潛孔鉆機(jī)底盤設(shè)計

1、 課 題： 潛孔鉆機(jī)履帶式底盤設(shè)計 學(xué) 校： 中南大學(xué) 成 員： XXX 班 級： 機(jī)械XXXX班 指導(dǎo)老師： XXX 完成日期： 2016年6月23日 目錄第一章 概述.3一、礦山機(jī)械底盤的功用3二、礦山機(jī)械底盤的類型4第二章 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定.5一、履帶51.履帶條數(shù)62.履帶節(jié)距t063.履帶寬度和履帶支撐面長度64.履帶高度及底盤高度的確定7二、驅(qū)動輪81.驅(qū)動輪齒數(shù)Z82.驅(qū)動輪節(jié)圓半徑9三、支重輪和托輪91.支重輪92.托輪10四、導(dǎo)向輪和張緊裝置111.導(dǎo)向輪112.張緊裝置12第三章 性能參數(shù)的確定13一、牽引力的計算131.機(jī)械行駛作業(yè)過程中的阻力132.牽引力的計算14二、液

2、壓馬達(dá)的選擇151.履帶行走機(jī)構(gòu)的效率152.液壓馬達(dá)的選擇15三、液壓泵及電動機(jī)的選擇161.液壓泵的選擇162.電動機(jī)的選擇16四、傳動比的確定17五、轉(zhuǎn)向阻力矩及單邊驅(qū)動力矩171.轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)172.轉(zhuǎn)向阻力矩183.轉(zhuǎn)向受力分析及轉(zhuǎn)向驅(qū)動力19第四章 參數(shù)的匯總20一、結(jié)構(gòu)參數(shù)的匯總20二、性能參數(shù)匯總21第五章 參考文獻(xiàn)22第一章 概述一、礦山機(jī)械底盤的功用在礦山機(jī)械中，自行式礦山機(jī)械占很大比重。自行式礦山機(jī)械主要由原動機(jī)、工作機(jī)構(gòu)和底盤等部分(有的還包括轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu))組成。原動機(jī)為該機(jī)械提供動力，工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，而底盤作為整機(jī)的支撐，并使該機(jī)械按所需的速度和牽引力，以及需要的方向

3、行駛。對于在行駛中進(jìn)行作業(yè)的礦山機(jī)械，如礦山裝載機(jī)、平巷掘進(jìn)機(jī)、礦用載重汽車和推土機(jī)等，其底盤(稱牽引型底盤)的性能對整機(jī)的性能起決定性的影響。對于在行駛中不進(jìn)行作業(yè)的礦山機(jī)械，如鑿巖臺車、牙輪鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)和挖掘機(jī)等，其底盤(稱承載型底盤)的性能也直接影響整機(jī)的性能。礦山機(jī)械底盤由傳動系、行走系、轉(zhuǎn)向系、制動系和回轉(zhuǎn)支承裝置等五部分組成：1傳動系統(tǒng)是原動機(jī)動力與驅(qū)動輪負(fù)載之間的動力傳遞裝置。其功用是將原動機(jī)輸出的功率傳遞給驅(qū)動輪，并滿足使用上對底盤性能的要求。2行走系統(tǒng)的功用是把整機(jī)支撐在地面上，傳遞和承受路面作用于車輪或履帶的各種力和力矩，并吸收振動和緩和沖擊以保證底盤的正常行駛。履帶式底

4、盤行走系統(tǒng)由車架、懸架、履帶架、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪和履帶等組成。3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是保證整機(jī)在行駛時按需要的方向行駛。履帶式底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向離合器和制動器及其操縱機(jī)構(gòu)組成。4.制動系用來使自行式礦山機(jī)械迅速降低行駛速度甚至停車，并保證機(jī)械能在坡道上停車。在履帶式底盤中通常沒有專門的制動裝置，而利用轉(zhuǎn)向制動器進(jìn)行制動。5.回轉(zhuǎn)支承裝置的功用是使工作機(jī)構(gòu)在任何方位作業(yè)，并使鏟掘的物料提起及繞整機(jī)做圓弧運(yùn)動，以達(dá)到運(yùn)輸物料的目的。二、礦山機(jī)械底盤的類型根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型不同，一般把它分為輪胎式、履帶式、軌輪式和步行式4種。根據(jù)傳動機(jī)構(gòu)的類型，一般又把其底盤分為機(jī)械傳動式、液力機(jī)械傳動式、液壓傳

