推土機推土鏟工作裝置設計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u296301.1工作設備結構類型 193581.2工作裝置主要參數及結構尺寸的確定 228531.2.1鏟刀的高度和寬度 2291811.2.2推土板角度參數的選擇 373051.2.5頂推架于臺車架的鉸點位置 6130201.2.6鏟刀鋼板厚度 6216151.3推土機工作裝置的強度計算 637811.1.1土壤的切削性能 6236891.1.2推土機鏟刀受力分析 7120551.1.3推土機鏟刀作業(yè)阻力計算 9115951.4推土機鏟刀的強度計算 1153191.4.1計算位置的確定（第一計算位置） 11115151.4.2超靜定計算 12229391.4.3斜撐桿強度計算 1942131.5第三計算位置 2082941.5.1頂推架強度計算 20212541.5.2鉸銷軸強度計算 211.1工作設備結構類型推土機的主要工作部件是推土鏟，推土鏟主要由推土板、推土架和提升裝置組成。排土場的結構部分變?yōu)榫€性，其切削力相對較大，但可能導致排土場兩側土壤流失。鏟刀用在短距離的剝離于運輸的原因是推土板上土壤的預留時間較長，導致工作效率降低。如圖4-1：圖4-1直線型固定式鏟刀推土板的外部結構的下半部是直線型，上半部分圓弧段。如圖4-2所示：圖4-2推土板結構外形推土板斷面結構為斷開式，如圖4-3所示：圖4-3推土板斷面結構型式板的側面跟軸成為，兩側成為直角的結構。作業(yè)的效率跟推土機的外形結構有著重要的聯系，合理布置推土板結構會相對減小阻力。土屑沿著推土面滑動時摩擦力會減小，同時土屑會沿著推土板滑落，可能會形成比較大的土塊。設計土板的外部結構時考慮一下因素：（1）在工作過程中土屑比較容易往前翻落，需要防止向刀背放落的情況。（2）推土板工作時在板前的土量會變多。（3）推土板上升時土屑的量會變小。（4）卸土時需要干凈的卸土，注意濕土被粘的情況。1.2工作裝置主要參數及結構尺寸的確定1.2.1鏟刀的高度和寬度（1）鏟刀的高度鏟刀支地，沿地面垂直方向量出的高度稱為鏟刀高度，發(fā)動機的額定功率決定鏟刀的高度，可按以下經驗公式確定：=（220～275）（㎜）(4.1)式中:—發(fā)動機的額定功率（KW）=233×=1149㎜（4.2）(2)鏟倒寬度鏟刀切削刃外廓寬。推土機鏟刀必須有自身開辟道路的能力，因此鏟刀寬必須大于行走裝置每邊25～35㎜。當鏟刀高度確定后，也可以根據經驗公式確定鏟刀的寬度：=（2.5～3）（4.3）=3×1149=3416㎜1.2.2推土板角度參數的選擇工作效率可以通過減少能量的消耗來提高，這由推土板來實現。土的切削阻力由合理的推土板形狀來減小，土屑沿著土板面向上滑時，土屑會向推土板的前面翻落，這是摩擦損失會減小，從而形成比較大的土堆。如果外部結構不合理會導致摩擦力的提升，會出現能量的損失。在相同的切削面積下改變推土板的外部結構，頂推力會改變，，所以考慮切削角，后角，刀尖角，前翻角，擋土板的安裝角推土板斜裝角，擋土板垂直面的傾斜角等因素。推土板的各角度為如圖4-4所示。圖4-4推土板角度參數（1）切削角的選擇刀片跟地面形成的夾角為切削角，切削阻力可以由切削角來降低，在一般的工作情況下，后角不能小于30度，所以切削角也不能過小。（2）后角的選擇刀片后端面跟地面的夾角是后角，當后角小于30度時會產生刀片后背接地的狀況，這時后角為0導致摩擦力的增大所以一般取為30度。（3）刀刃尖角的選擇，刀片前后的夾角為刀刃尖角。該角度的大小過小時，刀片的強度會減弱，所以取為30度。（4）前翻角的選擇推土板最上緣的切線跟水平面的夾角是前翻角?？