履帶式挖掘機行走裝置設(shè)計

濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計PAGE21-1前言1.1課題研究的目的及意義1.1.1課題研究的目的挖掘機械是工程機械的中一種主要類型，是土石方開挖的主要機械設(shè)備，包括有各種類型與功能的挖掘機。各種類型的挖掘機已廣泛應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利電力工程，農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等的機械化施工中。據(jù)統(tǒng)計，工程施工中約有60%以上的土石方量，均由挖掘機來完成。選擇研究此課題，是為了跟好地為挖掘機履帶行走裝置的設(shè)計提供一些方法和參考。1.1.2課題研究的意義挖掘機械在工程機械發(fā)展中占有很大比重和重要的地位，是重點發(fā)展的機械品種之一。尤其是中小型、通用的單斗挖掘機不僅用作土石方的挖掘工作，而且通過工作裝置的更換，還可以用作起重、裝載、抓取、打樁、鉆孔等多種作業(yè)。它在各種工程施工中功用更大，已經(jīng)成為機械化施工中廣泛使用的不可缺少的重要機械裝備。我國挖掘機行業(yè)近年來雖有很大的發(fā)展，但是生產(chǎn)的品種、數(shù)量和技術(shù)性能的先進性都還跟不上客觀發(fā)展的要求，質(zhì)量尤其需要進一步提高，這在當(dāng)前形勢下，挖掘機械行業(yè)所面臨的迫切而艱巨的任務(wù)。能否多、快、好、省地完成這項任務(wù)，將直接影響到機械化水平的提高，影響到國防建設(shè)，影響到現(xiàn)代化建設(shè)的速度。履帶式液壓挖掘機是一種常見的土石方開挖機械設(shè)備，廣泛應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利電力工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等的機械化施工中。挖掘機歷來為世界各國工程機械行業(yè)永恒不變的焦點，但由于其復(fù)雜的制造技術(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及投入產(chǎn)出比高的特點，長期以來挖掘機所配套的關(guān)鍵液壓零部件技術(shù)被歐美日韓所掌控，我國在挖掘機產(chǎn)品上的技術(shù)與世界先進水平存在較大差距。然而，近年來國產(chǎn)挖掘機品牌的市場占有率正在逐步攀升，一批具有較強自主創(chuàng)新能力的挖掘機生產(chǎn)商在不斷壯大。從國際市場看，我國已經(jīng)成為世界最大的挖掘機生產(chǎn)國和消費國之一。但是國內(nèi)將近80%的份額被國外品牌占領(lǐng)。這就需要對履帶式挖掘機作更為深入的研究。通過選擇此課題，可以進一步鞏固加深對所學(xué)工程機械知識的理解，并且為我國挖掘機的具體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計及優(yōu)化貢獻一些力量。同時，可以培養(yǎng)我們獨立思考、綜合運用知識、分析與解決問題、思維創(chuàng)新的能力，尤其注重培養(yǎng)我們在方案設(shè)計、設(shè)計計算、工程繪圖、文字表達、文獻查閱、計算機應(yīng)用及工具書使用等方面的基本工作實踐能力，使我們樹立具有符合國情和生產(chǎn)實際的正確設(shè)計思想和觀點，樹立嚴謹、負責(zé)、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、敢于創(chuàng)新、善于與他人合作的工作作風(fēng)。