推土机直铲设计说明书

目 录

第1章 绪论 ..................................................................... 错误！未定义书签。

1.1推土机概述 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.2推土机的结构与分类 ................................................................ 错误！未定义书签。

1.2.1按行走方式分类 ............................................................. 错误！未定义书签。 1.2.2按发动机功率的大小分类 ............................................................................... 3 1.2.3按传动方式分类 ............................................................................................... 3 1.2.4按推土装置机构形式分类 ............................................................................... 4 1.2.5按应用领域分类 ............................................................................................... 4 1.3推土机发展概况 .......................................................................................................... 5

第2章 工作装置液压系统设计 ....................................................................... 1

2.1 液压系统设计的内容与要求 ..................................................................................... 7

2.1.1 液压系统设计要求 ........................................................................................ 7 2.1.2 液压系统设计内容及步骤 ............................................................................ 7 2.2 油缸的负载 ................................................................................................................. 8

2.2.1 工作负载 .......................................................................................................... 8 2.2.2 摩擦负载 ........................................................................................................ 11 2.2.3 惯性负载 ........................................................................................................ 12 2.3 确定液压系统的主要参数 ........................................................................................ 13

2.3.1 系统液压的确定 ............................................................................................ 13 2.3.2 计算油缸流量 ................................................................................................ 14 2.4 拟定液压系统原理图 ............................................................................................... 15 第3章 工作装置 .................................................................................................................. 17

3.1 推土铲 ........................................................................................................................ 17

3.1.1 铲刀型号 ........................................................................................................ 17 3.1.2推土铲的结构类型 ......................................................................................... 18 3.1.3 推土机作业装置主要参数及结构尺寸的确定 ............................................ 20 3.1.4 推土作业装置强度分析 ................................................................................ 22 3.1.5推土装置的确定 ............................................................................................. 24

结 论 ................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................. 25 附 录 ................................................................................. 错误！未定义书签。 致 谢 ................................................................................. 错误！未定义书签。

I

第1章 绪论

1.1推土机概述

推土机是一种短距离铲土运输机械，主要用来开挖路堑、构筑路堤、回填基坑、铲除路障、清楚积雪、平整场地等，但用于平整作业的效果不如平地机作业效果好，推土机也可完成短距离内松散物料的铲运和堆积作业。对于单发动机的自行式铲运机往往在铲装时牵引力不足，这是，可用推土机推土板进行顶推助铲作业，推土机进行作业时借助行走机构产生的牵引力将铲刀切入土中，在进行中，是铲刀前土堆积满并将铲松的土推移。利用铲刀的浮动功能，可能铲刀贴着坚实地面移动而将地面松散物料聚集。

推土机配备松土器，可翻松Ⅲ，Ⅳ级以上硬土、软石或凿裂层岩，以便铲运机和推土机进行铲掘作业，推土机还可利用挂钩牵引各种拖式机具（如拖式铲运机，拖式振动压路机等）进行作业，这时，推土机相当于一台拖拉机。

推土机广泛用于各种土石方工程施工，是铲土运输机械中最常用的作业机械之一，在土方施工机械中占有十分重要的地位。推土机在公路、铁路、机场、港口等交通运输工程施工中，在矿山开采，农田改造，水利兴修，大型电站和国防建设施工中发挥着巨大的作用。

推土机由于铲刀没有翼板，容量有限，在运土过程中会造成两侧的泄露，故运距不宜过长，因此会降低作业生产率。通常，中小型推土机的运距为30-100m，大型推土机的运距一般不超过150m，推土机的经济运距为50-80m。

1.2推土机的结构与分类

推土机的总体结构包括：柴油机、传动系、行走系、操作系、工作装置、液压系统、机架、电器与仪表、驾驶室等。

图1.1为某型履带式液压传动推土机的总体结构拆装图。如果传动系统为机械传动或液力机械传动，则与柴油机相连的4、5件换为主离合器或液力变矩器、变速器、中央传动。

推土机一般按行走方式的类型、发动机功率的大小，传动系类型、推土专职类型、推土装置机构形式和应用领域分类。由于钢索操纵机构已被淘汰，现在推土机工作装置的操纵都已采用液压操纵。

1-柴油机 2-散热器 3-操纵手柄 4-分动箱和液压泵 5-驱动马达 6-终传动与驱动链轮

7-行走系统 8-油箱 9-座椅与控制台 10-驾驶室和仪表 11-推土铲 12-松土器 13-机架 14-工作液压系统

图1.1履带式静液压式传递推土机的总体结构拆装图

1.2.1按行走方式分类

1、履带式

履带式推土机是目前工程施工中应用最多的一种推土机。他的附着性能好，牵引力大，接地比压小，爬坡能力和通过松软地面的能力强，能适应恶劣的工作环境。履带式推土机具有优越的作业性能，是推土机重点发展的几种。履带式推土机行驶速度比较低，存在履刺损坏路面的缺点，不能在公路和城市道路上行驶。此外，履带推土机的钢材用量也较大。

2、轮胎式

轮胎式推土机行驶速度快，转向灵活，因而机动性能好，作业机动性能好，作业循

环时间短，转移方便迅速。由于轮胎不损坏路面，轮式推土机特别适合在城市建设和市政道路维修工程中适应。轮胎式推土机制造成本低，维修方便，今年来也有较大的发展。但轮胎式推土机的附着性能远不如履带式，在松软潮湿的场地施工时容易引起驱动轮滑转，降低生产率，严重时还可能造成车辆沦陷，甚至无法施工。在开采矿山等恶劣条件下，轮胎式推土机如遇上坚硬尖锐的岩石，容易引起轮胎急剧磨损，因此轮胎式推土机的使用范围受到一定的限制。

1.2.2按发动机功率的大小分类

1、超轻型 功率小于30kW,生产率低，适用在极小的作业场地。 2、轻型 功率在20~75kW之间，用于零星土方作业。 3、中型 功率在75~225kW之间，用于一般土方作业。