紤]到土屑在推土板的翻落性能，合理的選擇前翻角大小，選為75度。（5）推土板回轉角的選擇推土板跟縱軸線的夾角成立為推土板回轉角，大小一般為90度。（6）推土板傾斜角的選擇推土板垂直面和地平面的夾角是推土板傾斜角。可以通過跟該夾角來在斜坡工作的推土板能橫向切土，可以用在堅硬的土質上，一般取為10度。（7）擋土板安裝角的選擇推土板上部的土板于水平面成立的夾角是擋土板的安裝角，取為90度。擋土板起到防止土屑翻落的情況。（8）推土板斜裝角的選擇整個推土板跟地面傾斜安裝的角度是推土板的斜裝角。如果該角度國小會導致土屑的翻落，阻礙鏟刀提升的能力。如果過大了切削角會變大，導致切削阻力的提升，一般斜裝角為75度。推土板各角度的參數值：表4.1推土板角度參數1.2.3推土板曲率半徑推土機的工作效率會受到推土板曲率半徑，為了防止土屑的翻落導致鏟刀前面的積土量增多，曲率半徑要小一些，考慮到卸土時干凈的卸土，曲率半徑要大一些。結合上述的兩種因素，前翻角小于90度。1.2.4推土板直線部分及檔土板尺寸固定式的推土板使用的是下部為直線段的復合型推土板，直線段用于安裝刀片，大小等于，刀片的寬度。改尺寸一般為180mm左右。

1.2.5頂推架于臺車架的鉸點位置鏟刀升降的運動會受到頂推架跟臺架車的鉸點的影響，而且還需要考慮鏟刀的升降高度，頂推架高度的影響。鏟刀受到外力載荷和位置會印象鏟刀的工作效率。鉸點位置選用八字架跟臺車架連接中點位置附近的原因是防止臺車架受到變形，讓鉸點反力均勻的送到臺車架上。1.2.6鏟刀鋼板厚度鋼板的剛度與強度決定頂推架鋼板的厚度和參數，一般厚度取為22mm。1.3推土機工作裝置的強度計算1.1.1土壤的切削性能表4-1幾種土壤的粘聚力C和重度塑性土壤的種類粘土亞粘土亞砂土C/MPa/(KN/m3)C/MPa/(KN/m3)C/MPa/(KN/m3)硬性0.1021.50.0621.50.0220.5半硬0.0621.00.0421.00.01520.0低塑0.0420.50.02521.00.0119.5塑性0.0219.50.01519.00.00519.0高塑0.01190.0118.50.00218.5流動0.005180.00518.00.0018.0表4-2土壤的自然坡度角種類狀態(tài)碎石礫石砂石粘土輕亞粘土種植土粗砂中砂細砂肥土貧土干354030383545504040濕454032353035403035飽和253527252015302025表4-3土對鋼和土對土的摩擦系數、土壤名稱砂土和亞砂土0.80.35中質亞粘土1.00.50重質亞粘土1.20.80土壤內摩擦角=，土與鋼的摩擦角。表4-4各種土壤的切削比阻力及刀刃入土比阻力（MPa）土級別土的名稱ⅠⅡⅢⅣⅤ砂、砂質上、中等濕度的松撤粘土、種植土枯質土、中綱砂礫、松散軟粘土巒實枯土質、中等鉆土、松散粘土、軟泥炭合碎石成卵石的枯土、雹濕枯土、中等堅實煤炭、合少量雜質的石礫堆積物中等頁巖、得于枯土、堅實而硬的黃土，軟石膏0.01——0.030.03——0.060.06——0.130.13——0.250.25——0.320.250.61.01.4表4-5履帶行走機構在各種地面的滾動阻力系數和附著系數支撐面種類滾動阻力系數附著系數鋪砌的路面0.050.6—0.8干燥的土路0.070.8—0.9柔軟的砂質路面0.100.6—0.7細砂地0.100.45—0.55收割過的草地0.100.7—0.9開墾的田地0.10—0.120.6—0.7冰雪凍結的道路0.03—0.040.21.1.2推土機鏟刀受力分析計算受力分析時需要考慮鏟刀自重，鏟刀提升力的計算。（一）鏟刀自重鏟刀由液壓缸的作用力進行工作，所以鏟刀的重量要適當，可以在鏟斗的剛度和強度合適的情況下適當減小重力，以下面的公式計算參數：=（0.18～0.21）（N）（4.4）—推土機的使用重量。