工程機(jī)械學(xué)(5)課件

1、平地機(jī)平地機(jī)第一節(jié) 概述一、平地機(jī)的性能及構(gòu)造一、平地機(jī)的性能及構(gòu)造（一）平地機(jī)的應(yīng)用及性能1、平地機(jī)的應(yīng)用 平地機(jī)是用刮土板對土壤刮削、平整和攤鋪的作業(yè)機(jī)械。主要用于公路、鐵路、機(jī)場、農(nóng)田、水利建設(shè)中大平面的松軟土面上作業(yè)。它具有高效能、高精度的平面刮削、平整作業(yè)能力。如在筑路作業(yè)中切削并能作側(cè)向移土，刮削路塹的里、外斜坡，攪拌并攤平大量鋪路材料等。這要比推土機(jī)有較大的靈活性和較高的效率。所以有人稱之為“萬能”機(jī)械。2、平地機(jī)的作業(yè)方式平地機(jī)作業(yè)方式如圖5-1所示。在道路建設(shè)中，作路堤整形，路基刮削，路碴的攤鋪等作業(yè)。根據(jù)場地情況可作循環(huán)作業(yè)和穿梭作業(yè),目的是為提高作業(yè)效率.國外平地機(jī)目前已

2、普遍采用自行式液力機(jī)械傳動。（二）平地機(jī)的構(gòu)造平地機(jī)由動力傳動裝置、工作裝置和操縱機(jī)構(gòu)等組成。其結(jié)構(gòu)如圖5-2、圖5-3和圖5-4所示。 平地機(jī)的工作裝置安裝在車架上，連接并支承在前、后橋上。除了靠驅(qū)動輪的牽引力拖動鏟刀作縱向運(yùn)動之外，還有鏟刀的垂直提升，鏟刀的水平回轉(zhuǎn)，鏟刀繞縱、橫軸回轉(zhuǎn)和鏟刀的橫向移動（圖5-4）。這些動作在現(xiàn)代平地機(jī)上，均通過液壓馬力和液壓缸來實(shí)現(xiàn)。1、刮土板的垂直提升靠刮土板提升液壓缸。2、刮土板繞橫軸轉(zhuǎn)動，以改變切削角，靠刮土板傾斜機(jī)構(gòu)液壓缸。3、刮土板的水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原理示意圖如圖5-5所示。由傳動軸5帶動齒輪4、3，使固定在回轉(zhuǎn)環(huán)1上的刮土板和齒圈2作水平回轉(zhuǎn)。4

3、、刮土板的橫向側(cè)移和刮土板繞縱軸回轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)傳動的原理示意圖如圖5-6所示。（1）刮土板側(cè)移，由傳動軸6帶動蝸輪1，使與蝸輪固結(jié)的齒輪推動齒條2和與之連接的刮土板沿導(dǎo)軌作橫向移動，這種移動除了加寬橫向作業(yè)之外；還便于刮土板繞縱向軸回轉(zhuǎn)。（2）刮土板繞縱軸回轉(zhuǎn)由液壓缸來完成。（二）平地機(jī)分類及型號編制（一）分類1、按行走方式分類：分為拖式平地機(jī)拖式平地機(jī)和自行式平地機(jī)自行式平地機(jī)。拖式平地機(jī)因機(jī)動性能差，操作費(fèi)力，已處于淘汰中。自行式平地機(jī)因機(jī)動靈活、生產(chǎn)效率高，而得到很大發(fā)展，已取代了拖式平地機(jī)。2、對于自行式平地機(jī)又分為：（1）四輪（雙軸輕型）和六輪（三軸一中、大型）；（2）后輪（或中、后輪）

4、驅(qū)動和全輪驅(qū)動；（3）前輪轉(zhuǎn)向或全輪轉(zhuǎn)向。 自行式平地機(jī)的表示方法：.333;,133,.,123;,222,.112)()()(全輪驅(qū)動全輪轉(zhuǎn)向全輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動中前輪轉(zhuǎn)向六輪全輪驅(qū)輪全輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向四輪軸數(shù)轉(zhuǎn)向輪對數(shù)軸數(shù)驅(qū)動輪對數(shù)或總軸數(shù)車輪總對數(shù) 3、按刮土板長度和發(fā)動機(jī)功率分為：輕、中、大型平地機(jī)輕、中、大型平地機(jī)，見表5-1。 4、按工作裝置和行走機(jī)構(gòu)的操縱方式分為：機(jī)械操縱和液壓操縱。目前自行式平地機(jī)基本上都采用液壓操縱。（二）國產(chǎn)平地機(jī)的型號編制方法國產(chǎn)平地機(jī)型號編寫方法和符號意義，見下框圖和表5-2。三、平地機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 由于平地機(jī)在公路建筑等大型平面施工中有非常高

