反鏟液壓挖掘機(jī) 課件 第 6 章 行走裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2024年12月第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)第六章行走裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)6.1液壓挖掘機(jī)行走裝置6.2行走裝置總體結(jié)構(gòu)6.3履帶式行走裝置6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)6.4輪胎式行走裝置第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)

挖掘機(jī)的行走裝置主要用來支承機(jī)器、使其轉(zhuǎn)移作業(yè)場地，其形式有履帶式、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(shí)用履帶式；作業(yè)場地多變時(shí)用輪胎式；因施工條件特殊而必須架設(shè)專用軌道時(shí)，用軌行式；挖掘水下泥土用浮游式；小型單斗挖掘機(jī)的行走裝置無動(dòng)力源時(shí)，用拖掛式；作業(yè)場地固定、機(jī)器重量大時(shí)，也可用步行式。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)履帶式輪胎式水陸兩棲式全地形式軌道式浮游式（船式）液壓挖掘機(jī)行走裝置應(yīng)盡量滿足以下要求：

1、應(yīng)有較大的牽引力，以使挖掘機(jī)具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能。

2、在不增大行走裝置高度的前提下應(yīng)具有較大的離地間隙，以提高其不平地面上的越野性能。

3、具有較大的支撐面積或較小的接地比壓，以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。

4、在斜坡下行時(shí)不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高挖掘機(jī)的安全性。

5、外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊?。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.1履帶式行走裝置6.1履帶式行走裝置履帶式行走裝置主要由即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托帶輪及履帶行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)力大，接比壓?。?0-150kPa），越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大可達(dá)100%），轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。缺點(diǎn)：制造成本高，運(yùn)行速度低，運(yùn)行和轉(zhuǎn)向時(shí)功率消耗大，零件磨損快，遠(yuǎn)距離運(yùn)行時(shí)需借助于其他運(yùn)輸車輛。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)1—導(dǎo)向輪；2—張緊彈簧；3—履帶；4—履帶架；5—支重輪；6—托鏈輪；7—驅(qū)動(dòng)輪；8—行走馬達(dá)總成；9—底架。X型行走架H型行走架1）X型行走架搭接在履帶架上的距離較大，從而增加了整體的強(qiáng)度和剛度，避免了左、右履帶架的扭曲、變形，使上部載荷和工作載荷產(chǎn)生的應(yīng)力能較均勻地分布于整個(gè)履帶架，當(dāng)車架在不平地面或惡劣工況下工作時(shí)其變形不至于超過允許值。2）可將行走馬達(dá)油管及減速機(jī)構(gòu)總成全部藏入履帶架內(nèi)，使整機(jī)的外形更加簡潔美觀，并提高了通過性。3）有效減輕了重量，比過去節(jié)省材料達(dá)２０％左右，并降低了整機(jī)的重心位置，提高了作業(yè)穩(wěn)定性。X型行走架的優(yōu)點(diǎn)

第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)橡膠履帶整體結(jié)構(gòu)示意圖橡膠履帶外形示意圖優(yōu)點(diǎn)：

1）重量輕、接地比壓小、振動(dòng)小、噪聲低、行駛平順、附著力大、行駛阻力小、轉(zhuǎn)向靈活、地面適應(yīng)性好、不損壞路面等；

2）無銷軸與銷套、結(jié)構(gòu)簡單、無內(nèi)部磨擦和磨損，傳動(dòng)效率高、適合于在城市或農(nóng)田施工。主要缺點(diǎn)：

1）強(qiáng)度低、承載能力差；

2）在連續(xù)反復(fù)載荷及變形作用下溫升較高，使橡膠迅速老化、剛度下降并變脆脫落，從而影響了整體使用壽命。適用范圍：一般用在小型或微型挖掘機(jī)上以及特殊場合使用的其它車輛上，不適合在中、大型挖掘機(jī)上使用。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)橡膠履帶驅(qū)動(dòng)輪

驅(qū)動(dòng)輪將行走馬達(dá)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速傳給履帶，再通過地面使車輛獲得牽引力而行走，因此，對驅(qū)動(dòng)輪的要求首先是與履帶應(yīng)正確嚙合，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)傳動(dòng)，并且當(dāng)履帶因銷套磨損而伸長后仍能使之很好地嚙合而傳遞動(dòng)力。履帶車輛的驅(qū)動(dòng)輪通常置于后部，可使履帶的張緊段較短，減少磨損和功率損失。分體式驅(qū)動(dòng)輪不等距齒的驅(qū)動(dòng)輪分體式驅(qū)動(dòng)輪的輪齒磨損后不必卸下履帶便可更換局部的輪齒，方便施工現(xiàn)場操作。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)履帶驅(qū)動(dòng)裝置高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的履帶行走裝置

