资源描述
资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
第1章 绪 论
1.1概述
1.1.1 沥青混合料摊铺机的发展历史
国内外有很多摊铺机生产公司, 种类繁多, 功能齐全。各个公司从早期单一产品发展到今天, 已有成套的生产技术, 满足各种道路的建设。依据自动找平系统在摊铺机中的应用性能以及液压技术对机械传动的取代, 我们能够从三个阶段了解摊铺机的发展。
( 1) 20世纪30～50年代摊铺机
这类是第一种型号的沥青混合料摊铺机, 德国VOGELE是这个时期生产摊铺机的代表, 前者在20世纪30年初期生产了轨道式摊铺机, 靠轨道作为基准来保证路面的平整度; 后者在1937年推出了拖式摊铺机, 它由拖拉装置和浮动熨平装置组成, 结构简单, 尺寸较小。该拖式摊铺机供料装置简单, 不能根据需要实现控制进料的大小; 在找平性能方面, 仅采用了浮动熨平板的自动找平特性, 其找平效果差。
( 2) 20世纪50～70年代摊铺机
20世纪50～70年代, 随着液压技术的成熟以及自动控制理论的发展, 摊铺机在功能上有了较大的进步, 除了摊铺宽度和厚度有所增加外, 在找平装置、 供料系统等方面与前类相比有着本质的改进。
( 3) 20世纪70年代至今的摊铺机
近年来, 随着电子技术、 计算机控制技术等的发展, 摊铺机性能上得到了进一步的完善, 多数摊铺机已经走向智能化和数字化时代, 具体涉及到自动调平系统、 自动供料系统、 行走驱动系统等内容的改进。
而中国的摊铺机工业起步较晚, 20世纪60年代才有了自己的生产厂家。这些制造单位是在引进国外技术的基础上生产的, 很大程度上受到国外技术发展的制约。如西安筑路机械有限公司在20世纪70年代与交通部公路科学研究所研制了中国第一台LT6型轮式摊铺机。
而现在, 中国已经有多家生产单位, 而且能够独立设计和研发, 其中包括徐工集团、 三一重工、 中联重工等等而且生产的摊铺机已经能够与国外的同类型的摊铺机相媲美。
1.1.2 国外沥青混合料摊铺机的发展与研究现状
早在本世纪30年代, 德国VOGELE公司就已生产出了早期的专用摊铺机, 用于当时道路的铺筑, 到当前已有70多年的发展历史。
而且, 发达国家十分重视沥青混合料摊铺机的研究和发展, 摊铺技术不断发展和完善。在美国, 欧洲和日本的工业发达国家和地区, 均有多家摊铺机专业制造商与相应的开发研究机构。
在技术开发和研发上, 她们成熟地应用了机、 电、 液一体化技术, 使沥青混合料摊铺机具有结构合理、 功能完善、 性能稳定、 安全可靠、 易于维修等优点, 而且仍在不断地采用新理论、 新技术、 新工艺、 新材料改进结构和功能, 使产品不断更新换代。
就当前而言国外沥青混合料摊铺机技术发展状况可归纳为如下几点:
( 1) 产品系列发展更加丰富
为满足高等级公路路面整体平整度要求, 减少路面接缝, 摊铺机的大型化当前稳定在最大摊铺宽度16m左右。同时, 为了适应路面养护的小型工程施工的需要, 小型摊铺机也得到了很大发展, 其结构功能更加完善、 性能更加稳定。
( 2) 智能一体化的先进摊铺机代替各种老产品
1) 自动转向、 GPS定位系统、 无线通讯及远程控制;
2) 作业速度和供料速度的自动控制;
3) 找平一体智能化控制;
4) 全自动无人驾驶减轻操作工人的劳动强度, 提高舒适性;
5) 微电脑控制。
( 3) 双层沥青混合料铺层一次性完成
施工试验研究表明: 这种施工工艺可使双铺层之间早热状态下接合、 粘接更好, 整体强度更高; 两层之间无需专门喷洒粘接剂, 具有可节约大量沥青材料, 提高摊铺生产效率的诸多优点。