1.2挖掘機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國產(chǎn)挖掘機的功能比較單一，其衍生產(chǎn)品較少，而且國產(chǎn)挖掘機規(guī)格主要集中在30噸以下，6噸以下的規(guī)格比較齊全，從1.5噸-30噸基本形成系列，200噸以上基本空白，因此我國挖掘機還處于“發(fā)展期”。我國挖掘機企業(yè)在研發(fā)體系和試驗體系建設(shè)方面雛形難見，產(chǎn)品的開發(fā)基本上處于仿造階段，電控技術(shù)只有山東眾友等少數(shù)公司自己開發(fā)，大多數(shù)企業(yè)都在選購。節(jié)能減排，降噪安全部件精細作業(yè)的工作裝置、不同功能的附屬裝置等方面的研發(fā)個別企業(yè)才剛剛起步，大多數(shù)企業(yè)沒有能力涉及。目前我國挖掘機的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)件、電控、液壓件等核心部件，以及諸如軸銷、司機室、四輪一帶等其他部件。國內(nèi)挖掘機廠家諸如廣西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龍工集團等，正在崛起的江西南特、桂林華力、湖南九五重工、南昌華工、大連黑貓、合肥振宇等。浙江大學(xué)在1996年初制成了一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的液壓挖掘機近距離無線遙控系統(tǒng)，中南大學(xué)與山河智能合作也在無線遙控、GPS/GPRS、無線網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控等方面進行了研究。近些年來，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等新技術(shù)的日益滲透液壓挖掘機技術(shù)中，智能化的進一步應(yīng)用，使得動力系統(tǒng)內(nèi)部一些控制元件能夠隨著挖掘機具體工作狀況而改變，從而提高工作效率，使得操縱變得更容易。世界各工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機技術(shù)得以迅速提高，像國外的這些廠家如日本的小松、日立、神鋼、住友等，美國的卡特、韓國的大宇、現(xiàn)代，尤其是德國的挖掘機，技術(shù)都已經(jīng)很先進了。而今，挖掘機技術(shù)更是朝著智能、環(huán)保的方向發(fā)展，想CarnegieMellon大學(xué)的自主裝載系統(tǒng)、澳大利亞機器人中心、英國蘭卡斯特大學(xué)的智能挖掘機等都在開始新興技術(shù)的融合發(fā)展，上世紀80年代初，美國KraftTeleRobtics公司和JohnDeere公司等都相繼成功開發(fā)出遙控挖掘機，日本小松制作PC200-2型液壓挖掘機為基本機型進行遙控挖掘機研制。在一些文獻中也記載了現(xiàn)階段的一些挖掘機類型，比如WY203型全液壓履帶式挖掘機、W200A履帶式挖掘機[1,2]。在文獻[3]中對履帶式挖掘機的部分構(gòu)件加工技術(shù)工藝進行了分析，在文獻[4]中對機械式挖掘機履帶式行走機構(gòu)設(shè)計及典型故障進行了探討，在文獻[5]中簡述了液壓挖掘機主要構(gòu)件機械加工方案。同時，在文獻[6]中作者對履帶式混凝土皮帶布料機進行了研究，在文獻[7]中作者著重闡述了履帶式挖掘機器人CCD道路的識別方法，在文獻[8]中介紹了履帶式液壓挖掘機張緊裝置的改進設(shè)計，在文獻[9]中詳細講述了履帶式液壓挖掘機的技術(shù)創(chuàng)新特點。1.3挖掘機技術(shù)的歷史及發(fā)展趨勢最早的挖掘機是以人力或畜力為動力，用于挖深河底的浚泥船，鏟斗容量一般不超過0.2～0.3立方米;；1833～1836年，美國人奧蒂斯設(shè)計和制造了第一臺蒸汽機驅(qū)動、鐵木混合結(jié)構(gòu)、半回轉(zhuǎn)、軌行式的單斗挖掘機，生產(chǎn)率為35立方米／時，但由于經(jīng)濟性差沒有應(yīng)用。