沥青路面铣刨机毕业设计说明书

毕业设计摘 要随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。本设计说明书包括了整机的总体设计和计算，总体方案比较，液压控制系统，底盘车架设计与计算，并对路面铣刨机械的技术发展趋势和市场前景做了简单介绍。本说明书与图纸配套使用。关键词：铣刨机 机架 液压系统 42毕业设计AbstractWith the rapid construction of high-grade highways and municipal roads, large-scale mechanized conservation era has arrived. As a conservation and renewable road equipment, one of the major aircraft machine is the milling work of asphalt road plane milling machine conservation experts and construction units concerned.The design specifications include whole sets of design and calculation, the overall programmed of comparison, hydraulic control systems, chassis design and calculation, and the milling work of asphalt road plane milling machine technology development trends and market prospects made a brief introduction. Supporting the use of the specification and drawings.Keywords: The milling work of asphalt road plane milling machine Chassis Hydraulic system毕业设计目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1路面铣刨机及其发展概况11.1.1 路面铣刨机的分类11.1.2路面铣刨机的应用特点21.2 路面铣刨机设计的指导思想51.3 路面铣刨机设计的设计原则5第2章 路面铣刨机的总体设计62.1 路面铣刨机的选型62.2路面铣刨机的各总成部件结构型式的选型72.2.1传动型式的选择72.2.2动力装置的选用112.2.3料输送装置型式的选择122.2.4洒水装置型式的的选择122.2.5底盘车架的型式的的选择122.3路面铣刨机的总体参数的选型142.4路面铣刨机的总体布置16第3章 路面铣刨机底盘车架的设计203.1车架总体尺寸的确定203.2补焊钢框架的设置203.3车架的连接213.4车架结构样式213.5车架与运输机架接头的强度校核223.6连接架的建模25第4 章 路面铣刨机液压系统设计264.1 行走液压系统的设计264.1.1 液压元件的计算与选择294.2 铣刨鼓控制液压系统的设计34第5章 路面铣刨机械的技术发展趋势和市场前景38第6章 结论39参考文献40致谢毕业设计 第1章 绪论 1.1路面铣刨机及其发展概况沥青混凝土路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削的方法把沥青混凝土路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经再生处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青混凝土砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。公路建设部门对路面铣刨机等成套设备的需求会越来越迫切，需求量也会越来越多。1.1.1 路面铣刨机的分类按照铣刨宽度，路面铣刨机可分为大中小三种，0.3-1.0米的为小型；1.2-2.0米的为中型，2.0米以上的为大型。对于铣刨宽度小于或等于1.0米的小型铣刨机以机械传动为主，机械式工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低，但其结构复杂、操作不轻便、作业效率较低、牵引力较小，适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。铣刨宽度在1.2米以上的中型铣刨机以液压传动为主，液压式结构紧凑、操作轻便、机动灵活、牵引力较大，但制造成本高、维修较难，适用于切削较深的中、大规模路面养护作业。我国目前以生产小型路面铣刨机为主，且以 0.5米和1.0米两种规格居多，大中型产品基本上还是空白。另外，按铣刨型式不同，可分为热铣和冷铣。热铣式由于增加了加热装置而使结构较为复杂，一般用于路面再生作业。冷铣由于适用范围广，目前占据主导地位。冷铣式配置功率较大，刀具磨损较快，切削料粒度均匀，可设置洒水装置喷水，使用广泛，产品已成系列；按铣刨机按行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮式机动性好、转场方便，特别适合于中小型路面作业。