4、大型 功率在225~745kW之间，生产效率高，适用于坚硬土质或深度冻土的大型土方工程。

5、特大型 功率在745kW以上，用于大型露天矿山或大型水电工程工地。

1.2.3按传动方式分类

1、机械传动式

采用机械传动式的推土机具有工作可靠、制造简单、传动效率高、维修方便等优点，但操作费力，传动装置对载荷的自适应性差，容易引起发动机熄火，降低作业效率，在大中行推土机中已很少采用这种传动形式。

2、液力机械传动式

液力机械传动式是现在推土机采用的主要传动形式。采用液力变矩器与动力换挡变速箱组合传动装置，具有自动无机变速变扭，自动适应外负荷变化的能力，发动机不容易熄火，且可负载换挡，减少换挡次数，操作比机械式轻便，作业效率高等优点。施工经验证明，采用液力机械式传动的推土机，比同功率机械式推土机的生产率要高50%左右。液力机械式传动的缺点是液力变矩器在工作过程中容易发热，降低了传动效率；同时传动装置结构复杂、制造精度高，提高了制造成本，也给维修带来了不便。

3、全液压传动式

全液压传动式推土机的传动装置结构紧凑，由于前后传动部件之间可采用液压软管连接，在整机结构布置上铰为灵活。采用低速打扭矩液压马达驱动可获得与外负荷相适应的牵引特性曲线，能在不同负荷工况下稳定发动机转速，充分利用发动机功率。液压传动式推土机可借助液压泵或液压马达的变量功能和液压阀的换向功能实现自动无级调速和原地转向，操作十分灵活，且机械运行平稳，无冲击。德国利勃海尔公司曾对全

液压传动和液力机械式传动履带式推土机进行对比试验，其结果表明：全液压传动的推土机要比液力机械式传动的推土机节能10%，而传动效率和生产率则分别提高25%和15%-25%。全液氧传动由于液压元件制造精度要求高，特别是低速大扭矩液压马达制造难度较大，增加了制造成本且可靠性和耐久性较差，维修困难，故目前全液压传动应用不太普遍，只在中等功率的推土机上有采用。 4、电传动式

电传动式推土机装备有柴油机发动机组，将发动机输出的机械能先转化成电 能，通过电缆驱动电动机继而带动行走系统和工作装置。这种传动系具有全液压式传动系的诸多特点：结构简单，整体布置方便，操作灵活，可实现整机无级变速和原地转向。电传动比全液压传动工作更可靠。作业效率更高。但由于整机质量大，制造成本高，目前只有在少数打功率轮式推土机上应用。另外，也有直接用电网电力作为能源，以电动机为一级动力装置的电气传动式推土机。这种推土机主要用于露天矿开采和井下作业，没有废气污染。因受电力和电缆的限制，电气传动式推土机的使用范围受到很大的影响。

1.2.4按推土装置机构形式分类

1、直铲式推土装置

直铲式又称作固定式。直铲式推土装置，机构简单，但只能正对前面进方向推土，作业灵活性差，现仅用于中小型推土机。

2、斜铲式推土装置

斜铲式又称作回转式。现代大中型推土机大多采用可在水平面内和铅垂面内 调整一定角度的斜铲式推土装置，便于向一侧移土和开挖边沟。

1.2.5按应用领域分类

按应用领域推土机可分为普通型和专用型两种。普通型推土机通用性好，可广泛用于各类土石方工程施工作业；专用型推土机则是一种在特定工况下进行施工作业的推土机，专用性强，只适用于特殊环境下的施工作业。

专用型推土机有浮体推土机、水陆两用推土机、深水推土机、湿地推土机、爆破推土机、低噪声推土机、军用高低推土机等。浮体推土机和水陆两用推土机是浅水型推土机施工作业机械。浮体推土机的机体为船形浮体，发动机进、排气管装有导气管通往水面，驾驶室安装在浮体平台上，可用于海滨浴场，海底整平等施工作业。水陆两用推土机是两栖型推土机，主要用于浅水区或沼泽地带作业，也可在陆地上使用。潜入水下作业时，发动机必须通过伸出水面的导气管进，排气，并通过无线电进行遥控操作。深水型推土铲适合海底潜水作业，并配备辅助工程船提供电力，通过电缆驱动水下推土机。

湿地推土机为迪比亚履带推土机，可适应沼泽地的施工作业。军用高速推土机主要用于国防建设，平时用于战备施工，战士可快速除障，挖山开路。

1.3推土机发展概况

19世纪70年代中期，美国已有人使用简陋的马拉推土刮板平整土地。1906年履带式拖拉机的发明者、美国的霍尔特又研制出最早的汽油内燃机拖拉机，霍尔特曾经作为配套装置给拖拉机装上推土铲，成为世界上最早的推土机。

1909年，德国开始修筑规模宏大的高速公路网，由于第一次世界大战的原因，工程直到1921年才建成通车。德国在工程中开始大量使用推土机。1945年以后，在英国和欧洲大陆的重建工作以及美国许多建筑工程中，推土机都是不可缺少的重要施工手段。

推土机是铲土运输机械中生产历史最久、拥有量最多、应用最广泛的一个几种、美国是世界上生产履带式推土机最早的国家，推土机制造技术一直居领先地位。卡特彼勒公司是世界上最大的工程机械生产企业，生产的履带式推土机除系列基本型外，还有多种变型产品，不但品种齐全，而且结构新颖、性能新进，目前在世界市场上极具竞争力，日本的推土机工业虽然起步较晚，但发展十分迅速，已成为现代推土机的生产大国之一，小松制作所是日本最大的工程机械制造公司，不仅重视大型推土机的发展，同时还注重发展小型推土机，注重推土机的多用途和作业性能，生产的推土机也具有世界一流水平。该所于1991年研制成为世界上最大的D575A-2超大型履带式推土机，功率高达784kW，工作质量为132t，牵引力达1.96MN。