7020世紀初至40年代末，挖掘機進入動力和行走裝置多樣化的階段。1910年,出現(xiàn)了第一臺電機驅(qū)動的單斗挖掘機；1912年出現(xiàn)了汽油機和煤油機驅(qū)動的全回轉(zhuǎn)式單斗挖掘機；1916年出產(chǎn)了柴油發(fā)電機驅(qū)動的單斗挖掘機；1924年柴油機直接驅(qū)動開始用于單斗挖掘機上；履帶式行走裝置于1910年開始采用。輪胎式行走裝置隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，廣泛用于小型挖掘機。30年代，出現(xiàn)了步行行走裝置；50年代中期，德國和法國相繼研制出全回轉(zhuǎn)式液壓挖掘機，從此挖掘機的發(fā)展進入一個新階段。在文獻[10]中分析了履帶式挖掘機液壓系統(tǒng)的特點及故障，在文獻[11]中闡述了如何選購履帶式挖掘機，在文獻[12]中提到了挖掘機電控分析及故障診斷技術(shù)，在文獻[13]中分析了小松履帶式挖掘機行走減速器的結(jié)構(gòu)，在文獻[14]中涉及到旋挖鉆機履帶行走裝置支重輪的布置計算方法。此外，文獻[15]、[16]中也分別記載了一些挖掘機的現(xiàn)狀和設(shè)計方法，供畢業(yè)設(shè)計參考。今后，挖掘機的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：首先，大量采用在中大型挖掘機使用的先進技術(shù)，比如三泵系統(tǒng)以及負荷傳感系統(tǒng)，以提高整機的技術(shù)性能，提高作業(yè)的效率及操作的平穩(wěn)性。其次，集中力量解決國產(chǎn)挖掘機質(zhì)量低的通病。通過大量地采用國外原裝的液壓及電氣元器件，以減少小挖的初期故障，以提高整機的無故障作業(yè)的時間。最后，通過全國的大協(xié)作，以解決裝飾外觀的美感問題。1.4課題研究的內(nèi)容單斗液壓挖掘機的行走裝置是整個挖掘機的支承部分，它承受機械的自重及工作裝置挖掘時的反力，使挖掘機穩(wěn)定地支承在地面上工作。同時又使挖掘機能在工作時作場內(nèi)運行及轉(zhuǎn)移工地時作運輸性運行。履帶式行走裝置的特點是牽引力大（通常每條履帶的牽引力達機重35%~45%），接地比壓小（一般為0.4~1.5公斤/平方厘米），因而越野性能好，爬坡能力大（一般為50~80%，最大的達100%履帶式行走裝置由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架通過支重輪、履帶將載荷傳至地面。履帶呈封閉環(huán)繞過驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪，為了減少上分支撓度，履帶有1~2個托鏈輪支持。行走裝置的傳動是由油馬達經(jīng)減速箱傳動驅(qū)動輪使整個行走裝置運行。當(dāng)履帶由于磨損而伸長時可由張緊裝置調(diào)整其松緊度。1.4.1行走架行走架是履帶行走裝置的承重骨架，它由底架、橫梁和履帶架組成，通常用16Mn鋼板焊接。底架連接轉(zhuǎn)臺，承受上部的載荷，并通過橫梁傳給履帶梁。行走架按結(jié)構(gòu)的不同分為組合式和整體式兩種。1.4.2四輪一帶履帶與其繞過的驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪及托鏈輪組成所謂的“四輪一帶”，是履帶式行走裝置的重要零部件，它直接關(guān)系到挖掘機的工作性能和行走性能。合理設(shè)計“四輪一帶”具有重要意義。1.4.3張緊裝置履帶式行走裝置使用一段時間后由于鏈軌銷軸的磨損會使節(jié)距增大，并使整個履帶伸長，導(dǎo)致摩擦履帶梁，脫軌等影響行走的性能。