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摘 要
挖掘機，又稱挖掘機械（excavating machinery)，是用鏟斗挖掘高于或低于承載面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。從近幾年工程機械的發(fā)展來看，挖掘機的發(fā)展相對較快，而挖掘機作為工程建設(shè)中最主要的工程機械機型之一，其正確的選型也就顯得更為重要。
在參照和分析履帶式挖掘機的基礎(chǔ)上，對小型液壓挖掘機進行設(shè)計。本次設(shè)計的主要內(nèi)容是挖掘機的底盤部分。挖掘機的底盤部分主要包括車架、行走裝置和懸架三部分。行車架是整體骨架，用來安裝所有的總成和部件。行走裝置用來支持機體，把動力裝置傳到驅(qū)動輪上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)檐囕v工作與行駛所需的驅(qū)動力和速度。懸架是車架和行走裝置之間互相傳力的連接裝置。
本文在詳述履帶行走裝置整體設(shè)計的基礎(chǔ)上，又對驅(qū)動輪、拖鏈輪、導(dǎo)向輪、支重輪結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，對一些關(guān)鍵部分進行了設(shè)計校核計算。對各個輪的加工工藝有粗略的描述。
關(guān)鍵詞：挖掘機，行走裝置，四輪一帶，張緊裝置
Abstract
Excavator is also called mining machinery (excavating machinery), which is used to excavate materials that are higher or lower than the bearing surface and then put materials into transport vehicle or unloaded them to stocking yard. The materials what mining machinery excavate are soil, coal, sand and some rocks which are pre-digged. With the development of mechanical engineering in recent years, excavating machinery is relatively faster than others. Excavators, one of the most important models of machinery construction, the correct selection of the model is especially important to it.
On the base of reference and analysis of crawler excavators, have designed excavator non-tail excavator. The main design is compact hydraulic excavators’ Chassis parts. The chassis parts include three parts. Overall skeleton frame is used to install all the assemblies and components. Walking device used to support the body, the power plant came on the drive wheel torque and rotary movement into a vehicle required for working and driving the driving force and speed. Suspension is a walking frame and transmission device between the connected devices.
In this paper, detailed walking track devices based on the overall design, but also on the driving wheel, drag chain, guide wheel, supporting wheels structure design, for some of the key parts of the design verification calculation. For each round of processing technology has a rough description.
Key Words: excavating machinery,travel system,four wheels and one belt,tensioning device
第 - 1 - 頁
目 錄
1 緒論 - 1 -
1.1引言 - 1 -
1.2本課題的目的和意義 - 1 -
1.3挖掘機的功能 - 2 -
1.4挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 - 3 -
1.5設(shè)計的要求 - 4 -
1.6性能要求 - 4 -
2 設(shè)計綜述 - 6 -
2.1設(shè)計課題 - 6 -
2.2設(shè)計目的 - 6 -
2.3設(shè)計的原始數(shù)據(jù)（主要技術(shù)性能參數(shù)） - 6 -
2.4 設(shè)計方案的確定 - 6 -
2.4.1參觀實習(xí) - 6 -
2.4.2主要構(gòu)思方案 - 7 -
2.4.3本方案特點 - 7 -
2.4.4設(shè)計的手段、方法、思路 - 8 -
3 挖掘機的行走機構(gòu) - 9 -
3.1簡述 - 9 -
3.2履帶式行走裝置的構(gòu)造 - 9 -
3.2.1行走架 - 10 -
3.2.2懸架 - 11 -
3.2.3履帶 - 12 -
3.2.4支重輪 - 14 -
3.2.5拖鏈輪 - 15 -
3.2.6導(dǎo)向輪 - 15 -
3.2.7驅(qū)動輪 - 16 -
3.2.8履帶張緊裝置 - 17 -
3.3履帶式行走裝置的特點 - 18 -
4 動力系統(tǒng) - 19 -
4.1機械在行駛作業(yè)中的阻力 - 19 -
4.2挖掘機在牽引工況時牽引力和牽引功率平衡 - 20 -
4.2.1牽引力的平衡 - 20 -
4.2.2 牽引功率的平衡 - 21 -
4.2.3挖掘機在運輸工況是牽引力和牽引功率平衡 - 21 -
4.3液壓馬達和發(fā)動機的選擇 - 22 -
4.3.1液壓馬達的選擇 - 22 -
4.3.2發(fā)動機的選擇 - 23 -
5.行走裝置的設(shè)計 - 24 -
5.1履帶的設(shè)計 - 24 -
5.1.1履帶的選型 - 24 -
5.1.2履帶尺寸的計算 - 24 -
5.1.3履帶板結(jié)構(gòu)的選擇 - 26 -
5.1.4履帶節(jié)距的計算 - 26 -
5.1.5履帶的強度校核 - 26 -
5.2驅(qū)動輪的設(shè)計 - 28 -
5.2.1驅(qū)動輪齒形設(shè)計 - 28 -
5.2.2驅(qū)動輪主參數(shù)的確定 - 29 -
