履带式推土机设计(共43页)

精选优质文档-倾情为你奉上 TY220履带式推土机设计【论文摘要】本设计是对TY220 推土机进行设计。采用直铲式结构，主要对推土铲刀，顶推架，液压油缸，松土器等进行了参数选择和设计计算；并进行典型工况下推土机的受力分析以及铲刀，顶推架，松土器，各个球铰和铰销的受力分析和强度校核，以满足工作要求。该课题以选用适当的参数，合理的结构设计，提高工作装置的灵活性以及高效率为目的。 【关键词】 推土机； 推土铲刀； 顶推架； Design of the TY220 Crawler Dozer 【Abstract】It is to design TY220 bull-dozer job device to originally design. Adopt straight shovel structure, mainly to bulldoze shovel, carry and push shelf, hydraulic oil jar, person who loosen the soil, etc. go on parameter chooses and design and calculate; Carry on bull-dozer under the typical operating mode strength analysis and shovel, carry and push shelf, person who loosen the soil, each ball cut with scissors and cut with scissors sell not to check strength analysis and intensity, in order to meet the job requirements. Subject this in order to select proper parameter for use, rational structure design, improve job flexibility and high efficiency of device purposes.【Keywords】 Bull-dozer; Bulldoze Shovel; Carry; Push shelf; 目录第1章 推土机总体设计 （6）1.1选型 （6）1.2 额定功率 （6）1.3 TY-220型推土机的查量（6）第2章 工作装置类型与构造 （6）2.1顶推架 （6）2.2推土铲刀（6）2.3推土铲刀的工作角度（6）2.3.1铲刀回转角 （7）2.3.2切削角 （7）2.3.3铲刀倾侧角 （7）第3章 推土板主要参数的选择（7）3.1推土板的外形（7）3.2推土板高度和宽度的确定（8）3.2.1推土板高度H（8）3.2.2推土板宽度B（8）3.2.3推土板的角度参数（8）第4章 推土机铲刀阻力的计算（9）4.1切削阻力的计算 （9）4.2铲刀前积土的推移阻力的计算 （9）4.3铲刀刀刃与土壤摩擦阻力的计算 （11）4.4土壤沿铲刀上升的摩擦阻力的水平分力（11）第5章 直铲推土机典型工况受力分析（12）5.1土壤反力P（12）5.2推土铲刀液压缸的活塞杆推压力（13）5.3铲刀的极限提升力（15）5.4液压缸的设计（16）第6章 工作装置强度计算（17）6.1计算位置的选择（17）6.2第一计算位置（17）6.2.1 超静定计算 （17）6.2.2 静定计算 （25）6.2.3 斜撑杆强度计算 （26）6.3 第三计算位置 （27）6.3.1顶推架，斜撑杆强度计算（27）6.3.2铰销轴的计算（29）第7章 松土器（30）7.1松土器的结构与选型（30）7.2松土机基本参数的选择 （31）7.2.1额定有效牵引力（31）7.2.2松土深度（31）7.2.3 松土机工作速度 （31）7.3松土机的受力分析与主要部件强度计算 （31）7.3.1松土机受力分析，强制切入情况（31）7.3.2提升松土齿工况（32）7.4主要零件和部件的强度计算（33）7.4.1齿柄强度计算（33）7.4.2销轴强度计算（34）第八章 设计小结（35）致谢 （36）参考文献 （37）附录附录A 外文翻译原文部分附录B 外文部分译文部分第一章.推土机总体设计1.1选型 总体方案设计时，对设计任务书所规定的技术要求和机器的工作条件进行分析之后，接着就要对推土机进行选型。因为推土机是由工作装置和基础车和操纵装置的选型。（一）工作装置的选型 选择直铲式铲刀型（二）基础车的选型 推土机由于作业对象不定，作业条件恶劣，载荷变化比较大，作业工序反复循环以及操作频繁等，要求所使用的基础车能适应上述特点。在这里选择履带行走机构。（三）操纵装置的选型 选液压缸操纵式推土机1.2额定功率： KW 参照铲土运行机械P177表取： 驱动功率 160 KW 自重 250 KN 最大牵引力 185 kN1.3 TY-220型推土机的查量：参照铲土运行机械P1194表3-3取： G推土机=240 KW G拖拉机=180 KW G工作装置=40 KW 直铲式G装与G拖的百分比为20.1%-23.5% 第二章.