因此，每條履帶必須裝設(shè)張緊裝置，使履帶經(jīng)常保持一定的張緊度。1.4.4履帶式行走裝置的傳動方式單斗液壓挖掘機的履帶行走裝置大多采用液壓傳動，它使履帶行走架結(jié)構(gòu)簡化，并且失去了機械傳動的一套復(fù)雜的錐齒輪、離合器及傳動軸零件。液壓傳動的方式是每條履帶各自有驅(qū)動的油馬達及減速裝置，由于兩個油馬達可以獨立操縱，因此挖掘機的左、右履帶除了可以同步前進后退或一條履帶驅(qū)動、一條履帶止動的轉(zhuǎn)彎外，還可以兩條履帶相反方向驅(qū)動，使挖掘機實現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)，提高了作業(yè)的靈活性。2挖掘機械概述2.1挖掘機械的類型挖掘機常按用途及主要裝置的特征分類：(1)按用途可分為：通用型和專用型。一般中小型挖掘機多為通用型，即以挖掘土壤容重為18kN/m3的標(biāo)準反鏟斗的主要工裝外，還配有適于挖掘各種輕重土質(zhì)和挖掘幅度的反鏟、正鏟、抓斗、起重等多種可換裝置。而大型液壓挖掘機以礦用正鏟為主要裝置型式，用于礦山采掘和裝載作業(yè)。用于隧道等專門作業(yè)的挖掘機也稱專用型。(2)按工作裝置特點可分為：正鏟、反鏟、抓斗、裝載以及起重等。 (3)按行走裝置不同分為：履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式等。履帶式單斗液壓挖掘機因有良好通過性能，應(yīng)用最廣，對于松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶以降低接地比壓。輪式挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在城市道路上行駛，因此，近年來中小型挖掘機亦多采用。汽車式、懸掛式是以汽車及拖拉機為基礎(chǔ)機械裝設(shè)挖掘裝置的小型液壓挖掘機，適用于小量分散的土方工程。(4)按回轉(zhuǎn)的角度可分為：全回轉(zhuǎn)和半回轉(zhuǎn)。全回轉(zhuǎn)可作360°的回轉(zhuǎn)，其功能好，被廣泛采用。小型挖掘機如懸掛式等工作裝置僅能作180°左右的轉(zhuǎn)動，為半回轉(zhuǎn)式。(5)按主要機構(gòu)是否全部采用液壓傳動可分為：全液壓式及半液壓式。半液壓式挖掘機的行走機構(gòu)采用機械傳動。2.2挖掘機械的基本組成挖掘機械一般由動力裝置、傳動裝置、行走裝置和工作裝置等組成。單斗挖掘機和斗輪挖掘機還有轉(zhuǎn)臺，多斗挖掘機還有物料輸送裝置。動力裝置有柴油機、電動機、柴油發(fā)電機組或外電源變流機組。柴油機和電動機大多用于中、小型挖掘機械，用一臺原動機集中驅(qū)動，兩者可互換。柴油發(fā)電機組和外電源變流機組用于大、中型挖掘機械，用多臺電機分散驅(qū)動。行走裝置主要用來支承機器、使機器變換工作位置和轉(zhuǎn)移作業(yè)場地；另外，鏈斗式挖掘機和環(huán)輪式挖掘機的鏟斗，隨著行走裝置的連續(xù)行走而切削土壤。行走裝置有履帶式、輪胎式、步行式、軌行式、浮游式和拖掛式等幾種。作業(yè)場地固定、要求接地比壓較低時用履帶式；作業(yè)場地多變時用輪胎式；因施工條件特殊而必須架設(shè)專用軌道時，用軌行式；挖掘水下泥土用浮游式；小型單斗挖掘機的行走裝置無動力源時，用拖掛式；作業(yè)場地固定、機器重量大時，用步行式。步行式行走裝置大多用于單斗挖掘機中的大、中型拉鏟挖掘機和斗輪挖掘機。2.3小型挖掘機簡述2.3.1小型挖掘機的基本結(jié)構(gòu)特點(1)行走裝置采用機動性好的履帶式，為了防止破壞城市路面，大多采用橡膠履帶。(2)除上部回轉(zhuǎn)臺可旋轉(zhuǎn)360°，動臂又可相對轉(zhuǎn)臺偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和動臂偏轉(zhuǎn)結(jié)合起來，可進行側(cè)溝挖掘。