液壓挖掘機(jī)的履帶驅(qū)動(dòng)裝置一般由液壓馬達(dá)及減速機(jī)構(gòu)組成，分為高速方案和低速方案兩類。高速方案通常由液壓馬達(dá)與多級(jí)行星齒輪集成，最后驅(qū)動(dòng)履帶的驅(qū)動(dòng)鏈輪。這種結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，基本上不影響挖掘機(jī)的通過性。

驅(qū)動(dòng)鏈輪采用了分體式結(jié)構(gòu)，其輪齒部分用螺栓連接于驅(qū)動(dòng)輪輪轂上。低速方案一般只由低速大扭矩液壓馬達(dá)組成，因其結(jié)構(gòu)尺寸較大，空間布置空難，已很少采用。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)1—內(nèi)齒圈；2—三級(jí)行星架；3—三級(jí)太陽輪；4—二級(jí)行星架；5—二級(jí)太陽輪；6—一級(jí)行星架；7—一級(jí)太陽輪（馬達(dá)輸出軸）；8—一級(jí)行星輪；9—二級(jí)行星輪；10—三級(jí)行星輪；11—縮緊裝置；12—驅(qū)動(dòng)輪；13—驅(qū)動(dòng)輪轂；14—浮動(dòng)油封；15—?dú)んw；16—制動(dòng)器；17—壓緊活塞；18—行走液壓馬達(dá)。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)

采用3級(jí)行星傳動(dòng)的行走減速裝置6.2輪胎式行走裝置（1）輪胎式行走裝置的總體結(jié)構(gòu)型式

輪胎式行走裝置按照支腿組合形式分為無支腿、雙支腿、四支腿等形式。無支腿第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)有前推土鏟和雙后支腿四支腿無推土鏟只有推土鏟

1）要求地面平整、堅(jiān)實(shí)，以免輪轍過深（最大接地比壓為150~500KPa），增加挖掘機(jī)行駛阻力和轉(zhuǎn)向阻力，影響挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。

2）輪胎式挖掘機(jī)的行走速度通常不超過40km/h，也有不少超過此值甚至更高，爬坡能力為40%-60%。

3）為了改善挖掘機(jī)的越野性能，宜采用全輪驅(qū)動(dòng)，液壓懸掛平衡擺動(dòng)軸。作業(yè)時(shí)由液壓支腿支撐，使前后橋卸荷使整機(jī)穩(wěn)定性得以提高。（3）輪胎式行走裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式（2）輪胎式行走裝置與履帶式行走裝置相比較的主要特點(diǎn)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械液壓傳動(dòng)全液壓傳動(dòng)第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.2輪胎式行走裝置1)機(jī)械傳動(dòng)

變速箱輸出的動(dòng)力從傳動(dòng)箱經(jīng)垂直傳動(dòng)軸從回轉(zhuǎn)中心通至底盤。在底盤上通過下傳動(dòng)箱傳至前后驅(qū)動(dòng)橋。按照行走條件的需要可使前橋接合或脫開，以改善挖掘機(jī)的通過性。

采用純機(jī)械傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是可以借用標(biāo)準(zhǔn)汽車的零部件，成本低、維修方便、傳動(dòng)效率較高。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用變速箱換檔動(dòng)作慢，牽引特性不佳。1一前橋2一停車制動(dòng)器3一上傳動(dòng)箱4一變速箱5—下傳動(dòng)箱6一柴油機(jī)7一離合器8一傳動(dòng)箱9一液壓泵

輪胎式行走裝置的傳動(dòng)方式第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)

行走液壓馬達(dá)直接裝在變速箱上，變速箱引出前后傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)前后橋，或再經(jīng)輪邊減速裝置驅(qū)動(dòng)輪胎，有越野檔、公路檔和拖掛檔三種速度。液壓機(jī)械傳動(dòng)采用高速液壓馬達(dá)，使用可靠，這種傳動(dòng)系統(tǒng)比采用純機(jī)械傳動(dòng)簡單，省掉上、下傳動(dòng)箱及垂直軸，結(jié)構(gòu)布置較為方便，但需要中央回轉(zhuǎn)接頭才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力自上而下的順利傳輸而不影響轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)，在傳動(dòng)性能方面經(jīng)過適當(dāng)選擇液壓元件和變速箱檔級(jí)可以減少各檔級(jí)間的牽引力突變。2)液壓機(jī)械傳動(dòng)三檔變速箱

