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I 畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械 051 姓名 甄龍（200506034）下發(fā)日期 2009-3-10 題目 TY160 推土機工作裝置設計 專題 主 要 內 容 及 要 求 本設計題目進行推土機鏟斗的設計，主要工作有：設計工作裝置的結構形式和尺 寸，包括設計鏟刀高度、鏟刀寬度、推土板角度參數(shù)、曲率半徑，頂推架與臺車架鉸 點位置，以及推架的結構設計，然后進行鏟斗的強度計算，最后建立鏟斗的三維模型。 主要設計內容為： 1. 推土機總體方案設計； 2. 推土機工作裝置的設計計算，以及三位模型的建立，完成繪圖設計折 合 A0 圖紙 3 張； 3. 翻譯英文文獻 3000 單詞左右； 4. 完成 2 萬字左右的畢業(yè)論文或設計說明書。 主要技 術參數(shù) 發(fā)動機額定功率（kw）： 120 額定轉速（rpm）： 1850 最大扭矩 Nm/rpm 764 燃油消耗率 g/kwh <231 進 度 及 完 成 日 期 設計任務的安排及資料查閱 2009-3-102009-3-17 實習 2009-3-172009-3-24 外文翻譯 2009-3-242009-4-1 方案設計 2009-4-12009-4-10 三維圖的繪制 2009-4-102009-5-10 工程圖的形成及修改 2009-5-112009-6-1 設計說明書的書寫及修改 2009-6-22009-6-15 教學院長簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 I 摘 要 推土機在土石方工程中被廣泛應用，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力分布，是 設計推土機工作裝置所必需的。 本文進行了 TY160 型推土機的總體設計、推土機工作裝置結構設計。工 裝置由推土刀板、頂推梁、撐桿、液壓缸系統(tǒng)等組成。推土板的結構形式直接 決定了工作裝置的受力狀況，此設計的推土板采用半開式結構，其傾斜角的調 整是通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的。借助 Pro/E 軟件進行推土機工作裝置的三維實體設 計，可以真實的反映各部分的幾何形狀和空間位置。 本設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，對結果進行了對比分析。經過校核，該結構設計合 理，滿足使用要求。 關鍵詞：推土機；工作裝置；Pro/Engineer ；強度校核 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 II ABSTRACT Bulldozers, works in the wide application of earth-moving equipment, which working device load to bear the main components, and load transfer to the body, the force is very poor. In the complex and ever- changing work loads, the analysis blade equipment in different conditions. Dangerous point in different parts of the stress distribution is designed bulldozers work necessary for the device. In this paper, complete the TY160 bulldozers the overall design, the bulldozers working device structure design. Working mainly components by the installation of Blade knife plate, pushers beam, pole vault, hydraulic cylinder system. The structure of Blade knife plate can determine the device situation directly. And the hydraulic system can achieve the blade angle adjustments. The design uses of Pro/Engineer software to building the 3D solid model, which can be true representation the geometry and the locus. The design chosen the dangerous working conditions and calculate the position of strength check, and the use of computer selected dangerous cross-section of the finite element analysis, and cooperate the results of the analysis. After checking the rational design of the structure, its meet the requirement. Key words: bulldozers; working device; pro/engineer; check strength; FEM 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 III 目錄 摘 要 ...............................