5.2.3驅(qū)動輪的強度校核 - 29 -
5.3支重輪的設(shè)計 - 30 -
5.3.1支重輪的選型 - 31 -
5.3.2支重輪油封 - 31 -
5.3.3支重輪外形尺寸的計算選擇 - 32 -
5.3.4支重輪的強度校核 - 32 -
5.4托帶輪的設(shè)計 - 34 -
5.5導(dǎo)向輪的設(shè)計及其校核 - 35 -
5.5.1導(dǎo)向輪的概述 - 35 -
5.5.2導(dǎo)向輪的參數(shù)選擇 - 35 -
5.5.3導(dǎo)向輪的校核 - 36 -
5.6張緊裝置的設(shè)計 - 37 -
5.6.1緩沖彈簧的選擇 - 37 -
5.6.2圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計 - 38 -
6 行走架的設(shè)計 - 41 -
7 結(jié)論 - 44 -
7.1本課題展望 - 44 -
參考文獻 - 45 -
附錄 - 46 -
致謝 - 47 -
1 緒論
1.1引言
挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應(yīng)用于房屋建筑、道路工程、水利建設(shè)、農(nóng)田開發(fā)、港口設(shè)計、國防工程等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中。對減輕繁重的體力勞動、保證工程質(zhì)量、加快建設(shè)速度、提高勞動生產(chǎn)率起巨大的作用。
我國小型挖掘機市場發(fā)展速度非?？捎^，是帶動我國工程機械行業(yè)特別是挖掘機行業(yè)發(fā)展的一股重要力量，也是推動我國挖掘機行業(yè)利潤增長的主要力量支撐，有著舉足輕重的地位。小型挖掘機以其小巧、靈活、多功能、高效的獨特優(yōu)勢，日益成為土方工程應(yīng)用的理想設(shè)備，用戶需求不斷擴大。
挖掘機在近年來發(fā)展迅速，由于機電一體化的運用和三維仿真技術(shù)以及虛擬樣機設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，挖掘機在方面的性能都得到極大的提高。
1.2本課題的目的和意義
小型多功能液壓挖掘機通常指標準斗容在0.25m3以下，或指機重在8T以內(nèi)的挖掘機產(chǎn)品，產(chǎn)品歸類為小型工程機械，在世界工程機械市場，屬銷量最大的工程機械產(chǎn)品之一。小型多功能液壓挖掘機是一種應(yīng)用廣泛、功能多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建設(shè)施工機械，廣泛應(yīng)用在房屋建筑、筑路工程、市政工程、農(nóng)田建設(shè)、水利建設(shè)、港口建設(shè)、國防工程等土石方施工和礦山采掘之中。小型液壓挖掘機機動能力強、體積小，適合于各種土方量分散、作業(yè)范圍狹窄的工況。
單斗液壓挖掘機也是一種可完成多種作業(yè)的通用式工作機械，它配備不同的作業(yè)裝置，便可進行挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。
近年來，我國的挖掘機市場90%被外國獨資或合資企業(yè)壟斷，而國產(chǎn)品的價格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。成都神鋼的挖掘機、凱斯的挖掘裝載機、JCB的挖掘裝載機、常林的挖掘裝載機、柳工的挖掘機、詹工的挖掘機、玉柴的挖掘機以及山河智能、南特的小挖等諸多企業(yè)的產(chǎn)品一一呈現(xiàn)在市場上。
中國工程機械工業(yè)協(xié)會挖掘機分會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國挖掘機市場上半年未受原材料價格的上漲、油價居高不下、雪災(zāi)及地震等各種不利因素的影響，銷量較去年大增。參加協(xié)會CEMA挖掘機銷售統(tǒng)計的國內(nèi)主要23家挖掘機制造公司2008年1至6月份累計銷售履帶式及輪胎式液壓挖掘機約52,000臺，總銷量較去年同期增長24.5%。
隨著公路養(yǎng)護常規(guī)化，園林綠化有序進行，小區(qū)建設(shè)工程增多，市政工程不斷升級，農(nóng)田建設(shè)正趨向機械化，而在這些工程施工中，大多是小型土方施工。因此，在施工中小型多功能液壓挖掘機比大中型液壓挖掘機更有優(yōu)勢，即使在靠墻時也能方便的進行回轉(zhuǎn)和挖掘，況且小型挖掘機資金投入少，使用成本相對較低。小型多功能挖掘機的地位不容忽視，其應(yīng)用的市場環(huán)境日益擴展并呈現(xiàn)可以預(yù)見的強勁后市，越來越受廣大消費者青睞。而無尾式小型液壓挖掘機在我國的發(fā)展才剛剛起步，其技術(shù)還遠遠落后于國外。此時對小型液壓挖掘機進行一些理論聯(lián)系實際的研究顯然具有重要的現(xiàn)實意義和長遠的指導(dǎo)意義。
綜上所述，對于單斗液壓挖掘機的研究刻不容緩。單斗液壓挖掘機的整體性能取決于挖掘機的動力、底盤好壞，本課題在底盤方面做出了研究。底盤設(shè)計的優(yōu)劣決定了整機的性能。合理的底盤設(shè)計使保證整個設(shè)計任務(wù)圓滿完成的重要保證。因此，對于此次小型無尾液壓挖掘機底盤的設(shè)計要從一個更高的層次出發(fā)，嚴格要求設(shè)計過程。
1.3挖掘機的功能
堆料場的土方機械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙及經(jīng)過預(yù)松后的巖石和礦石。挖掘機械是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至
一般工程中約60％的土方量、露天礦山80％的剝離量和采掘量是用挖掘機械完成的。挖掘機械分為單斗挖掘機和多斗挖掘機兩類，單斗挖掘機的作業(yè)是周期性的，多斗挖掘機的作業(yè)是連續(xù)性的。
最早的挖掘機是以人力或畜力為動力，用于挖深河底的浚泥船，鏟斗容量一般不超過0.2～O.3m3。1833～1836年，美國人奧蒂斯設(shè)計和制造了第一臺蒸汽機驅(qū)動、鐵木混合結(jié)構(gòu)、半回轉(zhuǎn)、軌行式的單斗挖掘機，生產(chǎn)率為35/ m3時，但由于經(jīng)濟性差沒有應(yīng)用。70年代經(jīng)過改進的蒸汽鏟正式生產(chǎn)并應(yīng)用于露天礦剝離。1880年又出現(xiàn)了第一批以拖拉機為底盤的半回轉(zhuǎn)式蒸汽鏟。
20世紀初至40年代末，挖掘機進入動力和行走裝置多樣化的階段。1910年,出現(xiàn)了第一臺電機驅(qū)動的單斗挖掘機；1912年出現(xiàn)了汽油機和煤油機驅(qū)動的全回轉(zhuǎn)式單斗挖掘機；1916年出產(chǎn)了柴油發(fā)電機驅(qū)動的單斗挖掘機；1924年柴油機直接驅(qū)動開始用于單斗挖掘機上；履帶式行走裝置于1910年開始采用。輪胎式行走裝置隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，廣泛用于小型挖掘機。30年代，出現(xiàn)了步行行走裝置；50年代中期，德國和法國相繼研制出全回轉(zhuǎn)式液壓挖掘機，從此挖掘機的發(fā)展進入一個新階段。
