畢業(yè)論文-履帶式推土機的設(shè)計

（2010屆）本科生畢業(yè)設(shè)計履帶式推土機的設(shè)計學(xué)院（部）機械工程學(xué)院專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名班級指導(dǎo)教師姓名職稱講師最終評定成績2010年摘要推土機在土石方工程中被廣泛應(yīng)用，推土工作裝置是其承受工作載荷的主要部件，并將載荷傳遞至機體，受力情況非常惡劣。在復(fù)雜多變的工作外載荷作用下，分析計算推土工作裝置在不同工況、不同部位危險點的應(yīng)力分布，是設(shè)計推土機工作裝置所必需的。本文進行了推土機的總體設(shè)計、推土機重心計算、推土機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計工作裝置采用固定式直傾推土鏟，雙液壓缸提升。根據(jù)任務(wù)書設(shè)計了鏟刀和推土板的主要尺寸，并使用CAD制圖軟件，更直觀的將設(shè)計體現(xiàn)出來。本設(shè)計選擇了危險工況和計算位置進行了強度校核，并借助計算機選取危險截面進行了有限元分析，對結(jié)果進行了對比分析。經(jīng)過校核，該結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，滿足使用要求。穩(wěn)定性分析中，是在切土作業(yè)和坡道運行中進行的分析。并根據(jù)受力情況對液壓缸進行設(shè)計，得出相應(yīng)的缸體尺寸。關(guān)鍵詞推土機；工作裝置；液壓缸；強度校核；CAD制圖ABSTRACTBULLDOZERS,WORKSINTHEWIDEAPPLICATIONOFEARTHMOVINGEQUIPMENT,WHICHWORKINGDEVICELOADTOBEARTHEMAINCOMPONENTS,ANDLOADTRANSFERTOTHEBODY,THEFORCEISVERYPOORINTHECOMPLEXANDEVERCHANGINGWORKLOADS,THEANALYSISBLADEEQUIPMENTINDIFFERENTCONDITIONSDANGEROUSPOINTINDIFFERENTPARTSOFTHESTRESSDISTRIBUTIONISDESIGNEDBULLDOZERSWORKNECESSARYFORTHEDEVICETHISARTICLEWASTHEOVERALLDESIGNOFBULLDOZERS,BULLDOZERSGRAVITYCALCULATIONS,BULLDOZERSTRUCTUREDESIGNTHISDESIGNWORKOFDEVICEUSEDFIXEDSTRAIGHTINCLINEDDOZER,DUALHYDRAULICCYLINDERELEVATEDACCORDINGTOTHETASKOFSPADEANDBOOKDESIGNABLADEOFMAINDIMENSIONS,ANDUSECADSOFTWARE,MOREINTUITIVEDESIGNTHEDESIGNCHOSENTHEDANGEROUSWORKINGCONDITIONSANDCALCULATETHEPOSITIONOFSTRENGTHCHECK,ANDTHEUSEOFCOMPUTERSELECTEDDANGEROUSCROSSSECTIONOFTHEFINITEELEMENTANALYSIS,ANDCOOPERATETHERESULTSOFTHEANALYSISAFTERCHECKINGTHERATIONALDESIGNOFTHESTRUCTURE,ITSMEETTHEREQUIREMENTSTABILITYANALYSIS,ISCUTTINGJOBSANDRAMPRUNSINTHEANALYSISANDACCORDINGTOTHEFORCEONTHEHYDRAULICCYLINDERDESIGN,DRAWTHEAPPROPRIATEDIMENSIONSKEYWORDSBULLDOZERSWORKINGDEVICEHYDRAULICCYLINDERSCHECKSTRENGTHCADSOFTWARE目錄第1章緒論111推土機概述1111履帶式推土機介紹1112推土機的應(yīng)用2113我國推土機產(chǎn)品的發(fā)展前景2114推土機總體設(shè)計的任務(wù)312課題任務(wù)313課題背景和設(shè)計意義3第2章推土機總體方案設(shè)計521各個機構(gòu)的選擇5211動力裝置5212傳動機構(gòu)5213行走機構(gòu)6214工作裝置6215液壓系統(tǒng)622推土機總體參數(shù)選擇6221推土機重量和接地比壓6222推土機的行走速度7223鏟