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................II 目錄 ..............................................................................................................III 第一章 緒 論 ..............................................................................................1 1.1 推土機概述 ...............................................................................................................1 1.2 課題任務 .................................................................................................................11 1.3 課題背景和設計意義 .............................................................................................11 第二章 推土機總體方案設計 ..................................................................12 2.1 動力裝置 .................................................................................................................12 2.2 傳動機構 .................................................................................................................12 2.3 行走機構 .................................................................................................................13 2.4 工作裝置 .................................................................................................................13 2.5 液壓系統(tǒng) .................................................................................................................13 第三章 推土機總體參數(shù)選擇 ..................................................................15 3.1 推土機重量和接地比壓 .........................................................................................15 3.2 推土機的行走速度 .................................................................................................15 3.3 鏟刀的垂直壓力及比壓入力 .................................................................................16 3.4 推土機的軌距和最小轉彎半徑 .............................................................................16 3.5 推土機的駛入角、離去角、離地間隙 .................................................................17 3.6 鏟刀的提升高度和切削深度 .................................................................................17 3.7 推土機生產率 .........................................................................................................17 第四章 推土機重心計算 ..........................................................................19 4.1 重心位置分析 .........................................................................................................19 4.2 中心位置的確定 .....................................................................................................19 第五章 推土機工作裝置設計 ..................................................................21 5.1 工作裝置結構類型 .................................................................................................21 