1、目 錄第1章 緒論11.1推土機概述11.2推土機的結構與分類21.2.1按行走方式分類21.2.2按發(fā)動機功率的大小分類31.2.3按傳動方式分類31.2.4按推土裝置機構形式分類41.2.5按應用領域分類41.3推土機發(fā)展概況5 第2章 工作裝置液壓系統(tǒng)設計52.1 液壓系統(tǒng)設計的內(nèi)容與要求232.1.1 液壓系統(tǒng)設計要求232.1.2 液壓系統(tǒng)設計內(nèi)容及步驟232.2 油缸的負載242.2.1 工作負載242.2.2 摩擦負載272.2.3 慣性負載282.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)292.3.1 系統(tǒng)液壓的確定292.3.2 計算油缸流量302.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖31第3章 工作裝

2、置333.1 推土鏟333.1.1 鏟刀型號333.1.2推土鏟的結構類型343.1.3 推土機作業(yè)裝置主要參數(shù)及結構尺寸的確定363.1.4 推土作業(yè)裝置強度分析383.1.5推土裝置的確定40結 論7參考文獻8附 錄9致 謝10第1章 緒論1.1推土機概述推土機是一種短距離鏟土運輸機械，主要用來開挖路塹、構筑路堤、回填基坑、鏟除路障、清楚積雪、平整場地等，但用于平整作業(yè)的效果不如平地機作業(yè)效果好，推土機也可完成短距離內(nèi)松散物料的鏟運和堆積作業(yè)。對于單發(fā)動機的自行式鏟運機往往在鏟裝時牽引力不足，這是，可用推土機推土板進行頂推助鏟作業(yè)，推土機進行作業(yè)時借助行走機構產(chǎn)生的牽引力將鏟刀切入土中，在

3、進行中，是鏟刀前土堆積滿并將鏟松的土推移。利用鏟刀的浮動功能，可能鏟刀貼著堅實地面移動而將地面松散物料聚集。推土機配備松土器，可翻松，級以上硬土、軟石或鑿裂層巖，以便鏟運機和推土機進行鏟掘作業(yè)，推土機還可利用掛鉤牽引各種拖式機具（如拖式鏟運機，拖式振動壓路機等）進行作業(yè)，這時，推土機相當于一臺拖拉機。推土機廣泛用于各種土石方工程施工，是鏟土運輸機械中最常用的作業(yè)機械之一，在土方施工機械中占有十分重要的地位。推土機在公路、鐵路、機場、港口等交通運輸工程施工中，在礦山開采，農(nóng)田改造，水利興修，大型電站和國防建設施工中發(fā)揮著巨大的作用。推土機由于鏟刀沒有翼板，容量有限，在運土過程中會造成兩側(cè)的泄露，

4、故運距不宜過長，因此會降低作業(yè)生產(chǎn)率。通常，中小型推土機的運距為30-100m，大型推土機的運距一般不超過150m，推土機的經(jīng)濟運距為50-80m。1.2推土機的結構與分類推土機的總體結構包括：柴油機、傳動系、行走系、操作系、工作裝置、液壓系統(tǒng)、機架、電器與儀表、駕駛室等。圖1.1為某型履帶式液壓傳動推土機的總體結構拆裝圖。如果傳動系統(tǒng)為機械傳動或液力機械傳動，則與柴油機相連的4、5件換為主離合器或液力變矩器、變速器、中央傳動。推土機一般按行走方式的類型、發(fā)動機功率的大小，傳動系類型、推土專職類型、推土裝置機構形式和應用領域分類。由于鋼索操縱機構已被淘汰，現(xiàn)在推土機工作裝置的操縱都已采用液壓操

5、縱。 1-柴油機 2-散熱器 3-操縱手柄 4-分動箱和液壓泵 5-驅(qū)動馬達 6-終傳動與驅(qū)動鏈輪 7-行走系統(tǒng) 8-油箱 9-座椅與控制臺 10-駕駛室和儀表 11-推土鏟 12-松土器 13-機架 14-工作液壓系統(tǒng) 圖1.1履帶式靜液壓式傳遞推土機的總體結構拆裝圖1.2.1按行走方式分類1、履帶式履帶式推土機是目前工程施工中應用最多的一種推土機。他的附著性能好，牽引力大，接地比壓小，爬坡能力和通過松軟地面的能力強，能適應惡劣的工作環(huán)境。履帶式推土機具有優(yōu)越的作業(yè)性能，是推土機重點發(fā)展的幾種。履帶式推土機行駛速度比較低，存在履刺損壞路面的缺點，不能在公路和城市道路上行駛。此外，履帶推土機的

6、鋼材用量也較大。2、輪胎式輪胎式推土機行駛速度快，轉(zhuǎn)向靈活，因而機動性能好，作業(yè)機動性能好，作業(yè)循環(huán)時間短，轉(zhuǎn)移方便迅速。由于輪胎不損壞路面，輪式推土機特別適合在城市建設和市政道路維修工程中適應。輪胎式推土機制造成本低，維修方便，今年來也有較大的發(fā)展。但輪胎式推土機的附著性能遠不如履帶式，在松軟潮濕的場地施工時容易引起驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)率，嚴重時還可能造成車輛淪陷，甚至無法施工。在開采礦山等惡劣條件下，輪胎式推土機如遇上堅硬尖銳的巖石，容易引起輪胎急劇磨損，因此輪胎式推土機的使用范圍受到一定的限制。1.2.2按發(fā)動機功率的大小分類1、超輕型 功率小于30kW,生產(chǎn)率低，適用在極小的作業(yè)場地。

7、2、輕型 功率在2075kW之間，用于零星土方作業(yè)。3、中型 功率在75225kW之間，用于一般土方作業(yè)。4、大型 功率在225745kW之間，生產(chǎn)效率高，適用于堅硬土質(zhì)或深度凍土的大型土方工程。5、特大型 功率在745kW以上，用于大型露天礦山或大型水電工程工地。1.2.3按傳動方式分類1、機械傳動式采用機械傳動式的推土機具有工作可靠、制造簡單、傳動效率高、維修方便等優(yōu)點，但操作費力，傳動裝置對載荷的自適應性差，容易引起發(fā)動機熄火，降低作業(yè)效率，在大中行推土機中已很少采用這種傳動形式。2、液力機械傳動式液力機械傳動式是現(xiàn)在推土機采用的主要傳動形式。采用液力變矩器與動力換擋變速箱組合傳動裝置，