所以有：=17385×0.18=31293N（二）鏟刀提升力計算提升裝置的作用力為鏟刀的提升力，鏟刀遇到障礙物，鏟刀的工作會變得麻煩，但提升機的輸出動力可以讓提升機順利的進行工作。選擇推土機本身為脫離體，他會受到：機車本身重力，頂推架絞點支反力和，提升力等力的影響。根據內力平衡法則得到，、、的大小分別等于、、，方向相反。圖4-5鏟刀提升力計算受力圖=0得GT+Xm－Z－S=0得Sy=S=（4.5）以鏟刀為脫離體，鏟刀受力有：土的反力和,鏟刀自重，頂推架絞點C的反力和，提升力,此時與地平面成角。=0得X=Xc=Px+Sycos=0得Z=Zc=將X和Z值代入式，得Sy=（4.6）式中：—推土機使用重量Px—土的反力Gg—鏟刀自重θ—提升力與地面夾角—Sy力與作用線距離l、、lg--見圖示Sy==120860N考慮動載荷的鏟刀提升力：=（4.7）式中:--動載系數，查表取1.4故=169200N1.1.3推土機鏟刀作業(yè)阻力計算鏟刀進行切土作業(yè)時，推土機會勻速行駛。當推土機完成作業(yè)時的最大阻力值時作業(yè)工況的時候，作業(yè)阻力有：切線切削阻力，鏟刀前積土的推移阻力，刀刃，土壤摩擦阻力，土屑沿鏟刀上升時的摩擦阻力的水平分力.(1)切線切削阻力設Pq的作用點在鏟刀刃前，作用方向沿鏟刀切削角底邊并與推土機前進方向相反，則:Pq=B（4.8）式中：B推土板的寬度（1.416m）切削比阻力，查表4取=0.05（MPa）推土產平均切削深度（m）圖4-6推土鏟平均切屑計算=（－）sin=－sin=0545－sin=0.248m故=×1.416×0.248×0.0542358N鏟刀前積土的推移阻力=·(4.9)式中：—土與土之間的摩擦系數，查表3取0.5—推土鏟前積土重量=（4.10）式中：—土的重度（N/），查表1得=21×N/B—推土鏟的寬度（1.416m）H—推土鏟的高度（1.149m）—推土鏟平均切屑深度（0.248m）—土壤的自然坡度角，查表2得取故=21×=34701N故=34701N×0.5=17351N(3)刀刃與土壤摩擦阻力：=·B·x·（4.11）式中：—推土鏟切削刃磨損后切削刃壓入土的比阻力，查表4得0.483MpaB—推土鏟寬度（1.416m）x—切削刃磨損后的接地長度m(取0.008m)—土壤與鋼鐵的摩擦系數，查表3取1.0故=×0.483×1.416×0.008×1.013200N(4)土屑沿鏟刀上升時的摩擦阻力的水平分力=（4.12）式中:Gt—推土鏟前積土重量（34701N）—土壤與鋼鐵的摩擦系數（1.0）—推土鏟的切削角（55°）故=34701×1.0×55°=11416N綜上所述：推土機的作業(yè)阻力PT為：PT=Pq+Pt+Pm1+Pm2=42358+17351+13200+11416=84325N鏟刀碰撞障礙物時，推土機全力頂推，履帶會滑轉，這時推土機會產生沖擊，沖擊力的計算有（4.13）所示：Px=Kd·PT（4.13）式中:Kd—動載系數，取1.5故Px=1.5×84325=126488N（4.14）1.4推土機鏟刀的強度計算1.4.1計算位置的確定（第一計算位置）當履帶滑轉時，推土機的最大頂推力和慣性力會產生鏟刀的水平反力和頂推架鉸點的反力。推土機全功率提升強制入土時，會產生土切垂直反力與鏟刀升降力的最大值。推土機中部頂障礙物的計算條件為：⑴推土機在水平地面作業(yè)⑵帶土的推土板從切削位置提升到運土位置⑶履帶滑轉和推土機不穩(wěn)定，是由推土機的功率太大，頂升推板的原因造成的。1.4.2超靜定計算根據總體布置要求確定各部件的幾何尺寸，在繪制出草圖，起草圖為如圖4-7所示。