5.2 工作裝置主要參數(shù)及結構尺寸的確定 .................................................................22 5.3 推土機工作裝置的強度計算 .................................................................................27 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 IV 5.4 推土機鏟刀的強度計算 .........................................................................................32 5.5 第三計算位置 .........................................................................................................41 結論 ..............................................................................................................43 參考資料 ......................................................................................................44 致謝 ..............................................................................................................45 附件 ..............................................................................................................46 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 1 第一章 緒 論 1.1 推土機概述 1.1.1 推土機的用途 推土機是一種短距離的自行式鏟土運輸機械，以工業(yè)拖拉機或專用牽引車 為主機，前端裝有推土裝置，依靠主機的頂推力，用來開挖路基、構筑路堤、 回填基坑、鏟除障礙、清除積雪、平整場地等，也可完成短距離內松散物料的 鏟運和堆集作業(yè)。 大型推土機加裝松土器后還可以進行土石的劈松作業(yè)；加裝多齒松土器可 以劈開較薄的硬土、凍土等；加裝單齒松土器除能疏松硬土、凍土外，還可以 劈松具有風化和有裂縫或紋理發(fā)達的巖石。 推土機的作業(yè)對象主要是：各級土、砂石料及風化巖石等。 推土機受鏟刀容量的限制，運距不宜過長。推土運距過長或過小軍會降低 作業(yè)生產效率。 通常中小型推土機的運距為 1080m ， 大型推土機的運距不 超過 120m。 1.1.2 推土機的組成 履帶式推土機主要由工業(yè)拖拉機、液壓系統(tǒng)和工作裝置（推土鏟刀和松土 器）所組成。輪胎式推土機是在整體車架或鉸接式車架的專用輪式底盤前方加 裝有液壓操縱的推土機工作裝置所組成。有些大中型推土機為了提高施工質量 和作業(yè)速度，減輕駕駛員的勞動強度，還加裝了推土裝置調平系統(tǒng)。如圖 1.1 所示。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 2 1.1.3 推土機結構和工作原理 推 土 機 是 土 方 工 程 機 械 的 一 種 主 要 機 械 ， 按 行 走 方 式 分 為 履 帶 式 和 輪 胎 式 兩 種 .因 為 輪 胎 式 推 土 機 較 少 。 本 文 主 要 講 述 履 帶 式 推 土 機 的 結 構 與 工 作 原 理 。 功 率 大 于 120KW 的 履 帶 式 推 土 機 中 ， 絕 大 多 數(shù) 采 用 液 力 -機 械 傳 動 。 這 類 推 土 機 來 源 于 引 進 日 本 小 松 制 作 所 的 D155 型 、 D85 型 、 D65 型 三 種 基 本 型 推 土 機 制 造 技 術 。 國 產 化 后 ， 定 型 為 TY320 型 、 TY220 型 、 TY160 型 基 本 型 推 土 機 。 為 了 滿 足 用 戶 各 種 使 用 工 作 況 的 需 求 ， 我 國 推 土 機 生 產 廠 家 在 以 上 三 個 基 本 型 推 土 機 的 基 礎 上 ， 拓 展 了 產 品 品 種 ， 形 成 了 三 種 系 列 的 推 土 機 。 TY220 型 推 土 機 系 列 產 品 ， 包 括 TSY220 型 濕 地 推 土 機 、 TMY220 型 沙 漠 推 土 機 、 TYG220 型 高 原 推 土 機 、 TY220F 型 森 林 伐 木 型 推 土 機 、 TSY220H 型 環(huán) 衛(wèi) 推 土 機 和 DG45 型 吊 管 機 等 。 TY320 型 和 TY160 型 系 列 推 土 機 也 在 拓 展 類 似 的 系 列 產 品 。 TY160 系 列 中 還 有 TSY160L 型 超 濕 地 推 土 機 和 TBY160 型 推 扒 機 等 。 推 土 機 產 品 種 的 開 發(fā) 拓 展 ， 既 要 滿 足 不 同 工 況 條 件 的 工 作 適 應 性 ， 又 必 須 與 基 本 型 保 持 最 大 限 度 的 零 部 件 通 用 性 （ 或 稱 互 換 性 ） ， 這 就 為 廣 大 用 戶 使 用 維 修 帶 來 極 大 的 方 便 。 為 方 便 用 戶 購 買 配 件 ， 生 產 廠 都 保 留 了 日 本 小 松 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 3 公 司 的 零 部 件 編 號 ， 只 有 改 型 中 自 行 設 計 的 零 部 件 ， 才 冠 以 自 己 廠 家 的 編 號 。 