工作装置类型与构造： 推土机工作装置包括：推土铲刀，顶推机和控制铲刀起落的装置，根据设计要求：选顶推架与推土铲刀的连接方式为直铲式连接，即工作装置为直铲式工作装置。2.1顶推架：直铲式顶推架由左右推臂，连接柄两个水平斜撑杆和两个垂直斜撑杆组成。2.2推土铲刀：选用闭式断面结构推土铲刀，铲刀与推臂铲装成“冂”形结的拼装式结构，切削角可以调整，铲刀由中央刀片，两个侧刀片和左右刀角及推土板弧形部分构成。2.3推土铲刀的工作角度：推土铲刀在作业过程中的工作角度包括：铲刀回转角，切削角，铲刀侧倾角和拖拉机的接近角。2.3.1铲刀回转角 图 1 铲刀回转角对于直铲式推土机工作装置2.3.2切削角推土铲刀切削角指铲刀刀面上表面的倾斜线与铲削地平面夹角，通常取，取，此值可根据被切削土质软硬随时调节硬质须大些。调节方法：将带有左右螺旋的二垂直斜撑杆同时旋动使铲刀刀片上方向前或向后，从而改变铲刀的切削角度。2.3.3铲刀倾侧角 图2 铲刀倾侧角侧倾角即在垂直平面内，铲刀底边与地平面夹角，液压缸调整侧倾角的变动范围为以内，方法：调整改变调整侧倾角液压缸的活塞杆长度。第三章.推土板主要参数的选择3.1推土板的外形 由设计要求，直铲式推土机挡土板多采用下段为直线的复合式推土板外形，推土板外形半径R的确定可按下式 （31）计算或经验公式确定。3.2推土板高度和宽度的确定3.2.1推土板高度H对于直铲式推土机 P发动机额定输出功率（KW）根据计算值最后在推土板系列表中选取与计算值相应的数值，由表3-4取H=1200mm3.2.2推土板宽度B 对于直铲式推土机推土板宽度 3.2.3推土板的角度参数 图 3 推土板角度参数 图 4 刀刃角度参数推土板主要参数有：切削角、后角、前翻角、推土板倾翻角、挡土板安装角。对直铲式推土机工作装置选取： 第四章.推土机铲刀阻力的计算4.1切削阻力的计算 （N） （41）式中：B铲刀宽度 切削比阻力、w l; ，单位 由铲土运输机械表3-1取B=340 cm ， ，代入4.2铲刀前积土的推移阻力的计算推移阻力由下式计算： N （4-2） 铲刀前积土重（N） 土壤与土壤间的摩擦系数铲刀前积土重可按下式计算（图5） 图 5 铲刀前积土 N （43）式中 密实土壤在自然湿度下的平均重度 土壤的自然坡度角 考虑与铲刀参数H/B有关的侧漏等影响的土量换算系数 高度（m）查表：取 KN所以： KN4.3铲刀刀刃与土壤摩擦阻力的计算 图 6 铲刀刃与土壤的摩擦阻力的计算铲刀刃与土壤摩擦阻力，等于土壤对铲刃的垂直反力与摩擦系数之积，即 （44）式中 土壤对铲刀的垂直反力，图 6 所示 土壤与钢铁的摩擦系数 考虑刀刃磨损后，刀刃压入土壤的比阻力 F考虑磨损后铲刀刃与地面接触面积（cm） X 考虑磨损后铲刀刃与地面接触长度（图 6），近似计算，取X=1 cm由铲土运输机械表3-1取=60，表0-4取=0.85 KN4.3.1土壤沿铲刀上升的摩擦阻力的水平分力可按下式计算, 见图7 N （45）式中 铲刀的切削角 KN综合1,2,3,4,推土机的最大阻力可用下式表示 （46）代入数据 KN 图 7土壤在铲刀上的摩擦阻力第五章.直铲推土机典型工况受力分析 图 8 推土板上的作用力5.1由图知： （51） （52） 土与钢铁间的摩擦角 由上述二式得： KN 根据此式，随着的变化，可说明下述几种工况：（1） 当时，为正值，其作用方向向下，此时既是推土铲刀的切土阶段；（2） 当时，为负值，其作用方向向上，这种情况出现在刚开始切土阶段；（3） 当时，则。这时，即推土铲刀处于固定状态。此时，由于值远远大于值。所以，一般可用下式计算： （53）而又决定于推土机的牵引性能，考虑到动载的影响，取 （54）式中 计算牵引力 额定牵引力， 动载荷系数，通常取 额定附着系数；对于履带去；对于轮胎式5.2推土铲刀液压缸的活塞杆推压力 图 6 液压缸活塞杆推压力的计算根据推土机的纵向稳定性条件确定（1） 计算时，以拖拉机为分离体，此时方向向上，对K点取矩 所以 （5-5）式中 顶推架在拖拉机台车架上的垂直作用力 顶推架在拖拉机台车架上的水平作用力 拖拉机重量为解出，必须求出顶推架支点所受力和。因此工作装置为分离体，多O点取矩：（2） 图 7 顶推架支点反力的计算（顺时针为正） （3）由X轴方向合力为0，则 （5-6）其中 联解（1）（2）（3）得 KN5.3铲刀的极限提升力由于的作用，使推土机绕履带接地最前端A点倾翻，以拖拉机为分离体，并对A点取矩，即 图 8 铲刀极限提升力的计算 其中 所以 KN5.4液压缸的设计（1） 港 计算液压缸的主要结构尺寸 图 9 液压缸主要设计参数活塞杆受压时 活塞杆受拉时 式中 无杆腔活塞有效作用面积 （） 有杆腔活塞有效作用面积 （） 液压缸工作腔压力 （） 液压缸回油腔压力 （），即背压力。 D活塞直径（m）d活塞杆直径（m）由由液压系统设计图级集表2.24，取背压力2选额定压力 计算后按机设表14.6-4,活塞杆外径d=50mm，缸筒内径的D=100mm，活塞杆螺纹为，活塞杆行程1100 mm，活塞选用合成材料，液压缸为HSG工程机械用系列。