8、具有自動無機變速變扭，自動適應外負荷變化的能力，發(fā)動機不容易熄火，且可負載換擋，減少換擋次數(shù)，操作比機械式輕便，作業(yè)效率高等優(yōu)點。施工經(jīng)驗證明，采用液力機械式傳動的推土機，比同功率機械式推土機的生產(chǎn)率要高50%左右。液力機械式傳動的缺點是液力變矩器在工作過程中容易發(fā)熱，降低了傳動效率；同時傳動裝置結構復雜、制造精度高，提高了制造成本，也給維修帶來了不便。3、全液壓傳動式全液壓傳動式推土機的傳動裝置結構緊湊，由于前后傳動部件之間可采用液壓軟管連接，在整機結構布置上鉸為靈活。采用低速打扭矩液壓馬達驅(qū)動可獲得與外負荷相適應的牽引特性曲線，能在不同負荷工況下穩(wěn)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，充分利用發(fā)動機功率。液壓傳動

9、式推土機可借助液壓泵或液壓馬達的變量功能和液壓閥的換向功能實現(xiàn)自動無級調(diào)速和原地轉(zhuǎn)向，操作十分靈活，且機械運行平穩(wěn)，無沖擊。德國利勃海爾公司曾對全液壓傳動和液力機械式傳動履帶式推土機進行對比試驗，其結果表明：全液壓傳動的推土機要比液力機械式傳動的推土機節(jié)能10%，而傳動效率和生產(chǎn)率則分別提高25%和15%-25%。全液氧傳動由于液壓元件制造精度要求高，特別是低速大扭矩液壓馬達制造難度較大，增加了制造成本且可靠性和耐久性較差，維修困難，故目前全液壓傳動應用不太普遍，只在中等功率的推土機上有采用。 4、電傳動式電傳動式推土機裝備有柴油機發(fā)動機組，將發(fā)動機輸出的機械能先轉(zhuǎn)化成電能，通過電纜驅(qū)動電動機

10、繼而帶動行走系統(tǒng)和工作裝置。這種傳動系具有全液壓式傳動系的諸多特點：結構簡單，整體布置方便，操作靈活，可實現(xiàn)整機無級變速和原地轉(zhuǎn)向。電傳動比全液壓傳動工作更可靠。作業(yè)效率更高。但由于整機質(zhì)量大，制造成本高，目前只有在少數(shù)打功率輪式推土機上應用。另外，也有直接用電網(wǎng)電力作為能源，以電動機為一級動力裝置的電氣傳動式推土機。這種推土機主要用于露天礦開采和井下作業(yè)，沒有廢氣污染。因受電力和電纜的限制，電氣傳動式推土機的使用范圍受到很大的影響。1.2.4按推土裝置機構形式分類1、直鏟式推土裝置直鏟式又稱作固定式。直鏟式推土裝置，機構簡單，但只能正對前面進方向推土，作業(yè)靈活性差，現(xiàn)僅用于中小型推土機。2、

11、斜鏟式推土裝置斜鏟式又稱作回轉(zhuǎn)式。現(xiàn)代大中型推土機大多采用可在水平面內(nèi)和鉛垂面內(nèi)調(diào)整一定角度的斜鏟式推土裝置，便于向一側(cè)移土和開挖邊溝。1.2.5按應用領域分類按應用領域推土機可分為普通型和專用型兩種。普通型推土機通用性好，可廣泛用于各類土石方工程施工作業(yè)；專用型推土機則是一種在特定工況下進行施工作業(yè)的推土機，專用性強，只適用于特殊環(huán)境下的施工作業(yè)。專用型推土機有浮體推土機、水陸兩用推土機、深水推土機、濕地推土機、爆破推土機、低噪聲推土機、軍用高低推土機等。浮體推土機和水陸兩用推土機是淺水型推土機施工作業(yè)機械。浮體推土機的機體為船形浮體，發(fā)動機進、排氣管裝有導氣管通往水面，駕駛室安裝在浮體平臺

12、上，可用于海濱浴場，海底整平等施工作業(yè)。水陸兩用推土機是兩棲型推土機，主要用于淺水區(qū)或沼澤地帶作業(yè)，也可在陸地上使用。潛入水下作業(yè)時，發(fā)動機必須通過伸出水面的導氣管進，排氣，并通過無線電進行遙控操作。深水型推土鏟適合海底潛水作業(yè)，并配備輔助工程船提供電力，通過電纜驅(qū)動水下推土機。濕地推土機為迪比亞履帶推土機，可適應沼澤地的施工作業(yè)。軍用高速推土機主要用于國防建設，平時用于戰(zhàn)備施工，戰(zhàn)士可快速除障，挖山開路。1.3推土機發(fā)展概況19世紀70年代中期，美國已有人使用簡陋的馬拉推土刮板平整土地。1906年履帶式拖拉機的發(fā)明者、美國的霍爾特又研制出最早的汽油內(nèi)燃機拖拉機，霍爾特曾經(jīng)作為配套裝置給拖拉機

13、裝上推土鏟，成為世界上最早的推土機。1909年，德國開始修筑規(guī)模宏大的高速公路網(wǎng)，由于第一次世界大戰(zhàn)的原因，工程直到1921年才建成通車。德國在工程中開始大量使用推土機。1945年以后，在英國和歐洲大陸的重建工作以及美國許多建筑工程中，推土機都是不可缺少的重要施工手段。推土機是鏟土運輸機械中生產(chǎn)歷史最久、擁有量最多、應用最廣泛的一個幾種、美國是世界上生產(chǎn)履帶式推土機最早的國家，推土機制造技術一直居領先地位?？ㄌ乇死展臼鞘澜缟献畲蟮墓こ虣C械生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)的履帶式推土機除系列基本型外，還有多種變型產(chǎn)品，不但品種齊全，而且結構新穎、性能新進，目前在世界市場上極具競爭力，日本的推土機工業(yè)雖然起步較晚