履 帶 式 推 土 機 主 要 由 發(fā) 動 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 向 離 合 器 和 轉 向 制 動 器 、 終 傳 動 和 行 走 系 統(tǒng) 等 。 動 力 輸 出 機 構 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 向 制 動 液 壓 系 統(tǒng) 轉 向 泵 ； 鏈 輪 代 表 二 級 直 齒 齒 輪 傳 動 的 終 傳 動 機 構 （ 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 的 行 走 系 統(tǒng) 。 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) 。 液 力 變 矩 器 是 依 靠 液 力 工 作 的 。 油 液 在 葉 柵 中 流 動 時 ， 由 于 沖 擊 、 摩 擦 ， 會 消 耗 能 量 ， 使 油 發(fā) 熱 ， 故 液 力 變 矩 器 的 傳 動 效 率 是 較 低 的 。 目 前 ， 國 內 外 最 好 的 液 力 變 矩 器 其 最 高 效 率 為 88%。 當 變 矩 器 的 渦 輪 因 推 土 機 超 負 荷 而 停 止 轉 動 時 ， 由 泵 輪 傳 來 的 能 量 全 部 轉 化 成 熱 量 而 消 耗 掉 ， 此 時 變 矩 器 效 率 為 0。 要 想 提 高 變 矩 器 的 傳 動 效 率 ， 就 要 掌 握 推 土 機 的 負 荷 ， 使 渦 輪 有 適 當 的 轉 速 、 推 土 機 有 適 當 的 速 度 ； 即 當 推 土 機 因 負 荷 過 大 而 走 不 動 時 ， 要 及 時 減 小 負 荷 ， 提 一 下 鏟 刀 或 由 II 擋 換 為 I 擋 。 由 變 矩 器 的 結 構 和 工 作 原 理 知 ， 變 矩 器 工 作 時 油 會 有 內 泄 、 會 發(fā) 熱 。 這 就 要 求 要 及 時 給 變 矩 器 內 部 補 充 油 ， 并 將 發(fā) 熱 的 油 替 換 出 來 冷 卻 ， 形 成 一 個 循 環(huán) 。 TY320 型 和 TY220 型 有 完 全 相 似 的 液 力 變 矩 器 ， 只 是 進 行 了 幾 何 放 大 。 TY160 型 和 TY220 型 有 基 本 相 似 的 的 液 力 變 矩 器 ， 人 是 結 構 有 些 變 化 。 它 們 的 故 障 和 維 修 是 基 本 相 同 的 。 （ 2） 行 星 齒 輪 動 力 換 擋 變 速 器 該 變 速 器 主 要 由 四 個 行 星 排 和 一 個 旋 轉 閉 鎖 離 合 器 構 成 。 圖 3 中 標 的 “I”“II”“III”、 “IV”是 四 個 行 星 排 ， “V”是 旋 轉 閉 鎖 離 合 器 。 “I”“II”和 “IV”行 星 排 都 是 固 定 齒 圈 ， 用 行 星 架 同 向 旋 轉 進 行 輸 出 的 。 “II” 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 4 行 星 排 的 行 星 架 上 多 裝 一 個 行 星 輪 ， 若 將 齒 圈 C 用 離 合 器 固 定 ， 當 太 陽 輪 A 右 轉 時 ， 行 星 齒 輪 B 左 轉 ， 行 星 齒 輪 E 右 轉 ， 行 星 架 D 左 轉 ， 則 形 成 了 以 太 陽 輪 輸 入 、 行 星 架 反 向 旋 轉 輸 出 的 行 星 齒 輪 減 速 機 構 。 TY220 型 推 土 機 變 速 器 即 利 用 第 II 行 星 排 作 為 倒 擋 使 用 。 TY220 型 推 土 機 變 速 器 ， 在 結 構 上 許 多 特 點 ， 利 用 這 些 特 點 ， 可 使 維 修 更 為 容 易 進 行 。 如 第 1 至 第 4 離 合 器 的 摩 擦 片 和 光 盤 都 是 通 用 的 ； 第 2 至 第 4 行 星 排 的 活 塞 和 密 封 環(huán) 相 同 ， 行 星 排 離 合 器 導 向 銷 相 同 ， 光 盤 分 離 彈 簧 相 同 ， 離 合 器 活 塞 分 離 彈 簧 相 同 ； 第 1 至 第 3 行 星 排 使 用 同 一 個 行 星 架 ； 第 4 行 星 排 的 行 星 架 利 用 外 齒 圈 插 入 第 3 行 星 排 齒 圈 中 ， 并 用 彈 簧 卡 圈 防 止 軸 向 竄 動 等 等 。 TY320 和 TY220 型 推 土 機 系 列 產 品 有 完 全 相 似 的 變 速 器 ， 只 是 放 大 了 幾 何 尺 寸 。 TY160 型 推 土 機 變 速 器 ， 離 合 器 的 排 列 方 式 不 同 ， 第 1 離 合 器 為 前 進 擋 ， 第 2 離 合 器 為 后 退 擋 ， 第 3 旋 轉 閉 鎖 離 合 器 為 I 擋 ， 第 4 離 合 器 為 III 擋 ， 第 5 離 合 器 為 II 擋 。 安 們 有 相 同 的 使 用 維 修 特 點 。 （ 3） 轉 向 離 合 器 和 轉 向 制 動 器 變 速 器 的 動 力 傳 入 中 央 傳 動 后 ， 就 從 縱 向 傳 動 變 為 橫 向 傳 動 ， 由 橫 軸 分 別 傳 給 左 、 右 兩 個 轉 向 離 合 器 。 該 機 的 轉 向 離 合 器 是 彈 簧 壓 緊 、 液 壓 分 離 、 常 嚙 合 、 溫 式 摩 擦 片 結 構 型 式 。 它 包 括 外 鼓 、 內 鼓 、 壓 盤 、 外 摩 擦 片 、 內 齒 處 、 活 塞 、 螺 栓 、 套 筒 與 活 塞 連 接 成 一 個 整 體 ， 大 、 小 彈 簧 支 撐 在 內 鼓 上 ， 彈 簧 的 安 裝 負 荷 推 動 活 塞 向 右 移 動 ， 帶 動 壓 板 將 摩 擦 片 和 齒 片 壓 緊 在 一 起 ， 實 現(xiàn) 接 合 傳 力 。 彈 簧 共 8 組 ， 總 安 裝 負 荷 3.2T， 有 足 夠 的 壓 力 壓 緊 摩 擦 片 以 傳 遞 力 矩 。 