刀的垂直壓力和比壓入力7224鏟刀的提升高度和切削深度7225推土機生產(chǎn)率7第3章推土機重心計算941重心位置分析942重心位置的確定9第4章推土機工作裝置設(shè)計1141工作裝置結(jié)構(gòu)類型1142工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定12421鏟刀的高度和寬度12422推土板角度參數(shù)的選擇12423推土板曲率半徑14424推土板直線部分及擋土板尺寸15425頂推架于臺車架的鉸點位置15426鏟刀鋼板厚度1543推土機工作裝置的強度計算15431土壤的切削性能15432推土機受力分析16433推土機作業(yè)阻力計算1844推土機鏟刀的強度計算20441計算位置的確定（第一計算位置）20442超靜定計算20443斜撐桿強度計算2745第三位置計算28451頂推架的強度計算28452鉸銷軸強度計算29第5章推土機的穩(wěn)定性計算3151推土機切土作業(yè)的穩(wěn)定性3152推土機坡道運行的穩(wěn)定性32521縱向穩(wěn)定性32522橫向穩(wěn)定性33第6章液壓缸設(shè)計3461系統(tǒng)壓力的確定3462計算油缸尺寸34結(jié)論37參考文獻38致謝39第一章緒論11推土機概述111履帶式推土機介紹（1）歷史介紹履帶式推土機是由美國人BENJAMINHOLT在1904年研制成功的，它是在履帶式拖拉機前面安裝人力提升的推土裝置而形成，當(dāng)時的動力是蒸汽機，之后又先后研制成功由天然氣動力驅(qū)動和汽油機驅(qū)動的履帶式推土機，推土鏟刀也由人力提升發(fā)展為鋼絲繩提升。隨著技術(shù)的不斷進步，目前推土機動力已經(jīng)全部采用柴油機，推土鏟刀和松土器全部由液壓缸提升。推土機除履帶式推土機外，還有輪胎式推土機，它的出現(xiàn)要比履帶式推土機晚十年左右。我國生產(chǎn)推土機，是新中國成立以后才開始的。（2）推土機分類按行走方式，推土機可分為履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機附著牽引力大，接地比壓小004一013MPA，爬坡能力強，但行駛速度低。輪胎式推土機行駛速度高，機動靈活，作業(yè)循環(huán)時間短，運輸轉(zhuǎn)移方便，但牽引力小，適用于需經(jīng)常變換工地和野外工作的情況。按用途可分為通用型及專用型兩種。通用型是按標(biāo)準(zhǔn)進行生產(chǎn)的機型，廣泛用于土石方工程中。專用型用于特定的工況下，有采用三角形寬履帶板以降低接地比壓的濕地推土機和沼澤地推土機、水陸兩用推土機、水下推土機、船艙推土機、無人駕駛推土機、高原型和高濕工況下作業(yè)的推土機等。我國目前生產(chǎn)的主要是通用型推土機、濕地型推土機以及適應(yīng)西部大開發(fā)達高原型推土機。經(jīng)歷了20多年的穩(wěn)步發(fā)展，目前我國推土機行業(yè)已形成從59KW80馬力，山推的SD08推土機，在512汶川地震中，由俄羅斯米26直升機吊起到施工現(xiàn)場到309KW420馬力，為山推近年來開發(fā)的SD42推土機，主要出口到俄羅斯，另據(jù)山推內(nèi)部消息，機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、電氣部分、駕駛室和機罩等組成。其中，機械及液壓傳動系統(tǒng)又包括液力變矩器、聯(lián)軸器總成、行星齒輪式動力換擋變速器、中央傳動、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動器、終傳動和行走系統(tǒng)等。動力輸出機構(gòu)以齒輪傳動和花鍵連接的方式帶動工作裝置液壓系統(tǒng)中工作泵、變速變矩液壓系統(tǒng)變速泵、轉(zhuǎn)向制動液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)向泵；鏈輪代表二級直齒齒輪傳動的終傳動機構(gòu)（包括左和右終傳動總成）；履帶板包括履帶總成、臺車架和懸掛裝置總成在內(nèi)的行走系統(tǒng)。112推土機的應(yīng)用推土機采用機械傳動或帶液力變矩器的液力機械傳動系統(tǒng)，也有少數(shù)采用液壓傳動系統(tǒng)。推土機是填埋場應(yīng)用最為廣泛的機械。主要功能是將垃圾從面只以山推工程機械股份有限公司產(chǎn)品為例作一介紹其中的一些性能特點在選購任何廠家的產(chǎn)品時可參考比較衛(wèi)型推土機，飛輪功率額定轉(zhuǎn)速操作質(zhì)量山推環(huán)衛(wèi)型推土機系列產(chǎn)品是山推工程機械股份有限公司，根據(jù)中國國情和我國城市生活垃圾散碎雜等具體情況，研制開發(fā)的是按照市場需求并經(jīng)多次改進反復(fù)試驗生產(chǎn)的技術(shù)成熟，性能優(yōu)異的經(jīng)濟型推土機。