14、，但發(fā)展十分迅速，已成為現(xiàn)代推土機的生產(chǎn)大國之一，小松制作所是日本最大的工程機械制造公司，不僅重視大型推土機的發(fā)展，同時還注重發(fā)展小型推土機，注重推土機的多用途和作業(yè)性能，生產(chǎn)的推土機也具有世界一流水平。該所于1991年研制成為世界上最大的D575A-2超大型履帶式推土機，功率高達784kW，工作質(zhì)量為132t，牽引力達1.96MN。國外推土機技術近年來的發(fā)展主要是擴大電子技術的應用和提高推土機作業(yè)性能、可靠性、操作舒適性、維修保養(yǎng)性能一級在環(huán)境保護方面的一些新技術。美國卡特彼勒公司1995年底和1996年初相繼推出D8R、D9R、D10R和D11R四種機型的R系列推土機，是該公司N系技術的應

15、用。電子控制發(fā)動機，在D10R的3412發(fā)動機上采用了先進的液壓驅(qū)動電子控制噴射系統(tǒng)（HEUI系統(tǒng)），該系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、電子控制系電子控制系電控噴油嘴和傳感器等部分組成。通過電子控制器可實現(xiàn)四個方面的控制：然燃料噴射壓力、燃料噴射正時、燃料噴射持續(xù)時間和噴油量、燃料噴射狀態(tài)，從而可改善排出氣體成分、降低噪聲和油耗、提高發(fā)動機可靠性及耐久性?？ㄌ乇死展驹贒10R和D11R型推土機上設置了“電子控制的離合器/制動器轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”（ECB系統(tǒng)）。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有多片式油冷卻的離合器和可減弱阻力的免調(diào)整的制動器以及電子控制系統(tǒng)組成。ECB系統(tǒng)在操作控制上改變了傳統(tǒng)的雙手操作方式，由一個位于駕駛員

16、左側(cè)可單手操作的“輕觸式控制器（FTC）”控制，可控制轉(zhuǎn)向、機械的前進后退和換檔。從20世紀80年代后期開始，滾翻保護系統(tǒng)（ROPS）和落物保護系統(tǒng)（FOPS）開始應用于駕駛室安全保護?，F(xiàn)在，ROPS和FOPS已逐漸成為大、中型推土機的安全性標準裝備?？ㄌ乇死展韭膸仆翙CD9R型上安裝了最新的監(jiān)視系統(tǒng)，電子計算機監(jiān)視系統(tǒng)（CMS系統(tǒng)）該系統(tǒng)除了具有N系列推土機三級報警監(jiān)視系統(tǒng)（EMS）功能外，還有一個能對數(shù)據(jù)進行記憶、存儲和分析的電子控制器（ECM），能確定元件的故障征兆、每個開關電路的狀態(tài)、顯示各儀表和指示器上記錄的最終數(shù)值。CMS系統(tǒng)這些功能有助于故障診斷和檢修作業(yè)，大大降低了判斷故障和

17、排出故障所需要時間，提高了推土機的完好率。我國的推土機近十幾年來發(fā)展較快，現(xiàn)已發(fā)展為品種和系列較齊全的推土機制造行業(yè)。推土機專業(yè)制造制造廠家主要有山東推土機總廠。黃河工程機械廠、宣化工程機械廠、上海彭浦機器廠、鄭州工程機械廠等。從20世紀70年代后期開始，我過先后引進小松制作所?？ㄌ乇死展韭膸酵仆翙C的制造技術，相繼開發(fā)了TY180、TY220TY230等現(xiàn)代大、中型液壓式推土機。我國以生產(chǎn)履帶式推土機為主，除普通型推土機外，還生產(chǎn)多種型號的低比壓濕地推土機和其他專用型推土機。20世紀70年代我國開始生產(chǎn)輪胎式推土機，現(xiàn)已初步形成系列。據(jù)統(tǒng)計，我國以生產(chǎn)履帶式推土機為主，除普通型推土機外，還

18、生產(chǎn)多種型號的低比壓濕地推土機統(tǒng)計，我國生產(chǎn)的推土機已有30多種規(guī)格，年生產(chǎn)能力約4000臺，產(chǎn)品結構有了很大改進，整機性能也有了很大提高，部分產(chǎn)品已達到國際先進水平。值得一提的是近年來一些民營企業(yè)開始計入工程機械制造行業(yè)，其產(chǎn)品也包括推土機。國內(nèi)的推土機生產(chǎn)廠家、工程機械科研部門和高等院校近年來對推土機技術的發(fā)展也做出了突出的成就。天津工程機械研究所和上海彭浦機器廠聯(lián)合開發(fā)研制的上海410型履帶式推土機是我國目前自行研制開發(fā)的最大功率的推土機，發(fā)動機功率為306kW，在研制過程只中成功地解決了大功率推土機動力傳動系統(tǒng)的匹配，大功率變矩器的設計，重型結構件的焊接，低速大扭矩行星終傳動齒輪、三角

19、錐形花鍵的選材、加工、熱處理等關鍵技術。工程兵工程學院研制開發(fā)了推土機切土深度自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，利用單片機來控制鏟刀液壓缸升降，從而實現(xiàn)了推土機工作裝置的自動控制。該系統(tǒng)在上海-120A型推土機裝機試驗中表明：可以減輕駕駛員操作強度，因而改善了操作條件；提高了推土機作業(yè)效率和質(zhì)量，適合于履帶式和輪胎式推土機安裝使用。第2章 工作裝置液壓系統(tǒng)設計2.1 液壓系統(tǒng)設計的內(nèi)容與要求2.1.1 液壓系統(tǒng)設計要求 液壓推土機依靠液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工作裝置的各種動作，因此液壓系統(tǒng)的性能直接影響到推土機的技術經(jīng)濟指標。對推土機的液壓系統(tǒng)有如下下要求：(1)液壓系統(tǒng)的設計要結合總體性能要求