履带式多为铣削宽度2000mm以上的大型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程；按铣刨鼓旋转方向与行走方向不同，可分为逆铣和顺铣；按有无废料回收输送机，可分为输送式和无输送式；按铣刨鼓安装方式不同，可分为固定式和移动式。1.1.2路面铣刨机的应用特点1. 使用铣刨机铣削路面，可以快速有效地处理路面病害，使路面保持平整；2. 道路的翻修工程采用铣削工艺可保持原路面的水平高程。铣削工艺可将损坏路面切除掉，由新材料填补原有空间，经压实后与原路面等高，保持路面的原有水平高程，这使穿行于高架桥或立交桥涵的路面载荷对桥体不致产生冲击载荷，并且桥涵通过高程不变；3. 保证新旧路面材料的良好结合，提高其使用寿命。采用铣削工艺可使填料坑边侧及底部整齐、深度均匀，形成新旧料易于结合的齿状几何表面，从而使翻修后新路面的使用寿命大大提高；4. 有利于旧路面材料的再生利用。由于可以掌握切削深度，铣削下来的材料不仅干净且呈规则的小颗粒，可以不用再破碎加工即可遮现场或固定料场再生利用，大大降低了施工成本，同时也是一种环境保护措施；1.1.3路面铣刨机的主要结构及工作原理一般铣刨机由发动机、车架、铣削转子、铣削深度调节装置、液压元件、集料输送装置、转向系及制动系等组成。铣削转子是铣刨机的主要工作部件，它由铣削转子轴、刀座和刀头等组成，直接与路面接触，通过其高速旋转的铣刀进行工作而达到铣削的目的。铣刨机上设有自动调平装置，以铣削转子侧盖作为铣削基准面，控制两个定位液压缸，使所给定的铣削深度保持恒定；其液压系统用来驱动铣削转子旋转、整机行走、辅助装置工作等，一般为多泵相互独立的闭式液压系统，工作时互不干扰且可靠性较高；有的铣刨机根据需要安装倾斜调整器，用来控制转子的倾斜度；一般大型铣刨机都有由传送带和集料器组成的集料输送装置，它可将铣削出的散料集中并传送至随机行走的运载汽车上，输送臂的高度可以调节并可左右摆动，以调整卸料位置。铣刨机规格、型号不同时，其结构、布置也略有区别，但基本工作原理相同或相似。铣刨机动力传动的路线：发动机液压泵液压马达、液压缸工作装置。1.1.4国内外路面铣刨机发展概况国外路面铣刨机起源于20世界50年代，经过50年的发展，其产品已成系列化，生产效率一般为150-2000，铣刨宽度0.3-4.2m，最大铣刨深度可达350mm，其机电液一体化技术已趋成熟，铣削深度可通过自动找平系统自动控制，同时为改善作业环境，延长铣削刀具的使用寿命，设计有喷洒水装置和密闭转子罩壳。为了减轻劳动强度，近年来开发的产品都带有回收装置，使铣削物从铣削转子直接输送到运载卡车上。国外制造厂商众多，主要有维特根、英格索兰、比泰利、卡特彼勒、戴纳派克等。维特根在国际上处于主导地位，尤其是小型铣刨机更是无人能及。主要生产SF和DC系列铣刨机，已形成了铣刨宽度从0.3-4.2米的近20种规格的产品系列，最大铣削深度为350mm，我国主要以进口该公司产品为主。比泰利已具有40年多制造铣刨机的历史，其SF系列冷铣刨机有11种型号，铣刨宽度为0.6-2.1米，铣刨深度340mm。卡特彼勒主要生产PR和PM两大系列，铣刨宽度为1.9-3.18，铣刨深度305mm，其铣刨机具有铣刨深度和铣刨表面自动调平自动控制功能，铣刨深度误差为3mm。戴纳派克主要生产PL系列铣刨机，铣刨宽度为0.35-2.1米，铣刨深度80-150mm。国外的路面铣刨机技术已达到较高的技术水平，归纳起来有以下几个特点：1. 先进合理的底盘结构，铣刨机的底盘主要以全刚性车架及四轮行走结构组成，驱动及转向方式均以静液压传动为主；2. 充分发挥最佳铣削功率，铣刨机上的自动液压功率调节器可根据路面材料的硬度及铣削深度来控制铣削转子的进刀速度，即可自动调节铣削转子转速和铣刨机行走速度，使铣刨机始终处于最大功率利用状态，并不会发生超负荷工作情况；3. 发动机功率增大，同样铣削宽度的新型铣刨机功率越来越大，生产效率提高；4. 较大的铣削深度，新型铣刨机一次铣削深度均超过300mm，使对整个行车道的全厚度铺层进行铣削成为可能；5. 性能良好的铣削转子，多数冷铣刨机将铣刀头固定在数块半圆形瓦片上，通过瓦片在转子上安装的多少来调整铣刨机的铣削宽度；6. 简便的铣削物装载，铣刨机前部挂装集料输送装置即可完成快速收料，并将铣削物装入运载汽车上。通过液压机构调整卸料高度，并可使传送带左右摆4050，从而实现路侧装料；7. 大量采用先进技术，如全轮驱动技术及机电液一体化控制技术、智能化故障诊断和维护系统、精确的自动找平系统、安全自保护系统及功率自动分配系统；8. 大容量容器水箱、柴油箱容积更大，机器工作时燃油、冷却水加注间隔长，待机时间短；9. 模块化设计发动机及其外围部件液压泵、液压阀和冷却系统均装置在同一底架上，所有的电磁阀都装配在同一个分配阀上，易于调整、检测和维修；国内路面铣刨机的发展起始于20世纪80年代，开始是以拖拉机为底盘通过安装铣刨装置改装而成的，直到进入90年代才开始进行自行式铣刨机的研制。近两年有了一定的发展，主要机型的使用性能已完全能满足国内高等级公路及市政道路的养护要求，良好的性能价格比与国外进口产品相比也有较大的竞争优势，但在品种规格、技术水平及配套件等方面仍存在较大的差距。总体来看，国产铣刨机产品缺乏系列化，功能欠完善，技术含量低，工作可靠性差。目前仅以生产铣刨宽度0.5和1米的两种轮式铣刨机为主，生产铣刨宽度2米铣刨机的只有徐州工程机械制造厂等几个少数厂家。国家经贸委已经明确指出“十五”期间将重点发展铣刨宽度1.4-4.0米，铣刨速度0-3m/min，铣刨浓度0-300mm的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。