(3)為進行平整土地、回填土，一般裝有推土板。2.3.2小型挖掘機的類型根據(jù)小型挖掘機基本功能要求，為了更適應(yīng)作業(yè)形態(tài)和工作要求，經(jīng)過淘汰進化，目前有以下三種形式:(1)標(biāo)準型是最早產(chǎn)生的小型挖掘機機種，其機構(gòu)特點是挖掘機前部工作裝置和后部平衡部分都突出在履帶寬度之外。機體較寬敞，駕駛室居住性好，重心布置得當(dāng)，穩(wěn)定性好，作業(yè)性能優(yōu)良。(2)超小回轉(zhuǎn)型其主要特點是工作裝置在收縮狀態(tài)可收到履帶寬度之內(nèi)，其后部平衡部分也在履帶寬度之內(nèi)，即整個上部回轉(zhuǎn)體輪廓的最小回轉(zhuǎn)半徑小于履帶寬度。它主要用于非常狹窄的場所下進行施工，例如管道施工等。(3)后部小回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)機體后部設(shè)計成圓弧形，它的外廓旋轉(zhuǎn)半徑在履帶寬度范圍之內(nèi)。2.3.3小型挖掘機一般是指總重在6t以下的挖掘機，本畢業(yè)設(shè)計課題就是要研究用于城市、狹窄地區(qū)、代替人力勞動的小型挖掘機械。主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。它體積小、機動靈活，在其上可以附裝各種工作裝置，是多用途萬能型的城市建設(shè)機械。2.3.4由于小型挖掘機的特點很靠近人，因此在設(shè)計上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機、環(huán)境的協(xié)調(diào)，要特別注意以下幾個方面：(1)安全性：機械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相互碰撞，防傾翻穩(wěn)定性要好。(2)低公害：排放要求高、低震動、低噪音，聲音要比較悅耳。(3)和周圍環(huán)境能夠調(diào)和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們的不愉快感，要尊重人，對人有親和感。(4)盡量擴大其使用功能，可裝多種附屬裝置，應(yīng)成為城市萬能型工程機械。(5)操縱簡便，任何人一學(xué)就會，都能操縱。3履帶式挖掘機行走裝置方案設(shè)計挖掘機的行駛性能和其牽引力及工作質(zhì)量密切相關(guān)，關(guān)系到行駛性方面的主要技術(shù)參數(shù)有：牽引力、工作質(zhì)量、爬坡角度、行走速度、接地比壓、轉(zhuǎn)向角度及行走架的離地距離等。3.1工作裝置尺寸的確定已知參數(shù)有：額定功率：30kW/2350rpm整機重量：5500kg斗容量：0.18m3采用經(jīng)驗公式計算履帶帶長、驅(qū)動輪與導(dǎo)向輪軸向中心距、導(dǎo)軌之間的距離、履帶高度、履帶板寬、地盤總寬、履帶接地長度、后端支重輪到驅(qū)動輪間距、前端支重輪到導(dǎo)向輪間距、兩端支重輪間距、相鄰兩支重輪間距等。3.2行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的布置3.2.1支重輪的選取挖掘機的重量是通過支重輪傳給地面的，工作時如果地面不平整，容易受到?jīng)_擊，所以支重輪承受的載荷較大。支重輪的工作條件比較惡劣，經(jīng)常處在塵土中，有時還會浸泡在泥水中，故要求密封可靠。過去支重輪的結(jié)構(gòu)型式很多，標(biāo)準化后規(guī)定挖掘機一般采用直軸式結(jié)構(gòu),如圖3.1所示。3.2.2托鏈輪的選取拖鏈輪的作用主要是支撐履帶部分，防止其長期磨損而松動。托鏈輪要和支重輪的聯(lián)系尺寸相同。如圖3.2所示。