小型液压挖掘机底架设计毕业论文.docx

0.1m3小型液压挖掘机底架设计

1绪论
我国小型挖掘机市场发展速度非常可观，是带动我国工程机械行业特别是挖掘机行业发展的一股重要力量，也是推动我国挖掘机行业利润增长的主要力量支撑，有着举足轻重的地位。小型挖掘机以其小巧、灵活、多功能、高效的独特优势，日益成为土方工程应用的理想设备，用户需求不断扩大。国内外企业风起云涌地进入中国小型挖掘机市场，说明小型挖掘机行业经济效益可观，发展前景远大。 挖掘机是工程机械领域中一种典型的土石方施工设备，在工业与民用建筑、道路建设、农田水利、油田矿山、市政工程、机场港口等部门的土石方施工中起到十分重要的作用。据统计，工程施工中约有
60％以上的土石方量是靠挖掘机械来完成的。
1.1
本课题设计（研究）的目的
通过毕业设计,使我们能够掌握工程机械产品设计的基本方法、基本技巧和基本过程,熟悉计算机辅助设计和技术文件的写作方法。掌握 0.1 立方米液压挖掘机的底架结构设计以及主要零部件的设计计算。通过对底架结构的设计能够对液压挖掘机的整机性能和系统功能有较详细的了解，在设计过程中能有自己的想法和创新，做到优化设计。掌握主要机构结构方案的确定及动力的确定。掌握平衡、稳定及其他总体特性的分析计算。
此外，本课题设计是我们对以前基础课程的一次回顾与再学习，能够极大的提高我们实际动手能力。
1.2
小型液压挖掘机的现状与发展趋势
1.2.1
国外现状
小型挖掘机（国外一般指整机质量在 6ｔ以下的液压挖掘机，国内把 10 ｔ以下的液压挖掘机都称为小型挖掘机，以下简称小挖）的生产始于上世纪 70 年代。1985年以后，由于技术的进步，这种产品得到了迅速的发展，技术上日臻成熟、完善。目前，世界上专业批量生产小挖的著名企业有 20 多家，主要分布在日本、美国、欧洲等地。处于前列的有日本的小松、久保田、石川岛、洋马，美国的凯斯、山猫，德国的阿特拉斯、雪孚，英国的ＪＣＢ等公司。日本一个国家在上世纪 90 年代初小挖的产量曾达到创纪录的 7 万多台，目前也在 4 万台以上，欧洲、美国等目前也各有 2 万台以上的产量。日本、西欧、美国等发达国家既是小挖的生产大国，也是小挖的使用大国。
1.2.2
国内现状
国内生产小挖的最著名企业是玉柴，它的产品品种规格型号产量在国内都处于第一位。1989 年玉柴在天津工程机械研究所的帮助下开发、试制、生产 1.3 ｔ的小型液压挖掘机，1980 年正式投产。产品以出口为主，现在已累计出口小挖达 2000多台。去年该企业的年销售量超过了 600 台。处于第二位的企业是韩国在中国的合独资企业大宇和现代二家，在国内产销量均超过了 200 台。随着国内对小挖功用的认可，国内生产小挖的企业正在逐年增多，产量也在逐年增加，去年的产销量超过了 1100 台，预计到 2005 年国内小挖的年产量将达到 3 000台以上。国内主要生产厂家及有关情况见表２（不含在中国的合独资企业）。
