1、優秀設計大學畢 業 設 計（論 文）題目 py180平地機工作裝置系統設計 前言近幾十年來，我國的建設事業發展十分迅速，從而使得工程機械也得到了空前的發展。大凡土石方施工工程、路面建設與養護、流動式起重裝卸作業和各種建筑工程所需的綜合性機械化施工工程所必需的機械裝備，稱為工程機械。它主要用于國防建設工程、交通運輸建設，能源工業建設和生產、礦山等原材料工業建設和生產、農林水利建設、工業與民用建筑、城市建設、環境保護等領域。其中平地機是土方工程中用于整形和平整作業的主要機械，廣泛用于公路、機場等大面積的地面平整作業。平地機之所以有廣泛的輔助作業能力，是由于它的鏟土板能在空間完成六自由度運動。它們可

2、以單獨進行，也可以組合進行。平地機在路基施工中，能為路基提供足夠的強度和穩定性。它在路基施工中的主要方法有平地作業、刷坡作業、填筑路堤。平地機是一種高速、高效、高精度和多用途的土方工程機械。它可以完成公路重要內容場、農田等大面積的地面平整和挖溝、刮坡、推土、排雪、疏松、壓實、布料、拌和等工作。是國防工程、礦山建設、道路修筑、水利建設和農田改良等施工中的重要設備。公路路基，是路面的基礎，是公路工程的重要組成部分。路基承受由路面傳來的交通荷載，是路面的支承結構物，它必須具有足夠的強度、穩定性和耐久性。本文共分為三個部分：py180平地機工作裝置機械設計部分、液壓系統設計部分和基于amesim液壓仿

3、真部分。py180平地機工作裝置機械設計部分是從第1章到第3章，包括了平地機的基本結構、工作原理、總體參數的選擇、工作裝置的選型和設計，其中重點在平地機鏟刀作業形式分析和鏟刀的設計上。工作裝置液壓系統部分是從第4章到第5章，結合前一部分工作裝置作業工況來確定液壓系統的工況，從而設計合理的液壓參數和液壓元件選型。基于amesim液壓仿真部分是第6章，在工作裝置液壓系統的設計基礎上模擬實際情況進行仿真。在編寫設計過程中參閱了許多書籍和資料，在此我對這些著作的作者表示衷心的感謝！由于我的知識和設計經驗有限，論文中的錯誤和不足之處在所難免，懇請各位專家老師多多批評指正。經過這幾個月的努力，在各位老師的

4、督促指導，以及一起學習的同學們的支持下，本次畢業設計已圓滿結束，由于自身經驗的匱乏和學習上的欠缺，整個設計中肯定還存在尚未發現的缺點和錯誤，設計上還有許多考慮不周全的地方，懇請評閱的各位老師，多予指正，不勝感激在我將在以后工作中一定會逐步改正。首先，我要特別感謝指導老師這段時間對我的悉心指導。每次與導師見面的時候，指導老師總是會仔細詢問我們的設計狀況，我設計內容中遇到困難，指導在百忙之中通過郵件來給我指出錯誤并附加說明，細心的為我講解設計中的疑惑，讓我改正，讓我能更好的完成畢業設計。他嚴謹的治學和科研精神是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次，我要感謝大學里所有給予我知識的老

5、師。正是有了你們的教導，我學到了豐富的專業知識，使自己的知識儲備得到了升華。你們無私的奉獻促使我們盡早的成長起來，我們堅實的翅膀源于你們不懈的滋養。等到參加工作時，我們將去實現我們的偉大理想，將你們所授盡數回報社會。我還要感謝這段時間同學們對我的幫助，當我遇到不懂的題目時，他們也是盡自己所能來為我講解。最后，我要感謝我偉大的母校，感謝與我朝夕相伴四年的朋友。四年時光，如梭如夢，我們又要各自奔天涯。留戀學校的一草一木，懷念那平凡的每一天。四年的學習生活，酸甜苦辣一一飽嘗，無論是開心時的愉悅，還是失落時的惆悵；無論是入校時的迷茫，還是畢業時的感傷，都將化作永久的記憶深深地鐫刻在我心里。相信這份緣分

6、，更要珍惜這份緣分。再一次感謝所有給予我幫助的人，愿你們永遠快樂！愿母校明天會更好！目錄中文摘要i英文摘要ii第1章 緒論11.1 國內外平地機的發展現狀11.2 國內外平地機的發展方向41.3 本設計研究的意義和內容5第2章 py180平地機總體設計72.1 平地機概述72.2 平地機整機結構82.3 平地機工作原理92.4 總體參數選擇10第3章 py180平地機工作裝置設計133.1 工作裝置的選型133.2 牽引架設計143.3 轉盤、角位器及回轉圈設計153.4 py180平地機鏟刀設計183.4.1 平地機的鏟刀結構及作業形式183.4.2 鏟刀阻力計算193.4.3 鏟刀尺寸設計

7、223.4.4 平地機刀片標準設計24第4章 py180平地機工作裝置液壓原理圖設計294.1 工作裝置液壓系統工況分析294.2 液壓系統要求304.3 液壓系統類型選擇314.4 液壓系統原理圖擬定32第5章 py180平地機工作裝置液壓系統設計計算355.1 液壓系統負載分析355.2 液壓系統主要參數的確定385.3 執行元件的選擇計算395.4 液壓缸設計計算435.4.1 液壓缸基本參數的計算435.4.2 缸體厚度及外徑強度校驗445.4.3 活塞桿直徑強度及穩定性校驗455.4.4 缸底厚度設計465.4.5 缸體連接計算和校核475.5 液壓泵的選擇485.6 液壓閥的選擇4

