比压入力铲刀的垂直压力及比压入力 铲刀的垂直压力 p 是以推土机在油缸的作用下，抬头失稳极限情况下确定的，其 计算公式如下： P=（N） （2.2） s G 1 l l 式中：推土机使用重量（N） ； s G 、铲刀切削刃及整机重心至倾翻点水平距离；l 1 l 为 17385N, 、分别为 3.5m，1.2m，所以有如下： s Gl 1 l P=17385N=42255N 2 . 1 5 . 3 比入压 q 是铲刀单位支地面积的垂直压力。q 按下式计算： q3.4MPa F p 5 10 F切削刃接地面积（） 。 2.2.42.2.4 铲刀的提升高度和切削深度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。 2.2.52.2.5 推土机生产率推土机生产率 影响推土机生产率的因素主要有每铲最大推土量 V,推土作业生产率，平地作 t Q 业生产率。 p Q 1 每铲最大推土量 V: V= （2.4） 0 2 2tg hHB g g m K 8 式中：推土板宽度（m） ，取 0.2m； g B 推土板高度（m） ，取 1.149m； g H h 平均切土深度（m） ，取 0.545m； 土的自然坡度角，取； 0 0 30 土地的充盈系数，取 1.0。 m K 所以 V=1.0=0.063 0 2 302 545. 0149. 12 . 0 tg 3 m 2 推土作业生产率: t Q =(/h) （2.5） t Q T KKVK yni 3600 3 m 式中：推土机作业时间利用系数，取 0.90； i K 推土板土量损漏系数，取决于运输距离 L, =1-0.005L； n K n K 坡度作业影响系数，取 0.7； y K T一个推土周期循环时间（s） ，取 T=+2+ （2.4） 1 1 v l 2 2 v l 4 21 v ll 1 t 2 t 3 t 式中： 切土距离，取 10m； 1 l 运土距离，取 50m； 2 l 、分别为切土、运土、返回的速度（m/s）,分别取 0.8 1 v 2 v 4 v m/s、1.6 m/s、4 m/s; 推土机掉头时间，取 10s； 1 t 换挡时间，取 4s； 2 t 铲刀下落时间，取 1s。 3 t 所以 T=84s 推土作业生产率=1.28 /h t Q 84 90 . 0 7 . 075 . 0 063 . 0 3600 3 m 第三章第三章 推土机重心计算推土机重心计算 9 3.13.1 重心位置分析重心位置分析 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。 3.23.2 重心位置的确定重心位置的确定 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 3- 1： 图 3-1 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=0 得： N= （3.1） Zg G z P 由=0 得： N=0 (3.2) 0 M g Gl z Pl 2 L 10 则 =+=1.46ml 2 L 2 1 L l Gg Pz 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。重心位于接地重心之前，使铲刀强制入土性 2 1 L l Gg Pz 能提高，入土力大，不易抬头。 第四章第四章 推土机工作装置设计推土机工作装置设计 11 4.14.1 工作装置结构类型工作装置结构类型 推土机的工作装置也称铲刀，它包括推土板，顶推架，铲倒升降机构等。 推土板的横向结构外形为直线型，直线型推土板切削力大，但推土板两侧有土遗 漏现象。推土板前土形成的时间较长，因此它主要用于短距离土的剥离和运输。如图 4-1： 图 4-1 直线型固定式铲刀 推土板纵向外形结构为复合型，下面直线段，上面为圆弧段。如图 4-2 所示： 图 4-2 推土板结构外形 推土板断面结构为断开式，如图 4-3 所示： 图 4-3 推土板断面结构型式 推土板侧边与推土板从轴方向的夹角是。推土板两侧轮廓为直角外形。 0 5 0 7 推土机的外形对减少推土机在作业时的能量消耗，提高作业效率有很大关系。合 12 理的推土板外形土的切削阻力较小，土屑沿推土板面向上滑移时，摩擦功消耗较小， 并且土屑再向上滑移的同时，向推土板的前方滑落，容易形成较大的土块。 设计推土板外形是要考虑以下因素： （1）土屑在推土板上缘易向前翻落，不应越过刀背向后翻落。 （2）推土板前积累土体要多。 （3）土屑沿推土板前面上升时变形小。 （4）推土板卸土干净，不易粘着湿土。 