第六章.工作装置强度计算6.1计算位置的选择对于直铲式推土机的顶推架，斜撑杆和销轴等零件的强度计算可按第一计算位置进行，对于铲刀按第三计算位置进行。6.2第一计算位置6.2.1超静定计算 图 10 顶推架强度计算示意图由图10（a）中 （6-1）式中 动载系数，取 KN KN KN KN将，转换为到顶推架平面上，其合力为，由下式确定 KN此时附加力矩和 KN KN顶推架平面内构件有三个多余约束，因作用在推土板中间，两水平斜撑杆的约束相同，故可简化为两次超静定构件，见图10（B）（C）,并建立两补充方程 式中： ，去除多余约束后假设的未知力 ，分别为，力和力作用下沿作用方向的位移长，分别为，力和力作用下沿作用方向的位移长由图乘法，顶推架选 256 型槽钢焊接而成 （6-2）式中所以 = 同理= = = = = = m= = m= = 将上述结果代入求得 KN KN此时 KN KN最后确定 ,，作用下的合成弯矩图和轴力图。 推土 板在外力作用下，在其断面上作用在弯矩，轴力和剪力Q，从图可见推土板中间O截面及顶推架的O截面弯矩最大，当确定某一截面为校核的危险F截面后先找出其中心O的位置，截面O的位置由下式计算： （M） （6-3） （M） （6-4） 形心： mm mm计算惯性矩 由 （6-5） （6-6）求解 综上得： 各组成部分惯性积 tan故故前知 ，由图将和分别置到X轴和Z轴上 图 11 和投影到X轴和Z轴示意图 D截面的正应力： （6-7） = =25.2 即铲刀强度足够最大，最小惯性矩值按下式计算： （6-8）代入已知数据得： （计算各位移量是用到）由于推土板厚度与宽度，高度之比小得多，剪应力按薄臂扭转计算扭转中心坐标： （6-9） （6-10）其中 E截面各部分材料弹性模量 ，截面各部分惯性矩 ，截面各部分坐标求解： 又由：= 41 计算惯性矩：由公式 （6-11） 包围在外形中线以内的面积 外形构件壁的厚度 整个外形中线的长度代入数据得： 则 各部分切应力由下式计算： （6-12）其中，又 故 推土板中间O截面总应力按第三强度理论计算 符合要求6.2.2静定计算 图 12 铲刀强度计算示意图在推土板中间O截面中，找到其重心位置O点及截面的中心轴X和Z。然后把，等力移至O点并分解为沿X轴Z轴的力和，同理将q分为，此时 其中 由此得： 符合要求6.2.3斜撑杆强度计算 图 13 斜撑杆强度计算示意图 由 得 KN由得 KN斜轴杆面积 斜轴杆强度 符合要求6.3第三计算位置6.3.1顶推架，斜撑杆强度计算顶推架铰点反力，由力平衡求得得 KN 得 KN斜撑杆力和销轴的力和按顶推架平衡条件计算 得 KN但上述结果是假设铲刀中心线受载荷左右两撑杆受力相等，但因，作用在铲刀一侧，计算时斜撑杆受轴向力 又 KN KN把和投影到轴轴 KN KN顶推架a-a截面为危险截面，该截面受以下力： 水平 垂直 轴向力： 图 14 顶推架横断面 =26.5 符合要求6.3.2铰销轴的计算 KN KN =34.3 销轴螺栓受力为根据按螺栓强度设计螺栓尺寸 = =48.3 KN螺栓杆与孔臂挤压强度选螺栓 螺栓杆的剪切强度： 第七章.松土器7.1松土器的结构与选型 图 15松土器 1-安装架；2-倾斜油缸；3-提升油缸；4-横梁5-齿杆；6-保护盖；7-齿尖；8-松土器臂 图 16 松土齿1-齿杆；2-保护板；3-齿尖镶块；4-弹性销轴；5-弹性固定销7.2松土机基本参数的选择7.2.1额定有效牵引力按照有效牵引力的基本形式为： （7-1）额定有效牵引力，它是相应于机械行走机构额定滑转率的牵引力机器的附着重量。在松土机中，由于在不同的作业工况下，松土齿所受垂直力的方向不同，因而影响附着重量值的改变。此时式中 松土机重量(）,这样，额定牵引力的公式即可写为： 额定附着重量利用系数。7.2.2松土深度松土机最大松土深度，按额定牵引力选定。因为TY-220型推土机是中型，所以选择松土深度 h300 mm 破碎角7.2.3松土机工作速度对于悬挂式松土机，其工作速度，与同等级推土机行走速度相同。松土齿的提升速度推荐为，下降速度为7.3松土机的受力分析与主要部件强度计算7.3.1松土机受力分析，强制切入情况 图 17 松土机强制切入时的受力分析2)最大切入力，根据图17a对A点取矩，则得： （7-2）所以 （7-3）式中 松土机重量 L 履带接地长度 松土机重心到驱动轮中心距离 松土器齿尖到驱动轮中心距离 KN3）松土机液压缸拉力的确定松土器强制入如土时，受力如图17b，其中为液压缸拉力；,分别为上连杆和下连杆所受的力。 解上式即得： =173.5 KN式中，为各力与地面垂线的夹角。7.3.2提升松土齿工况1）最大提升力，根据图17a，对B点取矩，即得： 图 17 松土机提升松土齿时的受力分析 KN2）松土机液压缸推力的确定，见图17b，图中为液压缸推力，,分别为上连杆和下连杆所受的力。 