當 推 土 機 需 要 轉 向 （ 如 拉 動 左 轉 向 拉 桿 ） 時 ， 淮 壓 油 充 入 轉 向 離 合 器 活 塞 和 輪 轂 之 間 的 油 腔 ， 油 壓 力 推 動 活 塞 ， 帶 動 壓 盤 向 左 移 動 ， 摩 擦 片 和 齒 片 松 開 ， 不 再 傳 遞 力 矩 ， 推 土 機 左 側 失 去 動 力 ， 在 右 側 履 帶 的 推 動 下 向 左 轉 向 。 轉 向 結 束 時 ， 松 開 拉 桿 ， 液 壓 油 在 活 塞 推 動 下 回 流 ， 轉 向 離 合 器 重 新 接 合 傳 力 ， 推 土 機 恢 復 直 線 行 駛 。 TY220 型 推 土 機 轉 向 制 動 器 是 液 壓 助 力 、 浮 動 濕 式 制 動 帶 式 。 它 包 括 安 裝 在 轉 向 離 合 器 外 鼓 上 的 制 動 帶 、 助 力 活 塞 、 連 桿 、 浮 動 桿 、 連 桿 等 零 件 。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 5 由 于 浮 動 機 構 的 優(yōu) 越 性 能 ， 不 論 離 合 器 外 鼓 是 正 轉 還 是 反 轉 ， 制 動 時 都 很 平 穩(wěn) ， 不 會 產 生 制 動 沖 擊 。 當 制 動 帶 上 的 制 動 帶 襯 片 磨 損 后 ， 制 動 帶 和 外 鼓 之 間 間 隙 變 大 ， 制 動 跳 板 行 程 增 加 ， 當 行 程 增 大 到 一 定 限 度 時 ， 制 動 變 得 不 可 靠 。 因 此 ， 要 不 斷 地 調 整 制 動 帶 間 隙 。 推 土 機 制 動 踏 板 標 準 行 程 和 極 限 行 程 如 表 所 示 。 制 動 帶 間 隙 調 整 的 方 法 ： 拆 去 調 節(jié) 螺 栓 的 護 蓋 后 ， 將 調 節(jié) 螺 栓 口 右 旋 ， 扭 緊 制 動 帶 以 抱 住 外 鼓 （ 扭 緊 力 矩 約 90Nm） 然 后 擰 松 螺 栓 （ TY160 型 擰 松 15/6 圈 ， TY320 型 擰 松 11/6 圈 ） ， 使 制 動 帶 和 外 鼓 間 出 現(xiàn) 0.3mm 標 準 間 隙 ， 調 整 完 成 。 1.1.4 推土機的分類 推土機可按用途、施工現(xiàn)場、發(fā)動機功率、推土機安裝位置、鏟倒操縱方 式、行走裝置及顫動方式等分類。 按用途分 1 工業(yè)用：在工業(yè)履帶拖拉機上配裝鏟刀，進行工業(yè)性作業(yè)。一般為大 型推土機，推土性能好。 2 農業(yè)用：為了擴大農用履帶拖拉機的農用范圍，在其前部配置鏟刀， 用于農田平整作業(yè)。一般為中小型作業(yè)。由于農用拖拉機主要用于后懸掛， 以牽引耕作農具為主，改為推土產后，推土性能不如工業(yè)用推土機。 （二） 按施工現(xiàn)場分 1 地面式：陸地使用的推土機。 2 兩棲式：這種推土機身為船形，采用三角形寬履帶板，并且底盤部具有 良好的防水密封性能。主要用潛水、沼澤地帶作業(yè)，也能陸地使用。 3 水下式：適合海底潛水作業(yè)的水下式推土機組，由母船上引出電纜，采 用電液傳動底盤。帶兩個大型氣筒，以利浮沉。水下推土機作業(yè)時，由母船上 遙控操縱。目前已有水下 60 米推土機。 （三） 按發(fā)動功率分 1 小型：發(fā)動機功率小于 37 千瓦（50 馬力） ，稱為小型推土機。 2 中型：發(fā)動機功率為 37 千瓦至 74 千瓦（100 馬力） ，稱為中型推土機。 3 大型：發(fā)動機功率大于 74 千瓦，成為大型推土機。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 6 （四） 按推土板安裝位置分 1 固定式：推土板與拖拉機縱向軸線固定為直角，稱為固定式鏟刀推土機， 也稱為直鏟式推土機。 2 回轉式：推土板能在水平面內回轉一角度（推土板與拖拉機縱向軸線水 平夾角成為回轉角） ，稱為回轉式推土機，也稱為角鏟式或活動式推土機?；剞D 式鏟刀一般還能調整切削角和傾斜角。 （五） 按鏟刀的操縱方式分 1 鋼索式：鏟刀升降由鋼索操縱，動作迅速，可靠?？跨P刀自重入土，不 能強制切土。并且機構摩擦件較多（如滑輪、絞盤等） 。鋼索易磨損。 2 液壓式：鏟倒能在液壓油缸的作用下強制入土，作業(yè)性能好，尤其是平 地作業(yè)，平整質量好。另外，鏟倒結構輕巧，操縱輕便。鏟刀升降速度一般比 鋼索式慢，在冬季更為顯著。 （六） 按行走裝置分 1 履帶式：由于履帶式推土機具有以下特點，所以目前推土機仍以履帶式 為主。 （1）附著力大。能達到輪胎式的 1.5 倍。 （2）通過性好。接地比壓比輪胎式小，宜在松軟的濕地作業(yè)。 （3）能在惡劣工作條件下作業(yè)。例如能在碎石地，不平地作業(yè)，履帶比輪 胎磨損慢。 （4）爬坡能力強，亦在山坡作業(yè)。 2 輪胎式：輪胎式推土機發(fā)展很快，它具有以下特點： （1）行走速度快，運距長（一般為履帶式的 2 倍） ，所以作業(yè)循環(huán)時間短， 生產率比履帶式的一般高 1.5 到 2 倍。 （2）機動性強，便以調動，且不會損壞路面。 （3）行走裝置輕巧，耗盡數(shù)量小，并且由于摩擦件少，在一般工作條件的 壽命比履帶式的要長。 （七） 按傳動方式分 1 機械傳動：傳動可靠，傳動效率高，結構簡單，但傳動性不如其他傳動 方式。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 7 2 液力機械傳動：這種傳動方式能隨推土阻力的變化，自動調整牽引力和 速度，大大改善了推土機的牽引性能，從而提高了生產率，并且能防止發(fā) 動機過載，起保護作用。另外液力機械傳動的操縱也簡單，輕巧。 3 全液壓傳動：由油馬達驅動，動力直接傳遞到行走機構。牽引力和速度 無級調整，大大提高牽引性能。由于取消了主離合器、變速箱、后橋等傳動部 件，所以整機重量減輕，結構緊湊，并且大大方便了推土機的總體布置。這種 傳動方式還能原地轉向，轉向性能好。目前，由于油馬達存在以下問題：例如 驅動力和調節(jié)速度的范圍不大，效率不高，動作遲緩，價格昂貴等，因此在推 土機的應用尚不廣。