国外推土机技术近年来的发展主要是扩大电子技术的应用和提高推土机作业性能、可靠性、操作舒适性、维修保养性能一级在环境保护方面的一些新技术。美国卡特彼勒公司1995年底和1996年初相继推出D8R、D9R、D10R和D11R四种机型的R系列推土机，是该公司N系技术的应用。电子控制发动机，在D10R的3412发动机上采用了先进的液压驱动电子控制喷射系统（HEUI系统），该系统由液压系统、燃油系统、电子控制系电子控制系电控喷油嘴和传感器等部分组成。通过电子控制器可实现四个方面的控制：然燃料喷射压力、燃料喷射正时、燃料喷射持续时间和喷油量、燃料喷射状态，从而可改善排出气体成分、降低噪声和油耗、提高发动机可靠性及耐久性。卡特彼勒公司在D10R和D11R型推土机上设置了“电子控制的离合器/制动器转向系统”（ECB系统）。这种转向系统有多片式油冷却的离合器和可减弱阻力的免调整的制动器以及电子控制系统组成。ECB系统在操作控制上改变了传统的双手操作方式，由一个位于驾驶员左侧可单手操作的“轻触式控制器（FTC）”控制，可控制转向、机械的前进后退和换档。从20世纪80年代后期开始，滚翻保护系统（ROPS）和落物保护系统（FOPS）开始应用于驾驶室安全保护。现在，ROPS和FOPS已逐渐成为大、中型推土机的安全性标准

装备。卡特彼勒公司履带推土机D9R型上安装了最新的监视系统，电子计算机监视系统（CMS系统）该系统除了具有N系列推土机三级报警监视系统（EMS）功能外，还有一个能对数据进行记忆、存储和分析的电子控制器（ECM），能确定元件的故障征兆、每个开关电路的状态、显示各仪表和指示器上记录的最终数值。CMS系统这些功能有助于故障诊断和检修作业，大大降低了判断故障和排出故障所需要时间，提高了推土机的完好率。

我国的推土机近十几年来发展较快，现已发展为品种和系列较齐全的推土机制造行业。推土机专业制造制造厂家主要有山东推土机总厂。黄河工程机械厂、宣化工程机械厂、上海彭浦机器厂、郑州工程机械厂等。从20世纪70年代后期开始，我过先后引进小松制作所。卡特彼勒公司履带式推土机的制造技术，相继开发了TY180、TY220TY230等现代大、中型液压式推土机。我国以生产履带式推土机为主，除普通型推土机外，还生产多种型号的低比压湿地推土机和其他专用型推土机。20世纪70年代我国开始生产轮胎式推土机，现已初步形成系列。据统计，我国以生产履带式推土机为主，除普通型推土机外，还生产多种型号的低比压湿地推土机统计，我国生产的推土机已有30多种规格，年生产能力约4000台，产品结构有了很大改进，整机性能也有了很大提高，部分产品已达到国际先进水平。值得一提的是近年来一些民营企业开始计入工程机械制造行业，其产品也包括推土机。

国内的推土机生产厂家、工程机械科研部门和高等院校近年来对推土机技术的发展也做出了突出的成就。天津工程机械研究所和上海彭浦机器厂联合开发研制的上海410型履带式推土机是我国目前自行研制开发的最大功率的推土机，发动机功率为306kW，在研制过程只中成功地解决了大功率推土机动力传动系统的匹配，大功率变矩器的设计，重型结构件的焊接，低速大扭矩行星终传动齿轮、三角锥形花键的选材、加工、热处理等关键技术。工程兵工程学院研制开发了推土机切土深度自动控制系统，该系统是根据发动机转速的变化，利用单片机来控制铲刀液压缸升降，从而实现了推土机工作装置的自动控制。该系统在上海-120A型推土机装机试验中表明：可以减轻驾驶员操作强度，因而改善了操作条件；提高了推土机作业效率和质量，适合于履带式和轮胎式推土机安装使用。

第2章 工作装置液压系统设计

2.1 液压系统设计的内容与要求

2.1.1 液压系统设计要求

液压推土机依靠液压系统实现工作装置的各种动作，因此液压系统的性能直接影响

到推土机的技术经济指标。对推土机的液压系统有如下下要求：

(1)液压系统的设计要结合总体性能要求，综合考虑各种因素的影响。例如铲刀油缸的参数、个数、布置，由铲刀升降载荷及铲刀升降速度确定，而且还需要考虑铲刀结构、推土速度、司机劳动强度等因素。

(2)工作可靠，回路简单。例如推土机载荷变化急骤，但要求液压系统能平稳可靠地工作，无冲击。当过载时，不发生故障及损坏机件。

(3)注意标准化、通用化、系列化。尽量采用标准液压元件，不仅可缩短生产周期、降低成本，而且工作可靠，配件方便。

(4)液压系统效率高。系统效率低不仅对能量是个浪费，对整个液压系统危害也极大，所以系统匹配要合理(参数确定、基个回路的组合、元件与附件的选择以及管路布置等)。

(5)操作简便，维修容易。

2.1.2 液压系统设计内容及步骤

液压系统设计是整个推土机设计的一部分，它与主机设计是密切相关的，两者必须同时进行。

液压系统设计步骤大致如下： (1)明确设计依据进行工况分析； (2)确定液压系统主要参数； (3)拟定液压系统原理图； (4)液压元件的选择与计算； (5)液压系统发热计算；

(6)绘制正式工作图和编写技术文件。

设计开始时，首先必须明确以下几个主要问题。

1．弄清主机结构和总体布局。这不仅是合理确定液压元件工作范围的需要，也是

合理确定和调整液压执行元件的安放位置及空间尺寸限制条件的需要。从结构简单、工作可靠、运动速度一般不受限制等力面来考虑，油缸有其优越仕，所以推土机执行元件多为油缸。

2．明确推土机对液压系统的性能要求，如运动平稳性、动作精度、调速范围、系统温升、系统效率以及安全保护等。

3．明确推土机的工作条件，如温度、湿度、污染等情况。随着推土机使用范围的扩大，使用环境更为复杂，使用条件愈加恶劣，所以要求推土机性能要好、质量要高。了解这些以便正确的选择液压元件和液压油。