20、，綜合考慮各種因素的影響。例如鏟刀油缸的參數(shù)、個數(shù)、布置，由鏟刀升降載荷及鏟刀升降速度確定，而且還需要考慮鏟刀結構、推土速度、司機勞動強度等因素。 (2)工作可靠，回路簡單。例如推土機載荷變化急驟，但要求液壓系統(tǒng)能平穩(wěn)可靠地工作，無沖擊。當過載時，不發(fā)生故障及損壞機件。 (3)注意標準化、通用化、系列化。盡量采用標準液壓元件，不僅可縮短生產(chǎn)周期、降低成本，而且工作可靠，配件方便。(4)液壓系統(tǒng)效率高。系統(tǒng)效率低不僅對能量是個浪費，對整個液壓系統(tǒng)危害也極大，所以系統(tǒng)匹配要合理(參數(shù)確定、基個回路的組合、元件與附件的選擇以及管路布置等)。(5)操作簡便，維修容易。2.1.2 液壓系統(tǒng)設計內(nèi)容及步驟

21、液壓系統(tǒng)設計是整個推土機設計的一部分，它與主機設計是密切相關的，兩者必須同時進行。液壓系統(tǒng)設計步驟大致如下：(1)明確設計依據(jù)進行工況分析；(2)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；(3)擬定液壓系統(tǒng)原理圖；(4)液壓元件的選擇與計算；(5)液壓系統(tǒng)發(fā)熱計算；(6)繪制正式工作圖和編寫技術文件。設計開始時，首先必須明確以下幾個主要問題。1弄清主機結構和總體布局。這不僅是合理確定液壓元件工作范圍的需要，也是合理確定和調(diào)整液壓執(zhí)行元件的安放位置及空間尺寸限制條件的需要。從結構簡單、工作可靠、運動速度一般不受限制等力面來考慮，油缸有其優(yōu)越仕，所以推土機執(zhí)行元件多為油缸。2明確推土機對液壓系統(tǒng)的性能要求，如運動平穩(wěn)

22、性、動作精度、調(diào)速范圍、系統(tǒng)溫升、系統(tǒng)效率以及安全保護等。3明確推土機的工作條件，如溫度、濕度、污染等情況。隨著推土機使用范圍的擴大，使用環(huán)境更為復雜，使用條件愈加惡劣，所以要求推土機性能要好、質(zhì)量要高。了解這些以便正確的選擇液壓元件和液壓油。4確定液壓系統(tǒng)與其他傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的分工配合、布置和相應的控制關系。5了解、搜集同類型推土機的有關技術資料。除了要了解液壓系統(tǒng)組成、工作原理、使用情況及存在問題外，還應對系統(tǒng)工作壓力選用情況等進行調(diào)查統(tǒng)計，為下一步設計工作準備必要的資料。在上述工作的基礎上，對推土機進行工況分析即動力分析，它是設計液壓系統(tǒng)的基本依據(jù)。 所謂動力分析就是研究推土機在工作

23、過程中，它的執(zhí)行機構的受力情況，對液壓系統(tǒng)來說，也就是油缸的負載情況。2.2 油缸的負載工作機構作直線往復運動時，油缸必須克服的外負載為： （2.1） F工作負載； Ff摩擦負載； Fi慣性負載。2.2.1 工作負載2.2.1.1鏟刀油缸工作負載(1)鏟刀油缸活塞桿推壓力推土機在鏟土時，強制鏟刀切入土壤的切入力即為油缸中活塞桿的推壓力Fep。Fep值即為液壓系統(tǒng)的原始依據(jù)。(2)鏟刀油缸極限提升力 鏟刀油缸的極限提升力Fej是指提鏟刀遇到障礙時，使推土機翹尾失穩(wěn)的力。當已知油缸的推壓力Fep并確定液壓系統(tǒng)壓力后，油缸實際最大提升力Fej已確定，設計應餃FejFep加以保證推土機穩(wěn)定工作。2.2

24、.1.2 松土器油缸工作負載 (1)松土器強制入土時油缸的推壓力 松土器強制切入土壤時，油缸推壓力Fep的最大值以推土機的縱向穩(wěn)定條件為依據(jù)(參看圖6ll，a)。當松土器被活塞桿強制壓入土壤時，若遇到不可克服的障礙物，推土機即繞履帶前端A點傾翻。假設此時切削深度為零，則推土機受力有：推土機使用重量GTS、松土器自重GH、推土裝置重量Gg及土壤對松土器的垂直反力Pz。Pz按穩(wěn)定條件計算。對A點取矩： （2.2）下面以平行雙連桿松土器為例，進行油缸推壓力Fep計算。取松土器為分離休。設上連桿受力為Fl，它與準線夾角；下連桿受力為Fz，它與垂線夾角為；油缸所受力Fes與垂線夾角為。 由上面兩方程得：

25、 （2.3）Fes系油缸小腔力，這是外界阻力對油缸的作用力。而油缸實際拉力Fes按下式計算： （2.4）式中p-液壓系統(tǒng)工作壓力，MPa； （a） （b）圖2.1 松土器強制入土時油缸力的計算圖D，d油缸活塞及活塞桿直徑，mm。一般來說，為了使推土機在任意工況下不致翹尾，穩(wěn)定性好，可選擇FesFes。(2)松土器提升時油缸作用力 推土機原地不動，松土器自最大松土深度提升時，如遇到障礙物，則在油缸力作用下推土機將繞履帶接地最后端B點向后傾翻(見圖2.2，a)。此時推土機受力有：G ts、Gg、GH、Pz。而Pz按穩(wěn)定條件計算。對B點取矩 （2.5）（a） （b）圖2.2 松土器提升時油缸力計算圖