今后隨著液壓技術的提高，以及存在問題的克服，全液壓 推土機將得到發(fā)展。 4 電傳動：由柴油機帶動發(fā)電機電動機，進而驅動行走裝置。對外界 阻力有良好的適應性，牽引和行駛速度可無級調整。這種傳動方式結構接湊， 總體布置方便，也能原地轉向，但由于重量大，結構復雜，成本高，目前只在 大功率推土機上使用，而且以輪胎式為主。一般功率在 450 千瓦以上是，采用 電傳動較經濟。 1.1.5 推土機的發(fā)展歷程 國外履帶式推土機是在 30 年代初期發(fā)展起來的，而輪式推土機要晚 10 年左右的時間才出現(xiàn)。我國 50 年代第一臺推土機問市，推土機行業(yè)迅速發(fā)展 于 20 世紀 7080 年代，以引進小松、卡特和利勃海爾技術為主，經過近 20 年的消化吸收，目前形成了以 20 世紀 80 年代末小松技術產品為主導的格局， 從 59kW(80 馬力)到 235kW(320 馬力)規(guī)格齊全的產品系列。但我國推土機技 術仍處于較低水平，在運用集成電路技術、微電子技術、傳感技術、信息技術 和自動控制技術，實現(xiàn)了節(jié)能化和智能化，我國仍處于起步階段，在智能推土 機研究方面，國內還只是在涉及推土機某些局部裝置，如三一重工的 TQ230 全液壓推土機。 國外推土機技術近年來發(fā)生了一些變化，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、操縱舒適性、維修保養(yǎng)性能以及在環(huán)境保護方面 的一些新技術。目前，卡特彼勒公司、模塊采礦系統(tǒng)公司、MMS、Leica 和 Trimble 導航設備有限公司均開發(fā)了基于 GPS 的推土機定位系統(tǒng)，大大提高推 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 8 土機的作業(yè)生產率，如卡特彼勒的采礦鏟土運輸技術系統(tǒng)(METS)。 1.1.6 我國推土機的發(fā)展方向 （1）開發(fā)小型推土機 除高速公路建設需要大、中馬力推土機外，高等級公路建設和縣鄉(xiāng)級公路 網的建設和水利工程、環(huán)保工程建設，勢必造就大批量的個體施工者。這樣， 對小型推土機（100 馬力以下）的需求量必然要增加。同時，我國已建成的高 速公路和高等級公路已逐漸進入維修期，隨著東部沿海地區(qū)經濟的發(fā)展和人民 生活水平的提高，小型推土機將逐步成為人們替代體力勞動的工具。這正是小 型推土機的市場所在。 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，都有相當大 的差距。推土機行業(yè)必須借這次機遇，努力滿足這一新市場的需求。據(jù)有關雜 志介紹，目前小型機市場已進入成長期，2008-2012 年前后進入成長期后期和 成熟期前期，2020 年前后進入成熟期。所以，推土機行業(yè)的有關企業(yè)，應從戰(zhàn) 略角度著眼，決不能忽視小型產品的未來市場。但在中國這樣的發(fā)展中國家開 發(fā)小型工程機械產品，其定位一定要準。應該用不同的技術、針對不同用戶群 來解決定位準的問題，應首先開發(fā)滿足發(fā)達地區(qū)廣大農村市場的低端產品。而 高端產品更多應考慮未來用戶的需求。 （2）盡快完善和解決適應西部高原地區(qū)作業(yè)的關鍵技術 采用功率恢復型的增壓技術。由于以一般的自然吸氣發(fā)動機而言，當海 拔高度每升高 1000m 時， 其輸出功率就會降低 812%。 若整機作業(yè)海拔 高度達 4000m 時，則其輸出功率，只有在平原地區(qū)的 55%左右。所以西部高 原地區(qū)施工使用的推土機必須采用這種功率恢復型增壓技術，以使柴油機在高 原地區(qū)使用時，其輸出功率和經濟指標及其熱負荷指標等恢復到原東部低海拔 地區(qū)時的標定水平。目前，全國推土機的柴油機配套廠家，如上海柴油機廠、 濰坊柴油機廠、重慶康明斯柴油機公司等都做了不少工作，已基本滿足市場的 需求。 熱平衡技術。工程機械在西部高壓地區(qū)施工，要解決液力系統(tǒng)的冷卻問 題。既要解決柴油機因增壓產生的熱負荷升高問題，又要解決傳動散熱系統(tǒng)因 高原散熱能力下降所引起的比東部低海拔地區(qū)的較高的溫升。在進行熱平衡計 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 9 算時，要把冷卻風量、空氣重度、環(huán)境溫差、散熱器的散熱能力等等因素考慮 到。 防風沙技術的應用。由于西部地區(qū)風沙比較大，若采用一般的空氣濾清 器，極易造成空氣濾清器堵塞或濾清不充分，損壞柴油機的零部件。目前，各 柴油機廠家一般采用三級濾清器或四級濾清器來解決這一問題。 自救防護設備及機具的配置。由于西部高原地區(qū)交通不便，人煙稀少。 因此，機械應安裝液壓絞盤，以便在其陷入沙坑或沼澤地時，可被拖拽出來。 同時，由于西部地區(qū)溫差大、風沙大，駕駛室應提高密封性能，并配備冷暖空 調，防紫外線玻璃。駕駛室內應配備必要的生活設施以及食用水與食品儲藏柜。 甚至應配備全球定位系統(tǒng)和小型的制氧設備。 低溫預熱系統(tǒng)的采用。為提高機械的冷起動性能。除采用高性能的免維 護電瓶外，采用柴油機冷卻系統(tǒng)預熱或油底殼預熱技術也是兩種很有效的方法 這兩種技術尤其適用于氣溫低于-35的高寒地區(qū)。 多自由度推土裝置的開發(fā)應用。隨著城建設施的增多和農田水利建設的 需要，應逐漸完善多自由度推土裝置的開發(fā)和應用。 隨著微電子技術與信息技術發(fā)展，智能化、集成化推土機必將成為 21 世紀推土機的重要發(fā)展方向。推土機單機集成化操作與智能控制技術；智能監(jiān) 控、檢測、預報、遠程故障診斷與維護技術；基于網絡的機群集成控制與智能 化管理技術等方面；CAN 總線技術；自動找平技術；行走控制技術； GPS/GIS、LED 液晶顯示器和計算機控制的發(fā)動機管理技術已成為智能化推土 機的發(fā)展方向。 