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湘潭大學興湘學院
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
論文（設(shè)計）題目： 45噸旋挖鉆機驅(qū)動輪和拖鏈輪設(shè)計
學號： 2006183810 姓名： 龔創(chuàng)先 專業(yè)： 機械設(shè)計與制造及其自動化
指導(dǎo)教師： 周友行 系主任： 周友行
一、主要內(nèi)容及基本要求
主要內(nèi)容：
1、熟悉履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)和行走原理，并與本組其他同學一起確定履帶總體方案；
2、設(shè)計和計算驅(qū)動輪、液壓馬達和拖鏈輪相關(guān)參數(shù)（包括驅(qū)動輪的選型、拖鏈輪的選型和液壓馬達的型號）；
3、繪制具體的驅(qū)動輪、驅(qū)動輪與液壓馬達的CAD裝配圖、拖鏈輪非標準件零件CAD圖以及拖鏈輪CAD裝配圖；
4、用PROE建立驅(qū)動輪和液壓馬達的三維模型、拖鏈輪的三維模型以及拖鏈輪非標準件的三維模型。
基本要求：
1、設(shè)計說明書一份；
2、提交CAD圖紙；（驅(qū)動輪、驅(qū)動輪和液壓馬達裝配圖、拖鏈輪非標準件零件圖和拖鏈輪裝配圖）
3 、提交PROE三維模型。（驅(qū)動輪與液壓馬達的裝配圖和零件圖，拖鏈輪的裝配圖和零件圖）
二、重點研究的問題
通過比較輪式行走裝置與履帶式行走裝置比較的特點，確定行走裝置方案為履帶行走裝置；根據(jù)履帶行走裝置基本參數(shù)，確定了履帶行走裝置主要部件“四輪一帶”的型號，并完成“四輪一帶”結(jié)構(gòu)設(shè)計；完成了履帶行走裝置PRO/E三維圖建模，并對進行干涉檢測，以確定其結(jié)構(gòu)的合理性和可行性。
三、進度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
完成時間
1
查閱旋挖鉆機相關(guān)資料
第一周
2
查閱履帶行走裝置驅(qū)動輪和拖鏈輪資料
第二周
3
確定整體大略方案
第三周
4
確定驅(qū)動輪、拖鏈輪和液壓馬達選型
第四周
5
履帶行走裝置基本參數(shù)確定
第五、六周
6
CAD圖紙繪制
第七到第九周
7
PROE三維建模
第十周到第十一周
8
制作設(shè)計說明書
第十二周
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻
（一）應(yīng)收集的資料：
旋挖鉆機行走裝置的相關(guān)資料及與之相近的其他類型的工程機械相關(guān)資料。 （二）主要參考文獻：
[1].《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編 .《機械設(shè)計手冊》（上冊） 第一分冊 (第二版) [M] .化學
工業(yè)出版社,1979年10月北京第2版.
[2].周良德 楊世平 等編著.《現(xiàn)代工程圖學》[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.9.
[3].吳慶鳴，何小新主編.《工程機械設(shè)計》[M]. 武漢：武漢大學出版社，2006.4 .
[4].廖念釗等編著.《互換性與技術(shù)測量》[M].—北京：中國計量出版社，2007.6.
[5].同濟大學.《液壓挖掘機》[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.
[6].JB/T 2984.1-2001,履帶式推土機拖鏈輪.中國機械工業(yè)聯(lián)合會.發(fā)布中國標準出版
社. 2001-10-01實施.
[7].JB/T 2984.4-1999,履帶式推土機驅(qū)動輪齒塊.中國機械工業(yè)局發(fā)布.中國機械行
業(yè)標準.
[8].GB/T9140-1996，液壓挖掘機結(jié)構(gòu)與性能. 北京：中國標準出版社. 2009.4.
Zhao evaluate during C211 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. abrasive particles and carrier gas coming out from a nozzle impinges on the target surface and erodes it. The fine par- mass flow rate and impact angle 57, the erodent abrasive properties 810, the nozzle material and its geometry section in sand blasting (see Fig. 1), the nozzle entry region suers form severe abrasive impact, which may cause large tance 1922. Residual stresses arise from a mismatch between the coecients of thermal expansion (CTE), sin- tering rates and elastic constants of the constituent phases and neighbouring layers, and the residual stress field depends on the geometry of the layered structure and on the thickness ratio among layers 2326. Toschi 22 * Corresponding author. Tel.: +86 531 88392047. E-mail address: (D. Jianxin). International Journal of Refractory Metals Ceramic materials; Laminated materials; SiC 1. Introduction Sand blasting treatment is an abrasive machining pro- cess and is widely used for surface strengthening 1, surface modification 2, surface clearing and rust removal 3,4, etc. It is suitable for the treatment of hard and brittle mate- rials, ductile metals, alloys, and nonmetallic materials. In the sand blasting process, a very high velocity jet of fine 1116, and the temperatures 17,18. Ceramics, being highly wear resistance, have great potential as the sand blasting nozzle materials. Several studies 11,15 have shown that the entry area of a ceramic nozzle exhibited a brittle fracture induced removal process, while the center area showed plowing type of material removal mode. As the erosive particles hit the nozzle at high angles (nearly 90C176) at the nozzle entry Erosion wear of laminated Deng Jianxin * , Liu Lili, Department of Mechanical Engineering, Shandong Universit Received 31 March 2006; Abstract SiC/(W,Ti)C ceramic nozzles with laminated structures were produced and exit region of the nozzle. Finite element method was used to coecients and shrinkage of the SiC and (W,Ti)C solidsolution the laminated ceramic nozzle was assessed by sand blasting; the results nozzle with the same composition. The experimental results have shown resistance to that of the homologous stress-free nozzles. 