輪式行走裝置的液壓機(jī)械傳動(dòng)圖第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)3)全液壓傳動(dòng)采用兩個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過對兩個(gè)馬達(dá)的串聯(lián)或并聯(lián)供油達(dá)到調(diào)速和改變驅(qū)動(dòng)力矩的目的，用較簡單的變速箱即可得到較多的檔數(shù)。當(dāng)兩個(gè)液壓馬達(dá)串聯(lián)時(shí)，各自都得到全部流量，速度高、驅(qū)動(dòng)力矩小，適于高速公路行駛。當(dāng)兩個(gè)液壓馬達(dá)并聯(lián)時(shí)，每個(gè)只得到全部流量的一半，轉(zhuǎn)速低、驅(qū)動(dòng)力矩大，適于低速越野行駛。采用全液壓傳動(dòng)在轉(zhuǎn)向時(shí)車速由液壓系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，利用差速作用，每個(gè)車輪都能很好地適應(yīng)越野工況。由于省去了機(jī)械變速箱使得結(jié)構(gòu)大為簡化、在空間上易于布置、離地間隙較大、通過性好。缺點(diǎn)是效率較低、對馬達(dá)等液壓元件的質(zhì)量要求較高。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)輪胎式液壓挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)向方式有：

（1）按整機(jī)轉(zhuǎn)向型式有偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向和折腰式轉(zhuǎn)向等。

（2）按轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式有機(jī)械式轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向和氣壓助力轉(zhuǎn)向等。

（3）按轉(zhuǎn)向輪位置有前輪轉(zhuǎn)向、后輪轉(zhuǎn)向和全輪轉(zhuǎn)向等。

轉(zhuǎn)向原理

目前輪胎式液壓挖掘機(jī)廣泛采用偏轉(zhuǎn)前輪液壓轉(zhuǎn)向方式，并利用反饋機(jī)構(gòu)解決方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的聯(lián)鎖問題。

通過轉(zhuǎn)向器的操縱，油泵輸出的壓力油經(jīng)中心回轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入轉(zhuǎn)向油缸，推動(dòng)左轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使其繞轉(zhuǎn)向節(jié)主銷轉(zhuǎn)動(dòng)。通過轉(zhuǎn)向橫拉桿帶動(dòng)右轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪同時(shí)偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

上述轉(zhuǎn)向節(jié)臂有用液壓推動(dòng)、液壓助力推動(dòng)、氣壓助力推動(dòng)和靜液壓推動(dòng)等幾種方式，但以液壓推動(dòng)最為普遍。4)輪胎式液壓挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)簡介第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)

擺線轉(zhuǎn)子泵式液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由液壓泵1、轉(zhuǎn)向器2、轉(zhuǎn)向節(jié)臂5及轉(zhuǎn)向液壓缸6等組成，它也是一種液壓反饋式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

擺線轉(zhuǎn)子泵式液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)僅可使輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)角與方向盤轉(zhuǎn)角成正比，而且當(dāng)液壓泵出現(xiàn)故障時(shí)還能當(dāng)手動(dòng)泵用，以靜壓方式來轉(zhuǎn)向。該型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在輪式挖掘機(jī)中應(yīng)用很普遍，并且轉(zhuǎn)向器已成定型產(chǎn)品，機(jī)構(gòu)布置方便，故使用很多，如在國產(chǎn)WLY60和WLY40型等輪胎式液壓挖掘機(jī)均采用這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

1—液壓泵；2—轉(zhuǎn)向器；3—方向盤；4—中央回轉(zhuǎn)接頭；5—轉(zhuǎn)向節(jié)臂；6—轉(zhuǎn)向油缸第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)5)輪胎式液壓挖掘機(jī)的懸掛裝置簡介安裝懸掛裝置的主要目的是兼顧作業(yè)和行駛第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)液壓懸掛平衡裝置1—懸掛液壓缸；2—前橋；3—擺動(dòng)鉸銷；4—閥。輪胎式挖掘機(jī)與履帶式挖掘機(jī)的駕駛室對比第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)行駛阻力分析履帶式車輛行駛中需要克服的總阻力Fr