4．确定液压系统与其他传动系统和控制系统的分工配合、布置和相应的控制关系。 5．了解、搜集同类型推土机的有关技术资料。除了要了解液压系统组成、工作原理、使用情况及存在问题外，还应对系统工作压力选用情况等进行调查统计，为下一步设计工作准备必要的资料。

在上述工作的基础上，对推土机进行工况分析即动力分析，它是设计液压系统的基本依据。

所谓动力分析就是研究推土机在工作过程中，它的执行机构的受力情况，对液压系统来说，也就是油缸的负载情况。

2.2 油缸的负载

工作机构作直线往复运动时，油缸必须克服的外负载为：

F?F??Ff?Fi （2.1） F?——工作负载； Ff——摩擦负载； Fi——惯性负载。

2.2.1 工作负载

2.2.1.1铲刀油缸工作负载

(1)铲刀油缸活塞杆推压力

推土机在铲土时，强制铲刀切入土壤的切入力即为油缸中活塞杆的推压力Fep。Fep

值即为液压系统的原始依据。

(2)铲刀油缸极限提升力

铲刀油缸的极限提升力Fej是指提铲刀遇到障碍时，使推土机翘尾失稳的力。当已

知油缸的推压力Fep并确定液压系统压力后，油缸实际最大提升力Fej已确定，设计应饺Fej＜Fep加以保证推土机稳定工作。 2.2.1.2 松土器油缸工作负载

(1)松土器强制入土时油缸的推压力

松土器强制切入土壤时，油缸推压力Fep的最大值以推土机的纵向稳定条件为依据(参看图6—ll，a)。当松土器被活塞杆强制压入土壤时，若遇到不可克服的障碍物，推土机即绕履带前端A点倾翻。假设此时切削深度为零，则推土机受力有：推土机使用重量GTS、松土器自重GH、推土装置重量Gg及土壤对松土器的垂直反力Pz。Pz按稳定条件计算。

对A点取矩：

?MA?0

FZ()L?l3)?Ggl4?GTSl1?GH(L?l2)?0

Pz?GTSl1?GH(L?l2)?Ggl4L?l3（2.2） N

下面以平行双连杆松土器为例，进行油缸推压力Fep计算。取松土器为分离休。设上连杆受力为Fl，它与准线夹角α；下连杆受力为Fz，它与垂线夹角为α；油缸所受力Fes．与垂线夹角为β。

?X?0 F?Z?0 P?Fzessin??(F?Fz)sin??0 cos??(Fl?Fz)cos??0

es由上面两方程得：

Fes?Pzsin?（2.3） N

sin?cos??sin?cos?Fes系油缸小腔力，这是外界阻力对油缸的作用力。而油缸实际拉力Fes按下式计算：

??p Fes?(D2?d2)4?105N （2.4）

式中p-----液压系统工作压力，MPa；

（a） （b）

图2.1 松土器强制入土时油缸力的计算图

D，d——油缸活塞及活塞杆直径，mm。

一般来说，为了使推土机在任意工况下不致翘尾，稳定性好，可选择F(2)松土器提升时油缸作用力

推土机原地不动，松土器自最大松土深度提升时，如遇到障碍物，则在油缸力作用下推土机将绕履带接地最后端B点向后倾翻(见图2.2，a)。此时推土机受力有：G ts、Gg、GH、Pz。而Pz按稳定条件计算。

对B点取矩

ˊes

＜Fes。

?M?0

Pl1?Gts(L?l3)?Gg(L?l4)?GHl2?0

Gts(L?l1)?Gg(L?l4)?GHl2l3 Pz?

N （2.5）

（a）

图2.2 松土器提升时油缸力计算图

（b）

松土器提升时，推土机抬头失稳情况下油缸作用力Fet的计算，可取松土器为分离体. (见图2.2，b)。对于平行双连杆松土器，设上连杆受力F3，它与垂线夹角α；下边扦受力F4，它与垂线夹角为α；油缸所受力为Fet，它与垂线夹角β。

?X?0

(F3?F4)sin??Fessin??0

?Z?0

Fetcos??(F3?F4)cos??Pz?0

由上述两方程式得： Fet?Pzsin? N （2.6）

sin?cos??cos?sin?Fet系油缸大腔力，这是外界阻力对油缸的作用力。而油缸实际作用力Fˊet，按下式计算 Fet?p?D24?105N （2.7）

通常取Fet≤Fˊet，以达到推土机稳定工作的要求。

2.2.2 摩擦负载

摩擦负载，即油缸驱动工作机构工作时所要克服的机械摩擦阻力。其计算公式为：

Ff?fFnN （2.8） 式中 Fn----正压力，N； F-----摩擦系数

静摩擦系数 f?0.2~0.3 动摩擦系数 fd?0.05~0.1

2.2.3 惯性负载

惯性负载即运动部件(铲刀、松土器)在启动和制动过程中的惯性力。

Fi?ma?G?v?N （2.9） g?t式中 m-----运动部件的质量，kg； α----运动部件的加速度，m／s2； G-----运动部件的重量，N； g-----重力加速度，g=9.81 m／s2； ?v---速度变化值，m／s； ?t----启动或制动时间，s。

铲刀升降速度直接影响到生产率，希望铲刀提升时间尽量缩短，起始速度要仇铲刀迅速提起，之后渐斯减速，终了时速度最低，以减少冲击。一般说来，速度的变动范围不宜大于其平均值的10％。由于液压控制系统进一步完备使得液压缸升降速度有的已超过O．2m／s。 ，

油缸在一个工作循环中，一般要经历以下四种负载工况： 启动时

F?Fe?fiFn （2.10） 加速时

F?Fe?fAFn? 恒速时

F?Fe?fdFn （2.12）

G?v? （2.11） g?t

制动时

F?Fe?fdFn?G?v? （2.13） g?t2.3 确定液压系统的主要参数

压力和流量是液压系统最主要的参数。根据这两个参数来汁算和选择液压元件、辅件和原动机的规格型号。系统压力选定后，液压缸尺寸即可确定，液压缸尺寸一经确定，即可根据液压缸的速度确定其流量。