多斗挖掘機也有100多年的歷史。法國于1860年生產(chǎn)了世界上最早的、結(jié)構(gòu)比較成熟的多斗挖掘機，用于蘇伊士運河開挖工程。1889年，美國生產(chǎn)的多斗挖溝機可挖寬0.29米、深1.4米的溝渠。19世紀末，斗輪挖掘機在德國褐煤采掘中得到廣泛應(yīng)用，至1958年，每個鏟斗容量已達3600升。1977年，聯(lián)邦德國制造了世界上最大的斗輪挖掘機，其生產(chǎn)率為24萬m3/日。
挖掘機械一般由動力裝置、傳動裝置、行走裝置和工作裝置等組成。單斗挖掘機和斗輪挖掘機還有轉(zhuǎn)臺，多斗挖掘機還有物料輸送裝置。
動力裝置有柴油機、電動機、柴油發(fā)電機組或外電源變流機組。柴油機和電動機大多用于中、小型挖掘機械，用一臺原動機集中驅(qū)動，兩者可互換。柴油發(fā)電機組和外電源變流機組用于大、中型挖掘機械，用多臺電機分散驅(qū)動。
行走裝置主要用來支承機器、使機器變換工作位置和轉(zhuǎn)移作業(yè)場地；另外，鏈斗式挖掘機和環(huán)輪式挖掘機的鏟斗，隨著行走裝置的連續(xù)行走而切削土壤。行走裝置有履帶式、輪胎式、步行式、軌行式、浮游式和拖掛式等幾種。
作業(yè)場地固定、要求接地比壓較低時用履帶式；作業(yè)場地多變時用輪胎式；因施工條件特殊而必須架設(shè)專用軌道時，用軌行式；挖掘水下泥土用浮游式；小型單斗挖掘機的行走裝置無動力源時，用拖掛式；作業(yè)場地固定、機器重量大時，用步行式。步行式行走裝置大多用于單斗挖掘機中的大、中型拉鏟挖掘機和斗輪挖掘機。
1.4挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
隨著我國挖掘機行業(yè)的國外先進技術(shù)的引進和國產(chǎn)液壓挖掘機的產(chǎn)品的增加和性能水品的提高，開始全面淘汰已生產(chǎn)多年的落后的、笨重的中、小型機械式挖掘機。
(1)我國開發(fā)液壓挖掘機的時間是從1967年開始的，縱觀我國挖掘機的近40年的發(fā)展歷史，大致可以分為以下幾個方面：
1)開發(fā)階段（1967-1977）：以測繪仿制為主的開發(fā)。通過多年堅持不懈的努力，克服了一個又一個的困難，有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機終于獲得初步的成果。為我國液壓挖掘機的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。
2)液壓挖掘機的發(fā)展、提高并全面取代了機械挖掘階段（1978-1986）。這個階段通過各主機廠引進技術(shù)的消化、吸收和移植，使我國液壓挖掘機的性能指標全面提高到國際70年代末80年代初的水平。全國液壓挖掘機的平均年生產(chǎn)量達到1230臺。
3)液壓挖掘機生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加，新加入挖掘機行業(yè)的國有大、中型企業(yè)以技貿(mào)結(jié)合、合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進日本挖掘機制造技術(shù)，由于國內(nèi)對挖掘機的需求量的不斷提高，新加入挖掘機行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進挖掘機制造技術(shù)，其產(chǎn)品批量或小批量的投放國內(nèi)市場或出口，打破了多年來主要由六大家挖掘機生產(chǎn)企業(yè)壟斷國內(nèi)挖掘機市場的局面，形成了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競爭。這個期間國內(nèi)液壓挖掘機年均產(chǎn)量提高到2000余臺。
4)國內(nèi)液壓挖掘機供需矛盾日益擴大，國外個著名挖掘機制造廠商看好中國市場紛紛前來創(chuàng)辦合資、獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)。從1994年開始，特別從1995年在我國挖掘機行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國卡特彼勒公司和日本神戶制鋼所率先在徐州中山橋開發(fā)區(qū)和與成都工程集團公司合作在成都相繼建立了生產(chǎn)液壓挖掘機的中外合資企業(yè)，隨后日本小松制作所、日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾等都先后在中國建立中外合資、外商合資等企業(yè)，近年來這些企業(yè)運營良好，發(fā)展迅速。
(2)從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化、自動化和人性化的方向發(fā)展。其主要發(fā)展趨勢有以下幾個方面：
1)開發(fā)多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機。為滿足各種不同施工建設(shè)的需要，各種型號的挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置。
2)實現(xiàn)機電液一體化控制的高自動化挖掘機。不斷改進和革新控制方式，使操縱系統(tǒng)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。
3)更新設(shè)計理念，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機控制的電業(yè)賜福疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。
4)加速電子化、自動化技術(shù)在挖掘機上的應(yīng)用。隨著對工程機械的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了以電液一體化技術(shù)、微電子技術(shù)為核心的高技術(shù)
5)強化人性化工作環(huán)境，在滿足傳統(tǒng)的駕駛室設(shè)計符合人機工程學(xué)原理、內(nèi)部寬敞、視野開闊、內(nèi)置防塵大功率冷暖立體空調(diào)、全方位可調(diào)座椅、操作方便省力、儀表顯示直觀準確、能給駕駛員提供一個舒適的操作環(huán)境的基礎(chǔ)上，進一步加強對駕駛員的安全保護
6)加強節(jié)能環(huán)保，簡化維修保養(yǎng)。除了運用高效率、低油耗、清潔排放的發(fā)動機外，全自動化的電液控制更是大大提高了環(huán)保，有效交底了振動和噪音。
未來隨著電子信息及機電液一體化自動化控制技術(shù)的發(fā)展運用，挖掘機一定會更加迅速發(fā)展。
1.5設(shè)計的要求
小型挖掘機主要用于城市、狹窄地區(qū)，代替人力勞動。主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地、起重等。小型挖掘機體積小，機動靈活，并趨向于一級多能，配備多種工作裝置。由于這種機械的特點很靠近人，因此在設(shè)計上除了要求耐磨性、可靠性和作業(yè)效率等，還需要考慮人、機、環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別注意以下幾點：
(1)安全性即機械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相碰撞，防傾翻穩(wěn)定性好。