變型機種按適用范圍可分為環(huán)衛(wèi)型推土機環(huán)衛(wèi)型推土機環(huán)衛(wèi)型推土機主要適用于垃圾場的填埋平整壓實堆積等工作也可用于牽引。113我國推土機產(chǎn)品的發(fā)展前景（1）開發(fā)小型推土機與北美、西歐和日本市場相比，中國小型推土機市場無論是銷量，還是小型推土機與重型推土機銷售總量中所占的比重，都有相當(dāng)大的差距。推土機行業(yè)必須借這次機遇，努力滿發(fā)展中國家開發(fā)小型工程機械產(chǎn)品，其定位一定要準(zhǔn)。應(yīng)該用不同的技術(shù)、針對不同用戶群來解決定位準(zhǔn)的問題。應(yīng)首先開發(fā)滿足發(fā)達地區(qū)廣大農(nóng)村市場的低端產(chǎn)品。而高端產(chǎn)品更多應(yīng)考慮未來用戶的需求。（2）盡快完善和解決適應(yīng)西部高原地區(qū)作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)1、采用功率恢復(fù)型的增壓技術(shù)。2、熱平衡技術(shù)。3、防風(fēng)護設(shè)備及機具的配置。5、低溫預(yù)熱系統(tǒng)的采用。6、多自由度推土裝置的開發(fā)應(yīng)用。114推土機總體設(shè)計的任務(wù)根據(jù)所要設(shè)計的推土機的主要用途、作業(yè)條件、制造情況等全名正確的確定影響整機性能的主要參數(shù)要性能參數(shù)。（3）按總體性能要求，確定各總成主要參數(shù)及相互之間的關(guān)系。（4）進行必要的總體計算。（5）繪制整機尺寸鏈圖及總圖。（6）輔助系統(tǒng)設(shè)計。總體設(shè)計對整的，但組合在一起不一定能取得良好的的效果。因此在總體設(shè)計中，各總成要相互協(xié)調(diào)，不能片面強調(diào)某一局部，必須從整機出發(fā)全面考慮，從而獲得較高的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。12課題任務(wù)本設(shè)計題目進行推計算，最后進行鏟斗的三維設(shè)計。13課題背景和設(shè)計意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，競爭無處不在，現(xiàn)在對學(xué)生的要求越來越高，不僅對學(xué)生的理論要求提高了，而且對學(xué)生的動手能力的要求也有所提高，而這次的畢業(yè)設(shè)計就是對學(xué)生的理論實踐能用了結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識，提高學(xué)生對軟件的應(yīng)用能力。第二章推土機總體方案設(shè)計21各個機構(gòu)的選擇推土機總體結(jié)構(gòu)包括動力裝置、傳動機構(gòu)、行走機構(gòu)、工作裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和駕駛室等。211動力裝置推土機的工作特點是在戶外連續(xù)作業(yè)，且阻力時常變化，宜選取12小時功率作為發(fā)動機裝車的標(biāo)定功率，轉(zhuǎn)速在18002000R/MIN之間，功率為120KW，速度適應(yīng)系數(shù)應(yīng)在135155的范圍內(nèi)。選用斯太爾WD615T13六缸四沖程柴油發(fā)動機，額定功率120KW，最大輸出扭矩840NM。212傳動機構(gòu)采用發(fā)動機液力變矩器變速器中央傳動最終傳動的路線。（1）液力變矩器推土機功率120KW，屬大型推土機，應(yīng)選液力機械傳動。液力機械傳動所選變矩器應(yīng)有較大86。該變矩器使推土機輸出力的大小能自動適應(yīng)外負(fù)載的變化，并保證超載運行時發(fā)動機不熄火。（2）變速器變速器要求結(jié)構(gòu)緊湊，換檔平穩(wěn)，換檔時無需切斷動力。采用行星齒輪式動力換檔變速器，速度的切換通過手操作液壓控制閥實現(xiàn)，前進后退各三檔，采用強制潤滑。（3）中央傳動和最終傳動采用一對螺旋圓錐齒輪傳動，將動力分左右兩部分。通過左右轉(zhuǎn)向離合器再將動力傳給最終傳動，最終傳動為二級直齒輪減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，承受力強，是推土機的主要受力部件。