圖3.1支重輪圖3.2托鏈輪3.2.3導(dǎo)向輪的選取導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正常的繞轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌。大多數(shù)挖掘機的導(dǎo)向輪也同時起到支重輪的作用，這樣可以增加履帶對地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面多數(shù)制成光面，中間擋肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度，兩側(cè)邊的斜度要小，以作為導(dǎo)向用，如圖3.3所示。3.2.4驅(qū)動輪的選取驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)有多種型式，分為整體式和分體式兩種。按照驅(qū)動輪輪齒節(jié)距的不同分為等距齒驅(qū)動輪及不等距齒驅(qū)動輪兩種。等距驅(qū)動輪使用頻率較多，所以采用等距驅(qū)動輪，它的齒數(shù)經(jīng)過計算查表后選擇為25個，如圖3.4所示。圖3.3導(dǎo)向輪圖3.4驅(qū)動輪3.2.5履帶的選取挖掘機的履帶有整體式和組合式兩種，整體式是履帶板上帶有嚙合齒的，直接與驅(qū)動輪嚙合，履帶板本身作為支重輪等輪子的滾動軌道。但是整體式履帶的缺點是磨損較快，而目前挖掘機中廣泛使用拖拉機型式的組合式履帶，本設(shè)計中就采用組合式履帶:圖3.5組合式履帶節(jié)3.2.6行走架的選擇行走架是按照結(jié)構(gòu)的不同分為組合式和整體式兩種。組合式行走架的底架為框架結(jié)構(gòu)，橫梁可以用工字鋼或者焊接的箱形梁插入履帶架孔中。它的缺點是履帶架截面削弱較多，剛性較差，在截面削弱處容易產(chǎn)生裂縫。整體式行走架可以較好地避免上述缺點，它結(jié)構(gòu)簡單、自重較輕且剛性較好，所以在本設(shè)計中選擇整體式行走架。圖3.6行走架1—左支架體；2—底座；3—右支架體3.3履帶張緊裝置的選擇近年來在挖掘機中廣泛采用一種液壓張緊裝置，這是一種帶有輔助油缸的彈簧張緊裝置，它借助了潤滑用的黃油槍將黃油壓注入油缸，使得活塞外伸，一端移動導(dǎo)向輪，另一端壓縮彈簧使之預(yù)緊。但是預(yù)緊之后的彈簧尚需要留有適當(dāng)?shù)男谐唐鹁彌_作用。如果履帶太緊需要放松時，可擰開注油嘴，從油缸中放出適量黃油。在本設(shè)計中就選用了液壓張緊裝置。圖3.7液壓張緊裝置3.4減速箱的選擇行走減速機安裝座一般情況下采用行走減速機安裝座與箱形履帶梁拼焊前進行加工的方案，焊接后不再進行加工。采用的設(shè)備一般為臥式加工中心和搖臂鉆床加工。3.5履帶式挖掘機行走裝置結(jié)構(gòu)圖通過對以上各種零部件的優(yōu)缺點分析與描述，初步選定以下方案進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖3.8所示：圖3.8履帶式行走裝置結(jié)構(gòu)圖1—減速箱；2—油馬達；3—托鏈輪；4—行走架；5—驅(qū)動輪；6—履帶；7—支重輪；8—張緊裝置；9—導(dǎo)向輪4履帶式挖掘機行走裝置計算履帶式挖掘機已知參數(shù)有：額定功率：30kW/2350rpm；整機重量：5500kg；斗容量：0.18m34.1履帶式挖掘機行走裝置基本參數(shù)的計算4.1.1爬坡能力挖掘機自重在斜坡方向的分力：(4.1)式中G—挖掘機自重；—坡度角；運行阻力：(4.2)履帶的內(nèi)阻力:(4.3)則最大牽引力T應(yīng)不小于這些阻力之和，即：(4.4)計算可得：此外還應(yīng)滿足挖掘機在爬坡時不打滑的條件，即：(4.5)式中—履帶與地面的附著系數(shù)，即：表4-1履帶與地面的附著系數(shù)路面土質(zhì)混凝土干粘土壓實粘土干沙土堅實土路0.450.900.700.300.90路面土質(zhì)冰濕粘土壓實雪地濕粘土松散土路0.120.700.250.500.60求解公式(4.4)和(4.5)即可求得最大的角，表示挖掘機的最大爬坡能力。