1.1.7 對推土機設計的要求 (1)、采用人性化設計 目前，我國生產的推土機的外觀及駕駛室的布置與世界先進國家比還有很 大差距。這與我國推土機行業(yè)競爭不大有一定關系。針對我國已加入 WTO， 對國外設備的貿易壁壘逐漸取消，我們必須向國外先進企業(yè)看齊，對我們產品 的外觀造型、駕駛室內部舒適性等引起高度重視。操縱系統(tǒng)逐漸向挖掘機、汽 車行業(yè)靠近，以減輕駕駛員的勞動強度。儀器儀表采用三級報警的電子監(jiān)控裝 置及故障自動診斷裝置，駕駛室采用密閉、帶空氣過濾裝置的空調駕駛室，并 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 10 增加收錄機、甚至 DVD 等先進的電子設備，最大限度地滿足駕駛人員的人性 化要求。 (2)、節(jié)能技術的應用 工作裝置液壓系統(tǒng)采用定差溢流技術。這樣，在工作裝置換向閥處于小 開口節(jié)流調速過程中，油泵多余供油可不經安全閥回油箱，直接從差壓閥溢流 回油箱，使調速過程中系統(tǒng)壓力只比工作壓力高一定值P，從而達到減少液壓 功率損耗，降低油溫之目的。 發(fā)動機與工作裝置液壓系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，采用全功率匹配技術。發(fā)動機 可根據(jù)實際工況自動調整輸出給傳動系統(tǒng)和工作裝置液壓系統(tǒng)的功率，達到最 大限度地利用發(fā)動機功率，以達到節(jié)能目的。 靜液傳動技術。傳動采用靜壓傳動。整機減少了變速箱、變矩器（主離 合器） 、轉向離合器等傳動部件，從而極大減少了機械功率損失，而且極易實現(xiàn) 與發(fā)動機的全功率匹配，以達到節(jié)能目的。 (3)、發(fā)動機排放達歐標準 隨著大、中城市交通、基礎設施的開工建設和維修工程的增加以及國內、 國際市場對環(huán)保要求的逐漸嚴格，發(fā)動機排放要求至少達到歐標準，一些發(fā) 達國家甚至已經要求達到歐標準。因此，推土機配置的發(fā)動機必須盡快滿足 這一市場要求。 1.18 推土機總體設計的任務 根據(jù)所要設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)、各總成的型式，并進行合理的布置。 總體設計包括以下內容： （1）根據(jù)設計任務，選擇機型及各總成結構型式，確定總體布置方案。 （2）確定整機主要性能參數(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)設計（例如機罩，附件等） 。 總體設計對整機性能起決定性的作用，因為整機性能的好壞，不僅取決于 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 11 的各總成本身性能的優(yōu)略，而且更重要的是與他們之間的協(xié)調有關。組成整機 的各總成之間的聯(lián)系又相互制約。在總體設計中，如果對整機缺乏總體考慮， 那么即使各總成的造型與設計是好的，是先進的，但組合在一起不一定能取得 良好的的效果。因此在總體設計中，各總成要相互協(xié)調，不能片面強調某一局 部，必須從整機出發(fā)全面考慮，從而獲得較高的經濟技術指標。 1.2 課題任務 本設計題目進行推土機鏟斗的設計，主要工作有：設計工作裝置的結構形 式和尺寸，設計鏟刀高度、鏟刀寬度、推土板角度參數(shù)、曲率半徑，頂推架與 臺車架鉸點位置，然后進行鏟斗的強度計算，最后進行鏟斗的三維設計。 1.3 課題背景和設計意義 隨著社會經濟的發(fā)展，競爭無處不在，現(xiàn)在對學生的要求越來越高，不僅 對學生的理論要求提高了，而且對學生的動手能力的要求也有所提高，而這次 的畢業(yè)設計就是對學生的理論實踐能力的一次提高。 本次設計主要完成 TY160 鏟刀結構設計，需要查閱很多相關資料和深入 思考問題，這對專業(yè)能力的提升有很大幫助。 在這次的設計中，應用了結構力學的知識，用到了 Por/Engineer 軟件，提 高學生對軟件的應用能力。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 12 第二章 推土機總體方案設計 推土機總體結構包括動力裝置、傳動機構、行走機構、工作裝置、液壓系 統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和駕駛室等。 2.1 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)動機裝車的標定功率，轉速在 18002000r/min 之間，功率為 120kw，速度適應系數(shù)應在 1.351.55 的范圍內。 選用斯太爾 WD615T1-3 六缸四沖程柴油發(fā)動機，額定功率 120kw，最大 輸出扭矩 840Nm。 2.2 傳動機構 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 TY160 推土機功率 120kw，屬大型推土機，應選液力機械傳動。液力機械 傳動所選變矩器應有較大的工作變矩系數(shù)和啟動變矩系數(shù)，以及較大的最高效 率較寬的高效率范圍，而且穿透性應比較小。 選用 YJ380 型單級單相三元件液力變矩器，循環(huán)圓直徑 380 mm，變矩系 數(shù) 2.38，最高效率 86%。該變矩器使推土機輸出力的大小能自動適應外負載的 變化，并保證超載運行時發(fā)動機不熄火。 （2）變速器 變速器要求結構緊湊，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，結構簡單，承受力 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 13 強，是推土機的主要受力部件。 （4）轉向機構 采用多片濕式轉向離合器，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向制動器，以轉向器從 動鼓作為制動鼓。 