26、松土器提升時，推土機抬頭失穩(wěn)情況下油缸作用力Fet的計算，可取松土器為分離體. (見圖2.2，b)。對于平行雙連桿松土器，設上連桿受力F3，它與垂線夾角；下邊扦受力F4，它與垂線夾角為；油缸所受力為Fet，它與垂線夾角。 由上述兩方程式得： （2.6）Fet系油缸大腔力，這是外界阻力對油缸的作用力。而油缸實際作用力Fet，按下式計算 （2.7） 通常取FetFet，以達到推土機穩(wěn)定工作的要求。2.2.2 摩擦負載摩擦負載，即油缸驅(qū)動工作機構工作時所要克服的機械摩擦阻力。其計算公式為： （2.8）式中 Fn-正壓力，N； F-摩擦系數(shù) 靜摩擦系數(shù) 動摩擦系數(shù) 2.2.3 慣性負載慣性負載即運動部

27、件(鏟刀、松土器)在啟動和制動過程中的慣性力。 （2.9）式中 m-運動部件的質(zhì)量，kg； -運動部件的加速度，ms2； G-運動部件的重量，N； g-重力加速度，g=9.81 ms2； -速度變化值，ms； -啟動或制動時間，s。鏟刀升降速度直接影響到生產(chǎn)率，希望鏟刀提升時間盡量縮短，起始速度要仇鏟刀迅速提起，之后漸斯減速，終了時速度最低，以減少沖擊。一般說來，速度的變動范圍不宜大于其平均值的10。由于液壓控制系統(tǒng)進一步完備使得液壓缸升降速度有的已超過O2ms。 ，油缸在一個工作循環(huán)中，一般要經(jīng)歷以下四種負載工況： 啟動時 （2.10） 加速時 （2.11） 恒速時 （2.12） 制動時 （

28、2.13） 2.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)壓力和流量是液壓系統(tǒng)最主要的參數(shù)。根據(jù)這兩個參數(shù)來汁算和選擇液壓元件、輔件和原動機的規(guī)格型號。系統(tǒng)壓力選定后，液壓缸尺寸即可確定，液壓缸尺寸一經(jīng)確定，即可根據(jù)液壓缸的速度確定其流量。2.3.1 系統(tǒng)液壓的確定系統(tǒng)壓力選定的是否合理，直接關系到整個系統(tǒng)設計的合理性。在設計一個新的液壓系統(tǒng)時，最佳的工作壓力應是在特定的條件下各項設計因素的較好結合。這些因素主要包括以下幾個方面。 1經(jīng)濟和重量因素在液壓傳動中，系統(tǒng)所傳遞的功率是壓力和流量兩個參數(shù)的乘積，這就說明這兩個參數(shù)是緊密相關的。如果系統(tǒng)功率一定，系統(tǒng)壓力選得低，則元件尺寸大，造成主機體積變大，自重增加

29、，是不經(jīng)濟的。若選取較高壓力，則元件尺寸減小，主機結構緊湊，重量減輕，較經(jīng)況。但繼續(xù)提高系統(tǒng)壓力，也會出現(xiàn)相反情況，相應元件強度要增加，材質(zhì)要提高，制造精度也要提高，經(jīng)濟效果變差。重量與尺寸在固定式機械中，不是最主要的因素。但在自行式的工程機械中，尺寸和重量就成為一個較突出的設計因素。2其他因素 (1)提高系統(tǒng)工作壓力，將對密封裝置、元件和輔件的加工精度提出更高的要求。 (3)提高系統(tǒng)壓力，會降低液壓元件的容積效率，導致系統(tǒng)發(fā)熱增加。 (3)系統(tǒng)壓力的提高，會使元件、輔件壽命降低，系統(tǒng)可靠性下降。對推土機液壓系統(tǒng)來說，系統(tǒng)壓力一般為1420MPa，屬于中高壓。但大型推土機也行向高壓發(fā)展的趨久要

30、滿足推土機的作業(yè)要求，在整機匹配上，工作裝置油泵消耗的功率，一般占總功率的30%-40%，所以大型推土機的系統(tǒng)壓力采用高壓級范圍(20MPa)。我們這里也采用高壓級范圍(20MPa)。2.3.2 計算油缸流量1計算油缸尺寸油缸的有效面積和活塞桿直徑，可根據(jù)油缸負載的平衡關系式得出。油缸無桿腔(大腔)為工作腔時（圖3.3）： （2.14）油缸有桿腔(小腔)為工作腔時： （2.15）式中 P1-油缸工作腔壓力，MPa； P2-油缸回油腔壓力，MPa； A1-油缸大腔有效面積，m2 A2-油缸小腔有效面積，m2 D-油缸活塞直徑，m； d-油缸活塞桿直徑，m； F-油缸的最大外負載，N； -油缸的機

31、械效率，一般取0.90.97。當按以上公式?jīng)Q定油缸尺寸時，需先確定dD比值,可按下述原則考慮。當活塞桿受拉時，一般取dD0.30.5，壓力高的取小值，壓力低的取大值。圖2.3 油缸計算簡圖當活塞桿受壓時，為保證活塞桿工作的穩(wěn)定性，dD比值應較大，一般取dD0.50.7。可根據(jù)油缸往返速比的要求來選取(見表2.1)，其中、分別為油缸正反行程速度。表 2.1 d/D的取值i1.11.21.331.461.612d/D0.30.40.50.50.550.620.7最后油缸直徑D和活塞桿直徑d應圓整為國家標準值。還需指出的是，由初選的系統(tǒng)壓力出發(fā)，按油缸最大負載，算出其結構尺寸，再按尺寸的標準系列取標

32、準值后，再復算油缸的工作壓力，即為實際的系統(tǒng)壓力。 代入數(shù)據(jù)得出油缸尺寸為110mm。 2.計算油缸所需的流量油缸的最大流量 （2.16）式中 A-油缸的有效面積（A1或A2），m2； Vmax-油缸的最大速度，ms。如果系統(tǒng)中同時有多個油缸進行動作，又是采用并聯(lián)回路，應以同時工作各油缸流量之和，作為選擇閥、油泵型號和規(guī)格的依據(jù)?；芈窞榇?lián)時其油缸流量最大者為系統(tǒng)流量。2.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)圖是表示液壓系統(tǒng)的組成和工作原理的。它是以簡圖的形式全面具體地體現(xiàn)設計任務中提出的技術和其它方面的要求。所以擬定液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設計的一個重要步掠。它涉及的面廣，需要靈活地綜合運用液壓技術知

