液压挖掘机行走装置设计

液压挖掘机行走装置设计1 绪论改革开放以来，我国的科学技术、信息技术迅猛发展，各行各业都发生了翻天覆地的变化，工程机械行业同样得到了相应的快速发展。

各行各业都在奋力拼搏、大胆创新，使得工程机械品种不断增加、产量不断提高、性能不断完善，发展势头强劲。

液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的土方机械。

它的发展与应用反映了一个国家施工机械化的水平。

液压挖掘机由发动机、液压系统、回转机构、工作装置、底盘五部分组成。

发动机的作用是提供动力；液压系统功能是把发动机机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能传送给油缸、马达等，再传动各个执行机构，实现各种运动；回转机构是实现转台的回转；工作装置的作用是进行作业；底盘的作用是承重、传力并保证满足对车速、牵引力和行驶方向的要求。

底盘是组成整体的主要部分，行走机构的性能优劣直接影响整机的使用性能、经济性能，因此着力研究液压挖掘机的行走装置具有十分重要的意义。

根据设计依据及要求，完成挖掘机行走机构总体及减速器设计，进一步掌握挖掘机的设计方法和步骤；巩固、加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握；了解国内外液压挖掘机发展状况。

液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。

它的工作过程是以铲斗的切割刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。

因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。

液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。

所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。

据建筑施工部门统计，一台容量为1.0 m3的液压挖掘机挖掘Ⅰ~Ⅳ级土壤时。

每班生产率大约相当于300~400 和工人一天的工作量。

因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。

1.1 选题意义液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。

它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。

因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。

液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。

在建筑工程中，可用来挖掘苦坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。

更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。

在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。

在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。

在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。

在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。

在军事工程中，或用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。

所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。

因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。

1.2 国内外研究现状国外研究现状：近些年来，随着微电子技术，计算机技术，控制技术通信技术等新技术的日益渗透液压挖掘机技术中，智能化的进一步应用，使得动力系统内部一些控制元件能够随着挖掘机具体工作状况而改变，从而提高工作效率，使操纵变得更容易。

世界各工业发达国家的液压挖掘机技术得以迅速提高，像国外的这些厂家如日本的小松、日立、神钢、住友等，美国的卡特，韩国的大宇、现代，尤其是德国的挖掘机，技术都已经很先进了。

而今，挖掘机技术更是朝着智能、环保的方向发展，像Carnegie Mellon 大学的自主装载系统、澳大利亚机器人中心、英国兰卡斯特大学的智能挖掘机等都在开始新兴技术的融合发展，上世纪80 年代初, 美国Kraft TeleRobtics 公司和John Deere 公司等都相继成功开发出遥控挖掘机，日本小松制作所以PC200- 2 型液压挖掘机为基本机型进行遥控挖掘机研制。

国内研究现状：国产挖掘机的功能比较单一，其衍生产品较少，而且国产挖掘机规格主要集中在30t以下，6t以下的规格比较齐全，从1.5t-30t基本形成系列，200t以上基本空白，因此我国挖掘机还处于“发展期”。

我国挖掘机企业在研发体系和试验体系建设方面雏形难见，产品的开发基本上处于仿造阶段，电控技术只有山东众友等少数公司自己开发，大多数企业都在选购。

节能减排，降噪安全部件精细作业的工作装置、不同功能的附属装置等方面的研发个别企业才刚刚起步，大多数企业没有能力涉及。

目前我国挖掘机的质量问题主要表现在：结构件、电控、发动机、液压件等核心部件，以及诸如轴销、司机室、四轮一带等其他部件。

国内挖掘机厂家诸如广西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龙工集团等，正在崛起的江西南特、桂林华力、湖南九五重工、南昌华工、大连黑猫、合肥振宇等。

1.3 研究内容及方法研究内容：1；根据要求，初步确定行走装置总体方案的设计。

2；行走装置等有关参数和行走装置结构布置。

3；行走机构传动方案，确定行走液压马达主参数和传动比等。

4；进行变速箱设计、轴及其他相关部件选择，并对相关行走装置强度的计算。

5；验算行走速度、爬坡能力。

对行走稳定性进行验算。

研究方法：主要是根据公式计算法（查表法）以挖掘机的机重为指标，对现代挖掘机总体参数用概率的方法得出各主要参数的经验系数，以公式来确定挖掘机的各种参数，然后根据所得出的参数与给出的参数对比，求得最接近的设计参数。

根据所得的数据进行CAD图纸的绘制，利用Pro/e软件将行走装置的零件进行三维装配，并进行仿真行走运动的模拟，通过三维仿真模拟检验设计参数的合理性。

2 行走装置设计总体基本方案2.1行走装置设计原则单斗液压挖掘机的行走装置是整机的支撑部分，其作用是用来承受机械的自重及工作装置挖掘时的反力，使挖掘机稳定的支撑在地面上工作。