解得：4.1.2接地比壓(4.6)或(4.7)所以式中—履帶平均接地比壓（Pa）；—挖掘機工作質(zhì)量（kg）；—重力加速度（m/s2）；—履帶接地長度（m）；—履帶寬度（m）；—履帶高度（m）。注：小挖的平均接地比壓為30103Pa上下。4.1.3最大牽引力履帶行走裝置的最大牽引力T計算公式為：(4.7)式中—履帶行走裝置的滾動阻力；—履帶行走裝置的坡道阻力；—履帶行走裝置的滾動阻力系數(shù)；—最大設(shè)計坡度角；—整機重力。表4-2滾動阻力系數(shù)f路面土質(zhì)混凝土凍結(jié)冰雪地堅實土路松散土路泥濘地f0.050.03—0.040.070.100.10—0.15另外，T也可以這樣選?。海?.9）式中—整機最大牽引力（N）；—整機質(zhì)量（kg）。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)擬合的最大牽引力與整機質(zhì)量關(guān)系式為：（4.10）所以式中—整機最大牽引力（N）；—整機質(zhì)量（kg）。4.2主要零部件的選擇4.2.1鏈軌節(jié)節(jié)距和四輪一帶鏈軌節(jié)節(jié)距t按經(jīng)驗公式選取：（4.11）—整機質(zhì)量（）。取確定鏈軌節(jié)距t之后，就可以根據(jù)t計算四輪一帶的有關(guān)參數(shù)。（1）履帶板寬度：6.5噸以下的小挖標(biāo)準履帶寬為（2）驅(qū)動輪節(jié)圓直徑：=t/sin()（4.12）式中—驅(qū)動輪齒數(shù)。表4-3驅(qū)動輪參數(shù)表鏈軌節(jié)距（10-3）驅(qū)動輪齒數(shù)適用范圍（斗容量）鏈軌節(jié)距（10-3）驅(qū)動輪齒數(shù)適用范圍（斗容量）101,125,13535,250.25以下202.8231.00~1.6015423,250.25~0.40215.9,228.6252.5171.05230.40~0.60260.35274根據(jù)t129和斗容量0.18綜合起來選擇z=25.因此=t/sin()=151/sin()0.607（3）導(dǎo)向輪工作面直徑：（4.13）計算得（4）托鏈輪踏面直徑：（4.14）所以可選擇（5）支重輪踏面直徑：（4.15）因支重輪和托鏈輪的聯(lián)系尺寸相同，所以也?。?）鏈軌節(jié)數(shù)n、托鏈輪、支重輪數(shù)量的確定：+（4.16）式中—軸距（10-3m）。為減小摩擦損失，托鏈輪的數(shù)目不宜過多，小挖每側(cè)托鏈輪一般為1個；考慮到滾動阻力的大小和接地比壓的大小和接地比壓的均勻性，小挖每側(cè)支重輪通常為4~5個，具體數(shù)量隨機重的增加而增多。在此設(shè)計中，選擇每側(cè)1個托鏈輪和每側(cè)5個支重輪。4.2.2張緊裝置設(shè)計時，一般要保證履帶的下?lián)隙炔怀^20~4010-3m；張緊裝置的行程應(yīng)大于履帶節(jié)距的，以便在履帶因磨損而造成節(jié)距伸長時，可拆去一塊履帶板而繼續(xù)使用。4.3主要外形尺寸的設(shè)計計算4.3.1接地長度、軌距以及最小離地間隙[17]根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)擬合的接地長度、軌距與整機質(zhì)量關(guān)系式為：（4.17）（4.18）計算后得：考慮到穩(wěn)定性與通過性要求，推薦履帶長度為1500~2300mm，軌距為1250~1900mm。式中—接地長度（10-3m）；—軌距（10-3m）；—整機質(zhì)量（）。