（4）轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用多片濕式轉(zhuǎn)向離合器，利用彈簧壓緊，手操縱（與制動器聯(lián)動）油壓助力壓縮，液壓分離；采用濕式帶抱式腳踏油壓助力轉(zhuǎn)向制動器，以轉(zhuǎn)向器從動鼓作為制動鼓。213行走機構(gòu)行走機構(gòu)由，緩沖彈簧起緩和沖擊的作用。履帶為密封潤滑型耐磨損，摩擦系數(shù)低，使用壽命長。214工作裝置推土鏟可根據(jù)不同的使用土況配置角鏟、直傾鏟、U形鏟和環(huán)衛(wèi)鏟。后工作裝置可配置單齒松土器、三齒松土器、工業(yè)絞盤、拖式鏟運機、拖式振動壓路機等，并可根據(jù)用戶需要改裝成質(zhì)量，操作輕便，易于控制。工作裝置布置在推土機前端，主要包括推土鏟刀、頂推架、水平撐桿、斜撐桿和控制推土鏟刀起落的液壓缸。直傾式鏟刀的推土板采用中部為圓弧段，上部為擋土板，下部為直線段的復(fù)合型推土板，推土板斷面結(jié)構(gòu)為半開式。推土板側(cè)邊與推土機縱軸方向夾角一般為57度。215液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)分為變速變矩液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和工作裝置液壓系統(tǒng)。變速液壓系統(tǒng)由變速泵、變速閥等組成，用于推土機的前進、后退和變速換擋，使推土機換擋平穩(wěn)、可靠、省力。轉(zhuǎn)活可靠。工作裝置液壓系統(tǒng)由工作泵、控制閥和液壓缸等組成，用于推土機工作裝置的提升、下降和保持，作業(yè)效率高。22推土機總體參數(shù)選擇推土機的總體參數(shù)包括重量、速度、牽引力等。初選時，一般按經(jīng)驗公式或相似法則來確定，然后通過總體計算來校核總體性能。如果計算結(jié)果不夠理想，必須對某些參數(shù)做適當(dāng)?shù)男薷?，以獲得良好的總體性能。221推土機重量和接地比壓推土機的重量總體性能影響很大，他是衡量發(fā)動機功率利用的一個重要參數(shù)。此款推土機的使用重量用重量與履帶接地面積F之間的比值按下式計算SGQ（21）LBGS3102式中推土機的使用重量（KN）SL履帶接地長度（M）；B履帶板寬度（M）；其中，是17385般在60KPA左右。SG222推土機的行走速度推土機前進時13檔的速度49KM/H，4985KM/H，85136KM/H223鏟刀的垂直壓力及比壓入力鏟刀的垂直壓力P是以推土機在油缸的作用下，抬頭失穩(wěn)極限情況下確定的，其計算公式如下P（N）（22）SG1L式中推土機使用重量（N）；SG、鏟刀切削刃及整機重心至傾翻點水平距離；L1為17385N,、分別為35M，12M，所以有如下SLP17385N42255N2153比入壓Q是鏟刀單位支地面積的垂直壓力。Q按下式計算Q34MPAFP50F切削刃接地面積（）。224鏟刀的提升高度和切削深度此款推土機鏟刀的提升高度為1095，鏟土深度為545。225推土機生產(chǎn)率影響推土機生產(chǎn)率的因素V（24）02TGHHBMK式中推土板寬度（M），取02M；推土板高度（M），取1149M；GH平均切土深度（M），取0545M；土的自然坡度角，?。?03土地的充盈系數(shù)，取10。K所以V10006302354192TG32推土作業(yè)生產(chǎn)率TQ/H（25）TQTKVYNI3603M式中推土機作業(yè)時間利用系數(shù)，取090；IK推土板土量損漏系數(shù)，取決于運輸距離L,10005L；NNK坡度作業(yè)影響系數(shù)，取07；YT一個推土周期循環(huán)時間（S），取T2（24）1VL2421L1T23式中切土距離，取10M；L運土距離，取50M；2、分別為切土、運土、返回的速度（M/S）,分別取081VV4M/S、16M/S、4M/S推土機掉頭時間，取10S；1T換擋時間，取4S；2鏟刀下落時間，取1S。3T所以T84S推土作業(yè)生產(chǎn)率128/HTQ8490750633M第三章推土機重心計算31重心位置分析推土機的中心位置主要是指縱向的位置，橫向一般分布在推土機縱軸中心線上，重心的高度在滿足離地間隙要求的情況下，為提高穩(wěn)定性，應(yīng)盡量降低。影響重心位置有兩個一個是總體布置是否合理；另一個是作用在鏟刀上的外載荷的變化。推土機在各種工況作業(yè)時，地面對鏟刀反力的大小和方向是影響接地比壓的重要因素。顯然不可能要求在任何情況下推土機接地比壓均勻，并使得壓力中心保持在接地中心上，因此只能找出一個對推土機總體性能影響最大而又經(jīng)常遇到的工況，滿足上述要求，這是推土機重心合理布置的基本要求。