1、 （2010 届）本科生毕业设计资料题 目 名 称 ： 履带式推土机 学 院（部）： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 机设 064 学号 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处全套图纸，加 1538937062010 届本科生毕业设计资料第一部分 设计说明书（2010 届）本科生毕业设计履带式推土机的设计学 院（部）： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 周勇 班 级： 机设 064 学号 06410200213 指导教师姓名： 李睿 职称 讲师 最终评定成绩 2010 年 摘
2、 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
3、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- 1 -ABSTRACTBulldozers, 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-chang
4、ing 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. Th
5、is 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 stren
6、gth 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 accordi
7、ng 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 录第 1 章 绪论 11.1 推土机概述 11.1.1 履带式推土机介绍 11.1.2 推土机的应用 21.1.3 我国推土机产品的发展前景 21.1.4 推土机总体设计的任务 31.2 课题任务 31.3 课题背景和设计意义 3第 2 章 推土
8、机总体方案设计 52.1 各个机构的选择 52.1.1 动力装置 52.1.2 传动机构 52.1.3 行走机构 62.1.4 工作装置 62.1.5 液压系统 62.2 推土机总体参数选择 62.2.1 推土机重量和接地比压 62.2.2 推土机的行走速度 72.2.3 铲刀的垂直压力和比压入力 72.2.4 铲刀的提升高度和切削深度 72.2.5 推土机生产率 7第 3 章 推土机重心计算 94.1 重心位置分析 94.2 重心位置的确定 9第 4 章 推土机工作装置设计 114.1 工作装置结构类型 114.2 工作装置主要参数及结构尺寸的确定 124.2.1 铲刀的高度和宽度 12-
9、3 -4.2.2 推土板角度参数的选择 124.2.3 推土板曲率半径 144.2.4 推土板直线部分及挡土板尺寸 154.2.5 顶推架于台车架的铰点位置 154.2.6 铲刀钢板厚度 154.3 推土机工作装置的强度计算 154.3.1 土壤的切削性能 154.3.2 推土机受力分析 164.3.3 推土机作业阻力计算 184.4 推土机铲刀的强度计算 204.4.1 计算位置的确定（第一计算位置） 204.4.2 超静定计算 204.4.3 斜撑杆强度计算 274.5 第三位置计算 284.5.1 顶推架的强度计算 284.5.2 铰销轴强度计算 29第 5 章 推土机的稳定性计算 31
10、5.1 推土机切土作业的稳定性 315.2 推土机坡道运行的稳定性 325.2.1 纵向稳定性 325.2.2 横向稳定性 33第 6 章 液压缸设计 346.1 系统压力的确定 346.2 计算油缸尺寸 34结论 37参考文献 38致谢 391第一章 绪 论1.1 推土机概述 1.1.1 履 带 式 推 土 机 介 绍（ 1） .历 史 介 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
11、， 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
12、 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，广泛用于土石方工程中。专用型用于
13、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
14、。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
15、 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 。1.1.2 推 土 机 的 应 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
16、 。 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
17、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（ 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
18、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
19、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） .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
20、 推 土 装 置 的 开 发 应 用 。1.1.4 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
21、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。 1.2 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。 1.3 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
22、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 推土机总体方案设计52.1 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。 2.1.1 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
23、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。2.1.2 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
24、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。2.1.3 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，
25、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。 2.1.4 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
26、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。2.1.5 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。2.2 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
27、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。2.2.1 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： sGq= （2.1）LbGs3102式中： 推土机的使用重量（KN）;s7L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。sGq
28、= =68KPa51.0432187履带式推土机的接地比压一般在 60KPa 左右。2.2.2 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.2.2.3 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）sG1l式中： 推土机使用重量（N） ；sG、 铲刀切削刃及整机重心至倾翻点水平距离；l1为 17385N, 、 分别为 3.5m，1.
29、2m，所以有如下：slP=17385N =42255N2.153比入压 q 是铲刀单位支地面积的垂直压力。q 按下式计算：q 3.4MPaFp50F切削刃接地面积（） 。2.2.4 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。2.2.5 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tQ业生产率 。pQ1 每铲最大推土量 V:V= （2.4）02tghHBmK8式中： 推土板宽度（m） ，取 0.2m；gB推土板高度（m） ，取 1.149m；Hh 平均切土深度（m） ，取 0.545m；土的自然坡度角，取 ；003土
30、地的充盈系数，取 1.0。K所以 V= 1.0=0.06302354.19.2tg32 推土作业生产率 :tQ= ( /h) （2.5）tTKVyni63m式中： 推土机作业时间利用系数，取 0.90；iK推土板土量损漏系数，取决于运输距离 L, =1-0.005L；n nK坡度作业影响系数，取 0.7；yT一个推土周期循环时间（s） ，取T= + + +2 + + （2.4）1vl2421l1t23式中： 切土距离，取 10m；l运土距离，取 50m；2、 、 分别为切土、运土、返回的速度（m/s）,分别取 0.8 1vv4m/s、1.6 m/s、4 m/s;推土机掉头时间，取 10s；1t
31、换挡时间，取 4s；2铲刀下落时间，取 1s。3t所以 T=84s推土作业生产率 = =1.28 /h tQ8490.75.063.3m第三章 推土机重心计算93.1 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
32、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。3.2 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 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）ZgGzP由 =0 得： N =0 (3.2)0Mlz2L10则 = + =1.46ml2L1lGgPz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1lz能提高，入土力大，不易抬头。第四章 推土机工作装置设计114.1 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