為了使鏟刀有足夠的高度，推土板和頂推架往往組成一個超靜定構件。圖4-7超靜定計算草圖已求出，，=·ctg()=-22303N式中：土對鋼的摩擦角=arctan1=將Px和轉算到頂推架平面上，其合力為則：=+cos式中：λ--力與頂推架平面間夾角(45°)故=238452N此時附加力矩M1,M2該構件具有三個約束，一個約束分布于頂推支座，其它兩個約束分布于水平撐桿。因為作用在推土板的中間位置，并且兩個約束相同，所以可以簡化為兩次超靜定結構。根據超靜定結構求出水平桿的約束力和支反力，首先假定多余的力，如圖4-8所示。圖4-8工作裝置所受多余未知力并建立兩個補充方程：++=0（4.14）++=0（4.15）式中：和--去除多余約束后假設的未知反力、和--分別為、和力作用下沿作用方向上的位移量、和--分別為、和力作用下沿作用方向上的位移量頂履帶臺車架跟頂推架絞點的作用力分別為、和、。圖4-9多余未知力計算圖在P1載荷下：=-=0得===119226N=-=0===55311N===0==165933N在單位力作用下：=-1+1=0得==0=-1=0得=====0==0在單位力作用下：==0==0=====sin根據載荷，單位力=1，=2作用下，畫出結構的彎矩圖、和，如圖4.5所示，計算、、、、、值:========－=－=－=－帶入以式4.14與4.15得：=21967.73N=193985.3N彎矩圖可按疊加原理計算：Mg=（4.16）軸向力和彎矩圖如圖5-10所示：圖4-10工作裝置所受軸向力和彎矩圖可以從圖可見，推土板中間截面O和頂推架的截面彎D矩最大。推土板截面的特性參數如下：體積=9.8732567e+07曲面面積=1.6882094e+07密度=7.8000000e-06kg/質量=7.7011402e+02kg根據推土鏟坐標邊框確定重心:XYZ1.6978878e+037.0192331e+02-1.4649351e+02mm相對于推土鏟坐標系邊框之慣性.(kg×㎡)慣性張量IxxIxyIxz4.7590098e+08-9.1781195e+081.9155013e+08IyxIyyIyz-9.1781195e+081.0798006e+098.8997762e+07IzxIzyIzz1.9155013e+088.8997762e+071.5055927e+09重心的慣性(相對推土鏟坐標系邊框)(kg×㎡)慣性張量IxxIxyIxz7.9941711e+070.0000000e+000.0000000e+00IyxIyyIyz0.0000000e+008.4317113e+089.8090872e+06IzxIzyIzz0.0000000e+009.8090872e+069.0605779e+08主慣性力矩(kg×㎡)I1I2I37.9941711e+078.4167662e+089.0755230e+08從推土鏟定位至主軸的旋轉矩陣:1.000000.000000.000000.000000.988590.150620.00000-0.150620.98859主軸的旋轉角(度)可由推土鏟定位的方式來確定:相對xyz的夾角-8.6630.0000.000由==根據以上數據得：=0.0643=0.254=－3308.8N?m=21717.1N?mO截面的正應力值為：代入數據得：設扭矩值與剛度成正比，故O截面上扭矩剪切應力為：式中：--O截面上各外力對扭轉中心的力矩值之半（約束承擔了一半扭矩）--O截面各板厚度--截面各部分的扭轉慣性矩代入數據得：==88.7Mpa推土板中間O截面的總應力按第三強度理論求得：=（4.17）式中：--許用應力帶入數據得：==190.2Mpa<380Mpa校核合格。1.4.3