0263-4368/$ - see front matter C211 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. doi:10.1016/j.ijrmhm.2006.06.005 ceramic nozzles Jinlong, Sun Junlong y, Jinan 250061, Shandong Province, PR China accepted 30 June 2006 by hot pressing in order to reduce the tensile stress at the entry the residual stresses due to the dierent thermal expansion the sintering process of the composite. The erosion wear of were compared with those obtained with an unstressed reference that the laminated ceramic nozzles have superior erosion wear Materials 25 (2007) 263270 element method. The erosion wear ofthe laminatedceramic nozzles was investigated in comparison with an unstressed reference nozzle with the same composition. 2. Materials and experimental procedures 2.1. Preparation of SiC/(W,Ti)C laminated ceramic nozzle materials The starting materials were (W,Ti)C solidsolution pow- ders with average grain size of approximately 0.8 lm, pur- ity 99.9%, and SiC powders with average grain size of 1 lm, purity 99.8%. Six dierent volume fractions of (W,Ti)C (55, 57, 59, 61, 63, 65 vol.%) were selected in designing the SiC/(W,Ti)C laminated nozzle material with a six-layer structure. The compositional distribution of the laminated ceramic nozzle materials is shown in Fig. 2.Itis indicated that the compositional distribution of the lami- 264 D. Jianxin et al. / International Journal of Refractory Metals TiC : E 480 GPa; m 0:25; a 8:5C210 C06 K C01 ; k 21:4W=mK: SiC : E 450 GPa; m 0:16; a 4:6C210 C06 K C01 ; k 33:5W=mK: Owing to the symmetry, an axisymmetric calculation was preferred. Presume that it was steady state boundary conditions. The results of the distribution of the axial stresses in the GN-3 laminated nozzle in fabricating process at dierent showed higher cumulative mass loss under the same test conditions. The worn ceramic nozzles were cut after operation in longitudinal directions for failure analysis. Fig. 10 shows the photos of the inner bore profile of the GN-3 and CN-2 nozzles after 540 min operation. It is showed that inner bore diameter of the worn CN-2 nozzle along the nozzle longitudinal directions is larger than that of the worn GN-3 laminated nozzles, especially at the nozzle entry region. The results of the nozzle entry bore diameter variation with the erosion time of for GN-3 and CN-2 nozzles are shown in Fig. 11. It is indicated that the entry bore dia- meter enlarges greatly with the operation time for CN-2 stress-free nozzle. While the entry bore diameter increases slowly with the operation time for GN-3 laminated nozzle. Fig. 12 shows the comparison of the erosion rates for GN-3 and CN-2 nozzles in sand blasting processes. It is obvious that the erosion rate of the stress-free nozzles is higher than that of the laminated nozzles. Therefore, it is appar- ently that the GN-3 laminated nozzles exhibited higher ero- sion wear resistance over the CN-2 stress-free nozzle under the same test conditions. 268 D. Jianxin et al. / International Journal of Refractory Metals 128:13952. 9 Shipway PH, Hutchings IM. The influence of particle properties on 270 D. Jianxin et al. / International Journal of Refractory Metals 1998. 2 Deng Jianxin, Lee Taichiu. Techniques for improved surface integrity and reliability of machined ceramic composites. Surface Engineering 2000;16(5):4114. 3 Raykowski A, Hader M. Blasting cleaning of gas turbine compo- nents: deposit removal and substrate deformation. Wear 2001;249: 12732. 4 Djurovic B, Jean E. Coating removal from fiber composites and aluminum using starch media blasting. Wear 1999;224:2237. 5 Oka YI, Ohnogi H. The impact angle dependence of erosion damage caused by solid particle impact. Wear 1997;203204:5739. 6 Finnie I, Stevick GR, Ridgely JR. The influence of impingement angle on the erosion of ductile metals by angular abrasive particles. Wear 1992;152:917. 7 Wellman RG, Allen C. The eect of angle of impact and material properties on the erosion rates of ceramics. Wear 1995;186 187:11723. the erosive wear of sintered boron carbide. Wear 1991;149:8598. 10 Bahadur S, Badruddin R. Erosion particle characterization and the eect of particle size and shape on erosion, Proceedings of the international conference on wear of materials, ASME, New York, (1989): 14353. 11 Deng Jianxin. Erosion wear of boron carbide nozzles by abrasive air- jets. Materials Science Engineering A 2005;408(12):22733. 12 Deng Jianxin, Feng Yihua, Ding Zeliang. Wear behaviors of the ceramic nozzles in sand blasting treatments. Journal of the European Ceramic Society. 2003;23:3239. 