1.1.3国内沥青混合料摊铺机的发展与研究现状
中国的摊铺机工业起步比较晚, 20世纪60年代才有了自己的生产厂家。这些制造厂在引进国外技术的基础上进行生产, 很大程度上受到国外技术发展的制约。
1989年徐州工程机械集团路面机械公司从德国VOGELE公司引进具有世界领先水平的沥青砼摊铺机生产制造技术, 经过10多年的消化吸收、 改进和技术创新, 形成了中国第一条年生产能为500台的摊铺机装配流水线, 并推出具有国际先进水平并代表中国摊铺机制造水平的RP800型沥青砼摊铺机, 该机采用当今世界先进的数字式、 微电脑控制技术, 整机技术性能接近当今世界先进水平, 但还未开始产业化生产。 年该公司与德国ABG公司合作, 由于吸收了ABG 和VOGELE两公司产品的优点, 该公司现在推出的LTU125摊铺机质量较好。当前该公司是国内最具实力、 品种最齐全的摊铺机生产制造厂家。
陕西建设机械集团有限责任公司与德国ABG公司联合生产摊铺机已近 , 1992年该公司经过技贸合作与德国ABG公司联合生产摊铺机, 先后组装生产了ABG-TITAN411、 TITAN423、 TITAN323、 TITAN 325、 LTL60等多种型号摊铺机。该公司生产的ABG423已成为中国修筑高等级公路的首选品牌。
西安筑路机械有限公司在20世纪70年代与交通部公路科学研究所研制了中国第一台LT6型轮式摊铺机, 之后相继开发了LT1200、 GTLY750、 LT700、 L T600、 LTU4型履带式和LTY8、 LT5等型号的轮胎式摊铺机, 生产的摊铺机型号较齐全。
另外, 天津鼎盛工程机械公司、 镇江华晨华通路面机械有限公司、 成都新津筑路机械股份有限公司、 南阳陆德筑路机械制造有限公司、 陕西中大机械集团有限公司、 西安燎原路面机械有限公司、 中联重科、 三一重工、 四平筑路等企业都能生产沥青混合料摊铺机。
1.1.4 沥青混合料摊铺机未来的发展趋势
( 1) 向大型化和小型化发展
很多情况下需要摊铺机一次性摊铺整个宽幅的路面, 为此, 开发了宽度大于12 m的沥青混合料摊铺机, 如VOGELE公司的S2500型摊铺机的最大摊铺宽度达到了16m, 最大摊铺厚度为40cm。
为了适应高速公路的修补作业和乡村道路的铺筑, 沥青混合料摊铺机也向小型化发展, 例如BTELLT公司推出了功率仅为13马力、 摊铺宽度为0. 9～1. 8m的沥青摊铺机。
( 2) 向多功能化发展
摊铺机不但需要摊铺沥青混合料, 有时需要摊铺厚度为25cm以上的稳定土, 要求摊铺机具有一机多能。为此, 采用了相应的技术措施, 主要有加大发动机功率、 选用载重型液压系统、 增强散热能力等。如中联重科的LTU90型摊铺机, 选用力士乐的A4VG系列油泵、 双层液压油散热器; ABG公司的TITAN326型摊铺机, 其发动机功率加大到160kW, 明显增强了摊铺机在多种工况下的适应能力。
( 3) 向技术含量高方向发展
CAN( 控制器局域网络) 是工程机械中最常见的现场总线, 它是有效支持分布式控制或实时控制的一种串行通信网络。通信介质可选用双绞线、 铜轴电缆和光纤。现在的摊铺机都是基CAN总线控制系统。
电子监控与故障诊断技术主要是指对摊铺机进行在线的智能监控、 检测、 预报、 远程故障诊断与维护, 实现摊铺机的监控与故障诊断智能化。