8、95.7 主要液壓輔助元件選擇515.8 液壓油的選擇555.9 液壓系統驗算565.9.1 系統壓力損失計算565.9.2 系統容積效率計算595.9.3 系統發熱估算60第6章 基于amesim的液壓系統仿真636.1 amesim仿真原理及方法636.2 鏟刀升降系統仿真646.2.1 繪制草圖模型和子模型646.2.2 參數模式656.2.3 運行模式666.3 仿真結果分析676.4 影響仿真精度的因素分析70第7章 結論與展望717.1 結論717.2 展望71致 謝73參考文獻75摘 要鏟刀是平地機的主要工作裝置，直接影響平地機的作業效率。本設計旨在對py180平地機的工作裝置系

9、統進行設計計算，意在優化鏟刀結構、改進液壓系統，提高作業效率。結合py180平地機工況要求，根據國家標準合理地設計鏟刀尺寸。根據py180平地機的作業特點及工況要求擬定了工作裝置的液壓系統原理圖，對工作裝置液壓系統進行設計計算和分析，并對主要液壓元器件進行選型，同時設計了鏟刀升降油缸。最后對液壓系統中典型回路進行了能量損失和系統溫升的分析和驗算，并基于amesim軟件對鏟刀升降系統進行液壓仿真分析。確保整個液壓系統方案合理，性能可靠。關鍵詞：平地機，鏟刀結構設計，液壓系統設計，性能分析，amesim仿真abstractblade is the main working member so it

10、 directly affects the graders working efficiency. this paper aims to design and work out the py180 graders working member system. in order to optimize the blade structure, improve hydraulic system and increase work efficiency. this paper reasonably designs blades dimension according to the national

11、standard and the requirement of the graders conditions. considering of the drafts typical circuit diagram of the hydraulic system with operating features and working conditions, not only of the grader calculates and analyzes for hydraulic system of working member, moreover the main hydraulic compone

12、nts type have been selected, and then blade lifting cylinder is designed. finally, it makes each circuit of hydraulic system performed analysis and checking that the energy loss and temperature increasement, and the blade lifting circuit simulated with amesim software, in order to ensure the reasona

13、ble plan and reliable performance, keywords: grader, blades structure design, hydraulic system design, performance analysis design, amesim simulation第1章 緒論平地機是一種高速、高效、高精度和多用途的土方工程機械。它可以完成公路重要內容場、農田等大面積的地面平整和挖溝、刮坡、推土、排雪、疏松、壓實、布料、拌和等工作。是國防工程、礦山建設、道路修筑、水利建設和農田改良等施工中的重要設備。公路路基，是路面的基礎，是公路工程的重要組成部分。路基承受由路

14、面傳來的交通荷載，是路面的支承結構物，它必須具有足夠的強度、穩定性和耐久性。1.1 國內外平地機的發展現狀平地機已有一百多年的發展歷史，拖式平地機最早出現在19世紀后期的英國，美國開發西部鐵路采用了馬拉的拖式平地機，上世紀20年代出現了自行式平地機。國外平地機技術的發展多數是把其它工程機械成熟的技術應用到平地機產品上來，提平地機的利用率，通過增加附加裝置來拓展平地機的應用領域，其次是提高平地機的生產制造水平，以較低的生產成本來提高平地機的性價比。上世紀80年代后期，一些國家開始在平地機上采用機電一體化技術，并配有鏟刀自動調平裝置用以提高平地精度，逐步實現了平地機的現代化、節能化和自動化。1.

15、國內平地機的發展現狀1) 平地機生產與銷售情況中國平地機制造業起始于上個世紀60年代初，經過幾十年艱難的發展歷程，目前已擁有以天津中外建（原天津工程機械廠）為代表的包括徐州筑路、常林股份、成都工程、三一重工、沈陽山河、黃河工程和哈爾濱四海等10多家平地機生產企業。產品設計也從技術引進轉向自主研發，品種有py系列、pq系列、f系列和gr系列等十幾種規格型號，市場競爭異常激烈。下面是平地機在2009年12月的銷量報告：表1.1 2009年12月我國平地機銷量 單位：臺銷量出口1月2月1月2月2008年2242211241132009年1421747848表1.2 2009年12月我國平地機國內主要

16、廠商平地機銷量 單位：臺企業名稱2009年2008年1月2月1月2月徐工集團徐州筑路機械廠31548050鼎盛天工工程機械股份有限公司40322073常林股份有限公司29343829廣西柳工機械股份有限公司814209三一重工股份有限公司6232035國產平地機還是以天工、徐工為主導力量，也就是說他們兩家的平地機技術水平也就代表了中國平地機最高科技前沿。2) 平地機的現狀中國平地機行業起步晚、發展慢。根據中國市場的特點，需要經濟實惠型的平地機，不太注重其多功能和高新技術的應用，因而對平地機的基本性能要求不高。近年來，隨著中國經濟的快速發展，內需拉動以及國家重點工程項目的施工工期和質量的要求越來