13 Deng Jianxin, Zhang Xihua, Niu Pingzhang, et al. Wear of ceramic nozzles by dry sand blasting. Tribology International 2006;39(3): 27480. 14 Deng Jianxin. Sand erosion performance of B 4 C/(W,Ti)C ceramic blasting nozzles. Advances in Applied Ceramics 2005;104:5964. 15 Deng Jianxin, Zheng Zhongcai, Ding Zeliang, et al. Erosion wear of ceramic and cemented carbide nozzles in dry sand blasting process. British Ceramic Transactions 2003;102:615. 16 Wood RJK, Wheeler DW, Lejeau DC. Sand erosion performance of CVD boron carbide coated tungsten carbide. Wear 1999;233 235:13450. 17 Deng Jianxin, Ding Zeliang, Yuan Dongling. Erosion wear mecha- nisms of coal-water-slurry (CWS) ceramic nozzles. Materials Science Engineering A 2006;417(12):17. 18 Ding Zeliang, Deng Jianxin, Li Jianfeng, et al. Wear behavior of ceramic nozzles in coal water slurry burning. Ceramics International 2004;34(4):5916. 19 Lakshminarayanan R, Shetty DK, Cutler RA. Toughening of layered ceramic composites with residual surface compression. Journal of American Ceramic Society 1996;79(1):7987. 20 Cai PZ, Green DJ, Messing GL. Mechanical characterization of Al 2 O 3 /ZrO 2 hybrid laminates. Journal of the European Ceramic Society 1998;5:202534. 21 Tarlazzi A, Roncari E, Pinasco P, Guicciardi S, et al. Tribological behaviour of Al 2 O 3 /ZrO 2 - ZrO 2 laminated composites. Wear 2000;244:2940. 22 Toschi F, Melandri C, Pinasco P, et al. Influence of residual stress on the wear behaviour of alumina/aluminazirconia laminated compos- ites. Journal of American Ceramic Society 2003;86(9):154753. 23 Hillman C, Suo Z, Lange FF. Cracking of laminates subjected to biaxial tensile stress. Journal of American Ceramic Society 1996;79:2127. 24 Marshall DB, Ratto JJ, Lange FF. Enhanced fracture toughness in layered microcomposites of CeZrO 2 and Al 2 O 3 . Journal of Amer- ican Ceramic Society 1991;74:2979. 25 Sergo V, Lipkin DM, Portu GD, et al. Edge stresses in alumina/ zirconia laminates. Journal of American Ceramic Society 1997;80(7):16338. 26 Portu GD, Micele L, Sekiguchi Y, et al. Measurements of residual stress distributions in Al 2 O 3 /3Y-TZP multilayered composites by fluorescence and Raman microprobe piezo-spectroscopy. Acta Mate- rialia 2005;53:151120. 27 Portu GD, Micele L, Prandstraller D, et al. Abrasive wear in ceramic laminated composites. Wear 2006;260(910):110411. 28 Deng Jianxin, Liu Lili, Li Jianfeng et al. Development of functionally gradient ceramic nozzle materials for sand blasting surface treat- ments. International Journal of Refractory Metals and Hard Mate- rials, in press, corrected proof. 湘潭大學興湘學院
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目 45噸旋挖鉆機驅(qū)動輪和拖鏈輪設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計與制造及其自動化
學 號： 2006183810
姓 名： 龔創(chuàng)先
指導(dǎo)教師： 周友行
完成日期： 2010-5-25
湘潭大學興湘學院
目 錄
摘要 I
第一章 緒論. 1
1.1 旋挖鉆機簡介和分類 1
1.1.2 旋挖鉆機的三種類型 1
1.2 旋挖鉆機發(fā)展狀況 2
1.2.1旋挖鉆機國內(nèi)發(fā)展狀況 2
1.2.2 旋挖鉆機國外發(fā)展狀況 2
1.3 驅(qū)動輪和拖鏈輪介紹 3
1.3.1 驅(qū)動輪介紹 3
1.3.2 拖鏈輪介紹 4
1.4 課題研究的意義 5
1.5 設(shè)計的主要內(nèi)容 5
第二章 履帶式行走裝置的總體方案設(shè)計. 6
2.1. 輪式行走裝置的功用與組成 6
2.2. 履帶式行走裝置的功用與組成 6
2.3 履帶式行走裝置的特點 7
2.4 履帶式行走裝置的選擇 7
2.5 履帶式行走裝置的各部分的功用及結(jié)構(gòu)布置 8
2.5.1驅(qū)動輪 8
2.5.2 支重輪 10
2.5.3導(dǎo)向輪 10
2.5.4緩沖裝置 10
2.5.5托鏈輪 10
2.5.6履帶 12
第三章 履帶行走裝置參數(shù)確定 13
3.1 履帶基本參數(shù)設(shè)計計算 13
3.1.1基本參數(shù) 13
3.1.2單根履帶接地面積 13
3.1.3履帶的接地長度和履帶板寬 13
3.2 運行阻力計算 14
3.2.1 土壤變形阻力 14
3.2.2坡度阻力 15
3.2.3 風載荷造成的阻力 15
3.2.4 不穩(wěn)定運動的慣性阻力 15
3.3 內(nèi)部阻力 15
3.3.1 驅(qū)動輪與履帶的嚙合阻力 16
3.3.2驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪軸頸的摩擦阻力 16
3.3.3履帶銷軸間的摩擦阻力 16
3.3.4 支重輪滾動阻力和軸頸摩擦阻力 16
3.4履帶行走裝置牽引力驗算 17
3.5附著力驗算 17
3.5.1 轉(zhuǎn)彎阻力驗算 18
3.5.2驅(qū)動輪液壓馬達參數(shù)計算 18
第四章 基于PRO/E履帶行走裝置干涉檢測 20
4.1原始數(shù)據(jù) 20
4.2根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖 20
4.3根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的剪力圖與彎矩圖 20
4.4確定材料的許用切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力 21
4.5校核軸的剪切應(yīng)力及彎曲強度 21
第五章 基于PRO/E履帶行走裝置干涉檢測 23
5.1 Pro/Engineer 23
5.2 Pro/ASSEMBLY 24
5.3 Pro/CABLING 24
5.4 驅(qū)動輪和拖鏈輪的PRO/E建模 25
5.4.1 驅(qū)動輪PRO/E建模 25
5.4.2 拖鏈輪PRO/E建模 26
5.5 模型裝配與干涉檢測 28
參考文獻 30
II
45噸旋挖鉆機驅(qū)動輪和拖鏈輪設(shè)計
摘要:
旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高、環(huán)保等特點。配合不同鉆具，適應(yīng)我國大部分地區(qū)的地質(zhì)條件，成為適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)最理想的施工機械。