1.2.3
小型挖掘机的发展趋势
国外小挖主要用于城市土建施工及一般住宅修整等工作，因此要求具有良好工作性能和回转性能。最初的小挖为轮胎式带左右偏转液压缸 不可作 360°回转的简易机型，有点像目前国内的农用小挖。由于轮胎式在软地面的行走性和通过性差，后来逐渐被履带式小挖所替代，而不带全回转机构的小挖挖掘范围小、无法实现后部卸料，使用上受到了很大的限制。此后，国外在小挖上增加了上部回转机构，解决了后部卸料等问题，提高了小挖的工作性能，形成了小挖的基本结构。后来，小挖在回转半径、后部视野、动臂仰角、机械性能等方面得到进一步改善，发展为现在的标准型。为了满足在非常狭窄区域内工作，上世纪 80 年代中期后方小回转型小挖首先在日本开发成功，它的机体后部可以在车宽范围内进行回转，并利用动臂与平台连接处的摆动机构可使工作装置进行左右摆动，完成侧向挖掘工作。后方小回转型小挖的后部为圆型，外壳由三次曲面构成，因此视野开阔，具有良好的运输性。目前，国外技术发展趋势是：
（1）大量采用机电液一体化技术，使小挖的操作重量更轻、作业效率更高；
（2）通过采用后方小回转结构，使小挖更适合在狭隘地带工作；
（3）在小挖上采用环保节能技术，使小挖的噪声更低、排放控制得更好；
（4）人性化设计技术大量采用，使操作更简单，动作更平稳，维修更方便；
（5）采用发热量更小的系统，使小挖的发热量减小，有利于减小机体的体积，使小挖的回转半径更小；
（６）强调对道路的保护，在小挖上更普遍地采用橡胶履带；
（７）加大了对整机稳定性研究的力度。
国内企业在小挖的技术上普遍比国外要落后一到二代。目前处于生产标准型小挖阶
段。国内目前的技术发展趋势是：
（1）大量采用在中大型挖掘机上使用的先进技术，如三泵系统和负荷传感系统，
提高整机的技术性能，提高作业效率和操作的平稳性；
（2）集中力量解决国产挖掘机质量不高的通病。通过大量采用国外原装的液压和
电气元器件，减少小挖的初期故障，提高整机的无故障作业时间；
（3）通过全国大协作，解决装饰外观的美感问题。
1.3
设计研究的重点与难点
在本课题的设计研究中,将采用组合型的挖掘机的底架,并对其进行强度校核。设计初，了解挖掘机的基本构造，及功能，作用，特点等。对挖掘机整体性能参数进行详细的设定，包括其基本参数（各部件重量，各部件质心坐标，功率等），稳定性能，工作装置载荷情况。在对底架进行设计时，通过利用力学中的知识，分别对挖掘机在挖掘工况状态下和回转状态下进行强度校核，而在挖掘工况下又分别有两种不同的角度。在强度校核的过程中，假定 45 号钢的最大弯曲应力和剪应力，分析每种情况下是否有超过此值的。如有，设计不合格，需重新对其进行设计，并校核。