4.24.2 工作装置主要参数及结构尺寸的确定工作装置主要参数及结构尺寸的确定 4.2.14.2.1 铲刀的高度和宽度铲刀的高度和宽度 （1） 铲刀的高度铲刀支地，沿地面垂直方向量出的高度称为铲倒高度 g H g H 铲倒高度取决于发动机的额定功率，可按以下经验公式确定： =（220275） （） (4.1) g H 3 eH N 式中:发动机的额定功率（KW） eH N =233=1149 （4.2） g H 3 120 (2) 铲倒宽度 铲刀切削刃外廓宽。推土机铲刀必须有自身开辟道路的能力， g B 因此铲刀宽必须大于行走装置每边 2535。 当铲刀高度确定后，也可以根据经验公式确定铲刀的宽度： =（2.53） （4.3） g B g H =31149=3416 g B 4.2.24.2.2 推土板角度参数的选择推土板角度参数的选择 推土板的形状对减少推土机作业过程中能量消耗， 提高作业效率有很大关系。 合理的推土板外形，土的切削阻力较小，土屑沿推土板面向上滑移时，摩擦功消耗较 小，并且土屑在向上滑移的同时，向推土板前面翻落，容易形成较大的土堆；不合理 的推土板外形，使土的切削阻力增加，土屑在向上运动及向前翻滚时杂乱挤出，这样 就加大了土屑间摩擦力，增加了能量的消耗。对于同样的土，当切削面积相等时，推 土板外形稍有改变，切削阻力就随之改变，所需的顶推力也就不同。推土板角度参数 包括切削角 ，后角 ，刀刃尖角 ，前翻角 ，挡土板安装角 ，推土板斜 k Z 装角 ，挡土板垂直面倾斜角 。推土板各角度如图 4-4 所示。 13 图 4-4 推土板角度参数 （1）切削角的选择 切削角 是铲刀支地，刀片与地平面间夹角， 越小土的切削阻力就越小，由 于推土机正常作业时，必须保证后角 大与 30。因此 过小不仅使 得不 （2）后角的选择 后角 是刀片后端斜面与地平面的夹角，若 （0.80.9）Ho,通常取 Rg= Ho。 K 4.2.44.2.4 推土板直线部分及档土板尺寸推土板直线部分及档土板尺寸 15 固定式铲刀推土板采用下部为直线段的复合形推土板，下部直线部分用来安装刀 片，直线部分等于刀片宽度。 取 a=0.15Hg=172.35180mm 推土板垂直高度根据总 尺寸确定。 4.2.54.2.5 顶推架于台车架的铰点位置顶推架于台车架的铰点位置 顶推架铰接在台车架上，其铰点位置影响铲刀升降机构的运动，它与铲刀升降高 度、顶推架长度等参数有关。 顶推架铰点位置对台车架的受力状况影响很大(尤其当铲刀受到偏载及横向力时， 太靠前则台车架发生较大形变，太靠后则推土机易前翻)，为了使铰点反力均衡的(纵 向和横向)传至台车架和八字架上，避免台车架受力过大发生形变，铰点位置一般选 在八字架与台车架联接中点的附近。 4.2.64.2.6 铲刀钢板厚度铲刀钢板厚度 推土板及顶推架均是钢板焊接部件，钢板厚度由刚度和强度条件确定。取钢板 的厚度为 22。 4.34.3 推土机工作装置的强度计算推土机工作装置的强度计算 4.3.14.3.1 土壤的切削性能土壤的切削性能 表表 1 几种土壤的粘聚力几种土壤的粘聚力 C 和重度和重度 0g 粘土 亚粘土 亚砂土塑性土壤 的种类 C/MPa 0g /(KN/m) C/MPa 0g /(KN/m) C/MPa 0g /(KN/m) 硬性 0.1021.50.0621.50.0220.5 半硬 0.0621.00.0421.00.01520.0 低塑 0.0420.50.02521.00.0119.5 塑性 0.0219.50.01519.00.00519.0 高塑 0.01190.0118.50.00218.5 流动 0.005180.00518.00.0018.0 表表 2 2 土壤的自然坡度角土壤的自然坡度角 砂石 粘土 种类 状态 碎石砾石 粗砂中砂细砂肥土贫土 轻亚 粘 土 种植 土 干 354030383545504040 湿 454032353035403035 饱和 253527252015302025 16 表表 3 3 土对钢和土对土的摩擦系数土对钢和土对土的摩擦系数、 1 2 土壤名称 1 2 砂土和亚砂土 0.8 0.35 中质亚粘土 1.0 0.50 重质亚粘土 1.2 0.80 土壤内摩擦角=，土与钢的摩擦角。 