本畢業(yè)設(shè)計主要是通過對履帶式旋挖鉆機行走裝置的分析與設(shè)計。首先通過對輪式履帶行走裝置和履帶行走裝置的功用和特點進行比較，選擇確定履帶式行走裝置為旋轉(zhuǎn)挖掘機行走裝置系統(tǒng)；其次根據(jù)履帶行走裝置行駛原理，確定履帶行走裝置基本參數(shù)并對履帶行走裝置主要部件進行型號選擇；再次對履帶行走裝備各個部件進行分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計;最后完成其PRO/E三維建模，并對模型進行干涉檢測。
關(guān)鍵詞：旋挖鉆機; 履帶行走裝置; PRO/E三維建模；干涉檢測。
45 tons of rotary drilling rig driving wheel and the
tractor wheel design
ABSTRACT：
Rotary Drilling Rig with installed capacity of power，output torque， axial pressure，flexible, efficient construction, environmental protection, etc.。with different drilling tools
to meet the geological conditions in most parts of China， as the basis for building project
into hole work best construction machinery。
The main graduation is tracked through the rotary drilling rigs running device analysis and design. First, on wheel track crawler running devices and device functions and features
to compare，select OK crawler excavator walking device for rotating equipment systems；
followed by driving under the principle of crawler equipment to determine the basic para-
meters and device for crawler track Travel System Model major components selection; again crawler equipment to analyze the various components and structural design; the final comp-
letion of its PRO / E 3D modeling, and model for interference detection。
KEYWORDS：
Rotary Drilling Rig； Crawler Travel；PRO/E 3D modeling；Interference detection。
第一章 緒 論
1.1 旋挖鉆機簡介和分類
1.1.1 旋挖鉆機簡介
旋挖鉆機是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機械。主要適于砂土、粘性土、粉質(zhì)土等土層施工，在灌注樁、連續(xù)墻、基礎(chǔ)加固等多種地基基礎(chǔ)施工中得到廣泛應(yīng)用，旋挖鉆機的額定功率一般為125～450kW，動力輸出扭矩為120～400kN·m，最大成孔直徑可達1.5～4m，最大成孔深度為60～90m，可以滿足各類大型基礎(chǔ)施工的要求。該類鉆機一般采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動檢測調(diào)整、孔深數(shù)碼顯示等，整機操縱一般采用液壓先導(dǎo)控制、負荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點。主、副兩個卷揚可適用于工地多種情況的需要。該類鉆機配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，還可配掛長螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動樁錘等，實現(xiàn)多種功能，主要用于市政建設(shè)、公路橋梁、工業(yè)和民用建筑、地下連續(xù)墻、水利、防滲護坡等基礎(chǔ)施工。國內(nèi)的專家認為：旋挖鉆機在國內(nèi)今后幾年仍有很大的市場。故對旋挖鉆機現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)特點分析有著十分重要的意義。
1.1.2 旋挖鉆機的三種類型
選擇旋挖鉆機的原則應(yīng)該是能滿足用戶目前的主要工程需求，兼顧今后可能發(fā)生的工程需求。旋挖鉆機根據(jù)其主要工作參數(shù)：扭矩、發(fā)動機功率、鉆孔直徑、鉆孔深度及鉆機整機質(zhì)量可以分為三種類型：
1、小型機
扭矩100kN·m。發(fā)動機功率170kW，鉆孔直徑0.5～1m，鉆孔深度40m左右，鉆機整機質(zhì)量40t左右。小型機的應(yīng)用市場定位：
（1）各種樓座的護坡樁；
（2）樓的部分承重結(jié)構(gòu)樁；
（3）城市改造市政項目的各種小于1m的樁；
（4）適用于其他用途的樁。小型機的市場工作量覆蓋比例達到30%以上。
2、中型機
扭矩180kN·m，發(fā)動機功率200kW，鉆孔直徑0.8～1.8m，鉆孔深度60m左右，鉆機整機質(zhì)量65t左右。中型機的應(yīng)用市場定位：
（1）各種高速公路、鐵路等交通設(shè)施橋梁的橋樁；（2）大型建筑、港口碼頭承重結(jié)構(gòu)樁；
（3）城市內(nèi)高架橋橋樁；
（4）其他適用樁。中型機的市場工作量覆蓋比例達到90%以上。
3、大型機
扭矩240kN·m，發(fā)動機功率300kW，鉆孔直徑1～2.5m，鉆孔深度80m。鉆機整機質(zhì)量100t以上。大型機的應(yīng)用市場定位：
（1）各種高速公路、鐵路橋梁的特大橋樁；
（2）其他大型建筑的特殊結(jié)構(gòu)承重基礎(chǔ)樁。大型機的市場工作量覆蓋比例達到10%以上。
1.2 旋挖鉆機發(fā)展狀況
1.2.1 旋挖鉆機國內(nèi)發(fā)展狀況
旋挖鉆機在二戰(zhàn)以前首先在美國卡爾維爾特公司問世，二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展，1948年意大利邁特公司首先開始研制，接著意大利、德國開始發(fā)展，到了70～80年代在日本得到快速發(fā)展，當時日本稱之為回轉(zhuǎn)斗成樁，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德國、日本這類工法相當普遍。我國在80年代初從日本引進過工作裝置，配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年，天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鉆機并進行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）產(chǎn)品，1988年北京城建機械廠根據(jù)土力公司的樣機開發(fā)了1.5m直徑的履帶起重機附著式旋挖鉆機。
1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鉆孔機的生產(chǎn)技術(shù)，但都沒有形成批量生產(chǎn)。1992年寶峨公司在中國北京設(shè)立了代表處，開始了對華業(yè)務(wù)．并于1995年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司，組裝適合中國市場的寶峨BG20型旋挖鉆機。
1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司，生產(chǎn)組裝BG15型、BG24型旋挖鉆機。1998年，徐工集團開始自主開發(fā)研制RD18旋挖鉆機，于99年試制成功并投入批量生產(chǎn)，最近幾年我國旋挖鉆機取得了快速發(fā)展。后來，北京經(jīng)緯巨力、三一重機等也紛紛涉足旋挖鉆機的生產(chǎn)，目前國內(nèi)外生產(chǎn)旋挖鉆孔機廠商有近二十家。
1.2.2 旋挖鉆機國外的發(fā)展狀況
國外目前旋挖鉆機的在國內(nèi)的公司主要有：德國寶峨公司，其產(chǎn)品系列為BG12～BG25；意大利土力公司，其產(chǎn)品為R412～R618；MAIT公司的HR130～HR240；IMT公司的AF6～AF50；CMV公司的TH12～TH25等。國外產(chǎn)品最大扭矩可達360kN·m，發(fā)動機功率達448kW，鉆孔直徑4m，鉆深90余米等，品牌主要集中于土力、寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、巨力、日本產(chǎn)小扭矩旋挖鉆機。國外產(chǎn)品最大扭矩可達360kN·m，發(fā)動機功率達448kW，鉆孔直徑4m，鉆深90余米。目前國外的旋挖鉆機一般都設(shè)有搖管裝置、由兩個或三個液壓馬達驅(qū)動的大扭矩動力頭（可配套管連結(jié)器）、液壓系統(tǒng)采用恒功率變量自動控制、自鎖互扣鉆桿、先進的監(jiān)控儀表（如發(fā)動機和液壓系統(tǒng)自動監(jiān)測和報警系統(tǒng)、鉆孔深度顯示、鉆桅自動測斜糾偏裝置），同時配有各種保險裝置（如防止帶負載起動，卷揚機超高限位等），但各家公司的旋挖鉆機都有自己的技術(shù)特點。