就目前产品的技术水平而言，国产机型更多地借鉴了欧洲铣刨机的技术和经验，在动力、液压和控制系统上均采用了国际化的配套，可以说在系统配置上达到了国际先进水平。国内生产厂家以徐州工程机械制造厂、镇江华通机械集团公司、山东德州工程机械公司3家为主。徐州工程机械制造厂于1999年引进德国维特根2000DC铣刨机技术，通过消化吸收已形成了铣削宽度分别为1米和2米的系列化产品。镇江华通机械集团公司生产铣刨宽度0.5和1米两种型号的铣刨机，最近研制成功铣刨宽度1.0米的带回收装置的LXZYH1000型铣刨机。山东德州工程机械公司主要生产铣刨宽度1米的铣刨机，最近正在试制铣刨宽度2米的LX2000型铣刨机。在今后的市场竞争中，我国的铣刨机生产厂商应该发挥以下优势：利用我国已经加入WTO的有利条件，树立国际化的设计思想，加强国际间的技术合作，在技术上保持与国际发展水平同步，争取更大的高端产品市场；发挥本地化的优势，为用户提供及时的从整机技术到配件供给等全方位的服务；利用我国劳动力价格低廉的条件，降低整机成本，发挥价格优势，争取更多的中低端用户，扩大市场；注意研发符合我国道路特点的专有技术及产品系列，为公路养护工程服务，促进我国公路交通事业的技术进步。随着公路交通事业突飞猛进的发展，特别是经过“八五”和“九五”期间的快速健康发展，我国公路基础设施的总量取得了巨大的突破，到2002年底，公路总里程已达176万km，其中高速公路为2.52万km、二级以上高等级公路24万km。为保持道路通行的安全、舒适、快速，对它们进行及时、有效、高质量的养护将是今后日常工作的重点。根据我国公路发展的统计，未来公路养护对各类现代化机械设备的需求将会越来越大。随着高速公路大修期的到来和公路交通行业以及城市管理部门对现代化养护方式的认识，对路面铣刨机的需求将会逐年增加，并且会以很快的速度增加。国外进口产品尽管性能先进，但价格昂贵、维修服务不便，因此可以预计国产沥青路面铣刨机将具有较广阔的市场前景。国内生产企业应抓住机遇，使国产沥青路面铣刨机尽快形成完整的系列，并不断提高产品的使用性能和可靠性，为用户提供经济、实用、高质量的铣刨机。1.2 路面铣刨机设计的指导思想高速公路随着路面龄期的增加，由于行车载荷与自然环境因素，路面会陆续出现一些病害，严重影响行车速度与安全。由于路面铣刨机工作效率高、施工工艺简单、铣削深度易于控制、操作方便灵活、机动性能好、铣削的旧料能直接回收利用等。显然，处理病害快速有效的方法是使用路面铣刨机铣刨路面，使路面保持平整。用铣刨机械铣刨损坏的旧铺层，再铺设新面层是一种最经济的现代化养护方法。结合国内外路面铣刨机的发展概况，设计思想有以下几点：1. 向大型化方向发展；2. 实用性与先进性兼顾；3. 充分利用发动机的功率；4. 简化操作，实现自动化控制，设备可靠；5. 简化设备保养，合理润滑，充分防腐；1.3 路面铣刨机设计的设计原则根据以上的设计指导思想，可以确定以下的设计原则1. 简化设计结构，选用标准件和成熟机构，尽可能结合现有设备，降低制造成本，并保证性能和质量；2. 配套件必须可靠，确保作业要求；3. 操作简单，维修方便；第2章 路面铣刨机的总体设计路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等，合理的选择和确定机型、各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸等，并进行合理的布置。这些组成和部件相互依赖又相互制约，因此，路面铣刨机的性能不仅取决与每个部件的好坏，而更重要的是取决于各总成性能的相互协调。各总成性能的相互协调如何，又取决于各总体参数及各总成部件的匹配情况及其布局的合理性。如果整体设计过程中缺乏全局观念，而对总体参数及各总成部件性能的协调匹配考虑不周，或注意不够，即便设计的各单个总成部件结构是先进的，性能是良好的，但组合装配在一起不一定就能获得整机的良好性能。这是因为某些总成部件的优点可被另一些总成部件所抵消或限制，使其得不到充分发挥。所以，路面铣刨机的总体设计对整机的性能起着决定性的影响。因此，总体设计必须从保证路面铣刨机的整体性能出发，正确的选择和确定各总成的结构型式、总体参数，使其获得良好的匹配关系，并进行合理的布置，以达到设计的完美性。以下各节分别就路面铣刨机的选型、总成部件结构型式的选择及比较等作以具体的阐述。2.1 路面铣刨机的选型路面铣刨机结构型式的选择，主要是根据其用途和作业场合，前已述及。路面铣刨机的结构型式按铣刨机行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮胎式的优点：重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及维修方便等。由于以上特点，轮胎式路面铣刨机一般以中小型居多，运行方便、快捷灵活。适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。在工作量不大、作业地点不太集中、转移性频繁的情况下，生产率大大超过了履带式。轮胎式的缺点：轮胎接地比压较大、通过性能差、重心较高，稳定性较差。履带式的优点：履带接地面积大，使得接地比压小，通过性能好、重心低、稳定性好、重量大、附差性好、牵引力大、比切入力大。因此，大中型路面铣刨机一般为履带全液压式，主要用于大规模路面养护作业。履带式的缺点：速度低、不够灵活机动、制造成本高、维修较难、行走时易破坏路面，转移工作场地时需用拖车托运。