33、識。首先應確定基本回路，它是決定主機動作和件能的基礎，是組成成系統(tǒng)的骨架。然后在此基礎上再增沒其他輔助回路，便可組成一個完整的液壓系統(tǒng)。確定回路時，首先要抓住推土機液壓系統(tǒng)的主要矛盾。推土機液壓系統(tǒng)對變速、穩(wěn)速要求不嚴，所以對速度的調(diào)節(jié)、換接和穩(wěn)定就不是系統(tǒng)的核心。推土機對速度無嚴格要求，以輸出力為主，特別是大型推土機液壓系統(tǒng)功率的調(diào)節(jié)和分配就成了系統(tǒng)設計的核心，其系統(tǒng)特點是多泵復合油路。推土機雖然對速度要求不嚴格，但仍有調(diào)速和微動要求。一是通過發(fā)動機油門調(diào)速，用調(diào)節(jié)油門大小來改變發(fā)動機轉(zhuǎn)速，即改變油泵轉(zhuǎn)速，從而改變油泵的流量，以達到對執(zhí)行機構的調(diào)速要求，實質(zhì)上是一種容積調(diào)速。好處是無節(jié)流損失

34、，可減少系統(tǒng)發(fā)熱但調(diào)速范圍受到一定限制。二是往往還配以節(jié)流調(diào)速，一般不是利用節(jié)流閥。而是利用滑閥式換向閥進行節(jié)流調(diào)速。參考現(xiàn)有產(chǎn)品，結合所學的液壓知識，推土機工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.4：1-工作油箱 2油泵 3-主溢流閥 4，10-單向閥 5-鏟刀換向閥 6，7，12，13-補油閥8-快速下降閥 9-鏟刀升降油缸 11-松土器換向閥 14-過載閥 15-選擇閥16-松土器升降油缸 17-先導閥 18-鎖緊閥 19-松土器傾斜油缸 20-單向節(jié)流閥 21-鏟刀傾斜油缸換向閥 22-鏟刀傾斜油缸 23-濾油器 24-轉(zhuǎn)向油箱 25-變矩器、變速器油泵 26-鏟刀油缸先導隨動閥 27-松土器油

35、缸先導隨動閥28-鏟刀傾斜油缸先導隨動閥 29-拉銷換向閥30-變矩器、變速器溢流閥31-拉銷油缸圖2.4 推土機工作裝置液壓系統(tǒng)圖第3章 工作裝置中小型推土機發(fā)展早即可完成鏟掘和推運任務，使用時間長，由于其作業(yè)對象是中等堅實度的土質(zhì)，僅用推土鏟，因此推土鏟被公認是推土機的傳統(tǒng)工作裝置。隨著經(jīng)濟建設規(guī)模的不斷擴大，要求推土機的鏟掘能力進一步提高，但不能只用提高牽引力的辦法來鏟掘巖石和硬度很大的土質(zhì)，而是為大、中型推土機配備了松土器。先將堅硬土質(zhì)用松土器松散之再用推土鏟進一步鏟掘和推運?？梢姡赏疗饕殉蔀榇笾行屯仆翙C不可缺少的工作裝而且用它松土可代替打眼放炮的施工方法，大大降低了工程造價，就更顯

36、示了松土器的生命力。絞盤裝在推土機后部，用來進行拖拽圓木、鋪管、牽引作業(yè)和簡單的起重作業(yè)。推土機的工作裝置有推土鏟、松土器、絞盤和牽引鉤。本機型使用推土鏟和松土器。3.1 推土鏟 根據(jù)不同工作場合的作業(yè)要求，可將推土機分成不同的功率等級。中小型推土機，除了鏟掘和推運不太硬的土質(zhì)之外，還往往進行回填和向一側(cè)排土，或者用鏟刀之一角在地面開挖小溝，或者用來平整具有一定坡度的平面?？傊行⌒屯仆翙C的作業(yè)種類多、應用范圍廣，因此，其鏟刀要能夠在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)、在垂直面內(nèi)傾斜。而大型推土機的作業(yè)方式較少、應用范圍較窄，要求它有強大的鏟掘能力和推運能力，這樣，裝備有固定式直鏟即能滿足使用要求，也要求推土鏟能

37、在垂直面內(nèi)傾斜，以便利用鏟尖作業(yè)或適應斜坡作業(yè)。 推土鏟安裝在推土機的前端，當推土機處于運輸工況時，推土鏟被液壓油缸提起；推土機進入作業(yè)工況時液壓油缸降下推土鏟，將鏟刀置于地面，向前可以推土，向后可以平地；推土機在較長時間內(nèi)牽引作業(yè)時可將推土鏟拆除。鏟刀的幾何形狀及切削參數(shù)對于鏟土阻力、鏟刀聚土和鏟土過程的能量消耗都有決定性影響。因此，鏟刀的結構參數(shù)對其作業(yè)性能有至關重要的影響。另外，頂推梁和撐桿是為鏟刀服務的，對它們的要求主要是在強度和剛度方面。 按履帶推土機功率和底盤結構，生產(chǎn)廠家會推薦配備不同形式的推土鏟。主要有如下幾種形式。3.1.1 鏟刀型號3.1.1.1S型直傾鏟直傾鏟是專門為連續(xù)

38、進行重切削作業(yè)而設計的，其框架和連接部分都比較堅固，適用于短程或中距離的推土作業(yè)。推土鏟的板壁呈曲面形狀，推土時可使土壤滾翻升起，從而減少推土機阻力。分為單液壓缸加調(diào)節(jié)桿傾斜和雙液壓缸傾斜。一般作為履帶推土機的標準配置，參見圖如下。圖中鏟刀寬度為B高度為N，鏟刀可上升距離為H，下降到地平線一下的距離為K，垂直面內(nèi)擺動距離為T，切削角度克變化量為。3.1.1.2 A型鏟A型角鏟是提供斜鏟作業(yè)用的，可以擺直或向左右呈25度角安裝，特殊角鏟的偏轉(zhuǎn)角度可達55度，此時鏟刀的正面寬度小于兩履帶寬度，方便運輸。角鏟的板壁比直傾鏟有更大的曲面彎度，以便于單邊推土時，使土壤更容易翻滾和升起。角鏟比直傾鏟寬，高