目前國外該類產(chǎn)品技術(shù)已趨成熟，比較著名的有德國BAUER公司，利勃海爾公司，意大利MAIT公司、土力公司、CMV公司等，目前從國外產(chǎn)品技術(shù)上看，有如下技術(shù)特點：整機采用鉆孔深度、垂直度自動檢測及控制；熒屏實時顯示；鉆孔定位技術(shù)；液壓履帶式伸縮底盤，保證了整機穩(wěn)定性及良好的機動性能；自行起落可折疊式鉆桅；大扭矩多節(jié)伸縮式鉆桿，可匹配多種鉆具，以適應(yīng)不同作業(yè)需求；雙速自適應(yīng)動力頭，既可進行鉆孔，又能安放套管；采用了主、副卷揚的高度限位，動臂幅度限位及駕駛室內(nèi)液控開關(guān)等安全保護裝置；應(yīng)用人機工程原理設(shè)計了新型操縱室，布置了冷暖空調(diào)，提高了操作舒適性等。
1.3 驅(qū)動輪和拖鏈輪介紹
1.3.1 驅(qū)動輪介紹
驅(qū)動輪，工程機械挖掘機與推土機的動力傳輸者，在挖掘機上，因為整體是鑄造加工的，所以叫“驅(qū)動輪”，推土機因為是分開幾塊鑄造或者說鍛造的，所以稱為“驅(qū)動齒塊”。驅(qū)動輪一般直接是與驅(qū)動馬達相接，直接把動力傳給履帶，從而帶動整個底盤前進。
驅(qū)動輪的材料主要是以鑄造為主，但大功率的推土機的驅(qū)動齒塊以鍛造為多，那樣的產(chǎn)品會承受住更大的驅(qū)動力，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。無論是何種材料，產(chǎn)品都要經(jīng)過毛坯鑄造（鍛造）、機械加工、齒部淬火等工藝，最終交給客戶使用。
挖掘機驅(qū)動輪主要是鑄造產(chǎn)品，材料一般是ZG40Mn，齒部的淬火硬度與推土機相近，HCR46-56，因為輪子是整體加工，所以工藝上比較簡單，保證加工精度與尺寸精度就可以。
旋挖鉆機和推土機的齒塊以鍛造為主，因為是一塊塊的三齒或兩齒，最后要拼成一個輪子，所以在加工工藝與技術(shù)要求上更是嚴格了許多。推土機齒塊要求：齒塊用鋼應(yīng)符合GB/T 3077中規(guī)定的40MnB或35MnB合金鋼材料，也允許采用力學性能不低于上述牌號的其它材料；齒塊用鋼的含碳量應(yīng)符合GB/T 3077中的規(guī)定；其含硫、磷量應(yīng)小于0.035%。鋼的非金屬夾雜物、脆性夾雜物、塑性夾雜物的含量應(yīng)符合GB/T 10561—1989中規(guī)定的2.5級要求；齒塊的熱處理硬度要求HCR46-56；齒塊的鍛造比應(yīng)大于或等于2，起模斜度為3°~5°；鍛件齒形精度相對于標準齒形樣板的極限偏差，應(yīng)控制在±0.7 mm以內(nèi)。
驅(qū)動輪磨損：
驅(qū)動輪輪齒的磨損常發(fā)生輪齒的根部、前后側(cè)面、左右側(cè)面和輪齒頂部。當推土機向前行駛，輪齒托起履帶銷套時，磨損發(fā)生在輪齒的前側(cè)面；反之，當推土機向后行駛時，磨損發(fā)生在輪齒的后側(cè)面。當履帶太松，產(chǎn)生履帶偏斜，輪齒沖擊鏈軌節(jié)的側(cè)面時將造成驅(qū)動輪輪齒側(cè)面的磨損。
驅(qū)動輪輪齒的另一磨損形式是頂部磨損。頂部磨損發(fā)生在履帶與驅(qū)動輪輪齒被粘性物質(zhì)填塞，驅(qū)動輪輪齒與履帶銷套的嚙合關(guān)系被改變時。當推土機向前行駛時，就會在驅(qū)動輪驅(qū)動側(cè)的齒背面的頂點和銷套的側(cè)面劃下印痕。
1.3.2 拖鏈輪介紹
托鏈輪在履帶式行走裝置中的主要作用是防止履帶上部的下垂和履帶行走時的脫落并可減小其上下振動。小型挖掘機的托鏈輪一般都是懸臂安裝在履帶架上。托鏈輪的結(jié)構(gòu)由軸、端蓋、浮動油封、托輪體和托鏈輪架等主要零件組成。托鏈輪位于履帶架上部，承受載荷比支重輪小，污物不易侵入，磨損也較少。
在托鏈輪的設(shè)計過程中，主要設(shè)計托鏈輪的輪體和輪架的制作過程并考慮其工藝性，例如托鏈輪輪體的制造過程中，我們需要考慮使用什么樣的毛坯成型技術(shù)，進行什么樣的熱處理，采取什么加工方法及加工路線，才能使設(shè)計趨于合理化，同時保證經(jīng)濟性較好。在加工輪體的油塞孔時，使用復(fù)合刀具，可避免孔的不同心性，也可避免多次裝夾造成的誤差，在此論文中，充分考慮到了各種問題。
根據(jù)托鏈輪的功用，應(yīng)選擇耐磨性較高的材料，因此選擇50Mn（含碳量為0.5%，Mn含量為1.5%以下）作為制造材料。由于托鏈輪的制造是批量生產(chǎn)，并且所需的毛坯的直徑為125mm左右，所以選金屬棒料作為毛坯，棒料直徑不大于200毫米，剪切下料的設(shè)備一般用棒料剪。由于冷剪時，被剪切處將會產(chǎn)生很大的應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。因此在剪切前應(yīng)預(yù)熱至350℃左右，并且在此溫度下材料容易被剪斷。
剪切下料的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高；由于無切屑損耗，提高了材料的利用率。
剪切下料的缺點是剪切端面不平，即會出現(xiàn)馬蹄形，尤其在熱態(tài)下剪切直徑較大的棒料時更為嚴重。這就要求在剪切時保證馬蹄形不能太大。剪切下料一般多應(yīng)用于大批大量生產(chǎn)的鍛造車間。
1.4課題研究的目的和意義
（1）本設(shè)計使工程機械在斜坡下行時不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高各類工程機械的安全性。
（2）本設(shè)計從經(jīng)濟性技術(shù)分析是為了節(jié)省資金，主要應(yīng)用于小噸位的建筑機械中，使各類工程機械在濕軟的或高低不平的農(nóng)田等不良地面上行走時具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能。
1.5 設(shè)計的基本內(nèi)容
本次設(shè)計主要針對履帶式旋挖鉆機進行討論，著重于履帶式旋挖鉆機的行走裝置的分析與設(shè)計。其設(shè)計主要內(nèi)容如下：
第2章通過比較輪式行走裝置與履帶式行走裝置比較的特點，確定行走裝置方案為履帶行走裝置；
第3章根據(jù)履帶行駛原理，并結(jié)合行走裝置運動學，確定履帶行走裝置基本參數(shù)；
第4章根據(jù)履帶行走裝置基本參數(shù)，確定了履帶行走裝置主要部件“四輪一帶”的型號，并完成“四輪一帶”結(jié)構(gòu)設(shè)計；
第5章完成了履帶行走裝置PRO/E三維圖建模，并對進行干涉檢測，以確定其結(jié)構(gòu)的合理性和可行性。
第二章 履帶式行走裝置的總體方案設(shè)計
2.1. 輪式行走裝置的功用與組成
輪式行走系統(tǒng)的功用是：將整個機械構(gòu)成一體，并支撐整體質(zhì)量；將傳動系統(tǒng)傳來的轉(zhuǎn)矩化為車輛行駛的牽引力；承受和傳遞路面作用于車輪上的各種反力及力矩，吸收振動，緩和沖擊，保證機械的正常行駛。
整機的質(zhì)量通過車輪傳到地面，引起地面產(chǎn)生作用于前輪和后輪的垂直反力。當內(nèi)燃機經(jīng)傳動系傳給驅(qū)動輪一個驅(qū)動力矩時，則地面便產(chǎn)生作用于驅(qū)動輪邊緣上的牽引力。整個推動整個機械行駛的牽引力便由行走系統(tǒng)來承受。從驅(qū)動輪邊緣傳至驅(qū)動橋，同時經(jīng)車架傳至前橋軸，推動車輪滾動而使整機行駛。當機械制動時，經(jīng)操作系統(tǒng)作用于車輪上一個制動力矩，則地面便產(chǎn)生作用于車輪邊緣上與行走方向相反的制動力，制動力也由行走系統(tǒng)承受，它從車輪邊緣經(jīng)車橋傳給車架，迫使機械減速以至停止。當整機在彎道或橫坡行駛時，路面與車輪間將產(chǎn)生側(cè)向反力，此側(cè)向反力也由行走系統(tǒng)來承受。
對于行駛速度較低的輪式工程機械，為了保證其作業(yè)時的穩(wěn)定性，一般不裝懸架，而將車橋直接與車架連接，僅依靠低壓的橡膠輪胎緩沖減震。因此緩沖性能較裝有彈性懸架者差。對于行駛速度高于40~50Km/h的工程機械，懸架裝置有彈性鋼板制作的（如起重機），也有用氣—油為彈性介質(zhì)制作的。后者的緩沖性能較好，但制造技術(shù)要求高。
2.2. 履帶式行走裝置的功用與組成
履帶式行走裝置的功用是支撐機體并將發(fā)動機經(jīng)由傳動系統(tǒng)傳到驅(qū)動鏈輪上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變成機械行駛和進行作業(yè)所需的牽引力。為了保證履帶式機械的正常工作它還起緩和地面對機體沖擊振動的作用。
履帶式行走裝置有結(jié)構(gòu)完全相同的兩部分，分別裝在機械的兩側(cè)，主要由支重輪、托鏈輪、引導(dǎo)輪、緩沖裝置及履帶等組成。
圖2.2 履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)圖
其中5—支重輪總成；6—密封履帶總成；7—行走梁機構(gòu)；8—導(dǎo)向輪總成；9—張緊裝置護罩；10—車輛型液壓油缸；11—油缸支架；12—托鏈輪總成；13—軸系統(tǒng)總成；14—驅(qū)動輪支座；15—牽引支架；16—張緊裝置。
2.3 履帶式行走裝置的特點
（1）支承面積大，接地比壓小。例如，履帶推土機接地比壓為0.02Mpa～0.1 Mpa,而輪式推土機的接地比壓一般為0.2Mpa。因此，履帶推土機適合在松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下限度小，滾動阻力也小，通過性能較好；
（2）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附性能好，有利于發(fā)揮較大牽引力；