5、的工作效率，還可進(jìn)行推土、掃雪等多種作業(yè)。因此在工業(yè)發(fā)達(dá)國家對它的生產(chǎn)和發(fā)展都很重視。（一）國外狀況 1877年在美國出現(xiàn)了馬拉平地機(jī)，到本世紀(jì)二十年代產(chǎn)生了履帶自行式平地機(jī)，1927年出現(xiàn)了雙后橋輪式平地機(jī)，1937年6x6全輪驅(qū)動的平地機(jī)產(chǎn)生。到六十年代發(fā)展到鉸接式車架的液壓自行式平地機(jī)。近年來為了提高作業(yè)效率和平整質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度，保障工作安全和舒適、節(jié)約能源等因素。平地機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)有了很大發(fā)展刮土板的半自動和自動控制、激光調(diào)水技術(shù)已在平地機(jī)上應(yīng)用，帶變量泵的全液壓操縱系統(tǒng)和鉸接式車架的應(yīng)用，使平地機(jī)的結(jié)構(gòu)日臻完善。整體車架平地機(jī)，由于在開闊場地作業(yè)時(shí)比較穩(wěn)定，無需差速器，造價(jià)低等

6、原因，它對仍占有相當(dāng)?shù)谋壤?。帶變矩器的動力換檔變速箱系統(tǒng)與不帶變矩器的直接驅(qū)動動力換檔變速箱傳動系統(tǒng)同樣有生命力。在美國“卡特”和日本“小松”等公司就有用不帶變矩器的動力換檔傳動系統(tǒng)。在維修方面采用油脂集中潤滑簡化保養(yǎng)；在消聲、減振、空調(diào)等技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，為駕駛員創(chuàng)造良好的工作條件。目前產(chǎn)量最大的是中型平地機(jī)（發(fā)動機(jī)功率在75150kW之間），小于75kW的小型和150kW以上大型平地機(jī)數(shù)量不多。國外以卡特公司產(chǎn)量最高，銷量最大，形成了93187kW11種G系列平地機(jī)。國外平地機(jī)的使用壽命在11.2萬小時(shí)。為了提高可靠性，很重視試驗(yàn)研究工作。（二）國內(nèi)狀況我國五十年代開始在天津工程機(jī)械廠試制

7、拖式平地機(jī)，到1963年試制成P1-90型自行式平地機(jī)（仿蘇144型），數(shù)量不多。1965年又試制成了160馬力（119kW）P2-160型自行平地機(jī)。1980年制成液力機(jī)械傳動的PY-160A型自行式平地機(jī)，開始了我國新一代平地機(jī)的生產(chǎn)。為適應(yīng)交通等基本建設(shè)的發(fā)展，今后的研究試制任務(wù)會更加繁重。第二節(jié)第二節(jié) 平地機(jī)的總體設(shè)計(jì)平地機(jī)的總體設(shè)計(jì)一、平地機(jī)的型式選擇和參數(shù)選擇（一）平地機(jī)的結(jié)構(gòu)型式選擇 合理選取平地機(jī)的整車型式和部件形式，對平地機(jī)的性能影響是很大的。選取的基本思路與前面講的裝載機(jī)、推土機(jī)等大體上類似。這里只對特殊問題作一些說明。傳動形式有機(jī)械傳動，動力換檔機(jī)械傳動和液力機(jī)械動力換檔

8、傳動。 在選擇傳動系的形式時(shí)，要從使用條件出發(fā)，并考慮整機(jī)的造價(jià)和加工的可能性。（1）液力機(jī)械傳動，動力適應(yīng)性好，作業(yè)平穩(wěn)，但是造價(jià)高，并且因?yàn)橛昧艘毫ψ兙仄鞫l(fā)動機(jī)可利用的功率降低較多，故還不能完全代替機(jī)械傳動式。這種傳動形式在中、大功率平地機(jī)上應(yīng)用較多。（2）動力換檔機(jī)械傳動，由于平地機(jī)作業(yè)中阻力是比較均衡的（據(jù)統(tǒng)計(jì)在作業(yè)中80%的時(shí)間是在較均衡的牽引工況下工作）。因此用機(jī)械傳動是可行的，加上動力換檔之后，其使用性能得到進(jìn)一步改善，發(fā)動機(jī)的功率損失小，設(shè)計(jì)中也常被采用，如美國卡特公司和日本小松公司仍有生產(chǎn)。（3）純機(jī)械傳動，除了小型平地機(jī)，有時(shí)被采用之外，在設(shè)計(jì)中已很少采用。2、驅(qū)動橋布置