32重心位置的確定1理論分析為了使液壓推土機鏟刀具有良好的的強制入土的性能，重心入土以強制入土為基本情況。此時，要求接地比壓均勻，壓力中心位于接地重心上。如圖31圖31重心位置的確定以驅(qū)動輪中心線與地面交點O為坐標(biāo)原點，建立坐標(biāo)系。重心位置距O點為L，地面對履帶支反力的合力N距O點為接地長度的一半，即L/2。由0得N（31）ZGGZP由0得N0320MLZ2L則146ML21LGZ從上式可見，推土機重心的確定，以入土工況為基本工況是，必須將重心布置在接地中心之前，其前超量為。重心位于接地重心之前，使鏟刀強制入土性1LLGPZ能提高，入土力大，不易抬頭。第四章推土機工作裝置設(shè)計41工作裝置結(jié)構(gòu)類型推土機的工作裝置也稱鏟刀，它包括推土板，頂推架，鏟倒升降機構(gòu)等。推土板的橫向結(jié)構(gòu)外形為直線型，直線型推土板切削力大，但推土板兩側(cè)有土遺漏現(xiàn)象。推土板前土形成的時間較長，因此它主要用于短距離土的剝離和運輸。如圖41圖41直線型固定式鏟刀推土板縱向外形結(jié)構(gòu)為復(fù)合型，下面直線段，上面為圓弧段。如圖42所示圖42推土板結(jié)構(gòu)外形推土板斷面結(jié)構(gòu)為斷方向的夾角是。推土板兩側(cè)輪廓為直角外形。057推土機的外形對減少推土機在作業(yè)時的能量消耗，提高作業(yè)效率有很大關(guān)系。合理的推土板外形土的切削阻力較小，土屑沿推土板面向上滑移時，摩擦功消耗較小，并且土屑再向上滑移的同時，向推土板的前方滑落，容易形成較大的土塊。設(shè)計推土板外形是要考慮以下因素（1）土屑在推土板上緣易向前翻落，不應(yīng)越過刀背向后翻落。（2）推土板前前面上升時變形小。（4）推土板卸土干凈，不易粘著濕土。42工作裝置主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的確定421鏟刀的高度和寬度（1）鏟刀發(fā)動機的額定功率，可按以下經(jīng)驗公式確定（220275）（）41GH3EHN式中發(fā)動機的額定功率（KW）2331149（42）G31202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，GB因此鏟刀寬必須3）（43）H311493416G422推土板角度參數(shù)的選擇推土板的形狀對減少推土機作業(yè)過程中能量消耗，提高作業(yè)效率有很大關(guān)系。合理的推土板外形，土的切削阻力較小，土屑沿推土板面向上滑移時，摩擦功消耗較小，并且土屑在向上增加了能量的消耗。對于同樣的土，當(dāng)切削面積相等時，推土板外形稍有改變，切削阻力就隨之改變，所需的頂推力也就不同。推土板角度參數(shù)包括切削角，后角，刀刃尖角，前翻角，擋土板安裝角，推土板斜裝角KZ，擋土板垂直面傾斜角。推土板各角度如圖44所示。圖44推土板角度參數(shù)（1）切削角的選擇切削角是鏟刀支證后角大與30。因此過小不僅使得不（2）后角的選擇后角是刀片后端斜面與地平面的夾角，若（0809）HO,通常取RGHO。424推土板直線部分及檔土板尺寸固定式鏟刀推土板采用下部為直線段的復(fù)合形推土板，下部直線部分用來安裝刀片，直線部分等于刀片寬度。取A015HG17235180MM推土板垂直高度根據(jù)總尺寸確定。425頂推架于臺車架的鉸點位置頂推架鉸接在臺車架上，其鉸點位置影響鏟刀升降機構(gòu)的運動，它與鏟刀升降高度、頂推架長度等參數(shù)有關(guān)。頂推架鉸點位置對臺車架的受力狀況影響很大尤其當(dāng)鏟刀受到偏載及橫向力時，太靠前則臺車架發(fā)生較大形變，太靠后則推土機易前翻，為了使鉸點反力均衡的縱向和橫向傳至臺車架和八字架上，避免臺車架受力過大發(fā)生形變，鉸點位置一般選在八字架與臺車架聯(lián)接中點的附近。426鏟刀鋼板厚度推土板及頂推架均是鋼板焊接部件，鋼板厚度由剛度和強度條件確定。取鋼板的厚度為22。43推土機工作裝置的強度計算431土壤的切削性能表1幾種土壤的粘聚力C和重度0G粘土亞粘土亞砂土塑性土壤的種類C/MPA0G/KN/MC/MPA0G/KN/MC/MPA0G/KN/M硬性006215002205半硬00621000420015200低塑0042050025001195塑性00219500150005190高塑001190011850002185流動0005180005180000180表2土壤的自然坡度角砂石粘土種類狀態(tài)碎石礫石粗砂中砂細(xì)砂肥土貧土輕亞粘土種植土干354030383545504040濕454032353035403035飽和253527252015302025表3土對鋼和土對土的摩擦系數(shù)、12土壤名稱1砂土和亞砂土08035中質(zhì)亞粘土重質(zhì)亞粘土12080土壤內(nèi)摩擦角，土與鋼的摩擦角。