2.3.1 系统液压的确定

系统压力选定的是否合理，直接关系到整个系统设计的合理性。在设计一个新的液压系统时，最佳的工作压力应是在特定的条件下各项设计因素的较好结合。这些因素主要包括以下几个方面。 1．经济和重量因素

在液压传动中，系统所传递的功率是压力和流量两个参数的乘积，这就说明这两个参数是紧密相关的。如果系统功率一定，系统压力选得低，则元件尺寸大，造成主机体积变大，自重增加，是不经济的。若选取较高压力，则元件尺寸减小，主机结构紧凑，重量减轻，较经况。但继续提高系统压力，也会出现相反情况，相应元件强度要增加，材质要提高，制造精度也要提高，经济效果变差。

重量与尺寸在固定式机械中，不是最主要的因素。但在自行式的工程机械中，尺寸和重量就成为一个较突出的设计因素。

2．其他因素

(1)提高系统工作压力，将对密封装置、元件和辅件的加工精度提出更高的要求。 (3)提高系统压力，会降低液压元件的容积效率，导致系统发热增加。 (3)系统压力的提高，会使元件、辅件寿命降低，系统可靠性下降。

对推土机液压系统来说，系统压力一般为14—20MPa，属于中高压。但大型推土机也行向高压发展的趋久要满足推土机的作业要求，在整机匹配上，工作装置油泵消耗的功率，一般占总功率的30%-40%，所以大型推土机的系统压力采用高压级范围(20MPa)。 我们这里也采用高压级范围(20MPa)。

2.3.2 计算油缸流量

1．计算油缸尺寸

油缸的有效面积和活塞杆直径，可根据油缸负载的平衡关系式得出。 油缸无杆腔(大腔)为工作腔时（图3.3）： P1A1?P2A2?油缸有杆腔(小腔)为工作腔时： P1A2?P2A1?式中 P1-----油缸工作腔压力，MPa； P2-----油缸回油腔压力，MPa；

FF?am（2.14） N

?am （2.15）

A1-----油缸大腔有效面积，m2

A1??D24;

A2-----油缸小腔有效面积，m2 A2??4(D2?d2);

D-----油缸活塞直径，m； d-----油缸活塞杆直径，m； F-----油缸的最大外负载，N；

??m---油缸的机械效率，一般取0.9～0.97。

当按以上公式决定油缸尺寸时，需先确定d／D比值,可按下述原则考虑。 当活塞杆受拉时，一般取d／D＝0.3～0.5，压力高的取小值，压力低的取大值。

图2.3 油缸计算简图

当活塞杆受压时，为保证活塞杆工作的稳定性，d／D比值应较大，一般取d／D＝0.5～0.7。可根据油缸往返速比i?v2/v1的要求来选取(见表2.1)，其中v1、v2分别为油缸正反行程速度。

表 2.1 d/D的取值

i d/D 1.1 0.3 1.2 0.40.5 1.33 0.5 1.46 0.55 1.61 0.62 2 0.7 最后油缸直径D和活塞杆直径d应圆整为国家标准值。还需指出的是，由初选的系统压力出发，按油缸最大负载，算出其结构尺寸，再按尺寸的标准系列取标准值后，再复算油缸的工作压力，即为实际的系统压力。

代入数据得出油缸尺寸为110mm。 2.计算油缸所需的流量 油缸的最大流量

Qmax?Avmaxm3/s （2.16）

式中 A-----油缸的有效面积（A1或A2），m2； Vmax---油缸的最大速度，m／s。

如果系统中同时有多个油缸进行动作，又是采用并联回路，应以同时工作各油缸流量之和，作为选择阀、油泵型号和规格的依据。回路为串联时其油缸流量最大者为系统流量。

2.4 拟定液压系统原理图

液压系统图是表示液压系统的组成和工作原理的。它是以简图的形式全面具体地体现设计任务中提出的技术和其它方面的要求。所以拟定液压系统图是液压系统设计的一个重要步掠。它涉及的面广，需要灵活地综合运用液压技术知识。

首先应确定基本回路，它是决定主机动作和件能的基础，是组成成系统的骨架。然后在此基础上再增没其他辅助回路，便可组成一个完整的液压系统。

确定回路时，首先要抓住推土机液压系统的主要矛盾。推土机液压系统对变速、稳速要求不严，所以对速度的调节、换接和稳定就不是系统的核心。推土机对速度无严格要求，以输出力为主，特别是大型推土机液压系统功率的调节和分配就成了系统设计的核心，其系统特点是多泵复合油路。

推土机虽然对速度要求不严格，但仍有调速和微动要求。一是通过发动机油门调速，用调节油门大小来改变发动机转速，即改变油泵转速，从而改变油泵的流量，以达到对

执行机构的调速要求，实质上是一种容积调速。好处是无节流损失，可减少系统发热．但调速范围受到一定限制。二是往往还配以节流调速，一般不是利用节流阀。而是利用滑阀式换向阀进行节流调速。

参考现有产品，结合所学的液压知识，推土机工作装置液压系统原理图如图2.4：

1-工作油箱 2油泵 3-主溢流阀 4，10-单向阀 5-铲刀换向阀 6，7，12，13-补油阀 8-快速下降阀 9-铲刀升降油缸 11-松土器换向阀 14-过载阀 15-选择阀 16-松土器升降油缸 17-先导阀 18-锁紧阀 19-松土器倾斜油缸 20-单向节流阀 21-铲刀倾斜油缸换向阀 22-铲刀倾斜油缸 23-滤油器 24-转向油箱 25-变矩器、变速器油泵 26-铲刀油缸先导随动阀 27-松土器油缸先导随动阀