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。国家经贸委已经明确指出“十五”期间将重点发展铣刨宽度1.4-4.0米，铣刨速度0-3m/min，铣刨浓度0-300mm的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。因而，根据现有路面铣刨机总体性能的优缺点，以及国内路面铣刨机的发展趋势，我们选用履带式行走系统大型路面铣刨机进行设计。2.2路面铣刨机的各总成部件结构型式的选型2.2.1传动型式的选择路面铣刨机的传动型式可分为液压、液压机械混合、机械三种传动方式。1. 液压传动液压传动对于小型铣刨机充分体现了它的优越性，具有传动与控制简单、结构紧凑且铣刨鼓可轻易实现左右移动（切边）等特点。其动力传递路线一般如下所示：发动机弹性联轴器分动箱或简易的泵安装板液压泵液压马达铣刨鼓德国维特根前期的W50型（铣刨宽度为500mm）、日本HANTA的CRP-120型（铣刨宽度为1200mm）和国内一些厂家生产的铣刨宽度小于1300mm（含1300mm）的中小型铣刨机采用了这种传动方式。液压传动的特点：（1）实现无级变速且变速范围大，并能实现微动；（2）操纵简单方便；（3）可用液压系统进行制动；（4）可采用行走履带分别驱动的系统，能方便地实现弯道行驶和原地转向；（5）便于实现自动；但是，液压传动在铣刨机的铣刨系统也存在明显的缺点，像维特根现在的W50型已改为机械皮带传动，也就是说目前维特根公司生产的铣刨机其铣刨系统全部采用机械传动。液压传动的主要缺点如下： 1） 传动效率低，液压系统热损耗大。液压泵的总效率一般1=0.92；液压马达总效率2=0.9。假如液压阀及管道的总效率3=0.95，则液压传动的总效率=123=0.7980%，而且这是新液压件时的效率，当使用1年后，其传动效率还有大的下降。根据经验，铣刨机铣刨作业时，铣刨系统约占发动机总输出功率的80%，有约16%的发动机输出功率转化为液压系统的热量，这对液压油及液压控制系统是非常不利的；2） 可能导致整体布置困难。为了保证液压系统工作在正常温度范围内（一般小于80），将液压系统产生的大量热量散去，液压油冷却器的外形尺寸将相对大很多，这就可能导致整体布置困难和成本的增加；3） 相对机械传动而言可靠性低。液压件是非常精密的元件，维护保养相对要困难，故障率相对要高。特别对于工程机械，工作环境非常恶劣，常常由于液压油不干净导致故障发生；因此，液压传动大都应用于发动机功率较小的铣刨机，对于配备大功率的大型路面冷铣刨机的铣刨传动系统不是一种理想的传动方式。2. 液压机械混合传动液压机械混合传动是国内厂家节约成本的产物。其动力传递路线一般如下所示：发动机弹性联轴器液压泵液压马达减速箱 链传动铣刨鼓采用这种传动方式的液压马达为高速马达，所以成本较液压传动低；由于还采用了链传动，因而这种传动方式的效率比液压传动要低，而且铣刨作业时阻力变化很大，冲击大，还会导致链传动、减速箱高故障的发生。这种传动方式虽然可以降低一些成本，但相对整个机器是得不偿失的。3. 机械传动机械传动的动力传递路线目前市场上存在两种，如下所示：第一种：发动机弹性联轴器或弹性联轴器加分动箱液压离合器皮带传动行星减速机铣刨鼓第二种：发动机弹性联轴器机械式离合器分动箱传动轴变速箱链传动铣刨鼓第二种传递路线由于成本非常低，只有国内的一些低档次型号的机器采用。由于该传递路线刚性太大，缓冲性能差，容易出现断齿、断轴等问题；离合器为机械式常闭离合器，铣刨系统的启动与停止操作麻烦；因此也是不适合大功率高档次铣刨机。第一种传递路线也可称作机械皮带传动，主要包括液压离合器、皮带传动、行星减速机、铣刨鼓等，具有传动效率高、稳定性好、可靠性高等优点。由于这种传动中离合器、分动箱比较特殊，价格昂贵，因而相对成本较高是这种传动的缺点。离合器：离合器选用液压控制常开式离合器。由于只有在铣刨作业时离合器才处于接合状态传递动力，因而离合器大部分时间处于分离状态；且铣刨机都具有短距离转场功能，如采用常闭式离合器，发动机启动和机器转场时都需将离合器分离，操作烦琐，且时刻靠一个外力来控制离合器处于分离状态也是不可靠的。液压控制可方便地与皮带传动张紧油缸实现铣刨鼓启动与停止只须一个按钮操作，控制简单且可靠。皮带传动：皮带传动不但能高效、可靠地将动力传递给铣刨鼓，而且由于皮带传动柔性好，能有效地吸收铣刨作业时由于路基状况不同铣刨鼓的切削阻力变化很大而产生冲击载荷，减少对发动机的影响，延长发动机的使用寿命。由于采用了油缸自动张紧，在机器没有铣刨作业时，皮带只是处于预张紧状态，因而不仅保证了动力的高效传递，同时保证了皮带具有很长的使用寿命。由于传递的功率大（约占机器总输出功率的80%），皮带宜选用联组带，以保证每根皮带的长度基本相同，避免工作时由于部分皮带过长而不能有效地工作，从而在保证动力高效、平稳传递的同时也保证了皮带具有很长的使用寿命。机械皮带传动的控制是通过对其液压离合器和皮带张紧油缸的控制来实现的，其液压原理图如下图2-1所示：P为压力油口，T为回油口。液压系统的高压油（一般在200bar左右）经减压阀7后获得了符合离合器控制要求的压力；电磁换向阀6控制压力油是否通向离合器。电磁换向阀11控制压力油是否通向张紧油缸13，因而实现控制铣刨鼓转动与停止；压力表9实时显示了控制压力； 蓄能器12是为了保证控制压力稳定，以提供恒定的皮带张紧力，使动力传动更高效、平稳；机械皮带传动的控制虽然操作简单，但控制元件相对较多，因而成本也相对要高些。