解上式得： =557.8 KN 7.4主要零件和部件的强度计算7.4.1齿柄强度计算这里按正常松土工况进行计算，这种工况是松土机在水平工作面匀速前进，松土齿固定在最大松土深度，以aa为危险断面，此断面应力为： 图 18 松土机正常作业工况 （7-4） 式中 松土机1挡有效牵引力 K由于土质变化或操纵不准，而使有效牵引力不能发挥的利用系数，一般取0.8L齿尖到危险断面的垂直距离e齿柄中线到齿尖的垂直距离土对松土齿的切削总反力P与的地面的夹角W抗弯截面系数F危险截面的面积许用应力所以 符合要求7.4.2销轴强度计算 按剪切破坏考虑。此处以为作用力，由n个销轴承受，并考虑到受力不均匀系数k=0.8，动载荷系数。销轴强度按下式计算： （7-5）式中 松土机档牵引力 n销轴个数 F受剪截面面积所以 符合要求 第八章 设计小结 此次毕业设计，我的主要任务是，TY220 履带式推土机设计与分析计算，以及图形的绘制。本次设计主要参考资料上的步骤，并应用自己的一些思路对推土机总体的设计及参数选择，在设计通过对推土机的作业要求，熟悉各部分部件的结构方案，性能及其优缺点。总之，我通过对这次设计不仅学到了设计思路，加深了AUTOCAD2004软件的运用能力，还熟练掌握了OFFICE2000软件的编写说明书的方法，也学到了到网上搜寻资料的方法，把找到的资料和实际要求的东西紧密的联系在一起，真是获益多多！致谢本文从题目的确定到框架的构建，直至正文的写作，无不倾注着吴国栋老师的大量心血，在此谨向吴老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。因为我的主要任务是设计计算推土机工作装置，并进行强度校核。总之，此次毕设我获益匪浅，不仅学到了如何借助我们的图书馆和校园网络查找到所需的资料，同时加强了绘图软件AUTOCAD2004的运用功能。当然这其中最重要的是学到了一种精神：一种坚持就是胜利，克服各种困难顽强拼搏的精神。在此特别感谢学校给予我们这些即将踏入社会的毕业生一个设计的机会。 我还要感谢我身边的几位好朋友，正是他们的关心和帮助才让我有信心并且成功地完成了本次毕设。谢谢大家，正是大家的热心帮助才使这篇论文尽早成型。谨以此文献给帮助我的各位朋友和老师！参 考 文 献1 铲土运行机械华东交通大学教材2 唐经世、高国安，工程机械（上、下）.北京：中国铁道出版社，19963 洪家娣、李明、黄兴元， 机械设计指导 江西高校出版社4 单辉祖材料力学（上、下）.高等教育出版社Application and Adjustment of the Bull-dozer Spiller Angle 1. A bull-dozer spiller angle and its application A bull-dozer spiller angle usually includes three basic angles in the homework : the face angle (), the inclination ( ) and the shovel soil angle () (as following figures). (1) The face angle. The face angle refers to an acute angle or right angle on the horizontal plane inside, which is inserted by spiller and bull-dozers line of axis of ordinates(figure a ). The bull-dozer is divided into a fixed shovel bull-dozer and activity shovel type one, according to whether the spiller plane angle can be changed. The spiller face angle of the fixed shovel type bull-dozer is ninety degrees and the stability of its homework is good. The spiller face angle of the activity shovel type bull-dozer is adjustable within the specific limits. When spiller adjusts certain angle by left or right inside in the spiller, realizing side direction unload calls oblique shovel soil, oblique shovel is used for spilling the level place, location construct half dig half fill out road bed or going on other cut the soil homework in slope. As the angle of spiller and the