28-铲刀倾斜油缸先导随动阀 29-拉销换向阀30-变矩器、变速器溢流阀

31-拉销油缸

图2.4 推土机工作装置液压系统图

第3章 工作装置

中小型推土机发展早即可完成铲掘和推运任务，使用时间长，由于其作业对象是中等坚实度的土质，仅用推土铲，因此推土铲被公认是推土机的传统工作装置。随着经济建设规模的不断扩大，要求推土机的铲掘能力进一步提高，但不能只用提高牵引力的办法来铲掘岩石和硬度很大的土质，而是为大、中型推土机配备了松土器。先将坚硬土质用松土器松散之再用推土铲进一步铲掘和推运。可见，松土器已成为大中型推土机不可缺少的工作装而且用它松土可代替打眼放炮的施工方法，大大降低了工程造价，就更显示了松土器的生命力。绞盘装在推土机后部，用来进行拖拽圆木、铺管、牵引作业和简单的起重作业。

推土机的工作装置有推土铲、松土器、绞盘和牵引钩。本机型使用推土铲和松土器。

3.1 推土铲

根据不同工作场合的作业要求，可将推土机分成不同的功率等级。中小型推土机，除了铲掘和推运不太硬的土质之外，还往往进行回填和向一侧排土，或者用铲刀之一角在地面开挖小沟，或者用来平整具有一定坡度的平面。总之，中小型推土机的作业种类多、应用范围广，因此，其铲刀要能够在水平面内回转、在垂直面内倾斜。而大型推土机的作业方式较少、应用范围较窄，要求它有强大的铲掘能力和推运能力，这样，装备有固定式直铲即能满足使用要求，也要求推土铲能在垂直面内倾斜，以便利用铲尖作业或适应斜坡作业。

推土铲安装在推土机的前端，当推土机处于运输工况时，推土铲被液压油缸提起；推土机进入作业工况时液压油缸降下推土铲，将铲刀置于地面，向前可以推土，向后可以平地；推土机在较长时间内牵引作业时可将推土铲拆除。铲刀的几何形状及切削参数对于铲土阻力、铲刀聚土和铲土过程的能量消耗都有决定性影响。因此，铲刀的结构参数对其作业性能有至关重要的影响。另外，顶推梁和撑杆是为铲刀服务的，对它们的要求主要是在强度和刚度方面。

按履带推土机功率和底盘结构，生产厂家会推荐配备不同形式的推土铲。主要有如下几种形式。

3.1.1 铲刀型号

3.1.1.1S型直倾铲

直倾铲是专门为连续进行重切削作业而设计的，其框架和连接部分都比较坚固，适用于短程或中距离的推土作业。推土铲的板壁呈曲面形状，推土时可使土壤滚翻升起，从而减少推土机阻力。分为单液压缸加调节杆倾斜和双液压缸倾斜。一般作为履带推土机的标准配置，参见图如下。图中铲刀宽度为B高度为N，铲刀可上升距离为H，下降到地平线一下的距离为K，垂直面内摆动距离为T，切削角度克变化量为。 3.1.1.2 A型铲

A型角铲是提供斜铲作业用的，可以摆直或向左右呈25度角安装，特殊角铲的偏转角度可达55度，此时铲刀的正面宽度小于两履带宽度，方便运输。角铲的板壁比直倾铲有更大的曲面弯度，以便于单边推土时，使土壤更容易翻滚和升起。角铲比直倾铲宽，高度小很多，铲刀容来那个有所减小。左右倾斜角度。 3.1.1.3 U型通用式推土铲

通用式推土铲是以作长距离和大量推土作业。两边的斜壁用来夹持土料，中部板壁则让土壤翻滚和升起。U型铲横向结构形式呈U型，具有强大的集土能力，和运土能力，主要用于运土距离较远（50m以上）和较松散物料的堆积场地作业，运距50m时生产率可提高40%，运距较短是经济效果不明显。 3.1.1.4 半U型通用式推土铲

半U型铲介于直倾铲和U型铲之间。 3.1.1.5 PAT万向铲

万向铲可由液压缸实现铲刀升降、铲刀倾斜和铲刀在垂直面内的摆动。有两种布置方式，一种顶推梁布置在台车架上，在履带外侧；一种顶推梁布置在主机架上，在履带内侧。

3.1.1.6 VPAT可变切削角式万向铲

铲刀切削角度的调整通过手动调节倾斜杆，其他功能和万向铲一样。

3.1.2推土铲的结构类型

按照履带推土机功率和底盘结构的不同,履带推土机可以配备的推土铲的形式是多种多样的。下面详细介绍几种常用形式的推土铲。 3.1.2.1推土铲的横向结构形式

推土铲铲刀的横向结构外形一般有直线形和U形两种，根据不同场合的需要还有半U铲、环卫铲、电厂型铲、沙漠铲、湿地铲、岩石铲、万向铲等。直线形推土铲可以是

固定式(直铲)或回转式(角铲)。

直线形推土铲切削力大，但推土铲两侧有溢土现象，推土铲前土堆的形成时间较长，因此，主要用于短距离土的剥离和运输。而U形推土铲的集土、运土能力较大，因此它主要用于运土距离较远的堆积场地。 3.1.2.2推土铲的纵向结构形式

推土铲纵向外形结构，有圆弧型和复合型两种。复合型推土铲除了有圆弧段外，还有直线段，直线段大多在下部，也可以在上部。固定式铲刀推土机往往采用下部为直线段的复合型推土铲。回转式铲刀推土机往往采用圆弧形推土铲，这是因为在斜铲作业时，推土阻力小，平地效果好。 3.1.2.3推土铲的断面结构形式

推土铲断面的结构形式有开式、半开式、闭式式三种形式，如图3.1所示。小型推土机一般采用结构简单的开式推土铲；中型推土机常采用半开式推土铲；大型以上推土机作业条件恶劣，为保证足够的强度和刚度，需要采用闭式推土铲。

图3.1 推土铲断面形式

推土铲两侧轮廓，固定式为直角外形，回转式为曲线外形。

推土铲的形状对减少作业过程中的能量消耗，提高作业效率有很大关系。合理的铲刀外形，土的切削阻力较小，土屑沿铲刀面向上滑移时，摩擦功消耗较小，并且在向上滑移的同时，向推土铲前面翻落容易形成较大的土堆。由土的切削模拟试验可知，对于同样的土，当切削面积相等时，推土铲外形稍有改变，切削阻力就随之改变(相差8%左右)，所需的顶推力不同，因此在设计推土铲外形时要综合考虑以下因素:

①土屑在推土铲上易向前翻落，不应越过刀背散落在推土板的后面； ②推土铲前积土量要多；

③土屑沿推土铲表面上升变形小，土的切削阻力小； ④推土铲卸土干净，不易附着湿土。

另外，推土机作业时，铲刀的角度对于减少推土阻力、提高作业性能也很重要。推

土机铲刀在作业中通常有平面角、倾斜角和切削角三个基本角度，如图3.2所示。

图3.2 铲刀角度示意图

①平面角:平面角是指在水平面内，铲刀与推土机纵轴线的夹角。直铲推土机的平面角为90且固定不变，其作业的稳定性好。角铲推土机的铲刀平面角在一定范围内可调。

②倾斜角:倾斜角是指在垂直面内铲刀与地面所夹的锐角。铲刀在垂直面内倾斜一定的角度后称为侧铲，侧铲主要用于道路拱形路基的整形，道路边沟的开挖或疏松坚硬的土壤。

③切削角：切削角是指铲刀支于地面时，刀片和地面所夹的角。改变切削角的大小可改变铲刀的切土阻力，适应不同等级的土壤，提高作业效率。

。

3.1.3 推土机作业装置主要参数及结构尺寸的确定

4.1.3.1 铲刀高度和宽度

这两个参数决定了推土机的推土容量，因此是决定推土机生产率的重要参数。 ① 铲刀高度Hg铲刀支地，沿地面垂直方向量出的铲刀高称为铲刀高度Hg。铲刀高度取决于发动机的额定功率。Hg可按以下经验公式确定。

固定是铲刀高度Hg：Hg?5003FKp?5FKP (mm) （4.1） 回转式铲刀高度Hg：（4.2） Hg?4503FKP?5FKP (mm)

式中FKP————为推土机在推图作业速度下所能发挥的有效牵引力，以10KN为单位。

②铲刀宽度Bg是指铲刀切削刃外廓宽。推土机铲刀必须有自身开辟道路的能力，因此铲刀宽Bg必须大于两侧履带每边25~30mm。一般来讲，用同一主机，在要求相同容积的土方作业时，可用不同宽度的推土铲，土壤越是松软，宽度可相应大些。

当铲刀高度确定以后，可以用下列经验公式确定铲刀宽度Bg的值。

固定式铲刀： Bg=(2.5~3)Hg （4.3） 回转式铲刀： Bg=(3.5~4)Hg （4.4） 3.1.3.2 推土铲角度参数

推土铲的角度参数包括切削角δ、后角а0、前翻角βk、推土铲斜装角ε、挡土板安装角βz、推土铲水平面回转角Ф、推土铲垂直面倾斜角ξ等。（如图3.3）

图3.3 推土铲角度参数

① 切削角 是铲刀支地，刀片与地面间的夹角。切削阻力与有关，越小，切削阻力就越小。通过试验得出结论：δ在20?~30? 时切削的阻力最小。但是，由于推土机作业时，必须保证后角??30?，因此过小不仅使得不到保证，而且会引起刀刃尖角过小，使刀片强度受到影响。所以，在实际设计时，一般取??(45?~60?)?10?。

② 后角 是刀片后段斜面与地面的夹角。一般去??30?~35? 。上面已经提到，最好不能小于30，否则，由于地势起伏会出现刀片背后接地现象，从而增加摩擦力，降低切削能力。

③ 前翻角βk是推土铲最上缘切线与水平面间夹角。βk的选择主要考虑使土屑沿推土铲上缘向前翻滚性能良好。βk值随推土铲上部曲面的曲率半径的变化而改变。 βk过大，会使土壤里开上缘时不能向前翻滚，βk过小，必然要减小推土铲上部的曲率半径，这就增加了土壤沿推土铲向上滑动的阻力，也增加了土壤对推土铲的法向压力，从而增加了土壤粘结在推土铲上的可能性。考虑到推土机上坡(βk增大)和下坡(βk减小)的影响，一般取?k?60?~70? 。

④ 推土铲斜装角 是指整个推土铲与地面倾斜安装的角度。一般取??70?。过小，一方面土屑易从推土铲上缘往后翻落；另外，由于推土板上积土太多而引起铲刀提升阻力增加。过大，切削角随之增大，使得土屑上升变形加大，增加切削阻力。

⑤ 挡土板安装角?z 是指推土铲上部挡土板与地平面的夹角。一般取

。

??90?~100? 。加装挡土板的目的是防止土屑往推土板后面翻落并曾节推土板前积土

量。

⑥ 挡土板回转角 是指在水平面内，推土铲与推土机纵向轴线的夹角。从土壤切削试验可知，当??40?时，土的侧移阻力显著减小，但由于结构位置限制，一般不易

达到上述要求。对于回转式铲刀，侧向排土时，的变动范围为60~90 。

7 推土铲倾斜角 是在垂直面内推土铲与地平面的夹角。○有了角，能使推土机

。。在坡地上横向推出水平切面，以及在平地上推出横坡。另外对于较坚硬土，可用铲角作业。参的调整范围，用螺杆调整的取???5?，用油缸调整的取???(5??12?)。 3.1.3.3 推土铲曲率半径

推土铲曲率半径R是决定推土铲形状的重要参数之一。它直接影响推土机的作业性能。R过小面翻落，增加土屑沿推土铲上升阻力，并且导致卸土不干净；R过大，土屑容易向推土铲后，减少推土铲前面积土量。因此确定R值要综合考虑上述因素，其中最主要的就是避免土屑向推土铲后面翻落，也就是要求你?k?90?。R的具体数值可按经验公式计算，一般需满足R>(0.8~0.9)Hg，通常取R=Hg。 3.1.3.4 推土铲直线部分及挡土板尺寸