综上所述，液压机械混合传动和机械传动中的变速箱与链传动缺点较多，故障率较高，在万不得已的情况下才采用这些传动；当机器发动机功率较小时，液压传动中功率损失的绝对值不高，因而其缺点就不那么突出，可以应用于小型铣刨机；而机械皮带传动虽然成本相对较高，但从设计理念、节约能源、外观造型、可靠性等方面而言，这种传动方式更具科学性，是路面冷铣刨机铣刨传动系统的发展趋势。因而，本次设计采用机械皮带传动，其余各系统均采用液压传动。 铣刨鼓离合器 铣刨鼓皮带张紧图21 皮带传动液压控制系统图2.2.2动力装置的选用工程机械大部分都采用柴油发动机作为动力源，因此发动机工作性能的好坏直接关系到机器能否正常工作，以及能否发挥最大的效率。工程机械用发动机与发电机组用、车用发动机的工作性能是有较大差异的，其更注重输出转矩，因而要求发动机的转矩储备大，工作转速一般比车用发动机要低，且标定的额定功率是持续功率。1. 发动机的特性工程机械工作环境恶劣，作业阻力变化大，发动机常常因为过载而掉速。为让发动机稳定地工作在额定转速左右，发动机过载时其输出转矩的增加应尽可能多。由于发动机的输出转矩与功率成正比，与转速成反比，因此在低于额定转速300400r/min范围内发动机的输出功率基本保持不变或反而增加的发动机是很合适的。2. 额定转速由于工程机械的液压传动与控制系统，大都是从发动机取力，因此发动机的输出转速将影响液压元件的选型，甚至机器的某些性能参数。额定转速是发动机的最佳工作转速，也是机器正常工作的转速，因而选型时要兼顾考虑额定转速对液压系统的影响，是否满足液压系统的要求。首先要考虑是否满足液压泵允许输入转速的要求；其次发动机的转速也是决定液压系统流量的因素之一，因此还要考虑对机器的行走速度、液压油缸的控制速度等。3. 控制方式发动机的控制主要是指对发动机油门的控制，分为机械与电控两种。机械式是传统的通过油门拉线来控制供油量的多少；电控又可细分为两种，一种是将传统的机械式油门拉线改为电磁阀来控制供油量；另一种就是目前市场上控制最为先进的电喷发动机，由专门系统根据实际负荷的大小控制喷油量的多少，这种发动机的燃油经济性能好，且能达到较高的环保排放标准，但价格比较贵。4. 排放标准虽然我国目前对工程机械的排放还没有具体要求，但这是迟早的事情，因此再选型时要适当考虑。此外，还要考虑发动机的外围设备。例如：燃油供给系统、进气系统、排气系统、冷却系统等。2.2.3料输送装置型式的选择整个输送装置应包括料输送带和装车输送带。料输送带收集并将铣刨下来的散料运送到装车运送带。输送带由变量马达来驱动。料输送带通过支架结构来支撑，装车输送带通过夯架结构来支撑。2.2.4洒水装置型式的的选择洒水装置用以减少路面铣刨机工作时的灰尘飞扬，并冷却刀具。洒水装置由水泵、水箱、水管、以及喷头等组成。除水箱外一般选用标准件，无需进行单独设计，只要合理组装即可。根据不同的工作环境，可进行适当的调整。2.2.5底盘车架的型式的的选择车架是铣刨机设计的重要课题，它几乎比引擎更为重要，因为它的好坏直接关系到车铣刨机的一切（操控、性能、安全、舒适.）要评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是铣刨机在工作行驶时车架所要承受的各种不同的力。如果车架在路面铣刨机及其发展趋势某方面的韧性不佳，就算有再好的系统，也无法达到良好的操控表现。而车架在实际环境下要面对4种压力。1. 负载弯曲从字面上就可以十分容易的理解这个压力，铣刨机的重量，是由车架承受的，通过轮轴传到地面。而这个压力，主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁，一般都要求较强的刚度。2. 非水平扭动当前后对角履带遇到道路的不平，车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力，情况就好像要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。3. 横向弯曲横向弯曲，就是铣刨机在入弯时重量的惯性（即离心力）会使车身产生向弯外甩的倾向，而履带的抓着力会和路面形成反作用力，两股相对的压力将车架横向扭曲。4. 水平菱形扭动因为路面铣刨机在行驶时，每个履带因为路面和行驶情况的不同，（路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等）每个履带会承受不同的阻力和牵引力，这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形，这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。其实车架的好坏并非物理指标就可以涵盖，所以即使有超强的新车架出现，最传统的车架形式依然存在。1）大梁式车架也称作“阵式车架”，是最早出现的车架类型。大梁车架的原理很简单：将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后在这个钢架上安装引擎、悬架、车身等部件，这个钢架就是名附其实的“车架”。大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低。致命的缺点是钢制大梁质量沉重，车架重量占去全车总重的相当部分；此外，粗壮的大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间利用率，大梁的厚度使整车重心偏高。