履帶底盤設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

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1、 文獻(xiàn)綜述 題 目 牙輪鉆機(jī)的履帶底盤設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 *** 專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 **級**班 學(xué) 號 541002010*** 院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) **（副教授） 完成時(shí)間 201*年 *月 ** 日

2、 推薦精選 牙輪鉆機(jī)的履帶地盤設(shè)計(jì) 摘要：履帶式底盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能決定了它在工程機(jī)械作業(yè)中具有明顯的優(yōu)勢。根據(jù)整體承重對牙輪鉆機(jī)的要求，進(jìn)行履帶式牙輪鉆機(jī)底盤的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目研究對提高工程機(jī)械設(shè)計(jì)水平和履帶行駛技術(shù)水平具有重要意義。該研究應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、汽車拖拉機(jī)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等理論，對履帶式行走底盤的驅(qū)動行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計(jì)算。利用Auto?CAD、Pro/E等工程軟件完成了底盤的整體設(shè)計(jì)，達(dá)到了技術(shù)任務(wù)書的要求。從而得到了整體機(jī)架與其相關(guān)配合的結(jié)構(gòu)框架，對以后的進(jìn)一步分析提供了一定的資料。? 關(guān)鍵詞：履帶；

3、底盤；行走裝置；設(shè)計(jì) 1.該研究的目的及意義? 履帶式拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能決定了它在重型工程機(jī)械作業(yè)中具有明顯優(yōu)勢。 首先，支承面積大，接地比壓小。比如，履帶推土機(jī)的接地比壓為0.0002~0.0008N/㎡,而輪式推土機(jī)的接地比壓一般為0.002 N/㎡。因此，履帶推土機(jī)適合在松軟或泥濘場地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動阻力也小，通過性能較好。 其次，履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮交大牽引力。 最后，履帶不怕扎、割等機(jī)械損傷。 因此，綜合考慮,本設(shè)計(jì)圍繞履帶式行走底盤的相關(guān)資料對其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)及創(chuàng)新。主要以參考工程機(jī)械為主，結(jié)合現(xiàn)有的底盤進(jìn)行設(shè)計(jì)。此款

4、履帶拖拉機(jī)適用于我國大型露天礦山。 推薦精選 2.履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理? 履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪、拖帶輪及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。 履帶行走機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、拖拉機(jī)等野外作業(yè)車輛。行走條件惡劣，要求該行走機(jī)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的行進(jìn)和轉(zhuǎn)向能力。? 履帶與地面接觸，驅(qū)動輪不與地面接觸。當(dāng)馬達(dá)帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時(shí)，驅(qū)動輪在減速器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下,?通過驅(qū)動輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合,?連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個向后的作用力,?而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力,?這個

5、反作用是推動機(jī)器向前行駛的驅(qū)動力。當(dāng)驅(qū)動力足以克服行走阻力時(shí),?支重輪就在履帶上表面向前滾動,?從而使機(jī)器向前行駛。整機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)的前后履帶均可單獨(dú)轉(zhuǎn)向，從而使其轉(zhuǎn)彎半徑更小。 3.履帶行走機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 自從 20 世紀(jì)初履帶行走機(jī)構(gòu)在坦克上的成功應(yīng)用，隨著科技的發(fā)展，履帶行走機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了大量變型產(chǎn)品，分別應(yīng)用于挖掘機(jī)、推土機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、智能機(jī)器人等產(chǎn)品上，對其研究也越來越廣泛。 閆清東等對履帶行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行坡道轉(zhuǎn)向特性的研究，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)向所需的制動力和牽引力隨著履帶車輛方位角的變化關(guān)系，分析了坡道轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)履帶所需的制動力和牽引力的變化規(guī)律，同時(shí)指出了導(dǎo)致履帶車輛坡道轉(zhuǎn)向的不穩(wěn)定因素[5]