无人驾驶技术也是摊铺机的一个发展方向。在特定的施工作业中, 如易塌方区、 辐射或有害健康的作业区等, 需采用专用、 带有遥控装置、 高智能、 无人驾驶的摊铺机。随着自动控制、 机器人及网络技术在摊铺机领域的不断渗透, 采用定向导航和位置诱导原理, 依靠无线或有线通信、 自身机械操作和自身监控信息反馈处理系统, 经过计算机, 无人驾驶技术在摊铺机上逐步得到应用。 清华大学和徐州工程机械厂科技路面机械分公司联合开发了国内第一台无人驾驶的摊铺机, 具有弯道的定径摊铺、 机械的智能故障诊断等优点。
1.2虚拟样机技术
虚拟样机技术是上世纪80年代逐渐兴起的基于计算机技术的一个新概念。从国内外对虚拟样机技术( Virtual Prototyping, VP) 的研究能够看出, 虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段, 在不同应用领域中存在不同定义。
虚拟样机定义: 虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型, 它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度。
虚拟样机设计: 利用虚拟样机代替物理样机来对其候选设计的各种特性进行测试和评价。
虚拟样机设计环境: 是模型、 仿真和仿真者的一个集合, 它主要用于引导产品从思想到样机的设计, 强调子系统的优化与组合, 而不是实际的硬件系统。
虚拟样机技术是将CAD建模技术、 计算机支持的协调工作( CSCW) 技术、 用户界面设计、 基于知识的推理技术、 设计过程管理和文档化技术、 虚拟实现技术集成起来, 形成一个基于计算机、 桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。
1.3 本课题的主要研究内容
能够正确掌握沥青混合料摊铺机结构与构造, 并通晓其工作原理, 综合力学、 数学、 仿真软件等科研方法去解决实际工程机械存在的诸多方面的缺陷, 使其在技术、 性能、 经济等方面最大限度的满足各种施工的需要。本文专门针对沥青混合料摊铺机的行驶机构和输料机构进行三维可视化处理, 生成三维实体模型, 并对该三维实体结构进行运动仿真, 最后针对主要结构零部件进行有限元分析生成应力云图, 进行对比后, 再进一步完善设计。建模方式选用了广泛应用的Pro/ENGINEER软件进行建模。有限元分析软件也选用了Pro/MECHANICA减免了许多繁琐的转换。
1.3.1 分析摊铺机输料机构与行驶机构工作原理和特点
了解摊铺机输料机构与行驶机构的基本组成部件, 分析摊铺机输料机构与行驶机构的工作原理和不同结构形式摊铺机输料机构与行驶机构的特点和不足之处, 最终确定结构设计方案。
1.3.2 摊铺机输料机构和行驶机构设计及运动仿真
根据给定的工况、 功能、 技术要求和参数, 构思出来的设计方案, 对摊铺机的输料机构和行驶机构中主要零部件进行结构设计, 并进行尺寸计算和强度校核。在设计过程中借助现代CAD/CAM技术, 大大缩短了产品的设计周期。针对前期所完成的结构设计进行运动仿真和有限元分析。
第2章 摊铺机的总体结构及工作原理
2.1摊铺机的分类
沥青混合料摊铺机广泛适用于公路和城市道路的建设和养护, 还用于机场、 港口停车场等工程施工。沥青混合料摊铺机的分类主要有以下几种方式:
( 1) 按行走装置分有轮式和履带式
1) 轮胎式摊铺机
一般为全桥驱动, 其前轮为实心光面轮胎, 实心的目的是为了防止因料斗内混合料重量的变化引起前轮的变形, 而影响到摊铺机厚度的变化; 后轮为充气液压轮胎, 可提高其爬坡及附着能力。轮胎式摊铺机可获得较大的行驶速度, 机动性好, 在弯道上摊铺可实现较平滑过度如图2.1所示。