2.3 行走機構 行走機構由臺車、平衡梁和四輪一帶(托輪、鏈輪、支重輪、引導輪和履帶) 組成。臺車通過平衡梁與機架間半剛性聯(lián)接，支撐推土機前部幣量。臺車張緊 液壓缸起張緊履帶的作用，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。 2.4 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)用戶需要改裝成吊管機和焊接工程車，這些工作裝置均為液 壓驅動、結構簡單、連接方便。 采用液壓操縱式直傾鏟刀，鏟刀可以在液壓缸的作用下強制入土，在較硬 土質條件下正常作業(yè)，保證作業(yè)質量，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 復合型推土板，推土板斷面結構為半開式。推土板側邊與推土機縱軸方向夾角 一般為 57 度。 2.5 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)分為變速變矩液壓系統(tǒng)、轉向液壓系統(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， 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 14 使推土機換擋平穩(wěn)、可靠、省力。轉向液壓系統(tǒng)由轉向泵、轉向閥等組成，用 于推土機的轉向和制動，使推土機轉向制動靈活可靠。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。 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 15 第三章 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。如果計算結果不夠理 想，必須對某些參數(shù)做適當?shù)男薷?，以獲得良好的總體性能。 3.1 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 TY160 推土機的使用重量是 173850N，其發(fā)動機額定功率是 120 千瓦， 所以其比重量約是 1.45。 推土機的接地比壓 q 是使用重量 與履帶接地面積 F 之間的比值按下式計sG 算： q= （3.1）Lbs3102 式中： 推土機的使用重量（KN）;sG L履帶接地長度（m） ； b履帶板寬度（m） ； 其中， 是 173.85kN，L 為 2.43m，b 為 0.51m。sG q= =68KPa51.0432187 履帶式推土機的接地比壓一般在 60KPa 左右。 3.2 推土機的行走速度 推土機前進時 13 檔的速度分別為 03.8Km/h,06.6 Km/h，010.6 Km/h。后退時 13 檔的速度分別為 04.9 Km/h，08.5 Km/h，013.6 Km/h. 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 16 3.3 鏟刀的垂直壓力及比壓入力 產到的垂直壓力 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） （3.2）sG1l 式中： 推土機使用重量（N） ；s 、 鏟刀切削刃及整機重心至傾翻點水平距離；l1 為 17385N, 、 分別為 3.5m，1.2m，所以有如下：sGl P=17385N =42255N2.153 比入壓 q 是鏟刀單位支地面積的垂直壓力。q 按下式計算： q 3.4MPaFp50 F切削刃接地面積（） 。 3.4 推土機的軌距和最小轉彎半徑 推土機的軌距 B 對于轉向性能，以及在橫向坡度上的穩(wěn)定性有很大影響。 轉向性能系數(shù) L/B 一般取 1.21.5，且 L 為 2.43m，所以 B 的范圍為 1.622.03。 最小轉彎半徑 影響推土機的通過性，它按下式確定：minR =0.5 （3.3）in22lLB 式中：B履帶軌距（） ，取 B 為 2.0； 鏟倒切削刃寬（） ，取 為 20； L履帶接地長（） ，取 L 為 2430； l鏟刀切削刃到履帶接地中心的距離（） ，l 為 2200. 所以 =0.5 =6830minR220430 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 17 3.5 推土機的駛入角、離去角、離地間隙 推土機的駛入角、離去角、離地間隙是推土機通過性能的具體參數(shù)。 當鏟刀提升到極限位置，從切削刃到履帶前沿做的切線與地面的夾角 稱 為駛入角。一般固定式鏟刀推土機取 。023 推土機的離去角 ，其離地間隙一般取 280450。02 3.6 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。 3.7 推土機生產率 影響推土機生產率的因素主要有每鏟最大推土量 V,推土作業(yè)生產率 ，平tQ 地作業(yè)生產率 。pQ 1 每鏟最大推土量 V: V= （3.4） 02tghHBmK 式中： 推土板寬度（m） ，取 0.2m； 推土板高度（m） ，取 1.149m；g h 平均切土深度（m） ，取 0.545m； 土的自然坡度角，取 ；003 土地的充盈系數(shù)，取 1.0。mK 所以 V= 1.0=0.0630 2354.19.2tg3m 2 推土作業(yè)生產率 :tQ = ( /h) （3.5）tTKVyni603 青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 18 式中： 推土機作業(yè)時間利用系數(shù)，取 0.90；iK 推土板土量損漏系數(shù)，取決于運輸距離 L, =1-0.005L；n nK 坡度作業(yè)影響系數(shù)，取 0.7；y T一個推土周期循環(huán)時間（s） ，取 T= + + +2 + + （3.4）1vl2421l1t23 式中： 切土距離，取 10m；l 運土距離