5、動式和電力傳動式4種。對輪胎式底盤按轉(zhuǎn)向方式的類型，可把其底盤分為偏轉(zhuǎn)車輪式和鉸接式兩種。對履帶式底盤，按履帶的數(shù)目可分為雙履帶式、三履帶式和多履帶式底盤等。根據(jù)不同礦山作業(yè)條件和要求，合理地選用礦山機(jī)械底盤的類型，能有效地提高礦山機(jī)械的生產(chǎn)效率和降低成本。第二章 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定所有結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)已知條件：機(jī)重G=30t進(jìn)行確定。一、 履帶履帶工作條件惡劣，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，耐磨性好，重量輕以減少金屬的消耗量，并減輕履帶運(yùn)轉(zhuǎn)時的動載荷，要求履帶能很好的地面很好的附著，又要考慮減少行駛及轉(zhuǎn)向時的阻力。履帶結(jié)構(gòu)有整體式和組成式兩種。整體式每一節(jié)履帶鑄造成整體，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、易拆裝，但銷孔

6、間隙大、易進(jìn)泥沙、易磨損，適于高速車輛。工程機(jī)械大多采用組成式履帶裝置，密封性好，泥沙不易進(jìn)入相對的轉(zhuǎn)動面，因此使用壽命長，其缺點(diǎn)是零件多，制造復(fù)雜，拆裝困難。1. 履帶條數(shù)根據(jù)設(shè)計要求，選擇橡膠履帶2條。2.履帶節(jié)距t0履帶節(jié)距t0隨自重G的增大而增大，通常為：t0=17.5234G由已知條件，取機(jī)重G=30t,取系數(shù)為20，則節(jié)距 t0=20430000=263mm按我國履帶式工程機(jī)械行走機(jī)構(gòu)統(tǒng)圖四輪一帶規(guī)定，全部履帶工程機(jī)械用節(jié)距系列，從中選擇t0=216mm。3.履帶寬度和履帶支撐面長度根據(jù)機(jī)重及圖2-8-3，確定履帶寬度b=660mm。履帶的支撐面長度L0與帶寬b的關(guān)系： bL0=0

7、.180.2取L0=b0.2=6600.2=3300mm 履帶的軌距B與支撐面長度L0的關(guān)系： L0B2-f取摩擦系數(shù)=0.18,滾動阻力系數(shù)f=0.14,附著系數(shù)=0.4，則 BL02-f=33000.1820.4-0.14=1142mm取軌距B=1200mm。4.履帶高度及底盤高度的確定根據(jù)履帶總成聯(lián)系尺寸表，選取履帶高度=171mm，底盤高度=150mm。二、 驅(qū)動輪驅(qū)動輪是將傳動裝置的動力傳至履帶，以產(chǎn)生底盤運(yùn)動的驅(qū)動力。因此，要求驅(qū)動輪與履帶的嚙合性要好，即在各種行駛條件下和允許磨損的程度下嚙合應(yīng)平穩(wěn)，進(jìn)入和退出嚙合不應(yīng)發(fā)生干涉、沖擊和脫落履帶現(xiàn)象；另外要求傳動效率高、耐磨損。1.