17、越高，對平地機的技術水平和價位提出了新的課題。平地機在保持原基本結構和價位的基礎上，新技術的應用也越來越引起人們的關注。如出現靜壓傳動、六輪驅動、電液比例控制系統的應用等。從基本結構上看，沒有大的突破，依然是絞接車架、動力換檔、后橋帶差速器和差速自鎖，可加裝自動找平設置。但自動找平裝置仍依靠進口，由于價位偏高，市場接受能力所限，一直未能普及。2. 國外平地機的發展現狀與新技術現今，世界著名的平地機生產商主要有美國的卡特彼勒、德萊賽、日本的小松、三菱、德國的o&k、意大利的菲亞特阿里斯以及加拿大的沃爾沃、約翰迪爾等，這些品牌在國內都有銷售。以美國、日本和歐洲為代表的工業發達國家，其平地機融合了其

18、他領域的先進成果：全輪驅動技術、自動找平裝置、電子監控系統、液壓負荷傳感系統及懸浮式座椅等已廣泛采用，使其平地機作業性能和舒適性等方面得到了很大提高。另外，在產品功能方面除平地、松土外也增加了裝載、壓實、破冰、除冰和除雪等多種功能，使其應用范圍得到很大拓展。在產品型號方面，在向大型化發展的同時也向小型化發展，主要是為了以機械替代人工作業，在農田、水利基本建設和邊坡地帶施工中，小型平地機有著非常重要的作用。通過對國外各廠商平地機品牌技術特點的分析發現，國外平地機采用的新技術發展趨勢集中在以下方面：1. 多種傳動方式并存目前為止，國外平地機的傳動方式仍然多樣化。其中由變速箱等組成直接傳動一直占有主

19、流地位，這主要是由于直接傳動方式具有較高的傳動效率。而為了使解脫繁重的換檔操作，許多直接傳動系統同時支持自動換檔。除機械式的直接傳動相當一部分平地機采用由液力變矩器組成的液力傳動，這主要是由于液力變矩器負載自適應能力強，使得平地機可以在更多復雜工況下作業。例如小松公司laterra系列平地機，在低四檔可選擇直接傳動或變矩器傳動。2. 前輪液壓驅動各大平地機廠商的高端產品均采用靜液壓傳動方式的前輪驅動系統。例如g900系列和cat的m系列均在配備前輪驅動系統，為滿足特殊場合的高精度平整作業，可以選擇純前輪驅動模式。deere在其d系列平地機上設計了前輪加力系統，許駕駛員控制前輪加力的程度。3.

20、電噴發動機變功率控制技術國外新型的平地機普遍采用了發動機變功率控制技術，采用多功率（扭矩）匹配方式，可以使平地機在不同工況使用時，選擇不同的、更適合該工況的功率曲線，使發動機使用更為合理，更為節能。例如volvo平地機的發動機設計了3曲線，并且較低的兩檔曲線可以通過速度開關限制發動機最高轉速。4. 操作方式出現新變化平地機傳統的作業裝置操作方式是通過操縱方向盤兩側的兩排手柄完成的。2006年在其m系列平地機上，率先采用兩個多功能操縱手柄，在替代傳統的工作裝置控制手柄的同時取消了方向盤，平地機的所有控制動作（鏟刀調整與行駛）均通手柄及其上的按鈕完成，與原有的操作方式相比，這一操作方式可減少操作員

21、78%的手臂運動量，對平地機的操作方式有重大影響。5. 其它開發更為先進的狀態監測平臺與故障報警系統，采用降低噪音的技術和設計駕駛使室設計上追求更為寬闊的視野，控制系統方面包括電子超速保護、總線通信、平以及自動巡航等。1.2 國內外平地機的發展方向1. 國內外平地機技術水平與差距我國平地機制造水平總體上落后于國外平地機制造業。雖然一些大的企業集團在板材預處理、切割下料、彎型及數控機床加工等方面與國外基本相同，但在其他方面仍有很大差距。1) 技術水平和制造工藝差距較大國產平地機近年來通過技術創新和國際化配套，制造質量有了很大的提高，但與國外產品相比，仍有較大差距。主要表現在工作的可靠性差和早期故

22、障率偏高。由于國產基礎零部件的質量不能滿足整機性能可靠性的要求，國產平地機無故障工作時間為200 h 400 h，而國外平地機無故障工作時間為 600 h 1000 h。2) 控制技術落后國外先進的控制技術多采用電子監控系統、自動故障報警和自動換檔，微電腦的應用實現整機的全自動化和一機多用，大大提高了平地機的經濟性。3) 功能單一國外平地機全新的設計理念，大大拓展了平地機的應用領域。如芬蘭vammas公司的rg281平地機除平整路面外，還具有除雪、破冰和攤鋪功能等。4) 在制造工藝方面存在較大差距2. 國產平地機的發展方向隨著高新技術的發展及在工程機械產品上的應用，近年來，已大大促進了平地機產

23、品的更新換代，產品的綜合技術水平有了進一步提高。以現代微電子技術為代表的高科技正越來越普遍地用來改造工程機械產品的傳統結構。1) 大型化、功能多樣化、高速度目前國外平地機工作裝置的功能有了明顯增加，如卡特彼勒的平地機僅鏟刀就有四種選擇，以滿足不同路面的作業要求，沃爾沃可配兩種推雪板，有些還可裝配銑刨頭、清掃設備、前置式鏟斗等。國產平地機應在加快產品更新換代的同時，發展多種作業裝置，如挖溝刀、揚雪、除雪、破冰和攤鋪作業裝置，裝載壓實作業裝置等，實現一機多用。2) 提高產品的可靠性和使用壽命我國的制造技術與發達國家存在著階段性的差距。國外采用的先進制造技術在中國還處在初級階段，并且普及率較低。總之