2ARCTN11ARCTN表4各種土壤的切削比阻力及刀刃入土比阻力（MPA）BKYK土級別土的名稱BY砂、砂質(zhì)上、中等濕度的松撤粘土、種植土枯質(zhì)土、中綱砂礫、松散軟粘土巒實枯土質(zhì)、中等鉆粘土、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(zhì)的石礫堆積物中等頁巖、得于枯土、堅實而硬的黃土，軟石膏0010030030060060130025025032025061014表5履帶行走機構(gòu)在各種地面的滾動阻力系數(shù)和附著系數(shù)F支撐面種類滾動阻力系數(shù)F附著系數(shù)鋪砌的路面0050608干燥的土路0070809柔軟的砂質(zhì)路面01007細(xì)砂地0045055收割過的草地0100709開墾的田地0100120607冰雪凍結(jié)的道路00300402432推土機受力分析推土機作業(yè)受力分析是強度計算的依據(jù)，就是確定外載荷，踏實工作裝置提升機構(gòu)的工作依據(jù)，而且為工作裝置、履帶臺車架等零部件強度計算提供載荷依據(jù)。（一）鏟刀自重GG液壓推土機靠油缸力使鏟刀強制入土，所以鏟刀不必太笨重，鏟刀自重在強GG度及剛度允許的情況下，可適當(dāng)減輕?？梢杂媒?jīng)驗公式確定鏟倒自重（018021）（N）（44）GGSG推土機的使用重量。S所以有17385093NGG（二）鏟刀提升力計算鏟刀提升力是指提升裝置的提升作用力，當(dāng)鏟刀遇到大障礙物，鏟刀提不起來，而鏟刀提升機構(gòu)供給的提升力足以使推土機繞履帶接地最前端（A點）傾翻。以拖拉機為脫離體，拖拉機受力有拖拉機使用重量GT,頂推架絞點支反力和，提升力，按內(nèi)力平衡，、分別和、大小相XCZSYXCZSYXCZS等，方向相反。圖45鏟刀提升力計算受力圖0得GTXMZS0AMALC1LY1R得SYS（45）Y1RXGT以鏟刀為脫離體，鏟刀受力有土的反力PX和PZ,鏟刀自重GG，頂推架絞點C的反力XC和ZC，提升力SY,此時與地平面成角。0得XXCPXSYCOSFXC0得ZZCOMLGGXCMSYRL0將X和Z值代入式，得CSY（46）1110LGCOSCOSSAGLPXLRR式中推土機使用重量SPX土的反力GG鏟刀自重提升力與地面夾角SY力與作用線距離0RL、LG見圖示1SY0045COS71245COS30471253382689163120860N考慮動載荷的鏟刀提升力（47）1SYKD式中動載系數(shù)，查表取14DK故169200N1S433推土機作業(yè)阻力計算以推土機在水平地面勻速行駛，鏟刀以最大切土深度進行作業(yè)，當(dāng)切土結(jié)束提升推土鏟的瞬時所產(chǎn)生的最大作業(yè)阻力作為計算工況，其作業(yè)阻力主要有切線切削阻力PQ，鏟刀前積土的推移阻力PT，刀刃與土壤摩擦阻力PM1和土屑沿鏟刀上升時的摩擦阻力的水平分力PM2，1切線切削阻力PQ設(shè)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PQB（48）610PH1BK式中B推土板的寬度（3416M）切削比阻力，查表4取005（MPA）BKBK推土產(chǎn)平均切削深度（M）PH圖46推土鏟平均切屑計算（）SINSINPHSINM2BMH2B0545SIN0248M41630故3416024800542358NQP610鏟刀前積土的推移阻力TP49TTG2式中土與土之間的摩擦系數(shù)，查表3取052推土鏟前積土重量TG（410）T02TANPHHB式中土的重度（N/），查表1得21N/3M30MB推土鏟的寬度（3416M）H推土鏟的高度（1149M）推土鏟平均切屑深度（0248M）PH土壤的自然坡度角，查表2得取004故2134701NTG31024TAN2896故34701N0517351NTP3刀刃與土壤摩擦阻力1MBX（411）P60YK1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YK0483MPAB推土鏟寬度（3416M）X切削刃磨損后的接地長度M取0008M土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)，查表3取101故0483341600081013200NP604土屑沿鏟刀上升時的摩擦阻力的水平分力2MP（412）2MTG12COS式中GT推土鏟前積土重量（34701N）土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)（10）1推土鏟的切削角（55）故34701105511416N2MP2COS綜上所述推土機的作業(yè)阻力PT為PTPQPTPM1PM24235817351132001141684325N上述作業(yè)阻力計算時，沒有考慮鏟刀碰撞障礙物時的沖擊載荷的影響，當(dāng)鏟刀碰撞到難以克服的障礙物時，推土機仍全力頂推，履帶完全滑轉(zhuǎn)，此時需考慮猛烈的沖擊及慣性力，計算經(jīng)驗公式PXKDPT（413）式中KD動載系數(shù)，取15故PX1584325126488N44推土機鏟刀的強度計算441計算位置的確定（第一計算位置）鏟刀的水平土反力PX和頂推架絞點水平反力XC的最大值，適當(dāng)推土機具有最大頂推力和慣性力時產(chǎn)生的。即推土板頂?shù)秸系K物，履帶滑轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的。鏟刀的土切垂直反力PZ和鏟刀升降力的最大值，是在推土板固定切削時或者以全功率提升及強制入土?xí)r產(chǎn)生的。推土機中部頂?shù)秸系K物，其計算條件為推土機在水平地面作業(yè)帶土的推土板從切削位置提升到運土位置推土機功率足夠大，在頂升推土板的同時，以最大頂推力向前，即可能使推土機翹尾失穩(wěn)，同時履帶滑轉(zhuǎn)。442超靜定計算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(gòu)件，因此需要按解超靜定方法進行鏟刀的強度計算。首先繪制計算草圖，如圖57所示，其中各件的幾何尺寸和相互間位置，是根據(jù)總體布置要求確定。圖47超靜定計算草圖已求出，XP1SCTG22303NZ式中土對鋼的摩擦角ARCTAN111045將PX和轉(zhuǎn)算到頂推架平面上，其合力為1P則COS1PX1S式中力與頂推架平面間夾角45故238452N1此時附加力矩M1,M2頂推架平面內(nèi)構(gòu)建具有三個多余約束，即頂推支座多余一個約束及水平撐桿多于兩個約束。由于P1作用在推土板中間，兩水平撐桿的約束相同，所以可簡化為兩次超靜定結(jié)構(gòu)。解此超靜定系統(tǒng)求出支反力和兩個水平桿的約束力，首先畫出該結(jié)構(gòu)所受多余未知力X1，X2，如圖48所示。圖48工作裝置所受多余未知力并建立兩個補充方程0（414）1XP0（415）22式中和去除多余約束后假設(shè)的未知反力1X2、和分別為、和力作用下沿作用方向上的位移量1P1X21P1X、和分別為、和力作用下沿作用方向上的位移量222頂推架與履帶臺車架兩絞點的作用力分別為、和、。1CXY2CXY圖49多余未知力計算圖在P1載荷下02CM1LXC3P得119226NC00M1CX55311N1CY21L0C0165933NX1LY在單位力作用下1X1102CM1L得0X01L0C200KM在單位力作用下2X01CX20Y1CM20DEMSINK3L通過以上分析計算，建立在載荷P1作用下和單位力1和2作用下，基1X2本結(jié)構(gòu)圖上的彎矩圖、如圖45所示，圖乘法計算、P1X12、值P121EI8412313932SINSINLLLIEI1724SI32LLEIEI50P12123121LYLLEICCEI2834P219129313SINSINCCLLYLLYLIEI614帶入以式414與415得2196773N1X1939853N2多余未知力求出后，最后彎矩圖可有下式按疊加原理計算MG（416）PXXM21得到工作裝置所受軸向力和彎矩圖如圖510所示圖410工作裝置所受軸向力和彎矩圖推土板在外力作用下，從MG圖可見，推土板中間O截面及頂推架的D截面彎矩最大。得到推土板截面特性參數(shù)如下體積98732567E073M曲面面積16882094E072密度78000000E06KG/3質(zhì)量77011402E02KG根據(jù)推土鏟坐標(biāo)邊框確定重心XYZ16978878E0370192331E0214649351E02MM相對于推土鏟坐標(biāo)系邊框之慣性KG慣性張量IXXIXYIXZ47590098E0891781195E0819155013E08IYXIYYIYZ91781195E0830798006E0988997762E07IZXIZYIZZ19155013E0888997762E0735055927E09重心的慣性相對推土鏟坐標(biāo)系邊框KG慣性張量IXXIXYIXZ79941711E0700000000E0000000000E00IYXIYYIYZ00000