line of axis of ordinates of the bull-dozer is ninety degrees, it is called right shovel soil, and it is used in very commend So activity shovel type bulldoze is used more and more extensive for the function that it can change adapting to that require of topography and construct. (2) The inclination angle. The inclination angle refers to an acute angle inserted by the interior spiller of vertical plane of ground (figure b). The spiller is called the side shovel after the vertical plane inclines in certain angle inside, and the side shovel is used in the facelift of the joining type road bed of the road mainly and the excavation of the side ditch of the road or loose and hard soil. (3) The shovel angle. The shovel angle refers to acute angle inserted by spillers and props up the razor blade and of ground on being in the ground at soil angle shovel land corner (figure c). We can change cutting soil obstruction of the spiller and adapt to the soil of different grades by changing the size of the shovel soil angle, which improves the efficiency of the homework. We should adjust the shovel soil angle big while pushing the first grade soil of the shovel, should turn the shovel soil angle properly down while pushing the second grade shovel, the third grade soil. 2. Adjusting method of the bull-dozer spiller angle of the model TY120 The Model TY120 bull-dozer is an activity shovel type of bull-dozer, face angle is (for 90 degrees or 65 degrees below zero to 65 degrees above zero), inclination angle (may make one angle of spiller invite 0- 300mm on another horn for zero to four point six degrees) can be adjusted. The machinery regulating way into type is more complicated. Before adjusting, we should lift the knife rest to prop with the cushion wood first, make the overhead height of the spiller about 400 millimeters, for adjusted and guaranteed it safely and convenient . (1) Adjusting of face angle. Sell the strut seat of both sides from the strut seat hole which push the shelf to allocate first at the time of the adjustment. When needing the oblique shovel of left, we should rotate left the spiller 65degrees, and sell a hole after