24、，中國平地機技術發展的基本特征主要是：在加快產品更新換代的同時，發展多種作業裝置，如挖溝刀、揚雪、除雪、破冰、攤鋪作業裝置、裝載壓實作業裝置以及自動找平作業裝置等，實現一機多用。用微電子技術提升產品的技術水平，對平地機產品進行安全、節能、工作狀態的智能化控制，進行故障自診斷和不解體檢測，實現機電一體化以及廣泛使用新材料、新工藝，提高制造工藝水平，提高產品的可靠性和壽命。1.3 本設計研究的意義和內容1. 本設計研究的意義近年來，由于國家加大對基礎設施建設的投資力度，大力發展公路交通事業從而帶動了平地機市場的繁榮。今后幾年，國家將繼續實施擴大內需的宏觀經濟政策，基礎設施建設還將是國民經濟的熱點，

25、面對這種形勢，國內各平地機生產企業都在通過應用先進技術提升產品質量或開發新產品。平地機在工作時，其工作裝置是主要的工作部位，它的工作便利直接影響到整機的工作效率。如下圖所示的作業方式時，對兩側驅動輪壓差比較大，同時工作裝置的空間位置要求合理，運動便捷。因此，根據作業環境合理設計、布置工作裝置是課題研究的重點，同時對最重要的刮刀進行選材設計。平地機在整機性能方面的追求目標是獲得最大的作業生產率，設計合適的布置方案，生產率有重要的意義。因此，進對提升產品整機性能、提高作業效率。2. 論文主要研究內容本論文基于平地機工作裝置，對其主要工作裝置的結構、動作和性能問題進行了一些研究，主要研究內容如下：1

26、) 本論文結合py180平地機工況對鏟刀進行設計；2) 對平地機工作裝置進行靜態力系的分析；3) 擬繪py180平地機工作裝置液壓系統原理圖；4) 設計計算py180平地機工作裝置液壓系統，并進行性能驗算。5) 完成主要液壓元器件的選型。第2章 py180平地機總體設計平地機的總體設計是根據主要用途、作業條件及生產等情況。合理選擇機型、性能參數、整機尺寸及各總成的結構形式，并進行合理的總體布置。本設計主要是討論平地機工作裝置設計，但總體參數選擇是工作裝置設計的前提，只有選擇好平地機的重量、輪廓尺寸，才能為工作裝置設計和液壓系統設計提供必須的分析基礎。2.1 平地機概述1. 用途平地機的用途廣泛

27、，作業形式也比較多，在“緒論”中也提到了很多平地機的用途，在這一節中就不在鰲述了，選重點的闡述一下：1) 可平整和刮平其他機械（推土機、鏟運機等）所鋪填的土壤。2) 可修整路基的橫斷面、邊坡。3) 具有清除雜草，掃除路面積雪和障礙等功能。4) 路基上拌和路面材料。2. 分類根據平地機的結構和性能特點，有多種不同的分類方法。1) 按行走方式分為托式和自行式。拖式平地機無驅動能力，主要由工作裝置和機架組成。自行式平地機有發動機，帶驅動底盤，能獨立行走。2) 按傳動形式分為機械傳動、液力機械傳動和全液壓傳動式平地機。3) 按工作裝置的操縱方式分為液壓操縱和電液自動控制等形式，其中機械操縱式平地機已經

28、被淘汰了。4) 按機架結構形式分為整體機架和鉸接機架。整體機架又稱剛性機架，如天工py160b型。鉸接機架前后機架由垂直地面的鉸接軸連接，其機動性比整體機架好，但鉸接機架降低了機器的穩定性，所以，在布置鉸點位置時，要注意分析鉸點處的受力情況，并建議使車架鉸接軸對于垂線向后傾斜一個角度；而且 在運輸過程中使用安全銷將前后機架鎖住，提高整機剛性，保證作業安全。5) 按車輪布置形式：采用總輪對數驅動輪對數轉向輪對數的方式表示(1) 六輪平地機321型前輪轉向，中后輪驅動；331型前輪轉向，全輪驅動；333型全輪轉向，全輪驅動。(2) 四輪平地機221型前輪轉向，后輪驅動；222型全輪轉向，全輪驅動。

29、如圖2.1所示，很直觀的表達了按車輪布置形式分類的方式：圖2.1 平地機車輪分類示意圖2.2 平地機整機結構以py180平地機為例，其整機結構如圖2.2所示。平地機主要由發動機、液力機械傳動系統、前后機架、工作裝置、轉向制動系統以及液壓控制系統等組成。圖2.2 py180平地機外形1-前推土板；2-前機架；3-擺架；4-鏟刀升降油缸；5-駕駛室；6-發動機罩；7-后機架；8-后松土器；9-后橋；10-鉸鏈轉向油缸；11-松土耙；12-刮刀；13-鏟土角變換油缸；14-轉盤齒圈；15-牽引架；16-轉向輪機架：采用鉸接方式連接。（1）轉彎半徑小，可容易通過狹窄地段，快速調頭，彎道多的作業；（2）

30、擴大作業范圍：直角拐彎出也能刮到；（3）斜坡上作業時，提高穩定性。這種結構所能達到的平整精度和效率要遠比推土機、鏟運機、裝載機高得多。2.3 平地機工作原理平地機工作簡圖，如圖2.3所示： (a) (c) (b) (d)圖2.3 平地機工作原理簡圖當兩前輪同時越過高為h的障礙物，左右平衡箱同時擺，鏟刀整體上升1/2h，平整精度提高一倍，如圖2.3（a）所示。當兩中輪或后輪同時越過高為h的障礙物，左右平衡箱同時擺動，鏟刀整體上升1/4h，平整精度提高3倍，如圖2.3（b）所示；當一只前輪越過高為越過高為h的障礙物，前橋、平衡箱同時擺，鏟刀整體上升1/4h，平整精度提高3倍，如圖2.3（c）所示；