(2)低公害性即排放要求高、低震動、低噪音。
(3)與周圍環(huán)境能調(diào)和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們的不快，對人有親和感。
(4)盡量擴大使用功能，可裝多種附屬裝置，應(yīng)成為城市萬能工程機械。
(5)操作簡便，任何人一學(xué)就會，都能操縱。
1.6性能要求
目前市場對小型挖掘機性能要求如下：
(1)改進挖掘機可控性和控制精確性以及復(fù)合動作。
(2)簡化液壓系統(tǒng)，降低成本，達到大作業(yè)量與低油耗的動態(tài)平衡。
(3)改進工作可靠性。
(4)改進駕駛操作舒適性及降低勞動強度，提高單位生產(chǎn)率。
(5)改進操作安全性
(6)低震動、低噪音適用生活區(qū)工作。
2 設(shè)計綜述
2.1設(shè)計課題
YW0.2型小型液壓挖掘機底盤系統(tǒng)設(shè)計。
2.2設(shè)計目的
畢業(yè)設(shè)計是學(xué)校專業(yè)教學(xué)規(guī)定的一項最重要的綜合性和結(jié)業(yè)性學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，它要求我們運用大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識對實際問題的思考，然后給定方案進行設(shè)計，是大學(xué)學(xué)習(xí)的一個升華。進一步鍛煉學(xué)生的理論知識，分析能力，解決問題的能力和綜合素質(zhì)。
2.3設(shè)計的原始數(shù)據(jù)（主要技術(shù)性能參數(shù)）
(1)最大挖掘深度：>3000mm；
(2)最大挖掘高度：>4500mm；
(3)斗容：0.2m3；
(4)行走速度（km/h）：3.6/1.8；
(5)爬坡能力（°）：30
2.4 設(shè)計方案的確定
2.4.1參觀實習(xí)
在西安三橋建材市場、朱宏路機電市場和西安曲江國際展覽中心進行參觀實習(xí)，了解挖掘機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，進行設(shè)計。而對于一般的工程機械來說，都必須包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、底盤行走系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)這五大基本系統(tǒng)（如圖2-1所示）。動力系統(tǒng)主要采用的是柴油發(fā)動機，其原因是由于它具有燃料經(jīng)濟性好、工作可靠、功率大、排氣污染小等一系列優(yōu)點；工程機械的傳動系統(tǒng)主要類型包括機械傳動、液力機械傳動、液壓傳動和電傳動等四種形式；底盤行走系統(tǒng)主要有輪式和履帶式兩種類型，此外還有步履帶式行走機構(gòu)等。操縱控制系統(tǒng)一般包括底盤操縱系統(tǒng)和工作裝置操縱系統(tǒng)兩個部分;執(zhí)行系統(tǒng)主要包括各種類型的工作裝置和機構(gòu),其類型多種多樣。只要確定了這五大基本系統(tǒng)，就可以確定基本的設(shè)計方案。
圖2-1五大基本系統(tǒng)圖
2.4.2主要構(gòu)思方案
根據(jù)實際調(diào)研結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外工程用液壓挖掘機的相關(guān)資料，經(jīng)過認真分析總結(jié)，又根據(jù)設(shè)計的要求，考慮到機械的實用性、經(jīng)濟性、生產(chǎn)等方面的因素，擬定構(gòu)思方案如下：
（1）牽引力和功率的計算；
（2）“四輪一帶”的設(shè)計計算；
（3）回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計計算。
2.4.3本方案特點
整機結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。采用履帶式底盤，作業(yè)行走方便，對作業(yè)現(xiàn)場的適應(yīng)能力強?？商鎿Q的鋼制履帶和橡膠履帶可使機械在不同的工況下工作（城市內(nèi)作業(yè)使用橡膠履帶，野外作業(yè)時用鋼制履帶），對場地的適應(yīng)性好。另外，采用履帶式底盤結(jié)構(gòu)，機械的整機穩(wěn)定性好，使用全液壓驅(qū)動，可以很輕松的實現(xiàn)無級變速和自動剎車，且能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的調(diào)速。采用回轉(zhuǎn)支撐可以使機器輕松實現(xiàn)360°的全方位回轉(zhuǎn)，工作能力可以得到大大的提高。能夠在保證功率的前提下，實現(xiàn)在較小空間內(nèi)的安裝布置，使車身和轉(zhuǎn)臺不會超過設(shè)計的要求，實現(xiàn)作業(yè)的順利進行。
2.4.4設(shè)計的手段、方法、思路
此次設(shè)計所采用的設(shè)計手段是數(shù)值計算和計算機繪圖（包括AutoCAD2008）等。設(shè)計的方法主要采用類比法和經(jīng)驗公式算法。首先對底盤所要求達到的技術(shù)參數(shù)進行分析和設(shè)定，再對機體中具有決定性作用的零部件進行詳細的分析，明確整個設(shè)計中的技術(shù)難題和解決問題的核心，進一步找到相應(yīng)的解決問題的方法，最終使設(shè)計問題得以解決。
3 挖掘機的行走機構(gòu)
3.1簡述
行走系統(tǒng)的功用是把機體支承在地面上，并通過行走系統(tǒng)中與地面接觸的部件和地面的相互作用而產(chǎn)生驅(qū)動機械行駛的牽引力。
液壓挖掘機的行走裝置是整個機械的支撐部分，他承受挖掘機的自重及挖掘時的反力，使挖掘機穩(wěn)定的支撐在地面上工作。
設(shè)計挖掘機行走機構(gòu)時應(yīng)盡量滿足下列要求：
（1）挖掘機應(yīng)有較大的牽引力，使挖掘機在濕軟地面或高低不平的地面上行走時具有良好的越野性能，并有較強的爬坡能力和轉(zhuǎn)彎能力。
（2）在不增高行走裝置的總高度的前提下使行走機構(gòu)有較大的離地間隙，使挖掘機在不平整的地面上就有良好的通過性能。
（3）要降低挖掘機的接地比壓或者具有較大的支承面積，以提高挖掘機的穩(wěn)定性。
（4）挖掘機在斜坡下行時不發(fā)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時不下滑，提高工作安全可靠性
（5）挖掘機行走機構(gòu)外尺寸應(yīng)符合道路運輸?shù)臈l件。
3.2履帶式行走裝置的構(gòu)造
履帶式行走裝置的功用是支承機體及機械的全部質(zhì)量，將發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的扭矩轉(zhuǎn)變成機械行駛和進行作業(yè)所需的牽引力，傳遞、承受各種力、力矩，緩和路面不平引起的沖擊、振動。
履帶式行走裝置有結(jié)構(gòu)完全相同的兩部分，分別裝在機械的兩側(cè)，主要由支重輪、托鏈輪、引導(dǎo)輪、緩沖裝置及履帶等組成。