6、。龔計(jì)劃以小型挖掘機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)為研究對象，通過采用經(jīng)驗(yàn)公式和對比同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，確定了履帶行走機(jī)構(gòu)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，并采用參數(shù)化方法對履 推薦精選 帶行走機(jī)構(gòu)主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。劉莉提出了根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定履帶行走機(jī)構(gòu)參數(shù)的方法，并根據(jù)履帶行走機(jī)構(gòu)行駛力學(xué)，采用離散復(fù)合形法對履帶行走機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[7]。李軍等采用測量圓錐指數(shù)的方法預(yù)測履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引性能及爬坡性能,從而分析其在軟路面的通過性[8]。宿月文等根據(jù)履帶車輛行駛力學(xué)平衡原理, 提出一套牽引動力匹配算法，并與實(shí)車測試功率結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了該算法的正確性[9]。陳兵等對履帶行走機(jī)構(gòu)的硬地面原地轉(zhuǎn)向特性做了研究，

7、通過分析得出履帶車輛所受的阻力矩與轉(zhuǎn)向速度無關(guān)[10]．隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通用機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)軟件日趨完善，國內(nèi)外學(xué)者開始更多的采用計(jì)算機(jī)數(shù)值分析法對履帶行走機(jī)構(gòu)開展研究。美國學(xué)者 Q. Li 和 P.D. Ayers等成功開發(fā)建立了數(shù)學(xué)分析模型用來預(yù)測不同地形對履帶行走機(jī)構(gòu)的影響[11]。新加坡學(xué)者 Z.S. Liu 等采用數(shù)值方法對履帶行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，首先在 ADAMS 軟件中求出履帶行走機(jī)構(gòu)所受到的力，然后通過有限元法在 MSC/NASTRAN 中得出履帶行走機(jī)構(gòu)的震動響應(yīng)，最后在 SYSNOISE 軟件中預(yù)測履帶行走機(jī)構(gòu)的噪音，從而改進(jìn)履帶行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)[12]。北京理工大學(xué)學(xué)

8、者陳澤宇, 張承寧在 Matlab/Simulink 中建立動力學(xué)仿真模型，討論了履帶中心距和履帶接地長寬比對履帶式車輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向難度的影響[13-14]；大連理工大學(xué)學(xué)者田洪杰、王國明分別在 Matlab/Simulink 和 recurdyn 中建立分析模型，對履帶行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向性能做了深入的研究[15-16]；吉林大學(xué)的學(xué)者孔德文、隋文濤等在 ADAMS 環(huán)境中建立了挖掘機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)仿真模型，分別分析了前進(jìn)和后退兩種工況，發(fā)現(xiàn)后退行駛行走阻力大于前進(jìn)行駛的行走阻力，后退行駛比前進(jìn)行駛更平穩(wěn)[17]；吉林大學(xué)學(xué)者王得勝對履帶行走機(jī)構(gòu)的履帶架進(jìn)行有限元分析，并提出對履帶架的一些改進(jìn)的地方

9、[18]；太原理工大學(xué)學(xué)者凌靜秀通過動力學(xué)仿真和有限元分析對履帶板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，提高了履帶行走機(jī)構(gòu)的對地附著力和排泥功能[19]。從以上的研究現(xiàn)狀可以看出，目前對履帶行走機(jī)構(gòu)研究主要集中在履帶行走機(jī)構(gòu)的性能、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面以提高履帶行走機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。然而市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對履帶行走機(jī)構(gòu)提出了越來越多的個性化和多樣化的需求，企業(yè)不僅應(yīng)該提高履帶行走機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，同時(shí)還應(yīng)盡可能滿足這些需求。因此本文將采用模塊化設(shè)計(jì)方法，通過設(shè)計(jì)出不同的模塊，并以這些模塊的配置來快速的滿足市場提出的個性化和多樣化需求。 推薦精選 4.國外的研究與發(fā)展? 1989年W. C. Evans 和D. S. Gove