（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大，運動慣性大，減振功能差，使得零件易損壞。因此，行駛速度不能太高，機動性能差。
2.4 履帶式行走裝置的選擇
履帶式行走系統(tǒng)與輪式行走系統(tǒng)相比有如下特點:
（1）支撐面積大，接地比壓小。例如，履帶推土機的接地比壓2~8N/，而輪式推土機的接地比壓一般為20N/。因此，履帶推土機適合松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度，滾動阻力也小，通過性能較好。
（2）履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。
（3）履帶不怕扎、割等機械損傷。
（4）履帶銷子、銷套等運動副在使用中要磨損，要有張緊裝置調(diào)節(jié)履帶松緊度，兼起一定的緩沖作用。
（5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運動慣性大，減振性能差，零件易損壞。因此，行駛速度不能太高，機動性差。
本設(shè)計要求的旋挖鉆機在松軟或泥濘場地進行作業(yè)，對行駛速度和機動性要求較低。要求接地比壓小，牽引附著性強，在作業(yè)時不能下陷，并應(yīng)該有較強的通過性能。履帶式行走裝置與輪式行走裝置相比，其優(yōu)點為支承面大，接地比壓小，所以在松軟土壤上的下陷程度和滾動阻力小，而且大多數(shù)履帶板上都制有履齒，可以深入土內(nèi)。缺點是行駛速度小，對緩和行駛中的沖擊和振動能力差。由以上對輪式行走裝置和履帶式行走裝置的比較，可以確定采用履帶式行走裝置。
2.5 履帶式行走裝置的各部分的功用及結(jié)構(gòu)布置
2.5.1 驅(qū)動輪
驅(qū)動輪中心的高度應(yīng)有利于降低整機的重心高度，其直徑尺寸應(yīng)有利于增加履帶的接地長度，但在決定上述兩個尺寸時，還需綜合考慮整機的離地間隙和離去角的值。履帶推土機的離去角值一般不超過2o～5o。
在履帶推土機等工程機械上，多數(shù)是把驅(qū)動輪布置在后方。
驅(qū)動輪前置或者后置，主要依據(jù)所選定的發(fā)動機安裝位置來決定。試驗表明，使用前置驅(qū)動輪時，滾動阻力比使用后置驅(qū)動輪時要大50%。這是因為完全張緊的履帶必須繞過后置引導(dǎo)輪，致使履帶銷和輪齒處的摩擦損耗增大，其優(yōu)點是，上部履帶張緊容易防止履帶發(fā)生共振現(xiàn)象，履帶在與驅(qū)動輪嚙合前的長度增大也便于排除泥土，從而減少履帶跳齒的可能性。
驅(qū)動輪的形狀決定于它同履帶的嚙合形式。一般分為整體式履帶嚙合的驅(qū)動輪和組合式嚙合的驅(qū)動輪。驅(qū)動輪有整體鑄造齒圈和輪轂、分開鑄造以及分段鑄造三種。后兩種形式一般采用螺栓固定，磨損后修復(fù)方便也可以節(jié)約鋼材。但與整體式比較制造較為復(fù)雜。本次設(shè)計中采用的是組合式嚙合的驅(qū)動輪。
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圖2.5.1 組合式履帶驅(qū)動輪
驅(qū)動輪的輪齒工作面要承受銷套反作用力的彎曲壓應(yīng)力，輪齒與銷套之間存在磨料磨損，齒面節(jié)圓處磨損后，機器繼續(xù)行走，就會產(chǎn)生跳齒和沖擊性磨損。所以驅(qū)動輪選擇有較高的淬透性和較高的熱敏感性的材料制成。以提高使用壽命。目前已采用50Mn和35SiMn鋼來代替35和45 鋼。輪齒的熱處理為中頻淬火，低溫回火，硬度HRC55~58。
驅(qū)動輪的節(jié)距與履帶節(jié)距保持一致，取為203。根據(jù)《工程機械設(shè)計》，通常驅(qū)動輪的齒數(shù)取23～27，參考JB/T 2984.4－1999中履帶節(jié)距為203mm的驅(qū)動輪的參數(shù)，可以得出齒數(shù)為27。根據(jù)《工程機械設(shè)計》，一般節(jié)圓半徑取為400~500mm，查履帶式推土機驅(qū)動輪齒塊行業(yè)標準JB/T 2984.4－1999 ，節(jié)距為203mm的驅(qū)動輪節(jié)圓直徑為D=881.12mm, 其它安裝尺寸與技術(shù)要求可參考該標準。
2.5.2 支重輪
功用：支重輪用螺釘固定在輪架下面，用于支撐機械的質(zhì)量，并將質(zhì)量分布在履帶板上。同時還依靠其滾輪凸緣夾持鏈軌不使履帶橫向滑脫（脫軌），保證機械沿履帶方向運動。
結(jié)構(gòu)布置：根據(jù)功率大小，履帶推土機每側(cè)有4～9支重輪，功率小的取下限，功率大的取上限。當履帶接地長度一定時，增加支重輪個數(shù)，可使接地壓強均勻，減少履轍深度金額滾動阻力，但增加個數(shù)后，勢必減少直徑，從而增大支重輪在履軌上滾動的阻力，綜合考慮這兩個因素，一般取支重輪直徑Dz=（1～2.0）lt。各支重輪等距分布，軸間距l(xiāng)z=(1.7～2.0))lt,最后端的支重輪軸與驅(qū)動輪軸之間的距離lk=(2.3～2.6)lt，最前端的支重輪位置應(yīng)保證張緊輪調(diào)整到最后極限位置而緩沖彈簧又壓縮達最大值時不會發(fā)生干涉。驅(qū)動鏈輪齒頂與支重輪輪轂之間，應(yīng)留有足夠的間隙，以防積泥。
2.5.3 導(dǎo)向輪
功用：引導(dǎo)輪安裝在臺車架的前部，它主要用來引導(dǎo)履帶的行駛方向，并借助緩沖裝置使履帶保持一定的緊度，減小履帶在運行中的跳動，從而減小沖擊載荷以及額外的功率損耗，并防止履帶脫軌。
結(jié)構(gòu)布置：較大的導(dǎo)向輪可以減少履帶載荷的波動，但增大導(dǎo)向輪直徑D。受結(jié)構(gòu)布置限制。導(dǎo)向輪輪緣最高點，應(yīng)比驅(qū)動輪低10～60mm，這樣能使上方區(qū)段的履帶依靠本身重量順勢前滑。輪緣的最低點則受Ψ1限制。履帶推土機因前方有推土板開路，故接近角Ψ可較小，一般為1o～3o。試驗表明，導(dǎo)向輪軸與最前面的支重輪軸之間的距離，一般不應(yīng)小于履帶節(jié)距的三倍，否則履帶運動的不均勻性太大。
2.5.4 緩沖裝置
功用：緩沖裝置的主要功用是使履帶保持有一定的緊度，減少履帶的下垂和在運動時的跳動。同時當引導(dǎo)輪前遇有障礙物或履帶卡入石塊等硬物而使履帶過于張緊時，它能允許引導(dǎo)輪后移，以避免損壞機件。越過障礙物后，引導(dǎo)輪又在緩沖裝置彈簧的作用下恢復(fù)原位。
2.5.5 托鏈輪
功用：托鏈輪通過支架安裝在臺車車架上，其功用是用來將履帶上部托起，防止履帶下垂過大，減小履帶在運動中產(chǎn)生的跳動和側(cè)向擺動。靠近驅(qū)動輪的托鏈輪，還能減小因驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)而將履帶沿驅(qū)動輪的切線方向甩動時所產(chǎn)生的履帶下垂。
結(jié)構(gòu)布置：托鏈輪主要用來限制上方區(qū)段履帶的下垂量。因此，為了減少托鏈輪與履帶間的摩擦損失，托鏈輪數(shù)目不宜過多，每側(cè)履帶一般為1～2個。
托鏈輪的位置應(yīng)有利于履帶脫離驅(qū)動鏈輪的齒合，并平穩(wěn)而順利地滑過托鏈輪和保持履帶的張緊狀態(tài)。當采用兩個托鏈輪時，后面一個托鏈輪應(yīng)靠近驅(qū)動鏈輪，并使托鏈輪輪緣的上平面高度ht1與0.5Dt之和等于或大于驅(qū)動輪的節(jié)圓半徑0.5Dk,以限制該處履帶下垂，并使履帶易于脫開齒合。托鏈輪的位置尺寸，通常為lt2≈0.4L，lt1≈?（L-lt2）。其具體結(jié)構(gòu)與安裝見圖2.55。其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸選擇可參考JB/T 2984.1 2001。
圖2.5.5（1） 拖鏈輪主視圖
圖2.5.5（2） 拖鏈輪側(cè)視圖
根據(jù)履帶的節(jié)距t=203mm，參考JB/T 2984.1－2001履帶式推土機拖鏈輪行業(yè)標準，履帶節(jié)距t 為203mm的托鏈輪，其工作輪徑d4 為φ170mm，其它安裝尺寸與技術(shù)要求可參考該標準。拖輪與支重輪相比，受力較小，磨損也輕，因此結(jié)構(gòu)較簡單，尺寸略小，通常不進行強度計算。拖輪常用灰鑄鐵或ZG50Mn鋼鑄造，輪緣表面不經(jīng)機械加工。一般安裝時為懸臂型式。
2.5.6 履帶
功用：履帶用來將整個推土機的重量傳給地面、并保證推土機有足夠的牽引力、履帶直接和土壤、沙石等較復(fù)雜地面接觸，并承受地面不平所帶來的沖擊和局部負荷，因此，履帶除應(yīng)具有良好的附著性能外，還要有足夠的強度、剛度和耐磨性。
第三章 履帶行走裝置參數(shù)確定
3.1 履帶基本參數(shù)設(shè)計計算
3.1.1 基本參數(shù)
整車重量：45T；
液壓系統(tǒng)壓力：25Mpa；
履帶收縮寬度3.3m，展開寬度4.2m。
3.1.2 單根履帶接地面積
參照《工程機械設(shè)計》一書中，取接地0.1MP
3.1.3 履帶的接地長度（L）和履帶板寬(b)
長寬比參照《工程機械設(shè)計》一書中，關(guān)于λ的取值：一般用途機械可取λ=0.18~0.22，沼澤地用機械取λ=0.24~0.28，取λ=0.22
L≈3.15,
取整L=3150mm,b=700mm。
履帶行走裝置的全寬參照《工程機械設(shè)計》一書中，履帶接地長度L和履帶機械的軌距W應(yīng)滿足一定的比例關(guān)系：
W——履帶機械的軌距；
μ——轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，疏松土壤取μ=0.6~0.7，硬土地取μ=0.25；
——履帶對地面的附著系數(shù)，在干燥的土路上取=0.8~0.9；