履帶式行走裝置（如圖3-1所示）由連接回轉(zhuǎn)支撐裝置的整體式剛性懸架2.4通過支重輪5，履帶8將載荷傳至地面。履帶呈封閉環(huán)繞過驅(qū)動輪1和導(dǎo)向輪7，為了減少上分支撓度履帶由1~2個托鏈輪3支持。行走裝置的傳動是由液壓馬達經(jīng)減速箱傳動驅(qū)動輪1使整個行走裝置運行的。當履帶因磨損而伸長時可由張緊裝置6調(diào)整其松緊度。
圖 3-1履帶行走裝置結(jié)構(gòu)圖
其中：1—驅(qū)動輪總成；2、4—整體式剛性懸架；3—托鏈輪總成；5—支重輪總成；6—張緊裝置；7—導(dǎo)向輪總成；8—履帶。
3.2.1行走架
行走架是履帶行走裝置的承重結(jié)構(gòu)，一般由底架和履帶架組成。通常用16mm鋼板焊接。底架連接轉(zhuǎn)臺，承受上部的載荷，并通過橫梁傳給履帶架。
行走架按結(jié)構(gòu)的不同分為組合式和整體式兩種。
組合式行走架的底架為框架結(jié)構(gòu)（如圖3-2所示），橫梁是工字鋼或焊接的箱型梁，插入履帶架孔中。履帶架通常采用下部敞開的“門”形截面， 呈叉形，以便安裝驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪和支重輪。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是當需要改善挖掘機的穩(wěn)定性和降低接地比壓實，不需要改變底架結(jié)構(gòu)久能換裝加寬的橫梁和加長的履帶架，從而安裝不同長度和寬度的履帶。它的缺點是履帶架截面削弱較多，剛度較差，在截面削弱出易產(chǎn)生裂縫。
圖3-2組合式行走架
整體式行走架（如圖3-3）是在組合式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它適合于組織大批量生產(chǎn)以降低成本。目前在中小型液壓挖掘機上應(yīng)用極為廣泛。它是將底架、橫梁和履帶架焊為一體，具有構(gòu)造簡單、布置緊湊、質(zhì)量輕、剛性好等一系列優(yōu)點。此外，這種結(jié)構(gòu)還可以時支重輪直徑做得較小， 行走裝置的長度，支重輪數(shù)量每邊可裝5~9個。這樣，由機器重力和挖掘力產(chǎn)生的壓力，可均勻的傳給地面，以便于在承載能力較低的地面使用。
圖3-3整體式行走架
3.2.2懸架
懸架是機架和支重輪的連接部件，機架上的機重通過懸架傳給支重輪，在傳到履帶，同時履帶和支重輪在行駛過程中所受的沖擊力也通過機架傳給機架。以此懸架應(yīng)具有一定的緩沖能力，才能保證挖掘機在行駛中穩(wěn)定和駕駛員舒服。
工程機械采用的底盤有剛性和半剛性兩種，剛性懸架是使支重輪與機架完全剛性連接，常用在挖掘機和履帶起重機上，因這些機械在作業(yè)時一般都不運行，換場地是也只能短距離低速運行，同時這些機械還要求作業(yè)時的穩(wěn)定性。半剛性懸架廣泛用在履帶式推土機上，它把部分機重經(jīng)彈性元件傳遞給支重輪。半剛性懸架主要由兩個臺車架和帶彈性元件的平衡機構(gòu)所組成。
（1）臺車架
臺車架的結(jié)構(gòu)它是加強槽鋼的箱型斷面的縱梁，以U型和L型橫板連接成矩形的框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有足夠的強度以承受挖掘機工作或行駛時所受到的巨大沖擊載荷。在左右縱梁前部的上面和內(nèi)側(cè)各焊有供導(dǎo)向輪支架移動用的導(dǎo)向板條。梁的下平面有安裝支重輪用的孔。在縱梁中部上平面還焊有彈簧箱，供安裝張緊彈簧用。斜撐壁焊接在臺車架的內(nèi)側(cè)面上，斜撐的尾端焊有軸承座，臺車架利用它后部的軸承和斜撐尾端的軸承安裝在驅(qū)動輪軸上，故臺車架可繞驅(qū)動輪軸上、下擺動。斜撐可以用來承受臺車架上的側(cè)向力，使挖掘機在行駛中左右臺車架的前部不致分開。這樣就可以避免部分支重輪輪緣與履帶節(jié)之間的嚴重磨損。
（2）彈性平衡元件
半剛性懸架上的彈性平衡元件，有的采用平衡板簧，有的采用了橡膠塊與平衡梁組成的彈性平衡機構(gòu)，漆結(jié)構(gòu)簡單，緩沖效果好。在左右臺車架的前部各用螺釘裝著一個固定支座3，在該支座的V形槽的左右兩邊各放置一塊用鋼皮包面的橡膠塊4，在橡膠塊上放置一個活動支座2，活動支座呈三角形斷面，其尖角置于自由固定支座V形槽內(nèi)的橡膠塊上。平衡梁1是用鋼板焊成的，為一中空呈魚腹形橫梁，其兩端自由的擱在活動支座上邊的弧形面上，其中央與機架前部的橫梁鉸接（如圖3-4所示）。
圖3-4帶彈性元件的平衡機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
1平衡梁 2 活動支座 3 固定支座
4橡膠塊 5 臺車架 6 機架
（3）機架
履帶式地盤的機架有全梁架式和半梁架式兩種。在挖掘機上都采用半梁架式機架，它以后橋箱代替機架的后半部。后半箱是焊接或鑄造的，在它的前面焊有兩根箱形斷面的大梁，左右大梁前窄后寬，其前部焊有元寶形橫梁，橫梁中央用的中心銷軸與平衡梁鉸接，大梁前端用槽形橫梁焊接，是整個機架成為封閉的框架。
3.2.3履帶
履帶（如圖3-5）將挖掘機的重力及工作和行走時的載荷傳給地面。其形狀和構(gòu)造必須考慮到機械的穩(wěn)定性和適應(yīng)于各種工況的工作，行走時還要保證能發(fā)出足夠的牽引力，每條履帶總成由履帶板、履帶節(jié)、履帶銷和銷套等組成。履帶板用特制鋼螺栓裝在左右履帶節(jié)上。履帶節(jié)是供支重輪滾動的軌道。每對履帶節(jié)的前銷孔內(nèi)配一個銷套，然后在使其與前一對履帶節(jié)的后銷孔用履帶銷鉸接，履帶銷與銷套是東配合，履帶銷的兩端與前一對履帶節(jié)的后銷孔是靜配合，這樣就使前后兩對履帶節(jié)通過履帶銷與銷套呈鉸接狀態(tài)，前后兩塊履帶板能自由相對轉(zhuǎn)動。全條履帶的履帶節(jié)都裝配好后，就形成一條帶導(dǎo)軌面的套筒滾子鏈。驅(qū)動輪的輪齒就通過銷套 與履帶相嚙合。
圖3-5履帶示意圖
1 履帶板 2 履帶螺栓 3 履帶螺母
履帶的結(jié)構(gòu)有整體式和組合式。
（1）整體式履帶
整體式履帶是在履帶板上帶嚙合齒，直接與驅(qū)動輪嚙合，履帶板本身成為支重輪等輪子的滾動軌道，履帶板用銷軸連接，銷子浮置于銷孔中并有0.5~1.5mm的空隙，這種履帶一般在大型挖掘機上應(yīng)用較多。這種履帶的優(yōu)點是制造方便，拆裝容易。缺點是泥沙等污染易進入銷孔中，使零件磨損加快，影響使用壽命。
（2）組合式履帶
組合式履帶由軌鏈節(jié)、履帶板、銷子和襯套等組成。軌鏈節(jié)和履帶板用螺栓連接。組合式履帶的優(yōu)點是銷子和襯套的密封較好，泥沙等污染物不易進入，由于銷子和襯套的硬度要求較高，連接處叫耐磨，因而使用壽命也較高；履帶節(jié)距小，繞轉(zhuǎn)性好，不會因履帶損壞、襯套開裂或連接螺栓剪斷而中止行走。此外，組合式履帶零件通用化程度高，易損件容易購買，所以維修、更換方便，制造成本較低。缺點是連接螺栓易折斷，拆裝比較困難。
（3）履帶板
1）.整體式履帶板有開放式、箱體和半箱體三種形式。挖掘機上多用箱體和半箱體兩種，它們的里側(cè)鑄有很多凹凸處，使泥土很容易脫落，接地部分為無履刺的平滑形狀。履帶板與驅(qū)動輪的嚙合爪可制成單塊和多塊式，使嚙合過程中能自動清除污染物。這種鑄造的履帶板節(jié)距較大，強度也比組合式履帶板大。整體式履帶板多用35Mn等材料鑄成。熱處理調(diào)質(zhì)處理硬度為30~6HB。