2）承载式车架也称作整体式或单体式车架。针对大梁式车架质量重、体积大、重心高的问题，承载式车架的意念是用金属制成坚固的车身，再将发动机、悬架等机械零件直接安装在车身上。这个车身承受所有的载荷，充当车架，所以准确称呼应为“无车架结构的承载式车身”（采用大梁车架的铣刨机车身则称为“非承载式车身”）。承载式车架由钢板经冲压、焊接而成，对设计和生产工艺的要求都很高，这也是中国目前的车身设计开发难以突破的大难点。成型的车架是个带有坐舱、发动机舱和底板的骨架，我们所能看到的光滑的铣刨机车身则是嵌在骨架上的覆盖件。承载式车车架是目前先进路面铣刨机的主流，因为这种结构将车架和车身二合为一，重量轻，可利用空间大，重心低。但是除了开发制造难度高外，刚度（尤其是抗扭刚度）不足也是承载式车身的一大缺陷。目前主要采取的办法是优化车架的几何形状和采用局部增粗或补焊以加强抗扭能力。3）钢管式车架顾名思义，钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上。它的生产工艺简单，很适合小规模作业，有很多小规模的生产厂生产各式各样的铣刨机，都是用自行开发制造的钢管车架。大梁式和承载式车架是占绝大多数的主流车架形式，但它们都分别有着显著的缺点，即笨重和刚度不足。于是近年出现了融合这两者优点和车架设计方案，在承载式结构的车厢底部增加了独立的钢框架，可以认为是简化的大梁结构，从而在保证刚度的同时，重量和重心又比大梁式结构大为下降。因而，本次设计采用大梁式和承载式融合车架设计方案。2.3路面铣刨机的总体参数的选型路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等，对其性能提出具体的要求，以作为整机和总体部件设计的依据。路面铣刨机的总体参数的选择与确定，是设计过程中一项十分重要的工作。总体参数选择的合理，不仅给以后的技术要求设计带来方便，而且更重要的是使路面铣刨机获得良好的使用性能，较高的技术经济指标，从而提高生产率，降低作业成本。路面铣刨机的总体参数包括：路面铣刨机的质量；发送机的功率、转速；最大铣刨宽度、深度；载荷的分配；行走速度和爬坡能力；履带结构尺寸；箱体容积；料输送系统的结构尺寸及质量等。以上参数不是孤立的，它们之间存在着一定的内在联系。要合理的选择它们，就必须做大量的调查研究工作，了解与之所设计的多种同类型铣刨机的结构，性能和重要参数，与所设计的铣刨机进行分析比较，从整机性能出发，考虑“三化”的要求，合理选择和正确确定以上各参数。1. 发动机参数铣刨机作业时发动机的功率应有如下的分配: 1) 机器行走系统消耗功率； 2) 机器转子系统消耗功率； 3) 其它系统消耗的功率； 其中：（1）消耗于传动系统与辅助装置的功率： (21)式中：发动机的有效功率；传动系统的功率(对液压传动为0. 6-0. 7 )；（2）用于铣刨作业的功率： (22)式中：铣刨功率占总功率的比例(一般为0. 75-0. 8 )；消耗于传动系统与辅助装置的功率；（3）消耗于克服滚动阻力的功率： (23)式中：铣刨机的滚动阻力；铣刨机的作业速度； 铣刨机的使用质量；滚动阻力系数，对于轮式铣刨机在沥青路面行驶，一般取0. 02-0. 03；坡度角;由铣刨机转子作业时产生的垂直于路面的当量质量；考虑到铣刨机的不同工作环境，参考同类型路面铣刨机的具体参数，同时根据国内发动机的生产技术水平与国外技术的差距，为保证机器的工作可靠，在这里我们采用 “卡特皮勒 6直列水冷 3406EATAAC型”大功率柴油机。功率： 421KW 转速： 2100r/min 排量： 14.6L2. 最大铣刨宽度、深度根据本次设计的要求及路面铣刨机的发展趋势，参考同类型的大型路面铣刨机的具体参数，在这里确定：最大铣刨宽度： 2000mm 铣刨深度： 0320mm转子直径： 980mm 转子最大倾斜角度： 53. 行走速度和爬坡能力根据路面铣刨机的工作环境及要求，确定行走速度： 084m/min理论爬坡能力： 100离地间隙： 310 mm4. 履带结构尺寸履带（长宽高）： 1720300610 mm5. 箱体容积燃油箱： 1310 L液压油箱： 300 L水箱： 3000 L6. 料输送系统的结构尺寸及质量等根据所设计的路面铣刨机的整机大小及工作能力，参考现有机型选用收料皮带： 800 mm 卸料皮带： 800 mm理论运输能力： 330 /h机架尺寸（长宽高）： 850012501150 mm皮带质量： 1.5 T7. 路面铣刨机的质量根据所设计个零部件，路面铣刨机的质量重约为25吨。2.4路面铣刨机的总体布置路面铣刨机的总体布置就是在参考同类型铣刨机的基础上，以保证路面铣刨机的主要性能为出发点，在总体设计和总体部件设计密切配合下，通过绘制布局草图，根据使用要求及载荷分配来协调各个总成部件的性能，来确定它们的位置、尺寸和重量。总体布置不紧要使路面铣刨机有良好的使用性能，而且必须保证操作轻快、拆装容易和维修方便。1. 总体布置草图基准面的选择为了确定各总成部件在整机上的位置和尺寸，首先初步确定支撑间距，轮距和履带尺寸并画在草图上。参考同类型的机架的高度，确定机架上缘的位置，然后选择三个基准面，通常基准面的选择如下：1） 以通过后桥中心线的水平面为上下位置的基准面；2） 以通过后桥中心线的垂直平面为左右位置的基准面；3） 以通过路面铣刨机的纵向对称轴为左右位置的基准面；2. 发动机、水箱、燃油箱、液压油箱和传动系统的布置动力机通常布置在路面铣刨机的中后部，这样不仅可以改善驾驶员的前后视野，而且还可以增加路面铣刨机的稳定性。