挡土板垂直高度一般为(0.1~0.25)Bg的宽度，不小于推土铲宽度的1/2；挡土板下边的宽度，固定式推土铲取其为推土铲宽，回转式推土铲则取其为推土铲宽的75%。 3.1.3.5 顶推架与台车架的铰点位置

顶推架铰接在台车上，其铰点位置影响铲刀升降机构的运动，它与铲刀升降高度、顶推架长度等参数有关。顶推架铰接在台车架的哪个位置，有两种观点：一是铰接点位于台车架的中点；二是处于台车架的偏后位置，甚至很靠近驱动轮轴承。其好处是在推土铲升降时，特别是铲掘深度有变化时，可使推土铲的切削角变化较小。

3.1.4 推土作业装置强度分析

推土机在土石方工程中被广泛应用，推土作业装置是其承受工作载荷的主要部件。在复杂多变的工作外载作用下，分析计算推土作业装置在不同工况、不同部位危险点的应力分布，是推土机推土作业装置设计所必需的。

作业装置的工作可靠性是通过金属结构内部的应力状态反映出来的。

目前多采用有限元分析方法来确定它的应力状态，为了使有限元分析计算更符合实际情况，首先应当确定它的计算工况，即外载荷的大小和作用位置。

确定推土机推土作业装置的计算位置也就是确定受力最大的位置以及处于该位置时的计算条件，其实质就是选择几种最典型的工况作为分析位置。

在对推土作业装置计算分析时，主要分析计算以下五种工况。 3.1.4.1 第一种工况—推土机中部顶到障碍物

其计算条件是：

① 推土机在水平地面作业；

② 带土的推土铲从切削位置提升到运动位置;

③ 推土机功率足够大，在提升推土铲的同时，以最大顶推力向前，即可能使推土机翘尾失稳同时履带打滑；

④ 对于回转式推土机，平面转角价为最小。 3.1.4.2 第二种工况——推土铲中部突然顶到障碍物

其计算条件是：

① 推土机在水平地面作业；

② 铲刀在固定位置切土（液压缸闭锁）；

③ 推土机功率不能在提供最大顶推力的同时提升推土铲；

④ 推土机具有最大顶推力，并考虑冲击、惯性等动载因素，取动载系数。Kd=1.5~1.7. 推土铲、顶推架、铲刀提升机构等零部件强度按上述两式计算。 3.1.4.3 第三种工况——推土铲侧角顶到障碍物

其计算条件同第一种工况的计算条件。此工况进行强度计算的零部件有顶推架、斜撑杆、铰销轴、回转式铲刀的推土铲等。 3.1.4.4 第四种工况——推土铲中部强制切土

其计算条件是：

① 推土机在水平地面作业；

② 铲刀中部顶到障碍物上，且全力向下施压；

③ 推土机功率足够大，铲刀在强制入土同时，以最大顶推力向前，即可能使推土机抬头失稳同时履带打滑；

④ 切削深度为零。 3.1.4.5 切削深度为零

① 推土机在水平地面作业；

② 铲刀侧角顶到障碍物上，且全力向下施压；

③ 推土机功率足够大，铲刀在强制入土同时，以最大顶推力向前，即可能使推土机抬

头失稳同时履带打滑； ④ 切削深度为零。

推土机的顶推杆、斜撑杆、铰销轴等零部件按此位置计算。

3.1.5推土装置的确定

推土铲最终设计为角铲，高度为1055，宽度为4360，拉杆等采用Q235钢，推土板因有一定的摩擦，所以采用16Mn，切削刃为主要摩擦零件，故采用Cr-Ni-Mo钢。

结 论

在为期三周的课程设计中，我们就所设计的内容对所学过的工程机械知识进行了复习，同时也对《机械设计》与《液压传动与控制》等做了重点的复习及加深。另外，由于我们设计的题目是《推土机工作装置设计》，所以我们又学习了在以前没学的关于推土机的一些知识，了解和掌握了结构件和液压系统设计的一般步骤，为以后的工作奠定了基础。我们在做设计的同时又把推土机图形直观的表达了出来，对于整个问题的深入分析有了直观的了解，更加的便于理解。在这个过程中，我们运用CAD、pro/e绘图工具，设计了推土机的各个结构件长度尺寸和连杆各铰点的位置，与传统手工绘图相比，CAD绘图精确性高，绘图方便，在整个机构设计过程中大大减小了设计的工作量，在绘图过程中，整体的复制、偏移、移动等显的极为方便，在试凑工作装置机构的长度及铰点位置的过程中得到了充分的体现。

但是在设计中还有许多不尽人意的地方，比如对液压系统基本回路方面的知识了解的比较肤浅！还有在对液压系统进行估算时常常把某些意义相近的概念相混淆！希望这些知识会在以后的不断学习中有所提高！

（小三号黑体，段前0.5行，段后0.5行，单倍行距）

参考文献

[1] 周复光. 铲土运输机械设计与计算[M].北京: 水利电力出版社，1986:99-117. [2] 马永辉等.工程机械液压系统设计计算[M].北京：机械工业出版社，1985：225-235. [3] 朱齐平.进口工程机械使用维修手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 2001：51-83. [4] 周萼秋等.现代工程机械[M].人民交通出版社, 1997：66-87.

[5] 何挺继，朝勇.现代公路施工机械[M].北京:人民交通出版社，1999：77-109. [6] 卢和铭，刘良臣.现代铲土运输机械[M].北京:人民交通出版社, 2003：201-221. [7] 杨晋生. 铲土运输机械设计[M].北京：机械工业出版社. 1981：103-143. [8] 杨国平，龙国键..现代工程机械技术[M].北京:机械工业出版社，2003：55-90. [9] 诸文农.履带推土机结构与设计[M].北京：机械工业出版社，1986:97-161. [10] 成凯，吴守强，李相锋.推土机与平地机[M].北京：化学工业出版社，2006-09：1-12，117-135.

[11] 杨国平,刘忠. 现代工程机械液压与液力实用技术[M].北京：人民交通出版社，2003：160-163.

[12] 吴庆鸣，何小新主编.工程机械设计[M].武汉：武汉大学出版社，2006：35-82.

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