2）.組合式履帶板按其形狀可分為單刺（圖3-6）、雙筋（圖3-7）和三筋式（圖3-8）三種，也有用三角形或其它特殊斷面的履帶板。單刺式履帶板，用于要求有較高牽引力和水平推力的履帶底盤上，可使機械的行走裝置具有較大的附著力。雙筋式履帶板適用于在沼澤地區(qū)或較軟土上工作的液壓挖掘機。三筋式履帶板主要用于挖掘機，具有較低的接地比壓和較大的附著力。
表3-1履帶各零部件材料
序號
零件銷套
材料
1
鎖緊銷套
40MnB
2
鎖緊銷軸
40Cr
3
銷墊
40MnB
4
銷軸
40Cr
5
銷套
40MnB
6
左鏈軌節(jié)
40Mn2
7
右鏈軌節(jié)
40Mn2
8
履帶板
40SiMn2或35CrMo
9
螺栓
按GB 3098.1的規(guī)定
10
螺母
按GB 3098.2的規(guī)定
為了保證軌鏈在任何位置時，相互鄰接的履帶板中間不致加進石塊和引起過高的張力，履帶板節(jié)距必須選擇合適并有一定形狀的塔接唇。履帶節(jié)距較小，則軌鏈饒轉(zhuǎn)與驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪時的升幅也越小，履帶運轉(zhuǎn)的均勻性好，不易磨損，行走驅(qū)動效率高。但是最小節(jié)距值必須考慮到整機質(zhì)量和軌鏈的排數(shù)。雙履帶的履帶板和軌鏈的鏈接螺孔距離要大一些，以便換裝不同接地比壓的履帶板。
此外，供沼澤地使用的行走裝置需要很寬的履帶板和軌面。這種超寬的履帶板，在混有殘余樹枝雜物的地面工作時，往往在某塊履帶板上產(chǎn)生非常高的彎曲應(yīng)力，從而造成履帶板損壞。為此，必須提高履帶板的斷面系數(shù)和抗彎強度。如果不適當?shù)脑黾勇慕罡叨龋瑒t會造成轉(zhuǎn)彎阻力增加而降低靈活性。在這種情況下，對700mm以上的超寬履帶板，宜采用扎制的空心鋼質(zhì)履帶板。
圖6單刺式 圖7雙筋式 圖8三筋式
沼澤地使用的履帶板，為減少轉(zhuǎn)彎阻力和下沉度，多數(shù)制成四邊均有一定的坡角。
履帶板直接與地面接觸，除受到有介質(zhì)的磨料磨損外，還要承受機器自身的重力和工作載荷，并經(jīng)常受到較大的沖擊載荷作用。故要求履帶板的筋部由較高的硬度，板體應(yīng)有較高的強度。目前，履帶板材料大都用40Mn2Si來代替45鋼，熱處理調(diào)質(zhì)，中頻淬火，硬度為38~45HRC（板體）和（53~55HRC）
4履帶銷套和軌鏈節(jié)
履帶銷套時組合式履帶的一個主要連接件，它不僅承受由驅(qū)動輪輪齒傳遞的接觸壓應(yīng)力，而且要經(jīng)受嚴重的磨料磨損，因為銷套總是在小能量多次沖擊條件下工作。
軌鏈節(jié)用來連接履帶板以構(gòu)成履帶。軌鏈節(jié)的長度方向受張力，垂直方向通過支重輪受壓應(yīng)力。由于其形狀不規(guī)則，應(yīng)力情況復(fù)雜，軌鏈節(jié)與支重輪、導(dǎo)向輪之間除有金屬的相互摩損外，主要表現(xiàn)為磨料磨損，而且還要承受由履帶板傳遞的外界沖擊。因此，軌鏈節(jié)要求有較高的強度、一定的韌性，工作面有較高的耐磨性。
3.2.4支重輪
過去支重輪的結(jié)構(gòu)型式很多，標準化后規(guī)定挖掘機采用的支重輪結(jié)構(gòu)型式是一種直軸式結(jié)構(gòu)，軸的構(gòu)造簡單，工藝性好，雖然承受軸向力能力較差，但適合于挖掘機的工況。支重輪的軸是不轉(zhuǎn)動的，通過兩個軸座固定在履帶架上。
支重輪輪體分兩段焊接而成，輪邊有凸緣，起夾持履帶的作用，使履帶板行走時不會橫向脫落。支重輪內(nèi)壓裝有軸套，這種軸套是雙金屬式的，是在08F的鋼套內(nèi)涂有0.8mm厚的賜青銅合金，即耐磨強度又高。軸兩端裝有浮動油封。
浮動油封（如圖3-9）是一種結(jié)構(gòu)較簡單，密封效果較好的端面密封裝置。它由兩個形狀相同的合屬油封環(huán)6和二個“O”形密封圈7組成，每個軸封環(huán)上各套一個“O”密封圈。不轉(zhuǎn)動的油封環(huán)固定在軸座8的槽中，另一個油封環(huán)裝在支重輪槽內(nèi)，隨著輪子轉(zhuǎn)動。當旋轉(zhuǎn)件被壓緊后，“O”形密封圈被壓緊產(chǎn)生彈性變形，使兩油封環(huán)端面始終貼緊，起到密封作用。潤滑油從支承輪中間螺塞孔加入，不但潤滑了軸與軸套的摩擦面，而且也潤滑了浮封環(huán)的端面。同時防止了水灰等污物的侵入。
圖3-9浮動油封
1 金屬圈 2 O型密封圈 3 固定蓋殼 4 驅(qū)動輪輪殼
這種端面油封的密封效果很好，使用壽命長，通常在一個大修期間不需加油，使平時保養(yǎng)工作簡化了。故挖掘機的支重輪、導(dǎo)向輪等等廣泛使用這種油輪。
3.2.5拖鏈輪
功用：托鏈輪通過支架安裝在臺車車架上，其功用是用來將履帶上部托起，防止履帶下垂過大，減小履帶在運動中產(chǎn)生的跳動和側(cè)向擺動。靠近驅(qū)動輪的托鏈輪，還能減小因驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)而將履帶沿驅(qū)動輪的切線方向甩動時所產(chǎn)生的履帶下垂。
結(jié)構(gòu)布置：托鏈輪主要用來限制上方區(qū)段履帶的下垂量。因此，為了減少托鏈輪與履帶間的摩擦損失，托鏈輪數(shù)目不宜過多，每側(cè)履帶一般為1～2個。
拖輪的高度，應(yīng)使其滾動表面和驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪的滾動表面大約在一條直線上。近來國外有些底盤上，將托輪的高度增高，以減小履帶的振跳，并保持履帶一定的張緊度。
由于驅(qū)動輪輪齒，在卷繞履帶時，有將履帶沿驅(qū)動輪切線方向甩動的作用，而使履帶的下垂增加，因此常在靠近驅(qū)動輪的地方安裝一個托輪。
本次設(shè)計選擇每側(cè)托鏈輪為2個。
3.2.6導(dǎo)向輪
導(dǎo)向輪的功用是支承履帶和引導(dǎo)履帶正確的卷繞，同時它與張緊裝置一起使履帶保持一定的張進度，并緩和道路傳來的沖擊力，減少履帶在運動過程中的振跳現(xiàn)象。履帶運動過程中的振跳會導(dǎo)致沖擊載荷和額外的功率消耗，加快履帶銷和銷孔之間的磨損。當履帶遇到障礙物時，張緊裝置可以讓引導(dǎo)輪后移一些，免得履帶過于局部張緊。
導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確繞轉(zhuǎn)。防止跑偏和越軌。大部分液壓挖掘機的導(dǎo)向輪同時起到支重輪的作用，這樣可增加履帶對地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面大多制成光面，中間有檔肩環(huán)作為導(dǎo)向用，兩側(cè)的環(huán)面則能支撐軌鏈起支重輪的作用。導(dǎo)向輪的中間檔肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度，兩側(cè)邊的斜度要小。導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離愈小則導(dǎo)向性能愈好。
以往導(dǎo)向輪機構(gòu)形式和規(guī)格也是很多，約有19余種，現(xiàn)已標準化并且相同節(jié)距條件下導(dǎo)向輪與支重輪除輪體外，其余零件都可以通用，提高了零件的互性，其聯(lián)系尺寸見表3-3.
導(dǎo)向輪材料通常用40、45號鋼或35Mn鑄鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度應(yīng)達HB230-270.