根据载荷分配确定其曲轴中心线的上下位置，在不影响整机的使用要求和传动系统的布置的情况下，希望尽可能的低一些，以降低整机的重心高度。动力机的位置确定后，即可装载机械传动装置，确定转轴。参考同类型路面铣刨机，水箱则可紧靠在发动机后面，以便对发动机进行冷却。燃油箱水箱一侧布置在水箱侧面即可。液压油一般布置在机身尾部，其后配备风扇对其进行降温。3. 工作装置的布置路面铣刨机的工作装置为铣刨装置，并通过料传递装置来运输物料。大型路面铣刨机的铣刨装置一般布置在机身的中间位置下部，料传送装置在机身的前端。在布置时，结合工作装置的设计和工作情况，参考同类型的路面铣刨机的布局，合理的分配空间，以使铣刨机的工作状态稳定可靠。4. 驾驶室的布置驾驶室的位置在整机的中上部，操纵平台位于驾驶室的前侧，并安装减震设备，来减少工作时由于机器的震动而引起的仪表显示不准确和防止误操作。路面铣刨机的履带行走机构采用四轮液压驱动，前后轮独立转向。为增加整机的稳定性，可使履带的接地面积适当增加。通过路面铣刨机的总体参数确定和总体布置后，确定其主要参数如下：图 2-2路面铣刨机总装示意图XBJ.W2000型主要技术参数最大铣刨宽度： 2000 mm铣刨深度： 0320 mm刀间距： 15 mm转子直径： 980 mm转子最大倾斜角度： 15发动机：卡特皮勒 3406 EATAAC 6直列 水冷主机尺寸（长宽高）： 712030003250 mm机架尺寸（长宽高）： 850012501150 mm5. 路面铣刨机重心位置的确定路面铣刨机的重量一般分为结构质量和使用重量，结构重量是指装配质量，使用质量是指除结构质量外还包括冷却水、燃料、润滑油、液压系统的工作油、运输物料、工具、驾驶员和其它附件等。如不特殊说明，一般说路面铣刨机的重量是指其使用重量。确定路面铣刨机的重量为25吨。重心估计位置图如下：图 2-3 重心位置分布图图中：G1-运输机架重力（带料） G2-车架重力 G3-发动机重力 G4-铣刨装置重力 G5-水箱重力 G6-油箱重力 G7-液压油箱重力 G8-驾驶员重力 G9-前履带重力 G10-后履带重力以前履带支撑柱轴心与地面交点为坐标原点。根据各部件重心位置进行计算，列表如下：表2-1 重心位置表机架车体发动机铣刨鼓水箱油箱液压油箱驾驶员前履带后履带G(T)2.5151.51.51.50.50.150.111X(m)-5.152.552.552.553.93.755.32.2504.7Y(m)2.551.51.950.3751.951.351.652.250.30.3根据重心坐标： ， (24)代入数据，得 (25) (26)求得整机重心为（1.8，1.47）即重心在距前履带支撑轴心水平距离1.8 m，距地面1.47m的位置上。 第3章 路面铣刨机底盘车架的设计在底盘的设计中，车架总成作为整车的基础件，其设计的成功与否将直接影响到整车总布置的方便性，并对整车的安全性能起到至关重要的作用。大梁式和承载式车架是占绝大多数的主流车架形式，但它们都分别有着显著的缺点，即笨重和刚度不足。因而，本次设计采用大梁式和承载式融合车架设计方案。在承载式结构的车厢底部增加了独立的钢框架，可以认为是简化的大梁结构，从而在保证刚度的同时，重量和重心又比大梁式结构大为下降。3.1车架总体尺寸的确定1. 高度的确定高度的确定根据总布置，同时要满足总成的安装要求，确定车架的截面高度为1563mm。2. 宽度的确定设计车架时，一般必须根据整车总布置的要求(总宽、前后轮距、前轮转向角、发动机的外形尺寸等)来确定车架的宽度。车架的宽度受履带轴距及最大转向角的限制，最小值取决于发动机的外廓宽度，安装方式的影响。因此，根据整车身提出的宽度要求，车架的宽度为2498mm。3. 长度的确定车架的长度主要取决于整车车身的设计要求及底盘各总成的布置情况，确定车架的总长为7120mm，其中车架前段的长度为(2484+425)mm，车架后段的长度为1380mm，其中425mm为车身与运输机架的接头部分。3.2补焊钢框架的设置刚度不足承载式车身的一大缺陷，目前主要采取的办法是优化车架的几何形状和采用局部增粗或补焊以加强抗扭能力。合理的补焊钢框架是保证车架具有足够扭转刚度的必要条件，同时，补焊的钢框架往往又是底盘一些总成的安装基体，因此，在确定各补焊钢框架的位置前必须充分考虑到整车各总成的布置情况。合理布局，在确保车架具有足够的强度和刚度的同时，保证其他总成的安装方便性。由于发动机中置，为保证发动机、变速器及传动系的安装要求，因此在车架的中间位置设置补焊钢框架。前、后轴间段的补焊钢框架的设置，除考虑总成的安装要求外，主要还要考虑行走系统的安装要求，并避免与支座的安装发生干涉。3.3车架的连接为了满足总布置提出的各总成部件的安装要求，因此把车架设计成前、中、后不等长的三段组成。其中前段车架的宽度为2910mm，中段车架的长度为1830mm，后段车架的长度为1380mm。前、中、后两段纵梁可通过重叠焊接并加设连接加强板而成为一牢固的整体，如图31所示。（详细尺寸见配套图纸）图3-1 车架3.4车架结构样式车架结构样式 如图32示。（详细尺寸见配套图纸）如图32 车架结构3.5车架与运输机架接头的强度校核由于车架的主体结构比较复杂，进行校核计算将会十分的复杂、困难。根据经验，并参考同类型路面铣刨机的车架参数，尤其是以世界上非常先进的维特根的产品W2000型底盘车架为研究对象。本次设计直接仿制出其车架结构，大大降低了设计难度，缩短了设计时间，提高了效率。下面对车架与运输机架接头的进行一下强度校核。在本次设计中，车架与运输机架是通过铆接的形式进行连接的。