图2.1 轮胎式沥青混合料摊铺机
2) 履带式摊铺机
其履带式为无履刺式。履带式摊铺机可获得较大的牵引力, 接地比压小, 附着力大, 摊铺作业时很少出现打滑现象运行平稳, 如图2.2所示。
图2.2 履带式沥青混合料摊铺机
( 2) 按动力传动系统分有机械式、 液压机械式、 全液压式
1) 机械式摊铺机的行走、 供料、 分料采用机械传动, 结构复杂, 操作不便。由于传动链多, 且中心距较大, 故采用链式传动, 调速性和速度匹配性较差。
2) 液压机械式摊铺机的机构是机械式和液压式摊铺机的综合。因而, 结构特点和使用性能介于机械式和全液压式之间。
3) 全液压式摊铺机的行走驱动、 输料和分料传动、 熨平板延伸和振捣器的振动等主要传动都采用液压式传动, 从而使摊铺机结构简化、 总体布置方便、 质量减轻、 传动冲击和振动减缓、 工作速度的性能稳定, 并便于无级调速和全自动控制, 具有良好的使用性能和更高的摊铺质量, 因此全液压传动越来越多的在摊铺机上得到应用。
( 3) 按摊铺宽度分有小型、 中型、 大型、 超大型
1) 小型摊铺机摊铺宽度一般小于3.6m, 主要用于公路的养护和低等级路面的摊铺。
2) 中型摊铺机摊铺宽度一般为4～5m, 主要用于二级及以下公路的修筑和养护作业。
3) 大型摊铺机摊铺宽度在5～10m, 主要用于高等级路面的摊铺, 传动形式以液压机械式和全液压式为主。具有自动找平系统, 摊铺质量高。
4) 超大型摊铺机摊铺宽度在10m以上, 主要用于高速公路的施工, 路面从纵向接缝小, 整体性好。
2.2摊铺机的工作原理
摊铺机作业过程: 首先把摊铺机调整好, 并按所铺路段的宽度、 厚度、 拱度等施工要求调整好摊铺机各有关机构和装置, 使其处于”整装待发”状态, 装运沥青混合料的自卸车对准接料斗倒车直至汽车后轮与摊铺机料斗前的顶推辊相接触, 汽车挂空挡。由摊铺机顶推汽车运行, 同时, 自卸车车厢徐徐升起, 将沥青混合料缓缓卸入摊铺机的料斗内, 位于料斗底部的刮板输送器在动力传动系统的驱动下以一定的速度运转, 将料斗内的沥青混合料进行铺施。沥青混合料的铺层经熨平装置的振捣梁初步捣实振动熨平板的再次振动预压、 整形和熨平而成为一条平整的有一定密实度的铺层最后经压路机终压而成为合格的路面, 在此摊铺过程中自卸车一直挂空挡由摊铺机顶推着同步运行, 直至车内混合料全部卸完才走开, 另一辆运料自卸车立即驶来, 重复上述作业, 如图2.3所示。
图2.3 摊铺机工作原理图
2.3本章小结
本章我们主要认识和分析摊铺机的分类, 摊铺机输料机构与行驶机构的结构形式, 而且讨论了摊铺机输料机构与行驶机构的结构组成和工作原理。摊铺机输料机构由机架、 输料链、 驱动轮、 张紧轮、 液压马达等部件组成; 行驶机构由车架、 履带、 驱动轮、 导向轮、 托链轮、 支重轮、 张紧缓冲装置、 液压马达等部件组成。导向轮端称为前方, 驱动轮端称为后方。车架是构成地盘的基础, 由履带架、 衡量、 底座组成。
第3章 摊铺机输料机构与驶机构的设计计算
表3.1 摊铺机主要技术参数
项目
Item
单位Unit
参数Parameter
基本摊铺宽度
Basic Working Width
m
3.0
最大摊铺宽度
Max Working Width
m
6.0
最大摊铺厚度
Max Paving Thickness
mm
0～300
摊铺速度
Paving Speed
m/min
0～8
行驶速度
Traveling Speed
km/min
0～18m/min
料斗容量
Hopper Capacity