9、方案的選擇由于前橋一般是轉(zhuǎn)向橋，如制成驅(qū)動橋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。故小型平地機(jī)多選用2x1x1型式，大、中型平地機(jī)也選用3x2x1型式較多。最能完善的是3x3x1和3x3x3型式，其牽引特性和平整性能均佳，因?yàn)樗鼈冇休^固定的附著重量，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。各種型式的平地機(jī)，以液壓操縱，三橋液力機(jī)械傳動的平地機(jī)最為流行。中、后軸驅(qū)動，具有平衡懸掛的三橋平地機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是十分有效提高了平地作業(yè)精度，保證驅(qū)動輪的負(fù)荷均勻，較好地發(fā)揮附著能力（圖5-9）。中、后軸驅(qū)動的平地機(jī)最終傳動有兩種形式：齒輪傳動和鏈條傳動。齒輪傳動的優(yōu)點(diǎn)是可靠性大，但須經(jīng)過中間齒輪，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；鏈條傳動的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、鏈條的彈性可緩沖擊

10、載荷，鏈條磨損后張緊度的調(diào)節(jié)方便（采用車輪軸承偏心法蘭，見圖5-10），鏈條在平衡箱的油池中潤滑充分，因而這種傳動形式應(yīng)用普遍。中、后軸采用平衡懸掛方式能保證左右中、后軸四個(gè)輪胎負(fù)荷均勻，具有較好的附著能力。這種傳動方式必然存在寄生功率循環(huán)，因此，在中央傳動機(jī)構(gòu)中應(yīng)設(shè)有差速器。3、轉(zhuǎn)向形式的選擇平地機(jī)的轉(zhuǎn)向方式有前輪轉(zhuǎn)向以及前輪和后輪共同轉(zhuǎn)向（圖5-11）的傳統(tǒng)方式。圖5-12a）表明，不僅前橋是轉(zhuǎn)向橋，而且左右終傳動平衡箱和車輪一起可相對后橋轉(zhuǎn)動，大大提高了平地機(jī)的轉(zhuǎn)向能力。平地機(jī)機(jī)體較長，靈活性差，為了進(jìn)一步提高平地機(jī)的機(jī)動性，出現(xiàn)了前輪轉(zhuǎn)向和折腰轉(zhuǎn)向兩種方式并存的平地機(jī)（圖5-13），它

11、既提高了作業(yè)能力，縮小了一般平地機(jī)不易平整到的死角，從而擴(kuò)大了作業(yè)范圍。有的平地機(jī)外驅(qū)動的前橋裝有使后輪能夠向左右兩邊傾斜的機(jī)構(gòu)（圖5-14），它可防止平地機(jī)在橫向作業(yè)阻力的作用下發(fā)生跑偏現(xiàn)象并可提高平地機(jī)在斜坡上作業(yè)時(shí)的橫向穩(wěn)定性。這種機(jī)構(gòu)可使車輪沿鉛垂方向各 的范圍內(nèi)改變傾斜度。4、操縱系統(tǒng)的選擇現(xiàn)代平地機(jī)的轉(zhuǎn)向，車輪的側(cè)傾，刮土板的水平回轉(zhuǎn)、垂直升降、橫向側(cè)移和側(cè)傾，以及變速箱換檔等都采用液壓操縱。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，有利于自動化程度的提高，圖5-15是典型的平地機(jī)液壓操縱系統(tǒng)圖。015（二）平地機(jī)的參數(shù)選擇自動平地機(jī)的基本參數(shù)有：整機(jī)重量、附著重量、軸荷、發(fā)動機(jī)功率低速檔工作和高速檔

12、運(yùn)輸時(shí)的最高、最低計(jì)算運(yùn)行速度，檔數(shù)、速比序列和刮土板尺寸等。國外自行式平地機(jī)基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)值見表5-3。1、整機(jī)重量G和附著重量整機(jī)重量G是平地機(jī)的主要參數(shù)之一，它直接影響牽引性能。先用類比法初定。附著重量式中 平地機(jī)的附著重量系數(shù)，與輪胎布置方案有關(guān)。GGGG1, 22233375. 07 . 0, 123112和和2、額定牽引力PH額定牽引力PH是對應(yīng)于滑轉(zhuǎn)系數(shù) 時(shí)的平地機(jī)的牽引力（在新切土，發(fā)動機(jī)最大功率時(shí)）。式中3、作業(yè)速度自行式平地機(jī)作業(yè)時(shí)需要有工作檔、空車運(yùn)輸檔和爬行檔。工作檔平地機(jī)在作業(yè)中絕大部分時(shí)間在這種檔位下作業(yè)。速度范圍在3.210km/h之間。運(yùn)輸檔空程時(shí)的高速運(yùn)行。 3