8、驅(qū)動輪齒數(shù)Z卷繞在驅(qū)動輪上的履帶板數(shù)目Z,增加，使履帶運(yùn)動速度均勻性好，鉸鏈摩擦損失較少。一般Z在1215之間，可為整數(shù)，也可為0.5的倍數(shù)。為增加驅(qū)動輪的壽命，一般Z=2Z。由驅(qū)動輪節(jié)距和齒數(shù)的關(guān)系表可知，當(dāng)節(jié)距t0=216mm時，應(yīng)取驅(qū)動輪齒數(shù)Z=25。2. 驅(qū)動輪節(jié)圓半徑根據(jù)節(jié)圓半徑公式：rK=t02sin180Z 將t0=216mm，Z=13帶入上式得：rK=451.3mm，取rK=450mm。三、 支重輪和托輪1. 支重輪支重輪的尺寸和布置，應(yīng)使接地比壓均勻分布，為此可采用直徑小個數(shù)多的支重輪。但支重輪太小，將使支重輪滾動阻力增大。通常drt0=11.25(dr為支重輪直徑,t0為履

9、帶板節(jié)距)，故取dr=1.2216260mm。支重輪數(shù)目過多將使支重輪尺寸過小，布置時還應(yīng)防止支重輪之間、前支重輪與導(dǎo)向輪之間、后支重輪與驅(qū)動輪之間的干涉問題。由履帶行走系主要尺寸表可大致選取支重輪個數(shù)為6個，支重輪之間的距離Lk=335mm。2. 托輪托輪的個數(shù)取決于履帶上方區(qū)段的長度，一般驅(qū)動輪到引導(dǎo)輪軸距2m時，每側(cè)的托輪為2個，小于兩米時為一個。因為履帶支撐面長度L0=3300mm，故取托輪個數(shù)為2個。托輪的直徑一般比支重輪小，因其受力、受泥水腐蝕均比支重輪小，結(jié)構(gòu)也可簡化。根據(jù)履帶行走系主要尺寸表選取托輪直徑ds=170mm。四、 導(dǎo)向輪和張緊裝置1. 導(dǎo)向輪導(dǎo)向輪直徑加大，能減少沖

10、擊，增加整機(jī)作業(yè)的平穩(wěn)性。導(dǎo)向輪直徑一般較驅(qū)動輪直徑小，上方位置則應(yīng)比驅(qū)動輪緣低3080mm，使這一區(qū)段的履帶在運(yùn)動時順勢前滑。根據(jù)導(dǎo)向輪聯(lián)系尺寸表，選擇導(dǎo)向輪直徑為770mm。2. 張緊裝置目前工程機(jī)械多用滑塊式張緊裝置。緩沖彈簧必須有一定的預(yù)壓縮量，使履帶中產(chǎn)生預(yù)張緊力，以保證：在前進(jìn)時不因松弛而影響履帶銷和驅(qū)動輪齒的嚙合、倒退時能保證產(chǎn)生足夠的牽引力而仍保持履帶銷和驅(qū)動輪齒的正常嚙合。預(yù)張緊力亦不能太大，當(dāng)前方受到較大的沖擊力時，緩沖彈簧能進(jìn)一步壓縮來保護(hù)行走系各零件不被破壞。工程機(jī)機(jī)械常用的整體臺車、滑動式張緊裝置，其彈簧參數(shù)推薦如下：緩沖彈簧預(yù)緊力PY=0.60.8G=18000N緩

11、沖彈簧工作行程終了壓縮力PX=1.52PY=27000N第三章 性能參數(shù)的確定一、牽引力的計算1.機(jī)械行駛作業(yè)過程中的阻力(1)滾動阻力Pf： Pf=Pf1+Pf2=Gfcos Pf1、Pf2前、后輪上的滾動阻力； G機(jī)械自重，取300kN； 坡角，取25；f滾動阻力系數(shù)，0.14；計算得Pf=38.1kN(2)坡度阻力P： P=Gsin式中各參數(shù)同上，計算得P=126.8kN(3)土壤挖掘和推移阻力PT(4)風(fēng)阻力PW： PW=KFv23.62式中 v行駛速度(km/h) F機(jī)械迎風(fēng)面積，F(xiàn)BH,B為輪距，H為高度 K流線型系數(shù)，一般取0.0006(5)加速阻力Pj機(jī)械加速時，需克服機(jī)械平移