2 总体方案设计
2.1 履带式液压挖掘机的组成
液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等，如图2.1。

图2.1 单斗反铲液压挖掘机
1-柴油机；2-机罩；3-油泵；4-多路阀；5-邮箱；6-回转减速器；7-回转马达；8-回转接头；
9-驾驶室；10-动臂；11-动臂油缸；12-操纵台；13-边齿；14-斗齿；15-铲斗；16-斗杆
油缸；17-斗杆；18-铲斗油缸；19-平衡重；20-转台；21-行走减速器；22-行走马达；
23-拖链轮；24-履带；Ⅰ-工作室；Ⅱ-上部转台；Ⅲ-行走机构
2.2 设计依据
2.2.1 履带式行走装置的主要特点
① 牵引力大（通常每条履带的牵引力达机重的3540%），接地比小(一般为4-15),转弯半径小，机动灵活；
② 采用液压传动，能实现无极调速；
③ 每条履带各自有驱动的液压马达及减速装置。
2.2.2 设计参数
① 机重 18T
② 标准斗容量 0.7
③ 最大行走速度 3-5KM/h
④ 发动机功率 80-100KW
⑤ 爬坡能力不低于 40%
2.3 总体设计原则
进行液压挖掘机的底盘总体设计时应该遵循以下原则：
① 满足使用要求、满足经济性的要求、满足劳动保护的要求、满足工艺性要求、满足机器的结构性能要求、某些零件、部件满足耐磨性要求;
② 在不增高行走装置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，力求增强机器对各种运行条件和作业要求的适应性；
③ 要降低挖掘机的接地比压或具有较大的支承面积，以提高挖掘机的稳定性。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；
④ 挖掘机的行走装置外型尺寸应符合道路运输要求，外形美观；
⑤ 各个部件或总成的性能应相互协调、匹配，力求整体性能的一致和最优化，不可盲目追求某个局部的最佳性能，否则，可能造成整体性能恶化，或产生薄弱坏节；
⑥ 正确地处理继承与创新的辩证关系，采用成熟技术，通过深入的理论分析，进行必要的科学实验，勇于创新。
2.4 动力装置的比较与选型
履带式挖掘机常用的动力源主要有三种：电动机、柴油机以及蒸汽机。每种动力源都具有其特点；
（1） 交流与直流电机
电动机（Motors）是把电能转换成机械能的设备，按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。他们也有各自的优缺点，各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机。同步电动机不但功率因数高，而且转速与负载大小无关，只决定于电网频率，工作较稳定。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。
和交流电动机相比，直流电机的优点是调速性能好，调速范围广，易于平滑调节，起动自动转矩大；易于快速起动、停车；易于控制。其缺点是：与异步电动机比较，直流电动机结构复杂，使用维护部方便，而且要用直流电源。
（2） 柴油机
柴油机是用柴油作燃料的内燃机，属于压缩点火式发动机。柴油机具有热效率高的显著优点，经济性优于汽油机，功率大，符合工程机械向大型化发展的趋势。其应用范围越来越广。柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的续驶里程内，可以设置容积小些的油箱。柴油机压缩比可以达到1 5～23，而汽油机一般控制在8～10；柴油机热效率高达38％，而汽油机为30％；柴油机工作可靠，寿命长，排污量少。
随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。
（3）蒸汽机
蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机有很大的历史作用，它曾推动了机械工业甚至社会的发展。随着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础。但是蒸汽机离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐渐为其他动力装置所代替。
综上所述，液压挖掘机常作业于野外，需要经常行走移动。由于柴油机作为动力装置不受电源、电缆的限制，使得液压挖掘机移动、行驶方便，故本设计采用了柴油机作为动力源。
2.5 工作装置的比较与选择
工作装置是直接完成挖掘任务的装置，是液压挖掘机的重要组成部分，它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。其动作接近于人的手腕运动，具有较大的挖掘和作业性能。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以装配多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具，如图2.2。

图2.2 液压挖掘机的多种工作装置
常见的液压挖掘机的动作装置的功用之一是做挖掘机工作，根据斗杆和动臂刚性连接可主要分为正铲和反铲两种。
2.5.1 反铲工作装置
铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接（见图2.3），在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作。
（1）动臂
动臂是反铲的主要部件，其结果有整体式和组合式两种。
① 整体式 其优点是结构简单，质量轻而刚度大。缺点是更换的工作装置少，通用性较差。多用于长期作业条件相似的挖掘机上。整体式动臂又可分为直动臂和变动臂两种。其中的直动臂结构简单、质量轻、制造方便，主要用于悬挂式液压挖掘机，它不能使挖掘机机获得较大的挖掘深度，不适用于通用挖掘机；变动臂是目前应用最广泛的结构型式，与同长度的直动臂相比，可以使挖掘机有较大的挖掘深度。但降低了卸土高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求。

图2.3 反铲
1—斗杆油缸；2—动臂；3—油管；4—动臂油缸；5—铲斗；6—斗齿；
7—侧齿；8—连杆；9—摇杆；10—铲斗油缸；11—斗杆
② 组合式动臂 如图2.4所示，组合式动臂用辅助连杆或液压缸3或螺栓连接而成。上、下动臂之间的夹角可用辅助连杆或液压缸来调节，虽然使结构和操作