000E0084317113E0898090872E06IZXIZYIZZ00000000E0098090872E0690605779E08主慣性力矩KGI1I2I379941711E0784167662E0890755230E08從推土鏟定位至主軸的旋轉(zhuǎn)矩陣100000000000000000000000098859015062000000015062098859從推土鏟定位至主軸的旋轉(zhuǎn)角度相對XYZ的夾角866300000000由J2XMZZ0SINMGXCOZ根據(jù)以上數(shù)據(jù)得00643XJ4M0254Z33088NMX217171NMZMO截面的正應(yīng)力值為00XZZNJF代入數(shù)據(jù)得38129716927468300640503MPA設(shè)扭矩值與剛度成正比故O截面上扭矩剪切應(yīng)力為KIJM式中O截面上各外力對扭轉(zhuǎn)中心的力矩值之半（約束承擔(dān)了一半扭矩）KIO截面各板厚度I截面各部分的扭轉(zhuǎn)慣性矩KIJ代入數(shù)據(jù)得887MPA248013推土板中間O截面的總應(yīng)力按第三強度理論求得RS（417）RS2式中許用應(yīng)力帶入數(shù)據(jù)得1902MPA380MPARS227846校核合格。443斜撐桿強度計算在推土板垂直平面內(nèi)，推土板與頂推架絞點支反力為，推土板與斜撐桿絞AP點反力為，由于和的作用，產(chǎn)生力矩和BPX1S1M21XPHCOS2S由0得BMSIN0125L61A2H3AP32SINHS代入數(shù)據(jù)得98483NA0509241750516920SIN454由0得MSIN0125LP61SBP2H3BPSIN216152HLSM代入數(shù)據(jù)得B004175209351692SIN454SIN139344N斜撐桿受軸向力BFP2式中斜撐桿截面積BF代入數(shù)據(jù)得2469MPA380MPA2139405校核合格。45第三計算位置第三計算位置是超靜定體系，此位置主要計算頂推架、絞銷軸。可按靜定方法計算。451頂推架強度計算頂推架絞點反力和由圖511根據(jù)力矩平衡式求得。1CXZ0COS21BSLPBMXCZ2IN1ZGCZGX（N）2SI11BLXCN12SIN1BLPSZZGC圖511鏟刀第三位置計算圖8124975N012431692SIN6805CX2046172N01I31292430815CZ452鉸銷軸強度計算此位置時銷軸危險截面為II面（如圖512），銷軸受力為，其計算如下CP21CCZXP8382045N28497506圖512絞銷軸受力（MPA）（418）610FYWLPC式中W銷軸抗彎截面模量（），值為00053M銷軸的軸向力，取32536NCYF銷軸斷面積（），值為0003282MPA380MPA683204132510此絞銷軸合格第五章穩(wěn)定性計算推土機的穩(wěn)定性包括防止推土機前傾翻、后傾翻、側(cè)向傾翻以及橫向滑移等現(xiàn)象的出現(xiàn)。以下討論幾種典型工況。51推土機切土作業(yè)的穩(wěn)定性推土機的作業(yè)條件為推土出現(xiàn)向前傾翻的現(xiàn)象。如圖51所示，穩(wěn)定性的判斷式為XC式中，C為最前端支重輪下的履帶接地點到驅(qū)動輪中心線的距離；X為支承履帶的土壤法向反力的合力動鏈輪中心的水平距離?？梢园聪旅娴姆椒ㄇ蟮?，由得0M（51）12SZTTGLPQLGLXN圖51推土機的作業(yè)穩(wěn)定性式中；推土機的使用重量；SG土壤對推土鏟反力ZP推土鏟帶起的土堆重量可以取/3，為推土鏟前的積土TTGTT重量；N土壤的法向反力合力，SZTNPQ166MC1738509230475632047516041X故推土機切土作業(yè)穩(wěn)定52推土機坡道運行的穩(wěn)定性推土機坡道運行的穩(wěn)定括推土機在坡道上的縱向運行穩(wěn)定性和橫向運行穩(wěn)定性。521縱向穩(wěn)定性圖52A為上坡時推土機的極限坡度角。設(shè)整機重心位置在O點，此時機重的作用線不能越出履帶線不能超過點。否則推土機將繞點向前傾翻。所以有SGCC下坡傾翻極限角（52）MAXRCTNLH上坡傾翻極限角（52）式中，H為重心離地面高度，H18M。圖52推土機的縱向穩(wěn)定性推土機在坡道上行駛，還受發(fā)動機功率、地面附著條件等限制。為了使推土機在坡道上不滑移，應(yīng)按地面附著條件計算不滑移的極限坡度角。若不計滾動阻力，不滑移的極限坡度角求推土機在被道上行駛時傾翻后于滑移，即上下坡傾翻極限角應(yīng)大于不滑移的極限坡度角。因此，履帶推土機縱向行駛穩(wěn)定條件為；上坡時