t
12
最大理论生产率
Max Productivity
t/h
700
爬坡能力
Gradient Ability
%
20
振捣率
Tamper Frequency
r/min
0～1500
振捣振幅
Tamper Amplitude
mm
4/8
拱度调节
Crown Adjust
%
0～3
平整度
Flatness
%
0.1
压实度
Compaction
%
0.9
上表的参数都是本设计的已知参数, 在设计的过程中, 必要根据这些参数来进行设计和改进, 在适当的时候, 根据设计的需要, 能够改变某些数据, 使设计合理、 正确。
3.1 摊铺机输料系统设计计算
3.1.1 刮板输送装置
刮板输送装置( 也叫刮板输送器) 是带有许多刮板的链节传动装置。刮板有两条链条同时驱动, 并随链条的传动来输送混合料。它安装在料斗的底部, 以便于控制左右两边的供料。其结构: 由左右驱动装置1、 驱动链轮组2、 驱动链条3、 刮板驱动链轮组4、 刮板料条5、 张紧导轮6、 张紧拉杆7等机构组成, 而驱动装置又由液压马达8和减速机9组成, 如图3.1所示。
图3.1 刮板输送示意图
3.1.2 刮板输送器的生产率
双刮板输送机的生产率计算公式:
××××× ( 3.1)
式中: —刮板的宽度m 取=0.61m
—输送材料最大高度m 取=0.3m
—移动混合料的密度 取=1.8
—刮板速度(见下文) 取=17.53
—速度系数 取=0.9
×0.61×0.3×1.8×17.53×0.9=623.63 t/h
=623.63 t/h在最大理论值范围内。
3.1.3 刮板输送器工作时所需功率
刮板输送器工作时, 其功率有两方面
( 1) 输送器按最大坡度向后上方输送混合料的阻力
克服这种阻力所需功率, 可按一般的连续运输机械的计算公式求得, 此时混合料被输送一个高度。计算公式:
( 3.2)
式中: —刮板输送器的总生产率 =623.63t/h
—刮板输送器向后输送物料距离 =3.141m
—混合料位移的阻力系数 =1.5
—混合料提上高度 =0.1m
—刮板输送器的传动效率 =0.98
=623.63×9.8×(3.141×1.5+0.1)/(3.6×0.98)=8.3
( 2) 运动层与非运动层之间的摩擦阻力
位于输送器和接料斗内的混合料上下层之间存在着摩擦阻力, 克服这种阻力所需消耗的功率
( 3.3)
式中: —混合料两层之间的摩擦阻力, =( 其中—上层混合料不动层分配系数。=0.4—0.5因此取=0.45; —接料斗满载时混合料的重力=1 0; —混合料的内摩擦阻力系数, =0.4—0.6因此取=0.50) —混合料的位移速度
==17.53m/min=0.292m/s
=0.45×1 0×0.50=54000
=54000×0.0.12/0.98=6.6
=+=8.3+6.6=14.9
3.1.4 刮板运动阻力
( 1) 刮板阻力
刮板阻力主要指位移物料与底板物料之间、 移动物料与不动物料之间的摩擦阻力。所谓移动物料是指运动中的刮板所携带的物料, 不动物料是指相对刮板运动方向无位移的物料。实际上后者在不停地补充被刮板带走的物料, 是移动物料的料源。对于微斜提升输料的刮板输料器, 由于提升角很小( 一般在3度左右) , 因此移动的倾斜阻力可忽略不计, 移动物料受力图3.2所示。
图3.2 移动物料受力图
1) 料斗内的移动物料与底板之间的摩擦阻力
料斗内的移动物料Ⅰ与底板之间的摩擦阻力为:
=(+) ( 3.4)
式中: —料斗内移动物料Ⅰ的体积
—料斗内移动物料Ⅰ上方的不动物料Ⅱ的体积