為了使導(dǎo)向輪發(fā)揮作用延長使用壽命，制造時規(guī)定輪緣工作表面對配合孔的跳動不得超過3mm，安裝時應(yīng)正確對中。
表3-2 導(dǎo)向輪聯(lián)系尺寸（mm）
統(tǒng)一圖號
安裝尺寸
外形尺寸
配合尺寸
特性尺寸
A
B
D
E
d
d
D1
F
W(173)-03
W(203)-03
W(216)-03
335
370
400
300
410
455
590
650
770
160
205
205
55
70
85
85
80
100
550
600
724
82
105
105
3.2.7驅(qū)動輪
發(fā)動機的動力通過驅(qū)動輪傳給履帶，因此，對驅(qū)動輪的要求應(yīng)是與履帶嚙合正確，傳動平穩(wěn)，并且當履帶因銷套磨損而伸長后仍能很好嚙合。
履帶的驅(qū)動輪通常置于后部，這樣履帶的張緊段較短，減少磨損和功率損失。
驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)有多種型式，如按輪體構(gòu)造分有整體式和分體式兩種。分體式鏈輪被分割成5-9片齒圈，每片齒圈用3-4個螺栓固定在驅(qū)動輪廓上。這樣，當輪齒磨損后不必卸下履帶便可更換局部的齒輪，在施工現(xiàn)場修理方便，節(jié)省時間。
按驅(qū)動輪持節(jié)距的不同有等距齒驅(qū)動輪和不等距驅(qū)動輪兩種。等鋸齒驅(qū)動輪使用較多，不等鋸齒驅(qū)動輪是一種較新的結(jié)構(gòu)，國產(chǎn)1.6㎡液壓挖掘機上采用的不等距齒的驅(qū)動輪。它的齒數(shù)較少，僅八個，其中有兩個齒之間的節(jié)距最小，所對的中心為31°18′15°5″，而其余的節(jié)距均相等，所對中心角為46°57′23.5″.
這種驅(qū)動輪的輪齒并非在履帶的包角范圍內(nèi)都同時嚙合，同時嚙合的僅有兩個齒左右。憂郁驅(qū)動輪與鏈軌節(jié)踏面相接觸，因此，一部分扭矩便由驅(qū)動輪的踏面來傳遞，同時履帶中很大的張緊力也由驅(qū)動輪踏面承受。這樣就減少了齒輪的受力。也減少了磨損，提高驅(qū)動輪的壽命。
驅(qū)動輪的輪齒工作面要承受銷套反作用的彎曲壓應(yīng)力，輪齒與銷套至今啊存在磨料磨損。齒面節(jié)圓處磨損后，機器繼續(xù)行走就會產(chǎn)生跳齒和沖擊性磨損。故驅(qū)動輪應(yīng)選擇較高淬透性和較低熱敏感性的材料制成，以提高使用壽命。目前，已采用50Mn和45SiMn鋼來代替35鋼和40鋼。輪齒熱處理為中頻淬火、低溫回火，硬度為55~58HRC。
3.2.8履帶張緊裝置
履帶式行走裝置使用一段時間后由于鏈軌銷軸的磨損會使節(jié)距增大，并使整個履帶伸長。導(dǎo)致摩擦履帶架，脫軌等，影響行走性能。
因此，每條履帶必須裝設(shè)張緊裝置，時履帶經(jīng)常保持一定的張進度。
舊時挖掘機中通常采用螺旋螺母來張緊履帶，利用張緊螺母使導(dǎo)向輪移動一定距離達到張緊的目的，這種調(diào)整方式既費力又不能使履帶經(jīng)常保持張緊力。目前在液壓挖掘機中廣泛采用液壓挖掘機張緊裝置，這種帶有輔助液壓缸的彈簧張緊裝置借助潤滑用的黃油槍將黃油壓注入液壓缸，使活塞外伸，一段移動導(dǎo)向輪，另一端壓縮彈簧使之預(yù)緊。但預(yù)緊后的彈簧留有適當?shù)男谐唐鹁彌_作用。如果履帶太緊需放松課擰開注油嘴，從液壓缸中放出適量的黃油。
設(shè)計時，應(yīng)使導(dǎo)向輪前后移動的調(diào)整距離大于履帶節(jié)距的一半，這樣就可以在履帶銷套因磨損而節(jié)距伸長時，由可能去掉一節(jié)履帶板后仍能將拉帶連接起來。左右支承 滑塊的后面通過左、右叉臂裝著張緊裝置。這種滑塊式張緊裝置有兩種調(diào)整張進力的方式:一種是螺旋調(diào)整式，它由張緊螺桿和張緊彈簧組成。另一種是黃油調(diào)整式，它由油缸、活塞與張緊彈簧等組成。螺旋調(diào)整式張緊裝置中，螺桿的頸部用螺栓夾緊在叉臂中，使之在挖掘機行駛時不致因振動而產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，該螺桿的尾部擰在可以前后移動的活動支座內(nèi)。螺栓前部露出部分為六方頭，作為擰轉(zhuǎn)螺桿時放扳手之用。擰轉(zhuǎn)螺桿使它伸長或縮短，就可使履帶張緊或放松。張緊彈簧裝在活動支座和固定支座之間。 支座間另外穿裝一根螺桿，螺桿的尾端擰有調(diào)整螺母及緊鎖螺母。擰轉(zhuǎn)調(diào)整螺母，可以調(diào)整張緊彈簧的預(yù)緊力。在此螺桿上還套裝一根較短的套管，作為彈簧壓縮到極點時的停止器，不讓彈簧的毗鄰圈相碰。
黃油調(diào)整式張緊裝置，液壓缸內(nèi)裝有活塞，活塞桿穿過彈簧前座、張緊彈簧。用壓力機將張緊彈簧壓縮到所有要求的預(yù)緊長度，并用螺母將其固定在彈簧后座上。張緊彈簧組件裝到彈簧箱內(nèi)后，再用螺釘將彈簧箱前蓋緊固，這時調(diào)整螺母與后座之間應(yīng)有間隙。液壓缸的封閉前端通過連桿裝于叉臂上，其后部則伸入套筒式彈簧前座內(nèi) 。液壓缸的前孔通過油嘴注入黃油，借黃油的壓力將液壓缸向前推，從而使引導(dǎo)輪向前移，使履帶張緊。注入液壓缸內(nèi)的黃油量的多少決定了履帶的張緊程度。若履帶過緊或需要拆卸履帶時，可以擰松放油螺塞，擠出黃油，減少張緊力。
由于油液的不可壓縮性，其傳力效果與張緊螺桿相同，但在使用調(diào)整上卻方便很多。
張緊裝置除使履帶有足夠的張緊度外，挖掘機行駛于不平道路上火遇到障礙物時起緩沖作用。此外，在挖掘機行駛時可以承受履帶上部的張力。
3.3履帶式行走裝置的特點
履帶式行走裝置比輪胎式的接地面積大，接地比壓小，而且在履帶的支承面上大多制有履刺，可以深入土內(nèi)，抓地能力強，因此比輪胎式行走裝置的附著牽引性能和通過性能都好得多。這種性能在履帶底盤行駛于松軟地面時，尤其顯著。但是，履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，質(zhì)量大，運動慣性大，而且沒有像輪胎那樣的緩沖和減震作用，因此影響它的速度的提高，機動性能也比較差。同時在使用過程中磨損嚴重，維修量較大。
4 動力系統(tǒng)