(b)
图2.4 组合式动臂
1—下动臂；2—上动臂；3—连杆或液压缸
复杂化，但在挖掘机作业中可随时大幅度调整上、下臂之间的夹角，从而提高挖掘机的作业性能，尤其在用反铲或抓斗挖掘窄而深的基坑时，容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，提高挖掘质量和生产率。组合式动臂的优点是，可以根据作业条件随意调整挖掘机的作业尺寸和挖掘力，且调整时间短。此外，它的互换工作装置多可满足各种作业的需要，装车运输方便。其缺点是质量大，制造成本高，一般用于中、小型挖掘机上。
综上比较，本设计选用组合式动臂。
2. 反铲斗
反铲斗用的铲斗型式、尺寸与其作业对象有很大关系。为了满足各种挖掘机作业的需要，在同一台挖掘机上可配以多种结构型式的铲斗，如图2.5为反铲常用铲斗型式。铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺栓连接式，如图2.6所示。

图2.5 反铲常用铲斗结构
1—齿座；2—斗齿；3—橡胶卡销；4—卡销；5、6、7—斗齿板

图2.6 斗齿安装形式
（a） 螺栓连接； （b）橡胶卡销连接
1— 卡销；2—橡胶卡销；3—齿座；4—斗齿

2.5.2 正铲工作装置
单斗液压挖掘机的正铲结构如图2.7所示，主要有动臂2、动臂油缸1、铲斗5、斗底油缸4等组成。
铲斗的斗底利用液压缸来开启，斗6是铰接在动臂的顶端，由双作用的斗杆缸7使其转动。斗杆油缸的一端铰接在动臂上，另一端铰接在斗杆上。其铰接形式有两种：一种是铰接在斗杆的前端;另一种是铰接在斗杆的尾端。
动臂均为单杆式，顶端呈叉形，以便与斗杆铰接。动臂有单节的和双节的两种。单节的动臂有长短两种备品，可根据需要更换。双节的动臂则由上、下两节拼装而成，根据装点的不同，动臂的工作长度也不一样。
本设计根据设计要求，立足于反铲，主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等。其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及组其合。反铲挖掘机每一作业循环包括挖掘、会转、卸料和返回等四个过程。其工作过程为：先放下动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，向着挖掘机方向拉转，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作面，准备下一循环的挖掘工作。因此经过上述比较，选择组合式动臂反铲装置作为本设计的工作装置。