（2）實際工作時由于地面不平，兩條履帶不完全與地面接觸，以及由于整機重心的偏移等原因，履帶上的實際接地比壓不均勻，則會出現(xiàn)最大接地比壓，其計算公式為：（4.19）從上式可以看出，L/B值不應(yīng)太小，否則會加大pmax值，降低其通過性。挖掘機在原地轉(zhuǎn)彎時需要克服滾動阻力和轉(zhuǎn)彎阻力，而轉(zhuǎn)彎阻力Tz計算公式為：（4.20）式中—履帶板對地面的摩擦系數(shù)。從上式可以看出，L/B值又不能太大，否則將增大轉(zhuǎn)彎阻力值，降低原地轉(zhuǎn)彎能力，因此L/B的比值應(yīng)恰當(dāng)選擇。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，L/B的比值基本與整機質(zhì)量沒有規(guī)律。初步確定L/B的比值后，可通過原地轉(zhuǎn)彎能力的理論分析進行核算來選定。（4.21）式中—履帶板修正系數(shù)，其中=(b/500)1/3,b為履帶板寬度(10-3m)；—整機機重（N）；—行走最大牽引力（N）。當(dāng)S>2.3時，原地轉(zhuǎn)彎不能實現(xiàn)；2.1<S<2.3時，原地轉(zhuǎn)彎可能實現(xiàn)；S>2.1時，原地轉(zhuǎn)彎性能良好。所以L/B的比值需滿足：L/B2.1（4.22）（3）最小離地間隙也是一個重要參數(shù)。它的大小表明挖掘機通過地面障礙的能力，通過取h0.13G1/3，推薦為300~380mm。式中—最小離地間隙（10-3m）；—整機質(zhì)量（）。4.3.2“四輪一帶”安裝尺寸的確定圖4.1“四輪一帶”安裝尺寸;;;;(其中)初步取。所以。根據(jù)上式算出的支重輪數(shù)量m（取整）然后重新調(diào)整a、b、c尺寸。4.4挖掘機原地轉(zhuǎn)彎能力的校核挖掘機原地轉(zhuǎn)彎是行走時最大的一種阻力。這種阻力主要是由兩部分組成，一部分事履帶在地面的轉(zhuǎn)彎阻力，另一部分是履帶的內(nèi)阻力，即：（4.23）所以因為W小于前面計算出的牽引力T（45804N），所以能實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。式中—履帶對地面接觸處阻力系數(shù)，對三筋履帶=0.5~0.6；—挖掘機重量（）。4.5挖掘機爬坡轉(zhuǎn)彎能力的校核挖掘機爬坡時需要克服下列幾種阻力即：挖掘機自重在斜坡方向的分力：式中G—挖掘機自重；—坡度角；運行阻力：履帶的內(nèi)阻力:則最大牽引力T應(yīng)不小于這些阻力之和，即：計算可得：此外還應(yīng)滿足挖掘機在爬坡時不打滑的條件，即：通過計算發(fā)現(xiàn)，以上關(guān)系都能設(shè)計滿足要求。5結(jié)論本課題通過經(jīng)驗公式與實際工作要求相結(jié)合，對履帶行走裝置的主要參數(shù)進行了計算和校核，并進行了各部分零部件和履帶行走裝置總裝配圖的繪制，為小型挖掘機履帶行走裝置的設(shè)計提供了參考。在本設(shè)計中，履帶式行走裝置的牽引力大，接地比壓小，因而越野性能好，爬坡能力大，且轉(zhuǎn)彎半徑小、機動靈活。目前履帶式行走裝置零部件已經(jīng)標(biāo)準化，普遍采用工業(yè)拖拉機型的結(jié)構(gòu)型式，提高了行走性能，有利于批量生產(chǎn)，降低成本。履帶行走裝置作為挖掘機的支承部件，它的性能直接影響挖掘機的性能，因此在新產(chǎn)品開發(fā)中，合理設(shè)計行走裝置很重要。在利用CAXA進行裝配圖和零件圖的繪制過程中，也遇到了一些困難與問題，還需要對以下幾個方面做進一步的研究和改進：（1）履帶式行走裝置的外形需要進一步優(yōu)化；（2）由于所學(xué)知識的局限性，沒有利用三維軟件很好地繪制履帶式行走裝置的立體圖?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用HYPERLI