動力系統(tǒng)的設(shè)計需要計算整機的牽引力和牽引功率，選擇合適的柴油機，滿足功率和扭矩要求，且發(fā)動機的外形尺寸不和其它部件發(fā)生干涉。
牽引力計算是液壓挖掘機行走裝置設(shè)計計算的主要內(nèi)容之一。由于液壓挖掘機的發(fā)動機和油泵的主要參數(shù)及其它一些總體參數(shù)主要根據(jù)挖掘工況確定，因此，對行走裝置來說實際上是在已定的功率條件下驗算挖掘機的行走速度、爬坡能力和轉(zhuǎn)彎能力。
研究牽引力和牽引功率平衡，是為了分析機械在行駛作業(yè)工程中，牽引力是怎樣利用的以及發(fā)動機的功率是怎么消耗的。牽引力和牽引功率平衡是指機械在行駛作業(yè)工程中的任何瞬間，其牽引力平衡可以分析挖掘機的動力性能，根據(jù)牽引功率平衡可選用挖掘機的發(fā)動機的牽引功率。
4.1機械在行駛作業(yè)中的阻力
挖掘機在行駛過程中，在地盤行走架有以下幾種阻力：
（1）滾動阻力Pf（KN）
（4-1）
式中 G——挖掘機的自重（KN），G=mg=6300×10=63KN；
f——滾動阻力系數(shù)，根據(jù)《鏟土運輸機械》表1-1，考慮挖掘機的工作環(huán)境，取f=0.07；
——為坡角，=30°；
所以Pf（KN）
（2）坡度阻力
（4-2）
（3）工作阻力
（4）風(fēng)阻力
（4-3）
（4-4）
K——機械流線形系數(shù)，K=0.6~0.7N·S2/m4 F——迎風(fēng)面積
B——履帶軌距 VT——行駛速度，VT=3.6km/h
（5）加速阻力
4.2挖掘機在牽引工況時牽引力和牽引功率平衡
4.2.1牽引力的平衡
挖掘機在工作時，其切線牽引力需克服滾動阻力、坡度阻力、工作阻力、風(fēng)阻力和加速阻力，即：
（4-5）
式中 ——切線牽引力，對于履帶式行走系：；
——驅(qū)動力矩（N·M）；
——履帶驅(qū)動功率，；
——驅(qū)動輪動力半徑；
由于挖掘機在工作時候不行駛，所以挖掘機作業(yè)過程中底盤行走架上的工作阻力可以忽略不計，即作業(yè)過程中底盤行走架的工作阻力。
又由于挖掘機工作時底盤行走架是不工作的，所以其風(fēng)阻力和加速阻力可以忽略不計，即。
所以在上式中工作阻力風(fēng)阻力加速阻力均為0.
因此，挖掘機的切線牽引力
因此得出牽引工況時挖掘機所需的總牽引力。由于挖掘機是履帶式，帶有兩個驅(qū)動輪，其切線牽引力為：
（4-6）
欲得到每個驅(qū)動輪上得驅(qū)動力矩，就必須知道驅(qū)動輪的動力半徑，動力半徑可以由后面的底盤行走系部分得到：
所以驅(qū)動輪的總驅(qū)動力矩為：
（4-7）
4.2.2 牽引功率的平衡
由于挖掘機在牽引工況時只是主工作裝置在工作，而底盤行走架是不工作的，即使機械師是停在原地不動的。此時機械的行走速度為0，從而行駛輪的速度也是0.對于此時的挖掘機，發(fā)動機的全部功率消耗在主工作裝置上。
所以，機械的驅(qū)動功率
4.2.3挖掘機在運輸工況是牽引力和牽引功率平衡
挖掘機在運輸工況下沒有工作阻力，而行駛速度較高，故此時風(fēng)的阻力可以忽略不計。
由于沒有工作阻力，牽引力較小，故可以忽略滑轉(zhuǎn)引起的功率損失。
（1）牽引力的平衡
挖掘機的切線牽引力：
（4-8）
——參看《工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計》P
——滾動阻力，；
——坡度阻力，；
——風(fēng)阻力；；
對于其加速阻力可以忽略不計。
所以其牽引力為：
；
（2）牽引功率的平衡
挖掘機的行走時最大理論行駛速度為：，對于履帶式機械： 由于運輸工況下，較小，速度V較高，所以滑轉(zhuǎn)率，。
因此挖掘機的實際行駛速度
（4-9）
——參看《工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計》P
——滾動阻力功率：
（4-10）
——克服坡道阻力功率：
（4-11）
——克服加速度消耗的功率，可以忽略不計，
——克服風(fēng)的阻力功率，
(4-12)
所以
也即挖掘機在運輸時的驅(qū)動功率為：
4.3液壓馬達和發(fā)動機的選擇
4.3.1液壓馬達的選擇
由同組液壓部分的同學(xué)反饋來的信息，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》成大先第五版20篇表20-5-77可選徑向柱塞馬達的型號為：JM11-F0.315FL。主要參數(shù)如表4-1所示。
表4-1 徑向柱塞馬達的主要參數(shù)
額定壓力
最高壓力
額定轉(zhuǎn)速
最高轉(zhuǎn)速
額定轉(zhuǎn)矩
最高轉(zhuǎn)矩
4.3.2發(fā)動機的選擇
由同組總裝部分的同學(xué)反饋來的信息，只要選擇的發(fā)動機的功率稍微大于通過計算得到的發(fā)動機功率即可，查找相關(guān)書籍和參考有關(guān)成型機械，結(jié)合任務(wù)書的要求經(jīng)過比對選取型號為4TNV98T(-ZGG)的洋馬牌發(fā)動機，其基本參數(shù)如表4-2所示。
表4-2 發(fā)動機的主要參數(shù)
名稱
技術(shù)參數(shù)
型號
4TNV98T(-ZGG)
型式
立式，4沖程水冷柴油發(fā)動機
吸氣方式
渦輪增壓給氣
標定功率（KW）/轉(zhuǎn)速（r/min）
51/1800
全負荷最低燃油耗（g/kW.h）
≤222
尺寸 長x寬x高
763x553x847
總排量（L）
3.319
氣缸數(shù)
4
缸徑x沖程mm
98x110
凈質(zhì)量（kg）
258
5.行走裝置的設(shè)計
行走裝置的設(shè)計主要包括“四輪一帶”（即驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶）的設(shè)計，張緊裝置、緩沖彈簧、行走機構(gòu)和行走架等等的設(shè)計。
5.1履帶的設(shè)計
5.1.1履帶的選型
履帶是用來將機械的重量傳給地面，并保證履帶式機械能發(fā)出足夠的驅(qū)動力裝置。履帶經(jīng)常在泥水、凸凹不平地面及石質(zhì)土壤中工作，條件惡劣，受力情況復(fù)雜，極易磨損。因此，除要求履帶有良好的附著性能外，還要求它有足夠的強度、剛度和