图2.7 正铲
1—动臂油缸；2—动臂；3—加长臂；4—斗底油缸；5—铲斗；
6—斗杆；7—斗杆油缸；8—液压软管
2.6 回转机构的选择
按照转台的旋转角度分为：完全回转（360°）和不完全回转（90°270°）。液压挖掘机回转支承装置用于承载回转平台以上机体的重量并实现回转运动。除了在悬挂式和伸缩臂式液压挖掘机的上游采用半回转的回转机构外，现代液压挖掘机的回转机构普遍采用了完全回转的液压传动方式。合理的设计选择回转机构，对于提高生产率和能量利用率具有十分重要的意义。据此本设计采用完全回转机构。
2.7 传动方式的比较与选择
动力装置至驱动轮之间所有传动部件的总称为传动系统。传动系统的功用是把动力装置输出的功率传递给驱动轮，并改变动力装置的输出特性，以满足对自行式工程机械车速和牵引力的要求。
目前，工程机械的传动系统有以下四种类型：机械传动、液力机械传动、电力传动以及液压传动。每种传动方式各有其特点、用途和适用的范围。
2.7.1 机械传动
所谓机械传动是指传动系统中采用刚性零部件传递动力的方式。它是通过齿轮、齿条、带、链等机件传递动力和进行控制。工程机械中使用机械传动系统由来已久。机械传动具有结构简单、制造容易、工作可靠、重量轻、操作简单、维护方便、价格低廉、传动效率高、可以利用传动系统运动零件的惯性进行作业等优点，同时，湿式离合器的普遍采用及发动机特性的改善（提高适应性系数）在某种程度上改进了机械传动的某些缺点，因此，采用机械传动的工程机械仍然占有相当的比例。但近年来在一些作业或行驶时阻力变化很大的机械中，日益广泛地采用了液力机械传动或者其他传动方式。这是因为机械传动存在许多缺点：
（1） 在工作阻力急剧变化的工况下，发动机容易过载熄火。这就是要求司机有熟练的操作技巧；
（2） 轮式机械在运输工况时，由于行驶速度较高而行驶阻力较小，在换档的动力中断期间，机械虽然减速但不至于停车。但是对于履带式机械或在牵引工况下的轮式机械，由于行驶速度低、阻力大，在作业中换档必然导致停车。为了能实现原地起步，并在一定的时间内加速到一定的速度，往往逼迫使用较低的档位，即档位的选择不是根据作业时的工作阻力而是根据原地起步和加速的要求。因此，在作业时发动机的功率利用差，降低了生产率。另外，停车档位还影响机械的通过性能；
（3） 对于循环作业的机械，经常要前进、后退和改变车速，变换档位频繁，每次换档都要分离主离合器，并用人力拨动换档机构，司机劳动强度大；
（4） 传动系统零件受到的冲击载荷大，发动机的振动直接传到传动系统的各个零件，而行驶阻力变化引起的冲击又通过传动系统影响发动机，以此降低了发动机和传动系统中各个零件的使用寿命。另外，发动机在急剧的变载荷下工作将降低其平均输出功率；
（5） 工作阻力的变化将直接影响发动机的工作，为了充分利用发动机的功率，需要增加变速器的档位数，因而变速器结构变得复杂，并且增加了司机的换档次数；
（6）机械传动不能进行无极调速，远距离传动比较困难。
上述种种缺点在阻力变化剧烈及经常改变行驶方向的工况下表现得特别明显。因此，机械传动系统适宜于作业阻力比较稳定的连续作业的机械。