12、加速的慣性力和回轉(zhuǎn)零件加速回轉(zhuǎn)的慣性力矩。2.牽引力的計算由于潛孔鉆機(jī)在運(yùn)行過程中不存在挖掘阻力及回轉(zhuǎn)慣性力，若忽略低速行駛下的加速慣性力及風(fēng)阻力，則有以下力平衡方程： PK=Pf+P因此可求得牽引力PK=165kN二、液壓馬達(dá)的選擇1.履帶行走機(jī)構(gòu)的效率履帶行走機(jī)構(gòu)的效率x=f式中由行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，一般為0.96； f=PKpP K =PK-PfPK=126.8165=0.77； =vvT=rrK=rK1-rK =1-0.07=0.93。因此，履帶行走機(jī)構(gòu)效率x=0.69。2.液壓馬達(dá)的選擇履帶所需要力矩TL=PKrKx=1654500.69=108kNm已知潛孔鉆機(jī)的實(shí)際行走速度v=

13、2km/h,則其理論行走速度 vT=v1-=2.15km/h=0.6m/s驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速n=vT2rK=0.2rad/s=12rad/min由于行星傳動可用較緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸傳遞較大的動力，而圓柱外嚙合傳動可提高離地間隙，因此大功率履帶底盤可采用一級外嚙合圓柱齒輪與一級行星傳動的雙級傳動。參照最終傳動參數(shù)表，選擇最終傳動的傳動比if=16.5。參照液壓技術(shù)手冊，選擇徑向柱塞馬達(dá)型號為“JM13-F2.0F1”,額定轉(zhuǎn)速160r/min，額定轉(zhuǎn)矩5853N/m，額定壓力20MPa，排量2014ml/r。三、液壓泵及電動機(jī)的選擇1.液壓泵的選擇由功率守恒，即輸入功率等于輸出功率： PV=2T式中： P

14、液壓泵的額定壓力 V液壓泵的排量 T液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩若選用A7V系列斜軸式軸向柱塞變量泵，其額定壓力為35MPa，則解得泵的排量V=1050ml/r。由于潛孔鉆機(jī)在工作過程中所需流量最大，故采用三聯(lián)軸向柱塞變量泵供油，泵的型號為“A7V500”，其排量為500ml/r,額定壓力35MPa，最大轉(zhuǎn)速1200r/min,最大功率為350kW。2.電動機(jī)的選擇參照Y系列三相異步電動機(jī)選擇手冊，選用兩臺型號為“Y4501-4”的三相異步電機(jī)作為原動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，其額定功率為630kW，額定轉(zhuǎn)速為1485r/min，額定電壓為380V。四、 傳動比的確定由于潛孔鉆機(jī)的運(yùn)行速度較慢，故可不設(shè)變速檔，其總的

15、傳動比： i=i0if式中：i0主傳動器的傳動比，取其=14851200=1.2 if最終傳動的傳動比，本設(shè)計取其=16.5故總傳動比i=20。為了減少傳動系統(tǒng)中(除最后一級減速裝置的從動件)各零件的載荷，根據(jù)功率傳遞的方向，應(yīng)盡可能地把傳動比多分配給后面的部件，甚至先加速后減速。因此，本設(shè)計傳動比的分配較為合理。五、 轉(zhuǎn)向阻力矩及單邊驅(qū)動力矩1. 轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)當(dāng)履帶式工程機(jī)械在平地上繞轉(zhuǎn)向軸線O作等角速度轉(zhuǎn)向時，稱為穩(wěn)定轉(zhuǎn)向，如圖2-7-1所示。從軸線O到底盤縱向?qū)ΨQ平面的距離R，稱為履帶底盤的轉(zhuǎn)向半徑。當(dāng)V1=0時，最小轉(zhuǎn)向半徑Rmin=B2。若能使一側(cè)履帶反轉(zhuǎn)，當(dāng)V1=-V2時，Rmin=