31、當一只中輪或后輪越過高為h的障礙物，一個平衡箱擺，鏟刀中心上升1/8h，平整精度提高7倍，如圖2.3（d）。由此可見，平地機平整作業時，將鏟刀與六只車輪置于同一水平面上，只要在場地上反復作業行駛，不必操作鏟刀，則平地機行駛一遍，平整精度將提搞17倍。2.4 總體參數選擇平地機的總體設計是根據主要用途、作業條件及生產等情況。合理選擇機型、性能參數、整機尺寸及各總成的結構形式，并進行合理的總體布置。本設計主要是討論平地機工作裝置設計，但總體參數選擇是工作裝置設計的前提，只有選擇好平地機的重量、輪廓尺寸。由于現代平地機的總體布置形式均為發動機在整機后部，工作裝置布置在中間，操縱駕駛室位于工作裝置和發

32、動機之間，導致前后橋距較大。總體布置工作是結合總體初步設計圖來完成的，本設計主要是根據py180平地機的參數進行設計，因此，這里的總體參數是依據已有的天工py180平地機實際參數加以確定的。在設計初步階段時，要將鏟刀空間的六個自由度的極限位置、前橋傾斜的極限位置、轉身時前輪的極限位置、平衡懸掛時的極限位置等。總之，總體設計必須從保證整機的主要性能出發，要正確地確定幾何參數，正確選擇各部件的結構形式，并時行的布置。些外，還要考慮各部件的通用化、標準化、系列化、盡量降低成本，堅決貫徹國家有關工程機械標準，例如刀片設計標準。平地機總體性能參數確定的基本任務就是根據合理的工況和作業來妥當處理各性能參數

33、之間的關系，以便使整機獲得良好的性能。平地機總體性能確定大致包括以下內容：(1) 確定發動機與車體重量之間的匹配關系；(2) 確定發動機與作業檔數和作業速度之間的匹配關系；(3) 確定傳動系統的傳動比；(4) 合理地把工作裝置的與機器的牽引力匹配好。由于本設計的重點在于工作裝置的設計上，這里的總體參數就參照py180型平地機的實際參數。如表2.1和表2.2所示。表2.1 py180型平地機基本參數發動機額定功率額定轉速標準外型尺寸標準工作重量車速最小轉彎半徑最大牽引力（）最大爬坡能力外形尺寸（長寬高）前后橋軸距中后輪軸距工作系統壓力最大工作壓力注：以上是來自鼎盛天工機械py180平地機參數表。

34、該參數是參照天工平地機，機型為py180，其工作質量為。前輪轉向，后橋驅動。表2.2 鏟刀基本參數長弦高回轉角度最大傾斜角度（左/右）最大入地深度鏟刀最大提升高度鏟刀切削角注：此參數作為一種設計后的參考，并不作為數據來源。第3章 py180平地機工作裝置設計3.1 工作裝置的選型平地機工作裝置大多數都選擇具有液壓操縱的形式：鏟刀的懸掛方式、回轉方式和變換切削角等都是液壓操縱。鏟刀的懸掛的支撐裝置：擺架有活動和固定兩種形式，活動式擺架的鏟刀調整范圍更大能使鏟刀的最大傾斜角左、右都能達到90。操縱機構方式：可分為固定鉸支點操縱機構和可變鉸支點操縱機構兩種形式。具有固定鉸支點操縱機構的平地機，因受其

35、結構的限制，只能使得鏟刀向一側立起并實現各種位置作業，而向另一側將會受到主梁的干涉；可變鉸支點操縱機構包括帶轉臂可變鉸支點操縱機構和轉動擺架可變鉸支點操縱機構兩種。帶轉臂可變鉸支點操縱機構也可使鏟刀左、右兩側立起，實現各種位置作業，但其結構復雜，制造困難，對生產廠家是很不利的。而轉動擺架可變鉸支點操縱機構，其結構簡單靈活，操縱方便，可完成各種復雜的工作形式，相比之下，轉動擺架更具有優越性。鏟刀回轉裝置有托盤齒圈式和滾盤式兩式。滾盤式回轉裝置相對運動件間的間隙較小，平整精度更高，而具不必像托板齒圈式那樣需要經常調整間隙，維護保養方便。托板齒圈式分內齒和外具兩種。鏟刀回轉裝置的驅動方式有兩種：一種

36、是具有液壓馬達的蝸輪箱驅動，能實現鏟刀360回轉；一種是雙油缸驅動，驅動力較大，能實現帶負荷情況360回轉，但不是勻速轉動。結論：通過上述的敘述和結合py180平地機作業任務量大、效率高、平整精度高的要求，可以確定其工作裝置的類型：采用活動擺架支撐結構、轉動擺架可變鉸支點操縱機構、蝸輪箱驅動的滾盤式鏟刀回轉裝置。平地機工作裝置總成，如圖3.1所示：圖3.1 平地機工作裝置示意圖1-角位器；2-角位器緊固螺釘；3-切削角調整油缸；4-回轉驅動裝置；5-牽引架；6-右升降油缸；7-左升降油缸；8-牽引架引出油缸；9-鏟刀；10-油缸頭鉸接支座；11-鏟刀側移油缸；12-回轉圈平地機工作裝置有6種可