铆接具有工艺设备简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点，但结构一般较为笨重，被联接件（或被铆接件）上由于制有钉孔，使强度受到较大的削弱。设计铆接时，通常是根据承载情况及具体要求，按照有关专业的技术规范或规程，选出合适的铆缝类型即铆钉规格，进行铆缝的结构设计，然后分析铆缝受力时可能的破坏形式，并进行必要的强度校核。铆缝受力时可能的破坏形式如下： 1) 铆钉被剪断 2）板边被剪坏 3）钉孔接触面被破坏 4）板边被撕裂 5）板沿钉孔被拉断应该指出：在进行受力分析时，均假定 危险截面上的拉应力或切应力、工作面上的挤压应力都是均匀分布的；被铆件贴合面上无摩擦力；铆缝不受弯矩作用。根据理论力学和材料力学的知识可知，当运输机架水平位置工作时，接头铆钉处受力最大，示意图如下：图33图34图35铆钉受到运输机架给它的弯矩（图33），我们将弯矩转化为一对平衡力（图3-4），根据作用力与反作用力之间的关系，两块支承板对铆钉的支承力为F（图3-5）。由设计可知，运输机架工作状态是重量为M=2200Kg，因而重力为 22009.821560 N (31)又因为： (32)代入数据，得2156042502F350/2 (33)F=261800 N查机械设计手册可知：1. 由被铆件的拉伸强度条件得知，允许铆缝承受的静载荷为 (34)2. 由被铆件上孔壁的挤压强度条件得知，被铆件允许承受的压力为 (35)3. 由铆钉的剪切强度条件得知，铆钉允许的横向载荷为 (36)上列三式中：、的单位均为N；、分别为被铆件的许用拉伸应力、被铆件的许用挤压应力及铆钉的许用切应力；d为铆件的直径 100 mm、为两块挡板厚度 50mm。显然，这段铆缝允许承受的静载荷应取、中的最小值。令、均等于，本部件所选材料为Q235查设计手册可知：、分别为 210、420、180。对三个公式代入数据，得1. 2618002（9050）50 (37)= 65.45 满足要求2. 26180010050 (38)52.36 满足要求3. 161800 = (39) = 33.5 满足要求综上所述，本次设计的车架与运输机架接头的强度符合设计要求，满足工作要求。3.6连接架的建模 本次设计我们采取了用PRO/E对连接架机构进行建模。 PRO/E 软件是美国PTC公司开发的十分强大的设计分析软件，它具有造型设计，零件设计，装配设计，二维工程图制作，结构分析，运动仿真，模具设计，钣金设计，管路设计，NC 加工，数据管理等功能。 经过几次拉伸便可草绘出主车与集料输送机构连接连接架结构。如图3-6；第4 章 路面铣刨机液压系统设计液压系统概述液压传动系统简称为液压系统，是由液压能源、执行元件、控制元件和辅助元件等组成的，以完成一定的动作。液压系统都是由一些基本回路组成，所谓回路，是系统中有关液压元件组成满足特定功能的某一部分或全部。液压系统设计是在综合运用液压元件和液压基本回路上进行的，是整个机器设计工作的一部分。液压系统的设计与主机的设计是紧密相关的。当经过全面论证，确定机器或机器的某一部分的传动方式采用液压传动后，则液压系统的设计内容和步骤大致有这么几点：（1）明确液压系统的设计要求；（2）进行主机工况分析，确定液压系统的主要参数；（3）拟订液压系统的原理图；（4）液压元件的计算与选择；（5）液压系统的性能验算；（6）进行结构设计，编写技术文件。此次设计的路面铣刨机除铣刨鼓采用机械皮带传动，其余各系统均采用液压传动。设计任务及各项技术要求：1. 设计任务：路面铣刨机的行走液压系统及铣刨鼓控制液压系统。2. 工作环境：工作温度 2040 工作海拔 m3. 动作要求：行走机构能够满足机器在地面上前进、后退、转弯；铣刨鼓控制系统达到控制铣刨鼓的旋转、停止并完成某些辅助操作；行走系统和铣刨鼓系统互不影响，可同时工作也可单独工作。4.1 行走液压系统的设计1. 行走系统的主要技术参数：履带行走机构四个马达同时工作前进工况：前进、后退、制动。牵引力： =2500000.65=162500 N (41)式中：为路面铣刨机的重量，为履带额定滑转时的附着系数（取0.65）。行走速度： 084m/min2. 技术性能要求：动作平稳、调速范围大、低速稳定性好，安全可靠、操作灵活，轻便、体积小、自动化。3. 执行元件的选择由于大型路面铣刨机工作时的行走速度并不是很快，如果离施工地点较远的话，需用大型拖车将路面铣刨机托运过去，因而这里可直接选用低速液压马达即可。4. 液压泵的类型选择根据大型路面铣刨机的行走系统所需压力较大，考虑到高效节能的要求，选用柱塞泵。5. 调速方式的选择参考同类型机型的调速系统可确定利用三处装置进行调速可以通过三通阀控制调速油缸对驱动马达进行调速；调节换向阀控制油缸对供油泵进行转速调节控制流速；换向阀调节分流阀控制流量进行调速；以求达到行走系统动作平稳、调速范围大、低速稳定性好，安全可靠自动化。 6. 调压方式的选择用以控制系统压力的溢流阀在油路系统中保证系统的压力，限制系统的最高压力。7. 换向回路的选择由于本次设计的大型路面铣刨机的自动化程度较高，因此选用电动换向，即选用电磁换向阀或电液换向阀来进行控制。并通过机器上装载的检测设备和中心控制处理器统一调控，控制各阀的接通顺序，以实现各项设定的功能。8. 液压系统设计中数据对原理的影响不大，数据参数对执行元件的旋转、负载及速度分析有关，因而行走系统的原理图41所示：（详情见配套图纸）图41 行走液压系统原理图动力元件： 液压泵 2 和 14执行元件： 驱动马达 6由液压泵2向整个系统供油，