39、度小很多，鏟刀容來那個有所減小。左右傾斜角度。3.1.1.3 U型通用式推土鏟通用式推土鏟是以作長距離和大量推土作業(yè)。兩邊的斜壁用來夾持土料，中部板壁則讓土壤翻滾和升起。U型鏟橫向結構形式呈U型，具有強大的集土能力，和運土能力，主要用于運土距離較遠（50m以上）和較松散物料的堆積場地作業(yè)，運距50m時生產(chǎn)率可提高40%，運距較短是經(jīng)濟效果不明顯。3.1.1.4 半U型通用式推土鏟半U型鏟介于直傾鏟和U型鏟之間。3.1.1.5 PAT萬向鏟萬向鏟可由液壓缸實現(xiàn)鏟刀升降、鏟刀傾斜和鏟刀在垂直面內(nèi)的擺動。有兩種布置方式，一種頂推梁布置在臺車架上，在履帶外側(cè)；一種頂推梁布置在主機架上，在履帶內(nèi)側(cè)。3.

40、1.1.6 VPAT可變切削角式萬向鏟鏟刀切削角度的調(diào)整通過手動調(diào)節(jié)傾斜桿，其他功能和萬向鏟一樣。3.1.2推土鏟的結構類型按照履帶推土機功率和底盤結構的不同,履帶推土機可以配備的推土鏟的形式是多種多樣的。下面詳細介紹幾種常用形式的推土鏟。3.1.2.1推土鏟的橫向結構形式推土鏟鏟刀的橫向結構外形一般有直線形和U形兩種，根據(jù)不同場合的需要還有半U鏟、環(huán)衛(wèi)鏟、電廠型鏟、沙漠鏟、濕地鏟、巖石鏟、萬向鏟等。直線形推土鏟可以是固定式(直鏟)或回轉(zhuǎn)式(角鏟)。直線形推土鏟切削力大，但推土鏟兩側(cè)有溢土現(xiàn)象，推土鏟前土堆的形成時間較長，因此，主要用于短距離土的剝離和運輸。而U形推土鏟的集土、運土能力較大，因

41、此它主要用于運土距離較遠的堆積場地。3.1.2.2推土鏟的縱向結構形式推土鏟縱向外形結構，有圓弧型和復合型兩種。復合型推土鏟除了有圓弧段外，還有直線段，直線段大多在下部，也可以在上部。固定式鏟刀推土機往往采用下部為直線段的復合型推土鏟。回轉(zhuǎn)式鏟刀推土機往往采用圓弧形推土鏟，這是因為在斜鏟作業(yè)時，推土阻力小，平地效果好。3.1.2.3推土鏟的斷面結構形式推土鏟斷面的結構形式有開式、半開式、閉式式三種形式，如圖3.1所示。小型推土機一般采用結構簡單的開式推土鏟；中型推土機常采用半開式推土鏟；大型以上推土機作業(yè)條件惡劣，為保證足夠的強度和剛度，需要采用閉式推土鏟。圖3.1 推土鏟斷面形式推土鏟兩側(cè)輪

42、廓，固定式為直角外形，回轉(zhuǎn)式為曲線外形。推土鏟的形狀對減少作業(yè)過程中的能量消耗，提高作業(yè)效率有很大關系。合理的鏟刀外形，土的切削阻力較小，土屑沿鏟刀面向上滑移時，摩擦功消耗較小，并且在向上滑移的同時，向推土鏟前面翻落容易形成較大的土堆。由土的切削模擬試驗可知，對于同樣的土，當切削面積相等時，推土鏟外形稍有改變，切削阻力就隨之改變(相差8%左右)，所需的頂推力不同，因此在設計推土鏟外形時要綜合考慮以下因素:土屑在推土鏟上易向前翻落，不應越過刀背散落在推土板的后面；推土鏟前積土量要多；土屑沿推土鏟表面上升變形小，土的切削阻力??；推土鏟卸土干凈，不易附著濕土。另外，推土機作業(yè)時，鏟刀的角度對于減少推

43、土阻力、提高作業(yè)性能也很重要。推土機鏟刀在作業(yè)中通常有平面角、傾斜角和切削角三個基本角度，如圖3.2所示。圖3.2 鏟刀角度示意圖平面角:平面角是指在水平面內(nèi)，鏟刀與推土機縱軸線的夾角。直鏟推土機的平面角為90。且固定不變，其作業(yè)的穩(wěn)定性好。角鏟推土機的鏟刀平面角在一定范圍內(nèi)可調(diào)。傾斜角:傾斜角是指在垂直面內(nèi)鏟刀與地面所夾的銳角。鏟刀在垂直面內(nèi)傾斜一定的角度后稱為側(cè)鏟，側(cè)鏟主要用于道路拱形路基的整形，道路邊溝的開挖或疏松堅硬的土壤。切削角：切削角是指鏟刀支于地面時，刀片和地面所夾的角。改變切削角的大小可改變鏟刀的切土阻力，適應不同等級的土壤，提高作業(yè)效率。3.1.3 推土機作業(yè)裝置主要參數(shù)及結

44、構尺寸的確定4.1.3.1 鏟刀高度和寬度這兩個參數(shù)決定了推土機的推土容量，因此是決定推土機生產(chǎn)率的重要參數(shù)。 鏟刀高度Hg鏟刀支地，沿地面垂直方向量出的鏟刀高稱為鏟刀高度Hg。鏟刀高度取決于發(fā)動機的額定功率。Hg可按以下經(jīng)驗公式確定。固定是鏟刀高度Hg： (mm) （4.1）回轉(zhuǎn)式鏟刀高度Hg： (mm) （4.2）式中FKP為推土機在推圖作業(yè)速度下所能發(fā)揮的有效牽引力，以10KN為單位。鏟刀寬度Bg是指鏟刀切削刃外廓寬。推土機鏟刀必須有自身開辟道路的能力，因此鏟刀寬Bg必須大于兩側(cè)履帶每邊2530mm。一般來講，用同一主機，在要求相同容積的土方作業(yè)時，可用不同寬度的推土鏟，土壤越是松軟，寬