37、控動作：鏟刀左側升降；鏟刀右側升降；鏟刀回轉；鏟刀側移；牽引架引出；改變鏟刀切削角。py180工作裝置的全部動作都是采用液壓系統控制。3.2 牽引架設計牽引架是工作裝置中的主要承載部件，主要有a形和t形兩種結構形式。t形牽引架簡單，容易制造，多用于油缸驅動回轉裝置的平地機。a形牽引架為箱形截面的a形鋼結構焊接件，強度好，剛度大，多用于鏟刀回轉采用蝸輪箱驅動回轉裝置的平地機。由上節工作裝置的選型可知道采用的是蝸輪箱驅動的滾盤式鏟刀回轉裝置，由于也就確定牽引架選型應該是a形牽引架。與t形牽引架相比，a形牽引架承受水平面內彎矩能力強，相對于液壓電動機蝸輪蝸桿減速器形式的回轉驅動裝置便于安裝，由這些特

38、點也決定了a形牽引架應用更加普遍。如圖3.2所示：圖3.2 a型牽引架結構圖1牽引架鉸接頭；2底板；3牽引架體；4鏟刀升降油缸鉸接頭；5擺動油缸鉸接頭3.3 轉盤、角位器及回轉圈設計1. 轉盤及角位器轉盤結構如圖3.3所示：圖3.3 轉盤結構圖1帶內齒的轉盤；2彎臂；3松土耙支承架；4鏟刀擺動鉸銷；5松土耙安全桿；6角位器定位銷轉盤是一個帶有內齒的大齒圈，通過托板懸掛在牽引架的下方。通過驅動與轉盤內齒圈相嚙合的小齒輪使轉盤和鏟刀回轉。在轉盤的兩側焊有彎臂2，左右彎臂外側可安裝鏟刀液壓角位器。如圖3.4所示，角位器弧形導槽套裝在彎臂2的角位器定位銷上，上端與鏟土角變換油缸活塞桿鉸接。鏟刀背面的下

39、鉸座安裝在彎臂2下端的鏟刀擺動鉸銷4上。圖3.4 油缸調整角位器鏟刀可相對彎臂前后擺動，改變它的鏟土角。鏟刀背上方焊有滑槽，鏟刀滑槽可沿液壓角位器上端的導軌左右側移，鏟刀可向左右兩側外伸或收回。鏟刀背面還焊有鏟刀引出油缸活塞桿鉸接支座，液壓引出油缸通過該鉸接支承座將鏟刀向左或向右引出。2. 回轉圈如圖3.5，回轉圈是由齒圈、耳板和拉桿組成的。鏟刀作業時的負載都傳到耳板上，因此耳板必須牢固。回轉圈屬于不經常傳動件，所以齒圈制造精度要求不高。配合面的配合精度也不高，并且暴露在外。圖3.5 回轉圈結構示意圖1齒圈；2耳板；3、4、5拉桿回轉圈在牽引架的滑道上回轉，滑道是個容易磨損的部位，要求滑道與回

40、轉圈之間有滑動的配合間隙且應便于調節。如圖3.6所示的回轉支承裝置為該平地機所采用的結構形式。結構的滑動性能和耐磨性能都較好，不需要更換支承墊塊。回轉圈8的上滑面與青銅合金襯片接觸，襯片6上有兩個凸圓塊卡在牽引加底板上；青銅合金襯片7有凸方塊卡在支承墊塊5上，通過調整墊片3調節上下配合間隙。回轉圈在軌道內的上下間隙一般為。用調整螺栓1調節徑向間隙（一般取值為），用3個緊固螺栓4固定，支承整個回轉圈和鏟刀裝置的重量和作業負荷。圖3.6 回轉支持裝置結構圖1調節螺栓；2牽引架；3墊片；4堅固螺栓；5支承墊塊；6、7襯片；8回轉齒圈3. 回轉驅動裝置由于回轉圈帶動鏟刀回轉大都是全回轉式，即360回轉

41、，屬于連續驅動形式。在本設計中采用的是液壓馬達渦桿減速器驅動裝置。它具有良好的自鎖性能，傳動平穩、響應快速、結構尺寸小等優點，但是泄漏大，對密封要求較高。作業時當鏟刀離回轉中心較遠的切削刃遇到障礙物，產生很大阻力時，容易引起鏟刀扭曲變形式損壞。因此在回轉機構上采用緩沖保護措施。渦輪渦桿減速器有一定的自鎖性能，從而不宜采用液壓過載保護。回轉機構大多采用的時機械保護法，通常在渦輪減速器內用彈簧壓緊的摩擦片傳遞動力，當過載時摩擦片打滑而起保護作用。3.4 py180平地機鏟刀設計平地機適用于公路、鐵路、機場、礦山等大面積的場地平整作業，還可進行輕度鏟掘、松土、路基成型、邊坡修整、淺溝開挖及鋪路材料的

42、推平整型等作業。3.4.1 平地機的鏟刀結構及作業形式1. 鏟刀的結構各種平地機的鏟刀都基本相似，它是由鏟刀體、刀片和側刀片組成。如圖3.7所示，刀體為一塊鋼板制成的長方形曲面弧形板，在其下緣和兩端用螺栓裝有切削刀片。圖3.7 鏟刀結構圖1-鏟刀體；2-刀片；3-側刀片鏟刀體1是一個焊接件，刀片和側刀片用螺釘固定在鏟刀體上，磨損后可隨時更換刀片和側刀片均用耐磨耐沖擊的鋼材制成，刀片需經過熱處理。2. 平地機的基本作業形式圖3.8 平地機刀角鏟土側移示意圖左圖：鏟刀一端下鏟土；右圖：鏟刀側伸后下傾鏟土1) 刀角鏟土側移如圖3.8，利用平地機鏟刀切入土中鏟土，將土向平地機行駛方向的邊側移動一段距離