selling and inserting left strut flat in and pushing away the shelf and then, then sell a hole in front of selling and inserting right strut flat in and pushing away the shelf; When needing the oblique shovel of right, it adjusts course contrary to above-mentioned course. If needing to resume lifting, we should first sell left, right seat, and then push shelf both sides flat sell hole to insert respectively. (2) Adjusting of inclination angle. When adjusting, for reaching the ideal slope angle of inclination, we have strut shortening method that the strut will be extended on another side of one side using panners which reduces walking to cooperate with regulating. If we put the strut adjustably, but still cant meet the side shovel request we should regulate certain length (which reduces putting the strut to extend of one side soon, putting the strut to shorten of another side). (3) Adjusting of shovel angle. If we need to increase the shovel soil angle when adjustment of the shovel soil angle, we can extend having the strut, then make the strut shorten; If we need to reduce the shovel soil angle, we should make the strut shorten ,and then make the strut extended.推土机铲刀角度的运用和调整1 推土机铲刀角度和其适应推土机铲刀在通常有平面角（）、倾角（）和铲土角（）三个基本角度（见附图）。（1）平面角 平面角是指在水平面内,铲刀与推土机纵轴线所夹的锐角或直角（附图a）。推土机根据铲刀平面角是否能够变化，分为固定铲推土机和活动铲式推土机。固定铲式推土机的铲刀平面角为90且固定不变，其作业的稳定性好。活动铲式推土机的铲刀平面角在一定范围内可调。当铲刀在水平面内向左或向右调整一定的角度后，可实现侧向卸土的称为斜铲，斜铲用于平整场地，在坡度地段构筑半挖半填路基或进行其它切土作业。当铲刀与推土机纵轴线所夹的角为直角地称为正铲，正铲为一般情况下所采用。因此，活动铲式推土机能适应地形和施工要求的变化，应用越来越广泛。（2）倾斜角 倾斜角是指在垂直面内铲刀与地面所夹的锐角（附图b）。铲刀在垂直面内倾一定的角度后称为侧铲，侧铲主要用于道路拱型路基的整形，道路边沟的开挖或疏松坚硬的土壤。（3）铲土角 铲土角是指铲刀支于地面时，刀片与地面所夹的锐角（附图c）。改变铲土角的大小，可改变铲刀的切土阻力，适应不同等级的土壤，提高作业效率。推铲级土壤时应把铲土角调大，推铲、级土壤时应把铲土角适当调小。2 TY120型推土机铲刀角度的调整方法2.TY120型推土机为活动铲式推土机，其平面角（为90或65）、倾斜角（为04.6或可使铲刀的一刀角度于另一刀角约0300mm）均可进行调整。调整方式为机械式，比较复杂。在调整前，为方便调整和保证安全，应先将铲刀架用垫木支起，使铲刀离地面高度约为400mm。（1）平面角的调整 调整时先将两侧撑杆座销从推架的撑杆座孔中拨出；当需左斜铲时，将铲刀向左转动65，再将左撑杆座销插入推架后销座孔，然后将右撑杆座销插入推架前销座孔；当需右斜铲时，其调整过程与上述过程相反。如需恢复正铲时，应先将左、右座销拨出，再分别插入推架两侧中座销孔中即可。（2）倾斜角的调整 调整时为达到理想的倾斜角度，应用扳手将所要降低一侧的上撑杆缩短、另一侧上撑杆伸长的方法时行配合调节。若经调节一定长度后仍不能满足侧铲要求时，可调节下撑杆（即将所要降低一侧的下撑杆伸长，另一侧的下撑杆缩短。（3）铲土角的调整 调整时如需增大铲土角度，可将上撑杆伸长，下撑杆缩短；如需减小铲土角度，应将上撑杆缩短，下撑杆伸长。专心-专注-专业