2 arctan 11 arctan 表表 4 4 各种土壤的切削比阻力各种土壤的切削比阻力及刀刃入土比阻力及刀刃入土比阻力（MPaMPa） b K y K 土级别 土的名称 b K y K 砂、砂质上、中等湿度的松撤粘土、种植土 枯质土、中纲砂砾、松散软粘土 峦实枯土质、中等钻土、松散粘土、软泥炭 合碎石成卵石的枯土、雹湿枯土、中等坚实煤炭、 合少量杂质的石砾堆积物 中等页岩、得于枯土、坚实而硬的黄土，软石膏 0.010.03 0.030.06 0.060.13 0.130.25 0.250.32 0.25 0.6 1.0 1.4 表表 5 5 履带行走机构在各种地面的滚动阻力系数履带行走机构在各种地面的滚动阻力系数和附着系数和附着系数f 支撑面种类 滚动阻力系数 f附着系数 铺砌的路面 0.050.60.8 干燥的土路 0.070.80.9 柔软的砂质路面 0.100.60.7 细砂地 0.100.450.55 收割过的草地 0.100.70.9 开垦的田地 0.100.120.60.7 冰雪冻结的道路 0.030.040.2 4.3.24.3.2 推土机受力分析推土机受力分析 推土机作业受力分析是强度计算的依据，就是确定外载荷，踏实工作装置提升机 构的工作依据，而且为工作装置、履带台车架等零部件强度计算提供载荷依据。 （一） 铲刀自重 g G 液压推土机靠油缸力使铲刀强制入土，所以铲刀不必太笨重，铲刀自重在强 g G 度及刚度允许的情况下，可适当减轻。可以用经验公式确定铲倒自重： =（0.180.21）（N） （4.4） g G S G 推土机的使用重量。 S G 所以有：=173850.18=31293N g G （二） 铲刀提升力计算 铲刀提升力是指提升装置的提升作用力，当铲刀遇到大障碍物，铲刀提不起来， 17 而铲刀提升机构供给的提升力足以使推土机绕履带接地最前端（A 点）倾翻。 以拖拉机为脱离体，拖拉机受力有：拖拉机使用重量 GT,顶推架绞点支反力 和，提升力，按内力平衡，、分别和、大小相 Xc Zc Sy Xc Zc SyXcZcSc 等，方向相反。 图 4-5 铲刀提升力计算受力图 =0 得 GT+XmZS=0 A M A l c c 1 l y 1 r 得 Sy=S= （4.5） y 1 1 r lZcmXcGTlA 以铲刀为脱离体，铲刀受力有：土的反力 Px 和 Pz,铲刀自重 Gg，顶推架绞点 C 的反力 Xc 和 Zc，提升力 Sy,此时与地平面成 角。 =0 得 X=Xc=Px+Sycos Fx c =0 得 Z=Zc= o M c l lGgXcmSyrlg)( 0 将 X和 Z值代入式，得 c c Sy= （4.6） 11 10 11 ()(lg) coscos S A G l lPx llGg ll rllr ll 式中：推土机使用重量 S G Px土的反力 Gg铲刀自重 提升力与地面夹角 Sy 力与作用线距离 0 r 18 l、lg-见图示 1 l Sy= 00 45cos7 . 0121545cos330033001474 12153100330033872121533001264883300900169360 =120860N 考虑动载荷的铲刀提升力： = （4.7） 1 SSyKd 式中: -动载系数，查表取 1.4 d K 故=169200N 1 S 4.3.34.3.3 推土机作业阻力计算推土机作业阻力计算 以推土机在水平地面匀速行驶，铲刀以最大切土深度进行作业，当切土结束提升 推土铲的瞬时所产生的最大作业阻力作为 计算工况，其作业阻力主要有：切线切削 阻力 Pq，铲刀前积土的推移阻力 Pt，刀刃与土壤摩擦阻力 Pm1 和土屑沿铲刀上升 时的摩擦阻力的水平分力 Pm2， (1)切线切削阻力 Pq 设 Pq 的作用点在铲刀刃前， 作用方向沿铲刀切削角底边并与推土机前进方向 相反，则: Pq = B （4.8） 6 10 p h 1 b k 式中：B- 推土板的宽度 （3.416m） - 切削比阻力，查表 4 取=0.05（MPa） b k b k -推土产平均切削深度（m） p h 图 4-6 推土铲平均切屑计算 =（）sin=sin p h sin m h 2 B m h 2 B 19 =0545sin=0.248m 2 416 . 3 0 10 故=3.4160.2480.0542358 N q P 6 10 铲刀前积土的推移阻力 t P = (4.9) t P t G 2 式中：土与土之间的摩擦系数，查表 3 取 0.5 2 推土铲前积土重量 t G = （4.10） t G 0 2 tan2 )( p hHB 式中：土的重度（N/） ，查表 1 得=21N/ 3 m 3 10 3 m B推土铲的宽度（3.416m） H推土铲的高度（1.149m） 推土铲平均切屑深度（0.248m） p h 土壤的自然坡度角，查表 2 得取 0 0 40 故=21=34701N t G 3 10 0 2 40tan2 )248 . 0 149. 1 (416 . 3 故=34701N0.5=17351N t P (3)刀刃与土壤摩擦阻力： 1m
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