2.7.2 液力机械传动
在上述机械传动系统中串联或并联加入液力变矩器（或液力偶合器）后，使发动机输出的动力通过液力变矩器（或液力偶合器）及机械传动部件传到驱动轮，这个系统称为液力机械传动系统。它具有的主要优点是：（1）使工程机械具有自动适应载荷变化的特性；（2）简化了机械的操纵；（3）提高了机械的使用寿命；（4）提高了机械的起步性能和通过性能；（5）提高了机械的舒适性；（6）简化了维修工作。
这种传动方式能使机器随作业阻力的变化，自动调整牵引力和速度，显著改善牵引性能，提高了发动机功率，改善发动机的工况，提高作业效率，并能防止发动机过载，操纵也较为方便，所以在工程机械中应用较为广泛。同时液力机械传动也存在一些的缺点：传动效率低，一般变矩器的最高效率只能达到0.82-0.92，在行驶阻力变化小而连续作业时，由于效率低而增加了燃油消耗量。液力机械传动系统需要设置供油系统，其液力元件加工精度要求高、价格贵，工作油容易泄漏，这使其结构复杂化，同时增加了运行成本。但因为液力机械传动的优点突出，所以目前在工程机械中有着广泛的应用。轮式机械广泛采用了液力机械传动。但在近年新型挖掘机中应用较少。
2.7.3 电力传动
电力传动是利用电力设备并调节电参数来传递动力和进行控制。采用发电机驱动发电机发电，通过电力驱动电动机，进而驱动行走机构与工作机构。工程机械中最常见的电力传动系统是“电动轮”的形式，其基本原理是有发动机带动直流发电机，然后用发电机输出的电能驱动装在车轮中的直流电动机，车轮和直流电动机（包括减速装置）装成一体称为“电动轮”。这种传动的主要优点是：
（1）动力装置（柴油发电机）和车轮之间没有刚性联系，便于总体布置及维修；
（2）变速操纵方便，可实现无极变速，因而在整个速度范围内都可以充分利用发动机功率；
（3）电动轮通用性强，可简单地实现任意多驱动轮驱动的方式，以满足不同机械对牵引性能和通过性能的要求；
（4）可以采用电力控制，在长坡上行驶时可大大减轻车轮制动器的负荷，延长制动器的寿命；
（5）能量传递方便，信号传递迅速，标准程度高，容易实现自动化。
电力传动存在的缺点是：运动平稳性差，易受外界负载的影响，惯性大，起动及转向慢，受温度、湿度、振动、腐蚀等环境因素影响较大。同时电力传动价格高，需要牵拉电网，据统计比液力机械传动成本约贵20%左右，自重大并消耗大量的有色金属，目前仅用于大功率的自卸载重汽车、铲运机及矿用轮式装载机等机械中。一般，当功率大于450KW时，采用电力传动方式较为经济。
2.7.4 液压传动
采用发动机驱动随机的油泵站，再由液压马达驱动行走机构。该传动方式取消了主离合器、变速箱、后桥等传动部件，使工作装置的操纵和整机驱动方式统一，可减轻机重、结构紧凑、总体布置简单，原地转向性能好，可实现牵引力和速度的无极调整，大大提高了牵引性能。与其它传动方式相比，液压传动具有其独特的优越性，表2.1中列举了几种传动方式的主要特性的比较。
表 2.1 几种传动方式的主要传动特性比较
特性及
性能
比较