10、 公布了在硬地面和已耕地上,1種橡膠履帶與1 種四輪驅(qū)動拖拉機(jī)牽引性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在相同的底盤結(jié)構(gòu)情況下，橡膠履帶牽引效率與動態(tài)牽引比高,在已耕地和硬地面上其最大牽引效率是85%～90%,四輪驅(qū)動拖拉機(jī)是70%～85%。1988年D.Culshaw試驗(yàn)對比了摩擦驅(qū)動橡膠履帶車輛和子午線輪胎驅(qū)動拖拉機(jī),橡膠履帶的拉力比輪式多25 %。同時(shí)對比了裝橡膠履帶的小型自卸車和類似重量的傳統(tǒng)拖拉機(jī),試驗(yàn)表明履帶自卸車是輪式拖拉機(jī)拉力的2倍并且在軟土上車轍小得多。在支撐良好的情況下,橡膠履帶與鋼履帶性能相似。 1990年J . H. Esch ,L. L. Bashford ,K. Von Bar2gen

11、 ,R. E. Ekstrom 在Nebraska 大學(xué)1986年與1987年實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,評價(jià)和對比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動拖拉機(jī)在4 種地面(未耕、已耙過、已犁過燕麥茬地和玉米茬地)的牽引性能(動力牽引比、牽引系數(shù)與打滑率的關(guān)系)。對比的橡膠履帶拖拉機(jī)質(zhì)量為13 970 kg,履帶寬635 mm ,10 個前進(jìn)擋。四輪驅(qū)動拖拉機(jī)質(zhì)量與之近似,為13 010 kg ,12 個前進(jìn)擋。兩者均為動力換擋,實(shí)驗(yàn)時(shí)的最高限速均為10. 5 km/ h。1993年日本學(xué)者T. Muro , R. Fukagawa , S.Kawahara 在質(zhì)量為4t的橡膠履帶拖拉機(jī)上,為找到最合適的抓地爪形狀,

12、以獲得最大的有效驅(qū)動力與破斷力,分析了各種斜坡柏油路面的牽引與破斷性能。結(jié)果表明橡膠抓地爪最合適的形狀是高5 cm的等邊梯形。斜角增加,有效的牽引與破斷效果降低。同時(shí)在驅(qū)動狀態(tài)斜角越大,法向(normal)接觸壓強(qiáng)趨向于朝著橡膠履帶后部增加,對破斷力的影響則相反。 1993 年M. J . Dwyer ,J . A. Okello ,A. J . Scarlett等介紹了西爾索伊研究所(Silsoe Research Institute)在橡膠履帶上所作的工作,建立預(yù)測橡膠履帶性能的兩種數(shù)學(xué)模型。一種假設(shè)履帶是無限剛性,一種假設(shè)是無限柔性。用兩種模型預(yù)測的性能和從一專用實(shí)驗(yàn)車輛的試驗(yàn)履帶裝置

13、上得到的田間數(shù)據(jù)相比,實(shí)測數(shù)據(jù)在兩種模型預(yù)測值之間。試驗(yàn)車數(shù)據(jù)顯示,接地長是影響牽引性能的最重要的因素,在接地長上的壓力分布也是重要的。但履帶的張緊在一定的范圍與所試驗(yàn)的田間條件下是不重要的。圖7是橡膠履帶車輛和四輪驅(qū)動拖拉機(jī)的牽引效率,在不同滑轉(zhuǎn)率下的計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果對比,結(jié)果顯示橡膠履帶最高效率比輪式高10%～20%。1994 年加拿大Alberta 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究中心(Al2berta FarmMachinery Research Centre) Reed Turner 研究了在四輪驅(qū)動Case2IH 9250 拖拉機(jī)上裝4 個Gilbert和Riplo“GripTrac”橡膠履帶驅(qū)動裝置