同时又使挖掘机能在工作时作场内运动及转移工地时作运输性（轮式行走装置）运行。

因而，设计单斗液压挖掘机的行走装置时应尽量满足以下要求：1、单斗液压挖掘机应有较大的牵引力，使挖掘机在湿软的地面或高低不平的地面上行走时具有良好的越野性能，并有较强的爬坡能力和转弯能。

2、在不增高行走装置的总高度的前提下应使行走装置具有较大的离地间隙，使挖掘机在不平地面上行走具有良好的通过性能。

3、要降低挖掘机的接地比压或使其具有较大的支撑面积，以提高挖掘机的稳定性。

4、挖掘机在斜坡下行时不发生超速溜坡现象，挖掘时不发生下滑，提高工作时的安全可靠性。

5、挖掘机的行走装置外形尺寸应符合道路运输的要求。

轮胎式行走装置与履带式相比，最大的优点是机动性好，运行速度快（通常达到20KM/h）。

如将传动箱脱档后由牵引车拖运作长距离运输时，速度可达60KM/h。

轮胎式行走装置的缺点是接地比压较大（150～500KPa）爬坡能力较小（通常不超过65％）。

挖掘时需用专门的支腿支撑使机身稳定。

目前轮胎式行走装置基本上只用在斗容量1m3以下的挖掘机中。

单斗液压挖掘机的行走装置按照传动方式可分为液压式和机械式两类。

选择行走装置的形式时，应根据工作地点的土壤条件、工作量、运输距离及使用条件等决定。

2.2轮式液压挖掘机行走装置的结构形式轮胎式液压挖掘机形式很多，有装在标准汽车地盘上的液压挖掘机，也有装在轮胎式拖拉机地盘上的悬挂式液压挖掘机。

这些挖掘机的斗容量斗较小，工作装置回转角度受一定的限制。

若斗容量稍大、工作性能要求较高的轮胎式挖掘机斗具有专业的轮胎地盘行走装置。

专用轮胎地盘的行走装置式根据挖掘机的工况、行驶要求等因素合理设计的行走装置，挖掘机的作业及行驶操作均在驾驶室内进行，因此，操作方便，灵活可靠。

图2.1 轮式挖掘机行走装置1-车架；2-回转支承；3-中央回转接头；4-支腿；5-后桥；6-传动轴；7-液压马达及变速箱：8-前桥轮胎式行走装置的主要特点:a 用于承载能力较强的越野路面:b 轮式挖掘机的行驶速度通常不超过20KM/h。

对地面最大比压为150~500KPa。

爬坡能力为40~60%。

标准斗容小于0.6立方米的挖掘机可采用与履带行走装置完全相同的回转平台及上部机构。

c 为了改善越野性能。

轮胎式行走装置多采用全轮驱动。

液压悬挂平衡摆动轴.作业时有液压支腿支撑。

使驱动桥卸荷，工作稳定。

d 长距离运输时为了提高效率。

传动分配箱应脱挡。

有牵引车牵引。

并应与拖挂牵引车达到同步行车。

而挖掘机可以无司机照管。

轮式液压行走装置如图2.1所示。

行走液压马达直接与变速箱相连接（变速箱安装在底盘上），动力通过变速箱由传动轴输出给前后驱动桥，或再经轮边减速传驱动车轮。

轮式单斗液压挖掘机的行走速度不高，其后桥常采用刚性连接，结构简单。

前桥轴可以悬挂摆动，如图2.2所示。

图2.2 摆动前桥机构示意图1-车架；2-回转支承；3-中央回转接头；4-支腿；5-后桥；6-传动轴；7-液压马达及变速箱：8-前桥车桥与前桥4通过中间的摆动铰销铰接。

铰的两侧设有两个悬挂液压油缸2，它的一端与车架5连接，活塞杆端与前桥4连接。

挖掘机工作时，控制阀1把两个液压缸的工作腔与油箱的通路切断，此时液压油缸将前桥的平衡悬挂锁住，减少了摆动，提高了作业稳定性：行走时控制阀1左移，使两个悬挂液压缸的工作腔相通，并与油箱接通。

前桥便能适应路面的高低坡度，上下摆动使轮胎与地面保持足够的附着力。

2.3液压系统的设计一、根据挖掘机的工作环境和条件。

液压系统应满足下列要求:充分利用发动机功率。

提高传动效率;系统和元件应保证在外负荷变化大和急剧的振动冲击作用下。

具有足够的可靠性; 力求减少系统总发热量。

设置轻便耐振的冷却装置。

使主机持续工作时。

油温不超过85度，或温升不大于45度;系统的密封性能要好.由于工作场地尘土多。

油液容易污染。

要求所用元件对油液污染的敏感性低。

整个系统要设置滤油器和防尘装置;为了减轻司机操作强度。

要考虑采用液压或电液伺服操纵装置。

全液压推土机行驶系统的传动方案图2.3和控制原理图2.4。