传动方式

功能与重量比

转矩与转动惯量比

响应速度

可控性

负载刚度

调速范围
机械传动
小
小
低
差
中等
小
电力传动
小
小
中等
中等
差
中等
液压传动
大
大
高
好
大
大

液压传动的主要优点：
　 （1）体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10％～20%。因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；
　 （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100）；
　 （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；
　 （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；
　 （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用长；
　 （6）操纵控制简便，自动化程度高；
　 （7）容易实现过载保护；
　 （8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。
液压传动虽然有十分突出的有点，但也不能忽视其存在的缺点：
（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；
（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；
（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；
（4）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃~60℃范围内较合适。
（5）液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统传动效率较低。
经过以上分析比较，随着液压技术的不断发展完善，液压传动的应用日益广泛。鉴于本机械产品的实际要求，在充分考虑其实现可行性和经济性的基础上本产品设计中采用液压传动系统。
2.8 行走方式的比较与选择
挖掘机根据不同的行走系可分为轮胎式、履带式等。相对履带式而言，轮胎式行走装置在挖掘机中用得不多，但已成为工程机械的发展趋势之一。主要优点是：具有运行速度高，运行性能好，机动性能好，利于减轻机器重量，工作点转移方便、迅速、作业辅助工作时间段、生产效率高及本身效率高等优点。但轮胎式挖掘机对路面要求高，由于履带式挖掘机的附着力大，能达到轮胎式的1.5倍，通过性好，接地比压小，适宜在松软地段和湿地作业，抗磨损性能好，可在碎石地段、地形起伏较大的恶劣条件下作业，爬地能力强，宜在山区作业。履带式行走系比之轮胎式有以下特点：
（1）履带式挖掘机的驱动轮只卷绕履带而不在地面滚动，机器全重经支重轮压在多片履带板上，全部重量都是附着重量（这相当于全轮驱动的轮式机器），加上履带支承面上同时抓地的履齿较轮式机器同时抓地的胎面花纹多得多，所以履带式机器的牵引附着性能要好得多。
（2）与同马力的轮胎式机器相比，由于履带支承面大，接地比压小（一般小于0.1MPa），所以在松软土壤上的下陷深度小，因而滚动阻力小，有利于发挥较大的牵引力。
（3）履带销子，销套等运动副使用中要磨损，要有张紧装置调节履带张紧度，它兼起一定的缓冲作用。导向轮既是张紧装置的一个组成部分，也是引导履带正确卷绕。但不能偏转，不能引导机器转向。
（4）履带式行走系重量大，运动惯性大，缓冲减振作用小。结构中最好有某些弹性元件。
（5）履带式行走系结构复杂，金属消耗多，磨损严重，维修量大，运行速度受限制。
履带式行走装置是液压挖掘机用得最多的一种装置。履带行走装置的主要优点是：具有较大的牵引力和较低的接地比压（40150KPa）；稳定性好；具有良好的越野性和爬坡能力（坡度达50%100%）；转弯半径小、机动灵活。但履带式行走装置的运行速度较低，一般在0.56km/h的范围内。现代中小型液压挖掘机多采用双速行走马达，行走速度可在03.5km/h和05.5km/h之间切换。目前，液压挖掘机的履带行走装置，除特殊用途外，均由专用底盘向通用底盘发展，不同厂家的底盘结构形式有趋同化的趋势。
综上比较，考虑到挖掘机一般在野外作业，工作载荷变化大，作业环境恶劣，技术保养条件差；而履带式行走装置又是液压挖掘机用得最多的一种装置。因此本设计采用了履带式行走装置。
经过上述总体方案的选型设计，最终确定行走装置的动力路线为： 柴油机—液压泵—控制阀—液压马达—制动器—减速器—驱动轮—履带
3 整机性能参数的确定与计算
3.1主要性能参数
斗容量 0.1M 3
整机使用质量（含配重）2900kg
其中： 上1990kg
下车910kg
表 3-1 结构质量分配及其质心坐标（坐标原点为回转轴线接地点 ）：
名 称
质量
质心坐标
X
Y
Z
地盘总成
384
0
-52
226
下支承底架
350
0
0
300
推土铲（含油缸）
124
0
1040
240
偏摆支架
42
0
750
650
偏摆支座
10
0
590
690
回转支承
52
0
0
520
回转平台
289
0
-400
680
操作阀及箱
45
0
330
1100
转台油马达与回转接头
105
-150
-150
780
电瓶
32
-540
-260
1210
座椅及底架
59
-240
-280
1080
液压油箱（含液压油）
130
505
-325
1110
柴油箱（含柴油）
63
500
-990
1240
发动机（含三联泵）
300
-90
-950
930
液压油冷却器
50
-240
-300
880
配重
384
0
-1300
780
驾驶员与驾驶室
350
-240
-280
1100
注：挖掘机工作装置总质量为 492kg，其质心坐标随工作状态而变化，未列入此表。