f——滾動阻力系數(shù)，在干燥的土路上取f=0.05。
本次設(shè)計中取μ=0.25，=0.9，f=0.05。則，
依據(jù)上面所確定的，可以算得：，實際上履帶的軌距W應(yīng)遠大于這個數(shù)值，因此，滿足條件。
3.2 運行阻力計算
行走裝置的牽引力的產(chǎn)生過程是，由發(fā)動機發(fā)出的扭矩經(jīng)傳動系統(tǒng)和驅(qū)動輪把履帶的工作區(qū)段張緊，引起支承面和地面的相互作用。這時，地面給履帶支承面一個切向反作用力，此力的方向與履帶行走方向一致，推動了機械前進。
機械行走時，需要不斷克服行走中所遇到的各種運動阻力，牽引力也就是用于克服這些運動阻力的。
履帶行走裝置的運行阻力，有土壤變形阻力、坡度阻力、風載荷造成的阻力和不穩(wěn)定運動的慣性阻力等。
行走牽引力計算：
參照《液壓挖掘機》一書中式5-11，
得
3.2.1 土壤變形阻力
土壤變形阻力是由于履帶將土壤擠壓變形而引起的。
在坡道上時：
式中 ——運行比阻力系數(shù)，=0.1；
——旋挖鉆機的工作質(zhì)量， =45000kg ；
——預(yù)設(shè)的爬坡角度， =；
參照下表3.2.1
表3.2.1
地面種類
運行比阻力
地面種類
運行比阻力
瀝青公路
0.03～0.04
野路
0.09～0.12
石砌公路
0.05～0.06
深砂、沼地、耕地
0.10～0.15
堅實土路
0.06～0.09
代入有：
在平道時：
3.2.2坡度阻力
坡度阻力是由于機械在斜坡上因自重分力所引起:
3.2.3 風載荷造成的阻力
式中 q——風壓，q=250Pa;
A——迎風面積，A=6.5
3.2.4 不穩(wěn)定運動的慣性阻力
3.3 內(nèi)部阻力
內(nèi)部阻力是驅(qū)動輪與履帶的嚙合阻力、驅(qū)動輪，導(dǎo)向輪的軸與軸套的摩擦阻力、履帶銷軸的摩擦阻力和支重輪滾動阻力和軸頸摩擦阻力等組成。
履帶銷軸與銷套之間的摩擦阻力，履帶運行時不斷繞上和繞出驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪，即履帶由直變彎、由彎變直，銷軸與銷套之間有相對運動。因而產(chǎn)生摩擦力。
設(shè)驅(qū)動輪的齒數(shù)Z，履帶板的轉(zhuǎn)角，履帶總張力為，則驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向時的摩擦功：Z。
式中：
-銷軸直徑；
-銷軸與軸套之間的摩擦系數(shù)；
～0.4；
F值與驅(qū)動輪在前后的位置有關(guān)。
3.3.1 驅(qū)動輪與履帶的嚙合阻力
驅(qū)動輪與履帶的嚙合阻力
。
式中——履帶緊邊張緊力；
——驅(qū)動輪與履帶的嚙合效率，一般取=0.95。
3.3.2驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪軸頸的摩擦阻力
旋挖鉆機前進時：
。
——履帶緊邊張緊力；
——履帶松邊張緊力；
——軸頸中的摩擦系數(shù)，=0.08；
——驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑，=65mm；
——驅(qū)動輪節(jié)圓直徑，=881.12mm。
3.3.3履帶銷軸間的摩擦阻力
。
——履帶銷軸的直徑，=44.5mm；
——履帶板銷與孔的摩擦系數(shù)，=0.25；
——驅(qū)動輪齒數(shù)，=27；
——履帶節(jié)距，=203mm。
3.3.4 支重輪滾動阻力和軸頸摩擦阻力
。
——作用于履帶上的總質(zhì)量；
——支重輪外徑，=20.8cm；
——支重輪銷軸外徑，=10.2cm；
——滾動摩擦系數(shù)，=0.05；
——銷軸和支重輪軸套之間的摩擦系數(shù)，=0.08。
綜上，兩條履帶的內(nèi)阻力綜合為
3.4履帶行走裝置牽引力驗算
1）坡道總阻力：
；
2）平道總阻力：
。
由上計算的結(jié)果可知，上坡行駛阻力=＜=,即牽引力不足以克服行駛阻力，以給定行駛速度1.0km/h 不能爬上坡。若要實現(xiàn)上坡行駛，可適當降低行駛速度，將行駛速度降為0.9km/h，重新計算牽引力。
滿足爬坡要求。
當平道行駛時，應(yīng)按最大行駛速度驗算牽引力，即
，
滿足平道高速行駛牽引力要求。
3.5附著力驗算
式中——履帶和地面見得附著系數(shù)，其值由表3-2得，取=0.9；
——坡度；
——整機質(zhì)量。
＜ 即以V=0.9km/h速度上坡行駛，既滿足行駛阻力要求，又滿足地面附著力要求。
表3.5 履帶和地面間的附著系數(shù)
表3.5
地面情況
平履帶
具有尖筋的履帶
公路
土路
不良的野路
難以通過的斷絕路
結(jié)冰的堅實道路
0.3—0.4
0.4—0.5
0.3—0.4
0.2—0.3
0.15—0.3
0.6—0.8
0.8—0.9
0.6—0.7
0.5—0.6
0.3—0.5
3.5.1 轉(zhuǎn)彎阻力驗算
轉(zhuǎn)彎時的摩擦阻力換算成相當于直線型走的阻力：
。
則，轉(zhuǎn)彎時的總阻力為：
。
——轉(zhuǎn)彎時履帶和地面的摩擦系數(shù)，=0.7；
——打樁機的轉(zhuǎn)彎半徑，即履帶的軌距； ；
——履帶的接地長度，=3150mm。
滿足要求。
3.5.2驅(qū)動輪液壓馬達參數(shù)計算
驅(qū)動輪液壓馬達主要性能參數(shù)為功率和轉(zhuǎn)矩。
馬達功率：。
馬達轉(zhuǎn)矩：。
馬達轉(zhuǎn)矩圓整為：；
——馬達輸出功率；
——旋挖轉(zhuǎn)機速度，=0.9km/h；
——行走傳動機構(gòu)的效率，=0.85；
——馬達的變量系數(shù)，=2；
——驅(qū)動輪節(jié)圓直徑，D=881.12mm。
由以上的計算確定了履帶的基本設(shè)計參數(shù)如履帶板長b和履帶接地長L，為后面的履帶行走裝置主要部件的選型給定了依據(jù)；驅(qū)動液壓馬達性能參數(shù)的確定，馬達的選型給定了依據(jù)。
第四章 托鏈輪軸的強度校核
4.1 原始數(shù)據(jù)
噸位：45噸 履帶重量:450千克 鏈軌重量：3.5噸 總重：17噸
托鏈輪承受的重量按總重的一半計算，以下是對拖鏈輪軸的強度校核
。
4.2 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖
由 得
由 得
4.3根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的剪力圖與彎矩圖
由剪力圖和彎矩圖可得出：
軸在A截面處受到剪力最大
在B截面左側(cè)受彎矩最大
4.4 確定材料的許用切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力
查機械工具手冊知40Mn2材料的
由于40Mn2屬于塑性材料所以有 n=2.5
得
4.5 校核軸的剪切應(yīng)力及彎曲強度
抗彎截面模量：
經(jīng)過校核，軸的剪切強度與彎曲正應(yīng)力強度滿足要求。
44
第五章 PRO/E履帶行走裝置干涉檢測
Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。
Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC(數(shù)控)工具路徑也會自動更新;組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。
5.1 Pro/Engineer
Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖(三維造型還可移動，放大或縮小和旋)。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽空(Shells)等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準)，并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：
1. 特征驅(qū)動(例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等);
2. 參數(shù)化(參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等);
3. 通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間(如表面積等)的關(guān)系來進行設(shè)計。
4. 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等)。
5. 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。
5.2 Pro/ASSEMBLY
Pro/ASSEMBLY是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一個擴展選項模塊，只能在 Pro/Engineer環(huán)境下運行，它具有如下功能：
1. 在組合件內(nèi)自動零件替換。(交替式)
2. 規(guī)則排列的組合。(支持組合件子集)
3. 組裝模式下的零件生成。(考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件)
4. Pro/ASSEMBLY里有一個 Pro/Program模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計，只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可。
5. 組件特征(繪零件與，廣組件組成的組件附加特征值.如：給兩中零件之間加一個焊接特征等)。