43、。在切土和刮土時，采用i擋速度前進。2) 鏟刀鏟土側移平地機以ii擋或iii擋的速度的前進，鏟刀平面角（一般為）和鏟土角（約）。機械以ii擋或iii擋速度前進。3) 鏟刀刮土直移作業前，鏟刀的鏟土角調為，平面角調至，傾角為，如圖3.9（左）所示，平地機以ii擋或iii擋速度前進，鏟刀切入深度很小，所受阻力不大。4) 機外鏟土如圖3.9（中、右）所示，作業前，先將鏟刀傾斜于機外，按照需要調整好一定的坡度角，鏟刀的上端斜向行駛方向的前部，下端斜向行駛的后部。機械以i擋速度前進，鏟刀貼向斜工作面。圖3.9 平地機鏟土示意圖左：鏟土直移； 中：修刷邊坡邊溝； 右：修刷路基路塹邊坡在上述所有基本作業中，

44、只有刀角鏟土側移方法中的鏟刀受力最大，而且受力不均，局部載荷過大。因此，對鏟刀的設計應該以此為受力分析，在鏟刀作業時可分為鏟刀切削阻力、鏟刀與土接觸的水平摩擦阻力和鏟刀前土堆沿地面移動時的阻力。3.4.2 鏟刀阻力計算在前面討論了鏟刀的受力情況，知道在i擋鏟土時，鏟刀的阻力最大，就該對鏟刀受力最的情況做出計算。1. 鏟刀的切削阻力如圖3.10所示的簡圖對這種種情況加以分析。式中鏟刀切削阻力，kn；切削比阻力，見表3.1，kpa；鏟刀切削土的長度，m；平載切厚度，m。圖3.10 鏟刀作業阻力分析表3.1 各種土的切削比阻力土壤級別土 的 名 稱i砂、砂質土、中等溫度的松散粘土、種植土ii粘質土、

45、中細砂礫、松散軟粘土iii密實粘土、中等粘土、松散粘土、軟泥炭iv具有碎面或卵石的粘土質、重濕粘土、中等堅實煤炭、有少量雜質的石礫堆積物v中等積巖、重干粘土、而硬的黃土、軟石膏2. 鏟刀與地接觸的水平摩擦阻力由公所示：式中鏟刀與土接觸的水平摩擦阻力，kn；土與鋼的摩擦系數；鏟刀作業所受垂直阻力，kn。圖3.11 鏟刀垂直壓力確定表3.2 土與鋼、土與土的摩擦系數土的名稱土的名稱土的名稱砂對砂0.80.35中等粘土1.00.50重粘土1.20.83. 鏟刀前土堆沿地面移動時的阻力式中：；。表3.3 幾種土的物理性能土的種類容重砂干自然含水量飽和含量亞 粘 土干濕粘 土干濕砂 石干濕礫 石有 棱

46、角圓 形4. 鏟刀前面土堆沿鏟刀表面縱向移動所造成的阻力式中：綜上所述，鏟刀作業水平總阻力3.4.3 鏟刀尺寸設計由前的公式可以計算出作業的水平總阻力，通個這些值也就能確定牽引力的大小，也能對鏟刀尺寸進行校核。1. 鏟刀的長度平地機的工作是刮削不厚的土層，并把它移到平地機行駛路線一旁。鏟刀的長度l就根據這一要求確定的，當平地機的各擋作業速度確定后，也就確定了該平地機的額定有效牽引力，利用公式：使得，得到鏟刀切土部分的長度，只是鏟刀的整個長度的一部分。由于py180平地機是前輪轉向，后橋驅動（）形式。因此，取，則有：令，由公得到： 查表3.1得，由于py180平地機的最大鏟土深度為，故取，所以：

47、再確定鏟刀平面角為：圖3.12 （左）根據和確定（右）鏟刀作業參數計算鏟土截面積：已知，查圖3.12（左）取，計算鏟刀長度：2. 鏟刀的高度由公：如圖3.12（右）所示，在autocad上作圖直接求得土攏斷面積為，其中為土壟斜邊夾角，取得。3. 鏟刀曲率半徑圖3.13 鏟刀曲率半徑根據py180平地機鏟刀工作要求，鏟刀切削角，由圖3.13所示，求得：將和的值代入公，得：至此，鏟刀尺寸的初步設計計算完畢，然后再根據國家標準來選定尺寸，再進一步完善計算結果，下面設計鏟刀刀片的尺寸。3.4.4 平地機刀片標準設計通過上面一節的計算，已經得出了平地機鏟刀的長度、高度和半徑，根據這幾項計算結果來合理選擇

48、標準刀片。1. 材料選擇根據平地機刀片行業的標準要求，刀片采用gb 69965優質碳素結構鋼鋼號和一般技術條件規定的66mn材料制造。也可選用耐磨性和強度等機械性能與65mn相近或更好的材料。2. 刀片橫剖面選擇由平地機刀片（行業標準）書，查得刀片形狀與相應尺寸。刀片的橫剖面的形狀和尺寸應符合圖3.14和表3.4的要求。圖3.14 平地機刀片橫剖面結構表3.4 平地機刀片橫剖面尺寸 （）本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差最 小注：此表來自jg/t 861999平地機刀片根據前面的設計計算，可選擇py180平地機的鏟刀刀片的基本尺寸：，。3. 刀片長度確定由前面的計算得到，但這不一定