包括以下幾部分：a)土壤的變形阻力Fr1；b)坡度阻力Fr2；c)轉(zhuǎn)向阻力Fr3；d)履帶行走裝置的內(nèi)阻力Fr4。

牽引力計(jì)算原則是行走裝置的牽引力應(yīng)該大于上述各項(xiàng)阻力之和（不同行駛工況下其組成會(huì)有所不同），而又不應(yīng)超過整機(jī)與地面的附著力。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)履帶式車輛行駛時(shí)會(huì)擠壓土壤使其產(chǎn)生變形，這部分阻力即由此得來。雙履帶液壓挖掘機(jī)單側(cè)履帶的運(yùn)行阻力按下式計(jì)算：：

1）土壤的變形阻力Fr1式中，b為履帶寬度，m；p為履帶的接地比壓，kPa；p0為土壤抗陷系數(shù)，其意義為使土壤受壓表面下陷1cm所需要的單位面積壓力，其單位為“kPa/cm”。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)坡度阻力是由于機(jī)器在斜坡上因自重沿縱坡方向的分力所引起的：

2）坡度阻力Fr2式中，α為坡度；m為整機(jī)質(zhì)量。3）轉(zhuǎn)向阻力Fr3在假設(shè)履帶接地比壓均布的前提下，挖掘機(jī)原地轉(zhuǎn)向時(shí)單側(cè)履帶的轉(zhuǎn)向阻力（牽引阻力）按下式計(jì)算：

式中，β為轉(zhuǎn)向時(shí)履帶板側(cè)邊刮土的附加阻力系數(shù)，取β=1.15；μ為履帶與地面的摩擦系數(shù)（轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)）；G為挖掘機(jī)工作重量，kN；L為履帶接地長度，m；B為履帶中心距，m。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)

履帶式行走裝置運(yùn)行時(shí)的內(nèi)阻力包括驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、拖鏈輪、履帶銷軸間的內(nèi)摩擦力及履帶板與驅(qū)動(dòng)輪嚙合等的摩擦阻力、滾動(dòng)阻力等項(xiàng)，這些因素可綜合表示為履帶式行走裝置的效率。

4）履帶行走裝置的內(nèi)阻力Fr4式中，F(xiàn)r41為履帶銷軸間的摩擦阻力；Fr42為支重輪的摩擦阻力；Fr43為驅(qū)動(dòng)輪的摩擦阻力；Fr44為導(dǎo)向輪的摩擦阻力。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)

（1）確定行走馬達(dá)的輸出扭矩

應(yīng)在首先考慮行走減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比及效率的基礎(chǔ)上，將行走牽引力轉(zhuǎn)化為單側(cè)行走馬達(dá)所需的輸出扭矩，即單側(cè)行走馬達(dá)所需的最大輸出扭矩應(yīng)滿足：

5）履帶式液壓挖掘機(jī)行走馬達(dá)主參數(shù)的確定式中，ixg為行走減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比；

ηxg為行走減速機(jī)的效率。第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)

（2）確定行走馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速和排量

液壓馬達(dá)所需最高轉(zhuǎn)速為：

式中，vmax為最大行走速度，km/h；Dq為驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑，m;

i為行走減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比.第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)

對變量液壓馬達(dá)來說，其最小排量為：

式中，

Qmax為工作油泵的最大輸出流量，L/min，需預(yù)先估計(jì)；ηv1為工作油泵至液壓馬達(dá)的容積效率；

ηv2為液壓馬達(dá)的容積效率；nmmax為液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速。其最大排量取決于馬達(dá)的進(jìn)出口壓差及所需的最大輸出扭矩：

式中，

Mmmax為液壓馬達(dá)所需最大輸出扭矩，N·m；

Δp為液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓力差，MPa；ηm為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。

第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)6.3履帶式行走裝置的設(shè)計(jì)6）行走機(jī)構(gòu)主要性能校核

（1）

最大牽引力校核挖掘機(jī)的整機(jī)牽引力為：

為了保證挖掘機(jī)的正常行駛，F(xiàn)Q應(yīng)能克服最大的行駛阻力Fr，并小于履帶和地面之間的最大附著力Fφ。

（2）最大行走速度校核

挖掘機(jī)的最大行走速度：

式中，F(xiàn)Q為整機(jī)牽引力，N，等于行駛阻力；v為行走速度，km/h;

η為行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，取0.7～0.8；

kr為泵或馬達(dá)的變量系數(shù)(如采用定量泵和定量馬達(dá)則=1)；

第六章行走裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)