16、0。因此履帶底盤能在狹窄場地轉(zhuǎn)向，而一般輪式底盤的轉(zhuǎn)向半徑遠(yuǎn)大于底盤寬度之半。2. 轉(zhuǎn)向阻力矩轉(zhuǎn)向時，履帶相對地面的運(yùn)動，可看做是兩個運(yùn)動的合成：即履帶相對于地面的滾動，由此產(chǎn)生滾動阻力；履帶繞本身旋轉(zhuǎn)軸線的相對運(yùn)動，由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力矩。轉(zhuǎn)向阻力矩由下述因素引起：(1) 履帶支承面，履刺表面與地面的相對摩擦。(2) 履帶相對轉(zhuǎn)動時，刮動地面，壓縮和剪切土壤。(3) 履帶相對轉(zhuǎn)動時，推動堆積在它旁邊的土壤。(4) 轉(zhuǎn)向時，行走機(jī)構(gòu)內(nèi)部阻力的增加。在求轉(zhuǎn)向阻力矩時，假設(shè)：(1)轉(zhuǎn)向阻力矩主要由橫向反力的作用引起，而忽略縱向反力，所以可把履帶支承面寬度看做一直線。(2)履帶支承區(qū)段的負(fù)載均布。(3)

17、履帶回轉(zhuǎn)時，其上各點(diǎn)所受土壤的橫向反力F與該點(diǎn)的負(fù)荷q成正比，即F=Bq。B為轉(zhuǎn)向時履帶與土壤間作用的阻力系數(shù)，稱為轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。根據(jù)以上假設(shè)，地面對履帶支承段的反作用力的分布如圖2-7-2所示。兩側(cè)履帶 所受的轉(zhuǎn)向阻力矩為：M0=BGL4式中：G機(jī)重；L履帶支承面長度，本設(shè)計中取3300mm；B轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，取決于土壤條件、履帶的結(jié)構(gòu)等。一般取0.7。計算得M0=173.3kNm。3. 轉(zhuǎn)向受力分析及轉(zhuǎn)向驅(qū)動力履帶底盤的轉(zhuǎn)向是靠改變左、右兩側(cè)履帶切線牽引力的大小，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩MZ，克服轉(zhuǎn)向時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩M0來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。當(dāng)履帶底盤在平地上穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，其外力如圖2-7-3所示。由于履

18、帶底盤速度低，離心力可略去不計。為方便計算，現(xiàn)做出如下假設(shè)：(1)兩側(cè)履帶的滾動阻力Pf1、Pf2相等，并與直線行駛時的滾動阻力相同。(2)轉(zhuǎn)向時總切線牽引力PK等于同等工況直線行駛時的切線牽引力PK,所以當(dāng)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向即MZ=M0時，有： PK1=PK2-M0B PK2=PK2+M0B帶入前述數(shù)值PK=165kN，M0=173.3kNm，B=1200mm可得：PK1=-61.9kN，PK2=226.9kN。故所需的轉(zhuǎn)向力矩MZ=PK2rK=102.3kNm。第四章 參數(shù)的匯總一、 結(jié)構(gòu)參數(shù)的匯總 序號項目單位參數(shù)1履帶節(jié)距mm2162履帶條數(shù)23履帶支承面長度mm33004履帶寬度mm6605軌距mm12006履帶高度mm1717底盤高度mm1508驅(qū)動輪齒數(shù)259驅(qū)動輪節(jié)圓半徑mm45010支重輪半徑mm26011支重輪個數(shù)612支重輪間距mm33513托輪個數(shù)214托輪直徑mm17015導(dǎo)向輪直徑mm77016緩沖彈簧預(yù)緊力N18000二、 性能參數(shù)匯總序號項目單位參