13、242km/h爬行檔平地機(jī)在特殊作業(yè)狀況下在最低速度下運(yùn)行。在檔位分配上通常為：前4后4，前6后4、前6后6和前8后8。倒退檔速度略低于前進(jìn)檔。%20GPH)73. 07 . 0(.輪胎與地面的附著系數(shù)4、發(fā)動機(jī)功率平地機(jī)是連續(xù)切土式鏟土運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，牽引工況平均占工作時(shí)間的80%85%，因而牽引工況是主要工況。發(fā)動機(jī)功率的計(jì)算應(yīng)取工作一檔（3.25km/h)時(shí)，發(fā)動機(jī)在額定工況發(fā)出額定牽引力PH作為計(jì)算工況，按下式計(jì)算選取：式中Ny驅(qū)動液壓泵等輔助機(jī)構(gòu)所消耗功率（kW)； 為防止平地機(jī)超載時(shí)發(fā)動機(jī)熄滅或變矩器進(jìn)入制動工況，還應(yīng)驗(yàn)算由發(fā)動機(jī)輸出的最大車輪牽引力應(yīng)大于地面附著牽引力。傳動學(xué)各檔傳動比

14、的確定原則同其它機(jī)械。ymTfHeNvPPN3600)(1max.傳動系的總效率m5、自行式平地機(jī)刮土板參數(shù)選擇刮土板高H0和長度B0根據(jù)選取的發(fā)動機(jī)最功率，參考表5-3近似選取。刮土板橫斷面主要參數(shù)有切削角 、翻倒角 ，圓柱面半徑R等，見圖5-16。圓柱半徑R可近似按下式計(jì)算：建議取：刮土板其他作業(yè)數(shù)據(jù)，建議如下：刮土板起升速度918（cm/s);刮土板降落速度6.58.5 （cm/s);刮土板側(cè)向引出速度13.5 （cm/s);刮土板水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)36（度/s）；0sin20HR 000045;4530007040刮土板對水平面傾角 4070 度刮土板相對牽引架向兩邊的側(cè)移量刮土板力片下降至

15、車輪支承面距離在運(yùn)輸狀態(tài)刀刃與前、后橋的離地間隙);(800,800,700,500mm超重型重型中型輕型);(350,300,250,200mm超重型重型中型輕型);(450,400,350,300mm超重型重型中型輕型二、平地機(jī)的總體布置總體布置對平地機(jī)的牽引性能和使用性能的好壞，對維修的方便性影響都很大?，F(xiàn)代平地機(jī)總布置的基本方案大致相同，即工作裝置在前、后橋中間，發(fā)動機(jī)位于后部，操縱室位于工作裝置和發(fā)動機(jī)之間（參見圖5-2），這種布置方式使軸距較大。加上后橋的平衡懸掛方式，使平地機(jī)的作業(yè)具有較高的平整精度。發(fā)動機(jī)位于后部有利于提高平地機(jī)的附著重量，而且便于駕駛操作。整機(jī)重心的布置十分重

16、要，它關(guān)系到附著重量的合理利用，輪胎的負(fù)荷，以及整機(jī)穩(wěn)定性。可參考表5-5數(shù)據(jù)進(jìn)行布置。在進(jìn)行總布置草圖設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意工作裝置刮土板在空間六個(gè)自由度的極限位置、前橋傾斜時(shí)的極限位置，轉(zhuǎn)向時(shí)前輪的極限位置、平衡懸掛時(shí)的極限位置等。前輪的偏轉(zhuǎn)角一般 ，若后輪能相對于后橋體偏轉(zhuǎn)，則其偏轉(zhuǎn)角一般 。020015有的平地機(jī)裝有耙松裝置，它們一般都布置在刮土板與前橋之間。致使必須拆除耙松裝置后刮土板才能作 回轉(zhuǎn)，布置不甚合理，因此有的機(jī)型把耙松裝置布置在車體后部，耙松的土并不影響中、后輪牽引力的發(fā)揮。在進(jìn)行總體布置，要注意液壓管路的排列與布置，使液壓管路盡可能短、彎管的曲率半徑盡可能大，排列有序。總體布置應(yīng)保證駕駛員的工作視