—刮板上的物料密度沥青混合料取1.47t/
—重力加速度9.8m/
—物料与底板的摩擦系数0.5
2) 机身内的移动物料与底板之间的摩擦阻力
机身内的移动物料Ⅲ与底板之间的摩擦阻力为:
= ( 3.5)
式中: —机身内移动物料Ⅲ的体积
3) 料斗内的不动物料与移动物料顶面之间的摩擦阻力
料斗内的不动物料Ⅱ与移动物料Ⅰ顶面之间的摩擦阻力为:
= ( 3.6)
式中: —物料的内摩擦系数, 沥青混合料取1.2
4) 料斗内的不动物料与移动物料侧面之间的摩擦阻力
料斗内的不动物料Ⅳ与移动物料侧面之间的摩擦阻力为:
= ( 3.7)
式中: —料斗不动物料Ⅳ与移动物料Ⅰ的一个摩擦力侧面的面积
Ⅰ—料斗内不动物料Ⅳ与移动料Ⅰ摩擦侧面的中心到不动物料Ⅳ顶面的高度m
5) 刮板阻力
刮板阻力 等于各阻力之和:
=+++ ( 3.8)
由于在各部分的体积是根据材料的设计参数来确定的, 因此在摊铺机料斗转满时, 能够算的=3.6、 =5.4、 =2.4、 =1.84、 Ⅰ=1.2m, 因此刮板阻力为:
=25.18
( 2) 刮板驱动力矩
发动机经过传动系统到刮板上的力矩称为刮板驱动力矩:
==0.128×25.18=3.2·m ( 3.9)
==63.7mm ( 3.10) 式中: —刮板输料器驱动轮动力半径mm
—驱动轮齿数9
—刮板链节距0.4445m
这也即是驱动刮板链轮马达所需要的转矩。
刮板线速度:
=×× ( 3.11)
式中: —驱动链轮节距
—驱动链轮齿数
根据刮板线速度为=17.53m/min, 因此由式( 3.11) 能够算的刮板驱动链轮的转速为:
==21.99r/min ( 3.12)
( 3) 刮板速度计算
在刮板宽度、 闸门高度一定的情况下, 刮板速度快, 生产率高; 速度慢, 生产率低。由于摊铺层所用的物料全是由刮板输送的, 因此刮板的生产率就是摊铺机的生产率
刮板的生产率可从两个方面考虑计算, 一是按摊铺作业的工作量计算, 二是按刮板的输料能力计算。用这两种方法计算刮板生产率的公式如下
=60 ( 3.13)
=120 ( 3.14)
式中: —刮板生产率( t/h)
—摊铺宽度取6m
—摊铺厚度300mm
—摊铺速度6.5m/min
—摊铺层的密度取2.15t/( 压实度90%)
—刮板速度m/min
—闸门距刮板的高度取0.4m
—刮板总宽度1.22m
—刮板上的物料密度, 取1.47t/
将公式( 3.13) 和( 3.14) 联立, 解得刮板速度:
==17.53 m/min ( 3.15)
3.1.5 输料机构链轮及轴设计
( 1) 链轮设计
由链轮设计制造应用手册[3], 选取链轮材料为45, 热处理性能为正火、 齿部淬火。由链轮直径计算参数表查得, 齿数为11的链轮, 由相关链条参数数值表, 选取链条节距=44.45mm, 齿顶圆直径为mm, 齿根圆直径为mm, 分度圆直径取=175.774mm, 量柱测量距离为mm。
由链轮设计制造应用手册[3], 选取链条内链接宽=25.22mm, 因此小链轮的链轮宽度取=20, 考虑到链轮安装问题和结构的合理性因此链轮轮毂长为30mm。
由链轮设计制造应用手册[3], 选取大链轮材料为35SiMn, 热处理性能为调质、 齿部淬火。链轮直径计算用数表查得, 齿数为9的链轮, 分度圆直径系数为2.9238。由相关链条参数数值表, 选取链条节距=88.9mm, mm。
由公式:
= ( 3.16)
=88.9×2.9238
=259.8mm
因此d=259.8mm。
大链轮齿顶圆直径为:
( 3.17)
取=284mm。
齿根圆的直径为:
=205.82mm ( 3.18)
由链轮设计制造应用手册[3],选取链条内链接宽=53.34mm, 因此大链轮的链轮宽度=23mm。
( 2) 驱动轴设计
选用轴的材料为45钢, 调质有机械设计手册[8]查得, , , , 。
估算轴的直径
输料机构驱动轴的输入端与链轮采用花键链节, 从结构要求上考虑其轴径应最小, 最小直径为:
( 3.19)
机械设计手册查[8]得取106
= = 90.4mm
考虑到花键的标准尺寸取为92mm。
( 3) 轴的结构设计
1) 小链轮处采用花键, 轴径为98mm, 轴段长为=30mm, 其花键规格由机械设计手册[8]查得键的尺寸:
×××=10mm×92mm×98mm×11mm
2) 考虑轴承端盖轴向定位轴承问题, 因此取轴径为104mm, 轴段长为=60mm;
3) 考虑到轴承直径系列和密封性, 因此取轴径为110mm, 轴段长为=43mm;
4) 考虑到大链轮的花键规格尺寸, 因此取轴径为120mm, 轴段长为=37mm;
5) 考虑到轴向定位, 因此取轴径为126mm, 轴段长为=10mm;
6) 考虑其起连接作用和保证刮板的长度, 因此取轴径为110mm, 轴段长=367mm;
7) 第七段轴长==10mm, 第八段轴长==37mm, 第九段轴长==43mm。
( 4) 选择轴承型号, 初选轴承型号为圆柱滚子轴承, 代号NJ222。
3.1.6 链轮及轴的校核
( 1) 链轮的校核
由机械设计手册[8]查表查得齿形系数和应力修正系数为:
=2.12 , =1.31
由应力循环次数查得弯曲疲劳寿命系数=0.98。
查得弯曲疲劳强度极限为=650MPa。
计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数为=1.25。
=509.6MPa ( 3.20)
计算压轴力:
=73499.5N ( 3.21)
计算齿轮齿根弯曲应力:
408.3MPa509.6MPa ( 3.22)
因此齿根弯曲强度足够。
小链轮的几何参数:
=175.744mm
=185.4mm
=150.374mm
=20mm
=35.022mm
大链轮的几何参数:
=259.8mm
=284mm
=205.82mm
=23mm
=78.18mm
( 2) 轴的受力计算
1) 小链轮的受力计算
小链轮的线速度:
==0.18 ( 3.23)
有效圆周力:
( 3.24)
轴上的作用力(即链轮上的压轴力):
( 3.25)
取值为1.25。
2) 大链轮的受力计算
大链轮的线速度:
==0.3
有效圆周力:
轴上的作用力(即链轮上的压轴力):
两个大链轮形状、 尺寸、 规格都相等, 因此它们对轴的作用力也相等, 即。
3) 轴的强度校核
扭矩为:
==6467954.6 ( 3.26)
( 1) 画出轴的计算简图, 计算支反力和弯矩。由轴的结构简图, 可确定轴承点跨距, 由此可画出轴的受力简图, 如图3.4所示。
轴的支反力为:
=58368
=45543.7
轴受弯矩为:
转矩按脉动循环考虑时, 应力折合系数为:
当量弯矩为:
( 3.27)
抗弯强度为:
( 3.28)
抗扭强度为:
( 3.29)
弯曲应力为:
( 3.30)
( 3.31)
扭剪应力为:
( 3.32)
合成应力为:
= ( 3.33)
=
综上所述轴的危险截面在第一个大链轮处的轴段上, 、 =60因此轴的强度满足要求。
图3.3 受力分析图
3.2 摊铺机行驶系统设计计算
3.2.1 履带行走装置