45、度可相應大些。當鏟刀高度確定以后，可以用下列經(jīng)驗公式確定鏟刀寬度Bg的值。固定式鏟刀： Bg=(2.53)Hg （4.3）回轉(zhuǎn)式鏟刀： Bg=(3.54)Hg （4.4）3.1.3.2 推土鏟角度參數(shù)推土鏟的角度參數(shù)包括切削角、后角0、前翻角k、推土鏟斜裝角、擋土板安裝角z、推土鏟水平面回轉(zhuǎn)角、推土鏟垂直面傾斜角等。（如圖3.3）圖3.3 推土鏟角度參數(shù) 切削角 是鏟刀支地，刀片與地面間的夾角。切削阻力與有關，越小，切削阻力就越小。通過試驗得出結論：在 時切削的阻力最小。但是，由于推土機作業(yè)時，必須保證后角，因此過小不僅使得不到保證，而且會引起刀刃尖角過小，使刀片強度受到影響。所以，在實際設計

46、時，一般取。 后角 是刀片后段斜面與地面的夾角。一般去 。上面已經(jīng)提到，最好不能小于30。，否則，由于地勢起伏會出現(xiàn)刀片背后接地現(xiàn)象，從而增加摩擦力，降低切削能力。 前翻角k是推土鏟最上緣切線與水平面間夾角。k的選擇主要考慮使土屑沿推土鏟上緣向前翻滾性能良好。k值隨推土鏟上部曲面的曲率半徑的變化而改變。k過大，會使土壤里開上緣時不能向前翻滾，k過小，必然要減小推土鏟上部的曲率半徑，這就增加了土壤沿推土鏟向上滑動的阻力，也增加了土壤對推土鏟的法向壓力，從而增加了土壤粘結在推土鏟上的可能性。考慮到推土機上坡(k增大)和下坡(k減小)的影響，一般取 。 推土鏟斜裝角 是指整個推土鏟與地面傾斜安裝的角

47、度。一般取。過小，一方面土屑易從推土鏟上緣往后翻落；另外，由于推土板上積土太多而引起鏟刀提升阻力增加。過大，切削角隨之增大，使得土屑上升變形加大，增加切削阻力。 擋土板安裝角 是指推土鏟上部擋土板與地平面的夾角。一般取 。加裝擋土板的目的是防止土屑往推土板后面翻落并曾節(jié)推土板前積土量。 擋土板回轉(zhuǎn)角 是指在水平面內(nèi)，推土鏟與推土機縱向軸線的夾角。從土壤切削試驗可知，當時，土的側(cè)移阻力顯著減小，但由于結構位置限制，一般不易達到上述要求。對于回轉(zhuǎn)式鏟刀，側(cè)向排土時，的變動范圍為60。90。 。 推土鏟傾斜角 是在垂直面內(nèi)推土鏟與地平面的夾角。有了角，能使推土機在坡地上橫向推出水平切面，以及在平地上

48、推出橫坡。另外對于較堅硬土，可用鏟角作業(yè)。參的調(diào)整范圍，用螺桿調(diào)整的取，用油缸調(diào)整的取。3.1.3.3 推土鏟曲率半徑推土鏟曲率半徑R是決定推土鏟形狀的重要參數(shù)之一。它直接影響推土機的作業(yè)性能。R過小面翻落，增加土屑沿推土鏟上升阻力，并且導致卸土不干凈；R過大，土屑容易向推土鏟后，減少推土鏟前面積土量。因此確定R值要綜合考慮上述因素，其中最主要的就是避免土屑向推土鏟后面翻落，也就是要求你。R的具體數(shù)值可按經(jīng)驗公式計算，一般需滿足R(0.80.9)Hg，通常取R=Hg。3.1.3.4 推土鏟直線部分及擋土板尺寸擋土板垂直高度一般為(0.10.25)Bg的寬度，不小于推土鏟寬度的1/2；擋土板下邊

49、的寬度，固定式推土鏟取其為推土鏟寬，回轉(zhuǎn)式推土鏟則取其為推土鏟寬的75%。3.1.3.5 頂推架與臺車架的鉸點位置頂推架鉸接在臺車上，其鉸點位置影響鏟刀升降機構的運動，它與鏟刀升降高度、頂推架長度等參數(shù)有關。頂推架鉸接在臺車架的哪個位置，有兩種觀點：一是鉸接點位于臺車架的中點；二是處于臺車架的偏后位置，甚至很靠近驅(qū)動輪軸承。其好處是在推土鏟升降時，特別是鏟掘深度有變化時，可使推土鏟的切削角變化較小。3.1.4 推土作業(yè)裝置強度分析推土機在土石方工程中被廣泛應用，推土作業(yè)裝置是其承受工作載荷的主要部件。在復雜多變的工作外載作用下，分析計算推土作業(yè)裝置在不同工況、不同部位危險點的應力分布，是推土機推土作業(yè)裝置設計所必需的。作業(yè)裝置的工作可靠性是通過金屬結構內(nèi)部的應力狀態(tài)反映出來的。目前多采用有限元分析方法來確定它的應力狀態(tài)，為了使有限元分析計算更符合實際情況，首先應當確定它的計算工況，即外載荷的大小和作用位置。確定推土機推土作業(yè)裝置的計算位置也就是確定受力最大的位置以及處于該位置時的計算條件，其實質(zhì)就是選擇幾種最典型的工況作為分析位置。在對推土作業(yè)裝置計算分析時，主要分析計算以下五種工況。3.1.4.1 第一種工況推土機中部頂?shù)秸系K物其計算條件是： 推土機在水平地面作業(yè)； 帶土的推土鏟