柴油机 型号 JC480
额定功率 22.4kw/2400rpm
29.4kw/2900rpm
行驶速度范围：
低速范围 V I=0~2.32km/h
高速范围 V II =0~3.84km/h
最大爬坡角（第 I 速度范围） 30°
轨距 1150mm
每侧履带接地尺寸（长 x 宽） 1500x350mm
驱动轮动力半径 R k=173mm
运输工况外形尺寸（长 x 宽 x 高） 3200x1500x2500mm
液压系统参数：
—行走液压系统
额定油压 16MPa
流量 20L/min
空载时系统背压 1.5MPa
—挖掘工作装置液压控制系统
额定油压 16MPa
流量 20L/min
—液压回转装置控制系统
液压马达型号 INM05-200
额定油压 16MPa
流量 8L/min
转速范围 0～100rpm
最大工作压力 25MPa
最大输出扭矩 2900N.m
额定输出扭矩 1500N.m
静制动力矩 3000N.m
驱动小齿轮齿数 12
回转支承内齿圈齿数 96
3.2 牵引性能参数计算
1、行驶阻力计算：
（1）行驶滚动阻力 Pf=fG scosα=0.09×29×0.866=2.26 （3-1）
式中：f—滚动阻力系数，以典型的干土路（坚实土路或野路）为行驶计算工况，取 f=0.09
G s—挖掘机使用重量。
α—最大爬坡度。
（2）坡道阻力 Pα
Pα=G ssinα=29×0.5=14.5 kN （3-2）
（3） 加速惯性阻力 Pj
采用全液压驱动的履带式挖掘机，其行驶加速惯性阻力主要由整机平移加速惯性和履带行走装置“四轮一带”的回转加速惯性引起。该机采用由橡胶抗拉钢丝硫化而成的轻质履带，其惯性阻力较金属履带小。
（3-3）
式中，δo—质量修正系数
（3-4）
W—两侧橡胶履带自重
g—重力加速度，g=9.8 m/s 2
J i—行走装置某回转轮的转动惯量
r i—相应回转轮的滚动半径
——挖掘机的平移加速度
根据统计规律取δo=1.2
（3-5）
则 （3-6）
（4）迎风阻力 Pw
因该机最高行驶速度有 3.84Km/h,属低速行驶施工机械，其迎风阻力 Pw 可忽略不
计。
该机运输工况总行驶阻力为 P∑
P∑=Pf +Pj+Pα=2.26+14.5+0.0355=16.796 kN （3-7）
2、牵引力计算
该机具有低速和高速两个行驶速度范围，可分别计算出低速和高速运行时挖掘
机的最大牵引力。
（1）、低速和高速运行时，驱动轮的转速（即行走油马达转速）计算：
高速运行时驱动轮的转速 N kⅡ
（3-8）
式中 V∏——高速范围最高行驶速度。
同理，得低速运行时驱动轮的转速 NkⅠ=35.57Km/h。 （3-9）
（2） 油马达排量 q: ——低速运行时油马达的排量 qi
（3-10）
式中，Q—油泵输出流量，Q=20L/min
ηv ——油泵输出后的容积效率， ηv =0.90
——高速运行时，油马达的排量 q II
（3-11）
(3) 油马达的最大输出扭矩 M Kmax
根据油马达获得的液压能转换为机械能的原理，推导出油马达最大输出扭矩的计算分式为：
（3-12）
式中， ∆p ——油马达最大进口压力差，即最大工作压力减去背压力，
q—油马达排量，L/r
（驱动轮油马达最大进口压力为 25MPa ，系统背压为 1.5MPa ）
低速运行时油马达的最大输出扭矩
M Kimax =159×10-6×(2.5-1.5)×106 ×0.506 =1891N•M （3-13）
高速运行时油马达的最大输出扭矩
M KIImax =159×10-6×(2.5-1.5)×106 ×0.306=1143N•M （3-14）
(4）、低速和高速运行时挖掘机的最大牵引力
低速运行时最大牵引力
（3-15）
3、附着力计算
以干土路为路面行驶计算工况，附着力
Pφ=φ·Gs·Cosα=0.9×29×0.866=22.6 kN
（3-16）
式中 φ—附着系数，取φ=0.9
α—坡角，α=300
牵引力平衡计算结果分析：
该机在最大爬坡度（α=300）工况加速行驶时，应采用低速档运行，其牵引力大于行驶总阻力，即 PkI>P∑，可同时满足附着条件和行驶动力条件的要求，但采用高速档运行时则不宜爬陡坡，坡度过大，牵引力明显不足。
通过计算，采用高速档行驶，其爬坡角不宜超过 180(即α≤180)。当α=180 时，其
坡道阻力Pα=Gs Sin180=29×0.309=8.961kN （3-17）
行驶总阻力 P∑ =Pα+Pf+ Pj=2.26+8.961+0.0355=11.257kN （3-18）
在 180 坡角范围内，采用高速档运行，也可满足附着条件和动力条件的行驶要求。
3.3 稳定性计算
单斗液压挖掘机的挖掘工作装置具有悬臂作业的特点，在其自重和外载荷的作用下，必将产生较大翻倾力矩，影响整机作业和行驶的稳定性。
稳定性计算包括卸载稳定性、挖掘作业稳定性和行驶稳定性三类不同工况的稳定性计算。计算时，应分别考虑坡度，风载和惯性力等因素的影响。其中，坡度角α通常取10～120 ,风载取 q=250N/㎡。
3.3.1 卸载稳定性计算
计算工况：铲斗处于最大卸载半径，铲斗满负荷，地面下倾角α=120，采用横向卸载工况（因横向支承宽度小，稳定性较纵向卸载稳定性差）计算卸载稳定性。稳定性评定指标为稳定系数 K，K=M1/M 2
式中，M 1——稳定力矩；M2——倾复力矩
卸载时，当 K≥1 时，挖掘机则处于稳定安全状态。
卸载稳定性计算工况如图 3—1 所示

图 3－1 卸载稳定性计算工况

图中，A 点——挖掘机倾翻边缘作用点
g1 ——满负荷铲斗重（含土方） 1=0.255T，
g2 ———斗杆及铲斗油缸重力，g 2=0.078T
g3 ——动臂及动臂油缸和斗杆油缸重力，g 3=0.159T
g4 ——转台（含配重）重力，g 4=1.498T
g5 ——下车重力，g 5=