49、能滿足行業標準，所以最終的長度還要通過行業標準來確定。如圖3.15：根據公式：圖3.15 刀片結構尺寸的選值是根據表3.5來確定，為螺栓個數。表3.5 螺栓位置尺寸 孔 距與端面的距離與邊緣的距離中 間兩 端基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差注：此表來自jg/t 861999平地機刀片1）取，令，求得：，此時螺栓個數太大，故不可取；2）取，令，求得：，此時螺栓個數偏小，難以滿足高負載，而且為奇數，故不可取；3）取 ，令，求得：，此時螺栓大小合適，而且成對安裝，故取。再通過公式求得，因此，選定刀片長度為。4. 螺栓孔的形狀和尺寸表3.6 螺栓孔尺寸 推薦螺栓直徑基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差（最

50、 小）（近似值）132414172.512163017.522161939243120注：采用gb10-76沉頭方頸螺栓時，沉頭座錐角應按制作。圖3.16 螺栓形狀及標注根據前面的選擇，故對應的螺栓尺寸可以確定了。5. 技術要求1) 螺栓孔用沖壓方法加工時，周邊凸起量不大于0.3 mm。2) 刀片熱處理，最小淬火寬度50mm，淬硬層深24 mm，硬度為4050 mm。3) 刀刃的直線度在任一1000 mm長度上為2 mm。4) 刀片不得有裂紋、毛刺及其他不利用使用的缺陷。第4章 py180平地機工作裝置液壓原理圖設計液壓系統的設計是整機設計的有機組成部分，在設計時應滿足主機在動作和循環和靜、動

51、態特性之外，還應滿足結構簡單、使用維護方便、工作安全可靠、效率高、壽命長、經濟性好等條件。4.1 工作裝置液壓系統工況分析在工況分析前應該做到對py180平地機工作裝置的運動形式、工作要求、工作環境有十分清楚，這部分內容在3.4對平地機的作業形式做出了分析，這里就對工作裝置的液壓工況做出分析。1. 鏟刀左右升降動作如圖3.1平地機在工作時，根椐不同的作業要求而改變鏟刀升降來滿足平地的要求，通常是左右兩邊的油缸同時升降，這時功率利用率也是最高的。有時刮斜坡時，往往就是只升或者只降一側的油缸。在運輸過程中，鏟刀應提至運輸位置。這一動作應屬于典型工況。2. 鏟刀變角動作根據不同的作業要求和工作環境，

52、時常在鏟土前要調整好鏟刀的切削角，這樣既利于鏟土更加順利，也能提高功率利用率，同時還能達到要求的平整精度。由于它的調整所承受的載荷較少，調整次數不是很頻繁，故不能作為典型工況。3. 鏟刀回轉動作在鏟土前應調整好鏟刀的工作位置，由于回轉的驅動方式主要是液壓馬達帶動渦桿減速器驅動的，同時回轉機構采用的時機械方法保護，當在過載時摩擦片打滑，此時回轉液壓馬達將會受到很大的反向扭矩。回轉裝置在平地機作業中起著十分重要的作用，因此回轉動作應作為典型工況考慮。4. 鏟刀側向伸縮動作和鏟刀擺動動作鏟刀側向伸縮動作：為滿足修刮邊坡等作業要求時，就必須要求鏟刀能側向伸縮。鏟刀擺動動作：鏟刀擺動油缸使鏟刀隨轉盤繞牽

53、引架對稱軸線左右擺動。表4.1 工作裝置液壓典型工況序號典型工況一次循環動作特點1鏟刀左右升降左上升保持下降；右下降保持上升；左右同時上升下降；（中間有制動）動作速度慢；制動時沖擊小；在工作中受到的反向作用力很大。2鏟刀回轉回轉制動鎖緊過載的情況下，受到很大的沖擊；制動響應快；制動慣性沖擊大。3伸縮動作外伸停止縮回運動平穩；負載較小4.2 液壓系統要求根據py180平地機工作的典型工況對系統的要求主要反映在以下幾個液壓回路的要求上。1. 鏟刀升降回路1) 左、右兩邊的油缸能單獨動作，也能同時動作，要求分流單獨動作，合流時同時動作，合流、分流由手動控制。2) 要求在鏟刀提升或者下降到土里時能鎖緊

54、回路，以防在反作用下使鏟刀產生位移。3) 同時動作由雙泵供油，單獨動作時，由一個泵供油；4) 承受負載大，不泄漏。2. 鏟刀回轉回路1) 能獨立動作；2) 具有自鎖性，防止在外扭矩作用下產生位移；3) 電液自動控制回轉行程；4) 承受負載大，不泄漏。3. 伸縮回路1) 能獨立動作；2) 手動閥控制伸出距離。4. 變角回路1) 承受鏟土自量和水平阻力的外作用；2) 變化精度高，行程短；3) 電液自動控制；4) 壓力高，不能泄漏。這幾個回路是平地機工作裝置的主要液壓回路，在平地機工作時起著重要的作用，還有其它的回路，如鏟刀擺動回路，因為它不是主要工況，現對其不進行詳細的說明。4.3 液壓系統類型選擇工作裝置液壓系統方案選擇根據開式和閉式系統的優缺點，結合上述的典型工況，再參考國內外同類產品的液壓設計，在平地機工作裝置液壓系統上決定采用雙泵多回路和多種形式的高