履带式行走装置的功用是支承机体及机械的全部质量, 将发动机传到驱动轮上的扭矩转变成机械行驶和进行作业所需的牵引力, 传递、 承受各种力、 力矩, 缓和路面不平引起的冲击、 振动。履带式行走装置有结构完全相同的两部分, 分别装在机械的两侧, 主要由支重轮1、 托链轮2、 张导轮3、 主动链轮4及履带5等组成, 如图3.4所示。
图3.4 履带行走装置示意图
3.2.2 行走机构动力学
履带式摊铺机在坡道上直线作业的受力情况, 如图3.5所示。
图3.5 摊铺机坡道受力情况
其中: — 地面的支承反力
—履带行走及机构的滚动阻力
—摊铺机的使用重量, 即主机重力与料斗中混合料重力之和
、 —前、 后轮的轴负荷反力
、 —前、 后轮的滚动阻力
—顶推料车的工作阻力
—拖挂烫平装置的工作阻力
—切线牵引力
、 —前、 后轮的滚动摩擦系数
—地面纵坡度
坡度阻力:
=G ( 3.34)
牵引力:
=+++ ( 3.35)
令整机阻力:
=++, 得=+
滚动阻力:
= ( 3.36)
=110103N
车轮阻力: ( 3.37)
而单位附着重量的切线前盈利成为附着重量利用系数
( 3.38)
其中: —附着重量, 履带式摊铺机
( 3.39)
行走机构的效率:
其中: —滚动效率
= ( 3.40)
其中: —滑转效率, =1-, 取额定滑转率
—附着重量利用系数, 取0.5
=
—履带机械效率, 0.96
=0.893 ( 3.41)
摊铺机的牵引功率计算
切线牵引力=110103N
驱动力矩:
( 3.42)
其中: —车轮动力半径, 取263.897mm;
=0.893 ( 3.43)
=33162.8N·m
驱动功率:
( 3.44)
=14.98kW
由V=2πn,得n=41r/min
马达压力差:
( 3.45)
其中: —一个马达的输出扭矩
Q—马达的排量
—马达的机械效率
n—马达数量n=2
—从马达到车轮之间各种传动元件的总速比取107
—从马达到车轮之间各种传动元件的总效率取2.24
( 3.46)
=138N·m
=186
选取液压马达型号为nhm1-160, 排量159ml/r, 重量为20kg。
3.2.3 行走机构链轮设计计算
( 1) 链轮设计
由链轮设计制造应用手册[3], 选取链轮材料为35SiMn, 热处理性能为调质、 齿部淬火。链轮直径计算用数表查得, 齿数为17的链轮, 分度圆直径系数K=5.4422。
由链轮设计制造应用手册[3]相关链条参数数值表, 选取链条节距p=101.6mm
由公式: = =101.6×5.4422=552.93mm ( 3.47)
因此, 链轮的分度圆直径=552.93mm
链轮的齿顶圆直径:
( 3.48)
其中—链条滚子外径, 由链轮设计制造应用手册[3]查取63.5mm
=581.5mm
因此取=608mm。
由链轮设计制造应用手册[3]选取链条内链接宽=60.96mm
因此链轮齿宽=0.95=57.9mm, 因此齿宽取58mm。
( 2) 从动轮取530mm内圆凸轮, 宽度为158mm, 外侧直径为480mm。
3.2.4 链轮的校核
链轮的校核
由机械设计手册[8]查得齿形系数和应力修正系数为:
=2.65, =1.58
由应力循环次数查得弯曲疲劳寿命系数=0.58
查得弯曲疲劳强度极限为=650MPa
计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数为=1.4。
( 3.49)
=269.3MPa
计算压轴力
=
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