5.3 Pro/CABLING
Pro/CABLING提供了一個全面的電纜布線功能，它為在Pro/ENGINEER的部件內(nèi)真正設(shè)計三維電纜和導(dǎo)線束提供了一個綜合性的電纜鋪設(shè)功能包。三維電纜的鋪設(shè)可以在設(shè)計和組裝機電裝置時同時進行，它還允許工程設(shè)計者在機械與電纜空間進行優(yōu)化設(shè)計。Pro/CABLING功能包括：
1. 新特征包括：電纜、導(dǎo)線和電線束;
2. 用于零件與組件的接插件設(shè)計;
3. 在Pro/ENGINEER零件和部件上的電纜、導(dǎo)線及電線束鋪設(shè);
4. 生成電纜/導(dǎo)線束直線長度及BOM信息;
5. 從所鋪設(shè)的部件中生成三維電纜束布線圖;
6. 對參數(shù)位置的電纜分離和連接;
7. 空間分布要求的計算，包括干涉檢查;
8. 電纜質(zhì)量特性，包括體積、質(zhì)量慣性、長度;
9. 用于插頭和導(dǎo)線的規(guī)定符號。
5.4 驅(qū)動輪和拖鏈輪的PRO/E建模
該PRO/E建模主要是對履帶行走裝置的驅(qū)動輪和拖鏈的建模，并完成其PRO/E裝配圖。
5.4.1 驅(qū)動輪PRO/E建模
驅(qū)動輪為一個零件，它安裝在液壓馬達上，與履帶想嚙合，傳遞驅(qū)動力，圖5.4為其PRO/E三維模型。
圖5.4.1 驅(qū)動輪
5.4.2 拖鏈輪PRO/E建模
拖鏈輪主要由拖鏈輪軸、油封外座、托鏈輪蓋、拖鏈輪體等非標準件和一系列標準件組成。零件圖和裝配圖如下。
圖 5.4.2 拖鏈輪軸
圖5.4.3 拖鏈輪體
圖 5.4.4 油封外座
圖 5.4.5 托鏈輪蓋
5.5 模型裝配與干涉檢測
Pro/E裝配的過程如圖5.5（1）所示：
圖5.5（1） Pro/E裝配一般過程
拖鏈輪的裝配關(guān)系較為簡單,一般為面配合和軸對齊,根據(jù)裝配關(guān)系分析,采用的裝配序列為:
拖鏈輪軸→油封外座→油封內(nèi)座→單列圓錐滾子軸承左→拖鏈輪體→單列圓錐滾子軸承右→鎖緊螺母→鎖圈→托鏈輪蓋→墊圈→螺栓。
利用“分析” →“模型” →“全局檢測”可以檢測裝配的干涉情況如圖5.5（2），沒有零件干涉。
圖5.5（2） 干涉檢測結(jié)果
參考文獻
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致 謝
隨著畢業(yè)設(shè)計的完成，我的大學生涯很快就要劃上句號。臨近畢業(yè)，更多的是眷戀與不舍，四年，一段不短的時間，讓我從青澀走向成熟?；仡欉@一程求學路，給我?guī)椭娜颂嗵?，在此學業(yè)即將完成之際對他們獻上我誠摯的謝意。
飲其流時思其源，成吾學時念吾師。值此論文完成之際，謹向我尊敬的指導(dǎo)老師周老師及助教姚小海助教致以誠摯的謝意和崇高的敬意。論文期間，老師們不顧教務(wù)的繁忙，設(shè)身處地的為我們買資料，查文獻，解決我們遇到的很多問題，力爭讓我們的論文做到完美?！笆谌艘贼~，不如授之以漁”您教會我們的更重要的是學習的方法。您還教會我們待人接物和為人處世的道理：您的勤奮，讓我明白天道酬勤要堅持始終；您的博學，讓我知道學海無涯仍需努力；您的樸實，讓我明白善良的價值。生活中，您還教我們?nèi)绾握嬲\做人、踏實做事。老師平易近人的人格魅力，嚴謹進取的治學精神和樂觀向上的生活態(tài)度，將是我今后生活工作中的指路航標。桃李不言，下自成蹊；師恩深厚，不敢言報。唯有今后以百倍熱情工作、學習，力爭有所建樹，以報師恩于萬一。臨別之際，真誠的祝福周老師：身體健康，家庭幸福！
另外特別感謝助教姚小海對本人指導(dǎo)，每次請教助教，你總是熱心待人，細心的指導(dǎo)我們?nèi)绾芜M行下一步工作，在指導(dǎo)工作的同時又不乏對我們思維的開闊與推廣，引導(dǎo)我們更好的完成下一步學習和任務(wù)。你不僅提高我們自主學習的能力，而且教會我們?nèi)绾胃玫乃阉髻Y料和文獻，教我們?nèi)绾卧陔s亂的資料庫中更為簡單的找到自己需要的資料。
最后向評審論文及參加本人論文答辯的各位老師獻上誠摯的謝意！您們辛苦了！
疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損（譯文）
鄧建新，劉麗麗，趙進龍，孫軍龍
山東大學機械工程系，中國山東省濟南 250061，
接稿 2006 年 3 月 31 日；收搞 2006 年 6 月 30 日
摘要
SiC/（W,Ti)C疊層結(jié)構(gòu)的陶瓷噴嘴通過熱壓成形，熱壓是為了減少噴嘴進出口區(qū)域的拉應(yīng)力。在合成物的燒結(jié)過程中由于SiC和(W,Ti)C固溶體的熱量膨脹系數(shù)和收縮率不同將導(dǎo)致殘余應(yīng)力產(chǎn)生，通過有限元方法可以分析該殘余應(yīng)力。疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損是由沙粒的沖擊產(chǎn)生，這個實驗結(jié)果和一個在相同條件下不受壓應(yīng)力的參考噴嘴實驗結(jié)果相比較而得。這個實驗的結(jié)論已經(jīng)表明疊層陶瓷噴嘴比相類似的自由應(yīng)力噴嘴有更高的抵抗沖蝕磨損性能。
1.引言
噴沙處理是一個研磨的加工程序并且廣泛地作為表面的加強[1],表面的修正[2]表面的清理和除銹,等等。它適用于硬且脆的材料, 易延展的金屬，合金和非金屬的材處理。在沙噴的過程中，從噴嘴里出來的高速噴射的精細研磨微粒和載流氣體撞擊目標對象的表面來沖蝕該表面。精細微粒通常由高于幾倍大氣壓的氣流來加速。粒子直接對表面進行處理。當粒子沖擊表面時, 粒子引起一個小的破碎，氣流會將研磨粒子和已破碎的粒子帶離去。噴嘴是噴沙設(shè)備中最緊要關(guān)頭的部份。有許多因素影響力噴嘴的磨損如：流量率和沖擊角度，沖蝕研磨劑性能，噴嘴的材料和它的幾何形狀，溫度。有高耐磨性的陶瓷有很大的潛力做為沙噴的噴嘴材料。
一些研究已經(jīng)顯示陶瓷噴嘴的進口區(qū)域展現(xiàn)了一個感應(yīng)去除程序的脆性破碎而中央的區(qū)域顯示出材料切除模態(tài)的耕犁類型。在沙噴中當沖蝕的微粒以高的角度 ( 將近 90 °) 沖撞噴嘴進口區(qū)段 (見到圖1) ，噴嘴進口區(qū)域遭受形嚴重的研磨沖擊, 這可能引起大的張應(yīng)力。最高的張應(yīng)力位于噴嘴的進口區(qū)域。因此，噴嘴進口區(qū)域的沖蝕磨損相對于中心區(qū)域的磨損來說，總是嚴重的。
圖1 沙噴過程中沖蝕粒子與噴嘴間的作用示意圖
由不同材料的交替層構(gòu)成的疊層混合結(jié)構(gòu)能適當?shù)乇辉O(shè)計, 促使對一個表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，從而提高了表面的機械性能和耐磨性。殘余應(yīng)力增大主要是在于熱膨脹系數(shù) (CTE) ，燒結(jié)率，相階段和相鄰層的彈性模量之間的搭配, 并且殘余應(yīng)力區(qū)域決定于分層的結(jié)構(gòu)幾何形狀和層之間的厚度比率。 Toschi 等人報告疊層混合結(jié)構(gòu)能改善氧化鋁的滑動耐磨性。Portu 等人表明表面區(qū)域受壓縮殘余應(yīng)力的疊層結(jié)構(gòu)組成而得的混合物材料能具備更好的磨擦性能。鄧教授等人證實傾斜的陶瓷噴嘴能展現(xiàn)出比一般位置的陶瓷噴嘴更高的耐磨性。
目前的研究中, SiC/(W,Ti)C 疊層結(jié)構(gòu)的陶瓷噴嘴為了要在噴嘴的進出口區(qū)域減少張應(yīng)力 , 靠熱壓的方式生產(chǎn)。在燒結(jié)過程式中疊層噴嘴的殘余應(yīng)力由有限元方法計算而得。疊層陶瓷噴嘴沖蝕磨損對照于相同的條件下一個不受應(yīng)力的叁考噴嘴而被考查。
2．材料和實驗步驟
2.1. 準備疊層陶瓷噴嘴材料SiC /(W,Ti)C
開始的材料是(W,Ti)C固溶體粉末，平均顆粒大約為0.8μm，純度為 99.9% 。SiC粉末的平均顆粒大約為1μm，純度為 99.8%。六種不同含量的 (W,Ti) C(55,57,59,61,63,65 vol.%)被選擇去設(shè)計六層結(jié)構(gòu)SiC /(W,Ti)C疊層噴嘴材料。疊層陶瓷噴嘴材料的成分分配在圖 2 被顯示。它指出疊層噴嘴材料的成分分配在噴嘴軸的方向中改變。如SiC的熱導(dǎo)率比 (W,Ti) C 的更高, 當它的熱膨脹系數(shù)比 (W,Ti) C 的更低時候, SiC的最高含量的層被提出在進入層和出口層中兩地方 ( 見圖 2.1 a) 。相似的無應(yīng)力的噴嘴沒有成分變化在圖中 2(b) 被顯示。疊層陶瓷噴嘴在進入和出口兩區(qū)域叫做 GN-3, 無壓應(yīng)力噴嘴叫做 CN-2 。
圖2.1a為陶瓷噴嘴在進口和出口區(qū)域（ GN-3 ）輾壓的照抄原文/ （ W ， Ti ） C 成
分分配示意圖； b 為相似的無應(yīng)力噴嘴（ CN-2 ）
SiC/(W,Ti) C 以六種不同混合比合成的粉末被分別地在酒精中和接合的碳化物球體研磨 80 個小時而成濕球來作準備。在弄干之后，和不同的混合比的混合物粉末依次被疊壓進入模子之內(nèi)。這時樣品在流動的氮氣中以 30 MPa 壓力 ,1900 ℃溫度熱壓 40 分鐘。
2.2.噴沙測試
如圖2.2.1所示，空氣噴射研磨機床 ( GS-6 類型) 的示意圖，它由一個空氣壓縮機，一只噴射槍，一個控制閥，粒子供應(yīng)管，一個過濾器，一個干燥器，一個調(diào)壓閥，灰塵捕捉器，一個研磨漏斗 , 和一個噴嘴。氣流流程率被被壓縮的空氣控制，而且研磨粒子的速度經(jīng)過噴嘴被調(diào)整為 60 米/ 秒。
圖2.2.1 空氣噴射研磨機床的示意圖（（ 1 ）空氣壓縮機，（ 2 ）控制閥，（ 3 ）過
濾器，（ 4 ）干燥器，（ 5 ）調(diào)壓閥，（ 6 ）吸塵器，（ 7 ）噴槍）（ 8