14、。 推薦精選 1996 年K. Watanabe 、M. Kitano 、K. Takano 、H.Kato 對橡膠履帶用于高速越野車輛進(jìn)行了研究。橡膠履帶裝置的滾動阻力比輪胎大得多,文中描述了不同運(yùn)行條件下,如初始張緊、履帶速度、橡膠履帶的溫度對滾動阻力的影響。1995 年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65 橡膠履帶拖拉機(jī),是在其4項(xiàng)結(jié)構(gòu)研究成果基礎(chǔ)上誕生的:(1)橡膠履帶得益于無輪輞輪胎項(xiàng)目的研究。(2)獨(dú)特的行走系參考CAT SA 型提高速度的研究與L 系列高置驅(qū)動輪、平衡臺車項(xiàng)目的研究。(3)全動力換擋傳動系、現(xiàn)代駕駛室與操縱借鑒于鉸接四輪驅(qū)

15、動拖拉機(jī)的研制項(xiàng)目。(4)液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來源于CAT 推土機(jī)的液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。卡特彼勒的研究證明橡膠履帶拖拉機(jī)在未耕土壤與已耕土壤上的牽引性能都比四輪驅(qū)動拖拉機(jī)有明顯的提高(見圖13) 。1997 年美國迪爾公司也發(fā)表了它對這一問題的研究,對比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動拖拉機(jī)在不同地面的牽引性能與對地面的壓強(qiáng)等。數(shù)據(jù)表明(見圖14) ,兩者的差距比圖13 顯示的要小一些。1998 年J . A. Okello 、M. Watany、D. A. Crolla 建立了預(yù)測橡膠履帶在農(nóng)業(yè)軟地面上的牽引性能與支重輪下接地壓力的模型,此模型考慮到各支重輪對土壤連續(xù)作用的影響。實(shí)驗(yàn)用土壤剪切與下沉實(shí)驗(yàn)

16、得到的土壤強(qiáng)度參數(shù),成功地模仿了單條橡膠履帶裝置在各支重輪連續(xù)作用下彈塑性土壤變形的效果。在一系列土壤條件下,理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。 1999 年日本學(xué)者Shigeo Awazu、Yoshiaki Kimura 、Shunichi Shibasaki 、Kunihiko Uchida 發(fā)表了對5條履帶轉(zhuǎn)向車輛的研究。研究對象是用于雪地和泥濘地的車輛,用4 個獨(dú)立的橡膠履帶裝置代替四輪驅(qū)動的4 個輪胎,接地面積比輪胎增加15 倍。其在類似滑雪場的深雪地與壓實(shí)的雪地以及在泥濘地面上,操作自如。和雪地車與工程機(jī)械等普通履帶車輛不同,它在硬路面上能象汽車一樣轉(zhuǎn)向。為了提高附著能力與自潔能力,

17、橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉(zhuǎn)向并用被證明能減少轉(zhuǎn)向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒 推薦精選 的橡膠履帶參數(shù)的方法。 此外，履帶拖拉機(jī)國際上的競爭對手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機(jī)系列產(chǎn)品。一拖公司的產(chǎn)品無論是技術(shù)水平、還是生產(chǎn)能力與其相比都不具備競爭能力，只有價(jià)格有吸引力，但從性能價(jià)格比分析，一拖產(chǎn)品還是處于劣勢。因此，公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機(jī)將盡快投放市場，借以鞏固傳統(tǒng)市場，發(fā)揮競爭優(yōu)

18、勢。 5.總結(jié) 本次設(shè)計(jì)是在弄清楚履帶底盤的整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)對行駛機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程。首先是確定任務(wù)要求的各項(xiàng)參數(shù)，然后根據(jù)這這些具體參數(shù)進(jìn)行一步步的計(jì)算，最后把各部分設(shè)計(jì)整合并進(jìn)行細(xì)節(jié)修改。 通過本次文獻(xiàn)綜述的整理，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，讓我熟悉有關(guān)技術(shù)政策及國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范手冊，而且對當(dāng)今社會機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀有了很大的了解，對我以后的設(shè)計(jì)奠定了更扎實(shí)的基礎(chǔ)，另外，更進(jìn)一步鍛煉了我獨(dú)立思考和動手的能力。 參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤.第3版，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊[M].北京:高等教育出版社，2006.5:1～253.? [2] 張淑娟、全臘珍.畫法幾何與機(jī)械制圖[M].中

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