【導(dǎo)讀】件，并將載荷傳遞至機(jī)體，受力情況非常惡劣。在復(fù)雜多變的工作外載荷作用下，分。本文進(jìn)行了推土機(jī)的總體設(shè)計(jì)、推土機(jī)重心計(jì)算、推土機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。次設(shè)計(jì)工作裝置采用固定式直傾推土鏟，雙液壓缸提升。根據(jù)任務(wù)書設(shè)計(jì)了鏟刀和推。土板的主要尺寸，并使用CAD制圖軟件，更直觀的將設(shè)計(jì)體現(xiàn)出來。經(jīng)過校核，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，滿足使用要求。分析中，是在切土作業(yè)和坡道運(yùn)行中進(jìn)行的分析。并根據(jù)受力情況對(duì)液壓缸進(jìn)行設(shè)。計(jì)，得出相應(yīng)的缸體尺寸。

　　

【正文】 式中： ? — 土的重度（ N/ 3m ） ，查表 1 得 ? =21179。 310 N/ 3m B— 推土鏟的寬度（ ） H— 推土鏟的高度（ ） ph — 推土鏟平均切屑深度（ ） 0? — 土壤的自然坡度角，查表 2 得取 040 故 tG =21179。 3100240tan2 )( ? =34701N 故 tP =34701N179。 =17351N (3)刀刃與土壤摩擦阻力 1mP ： 1mP = 610 yK 178。 B178。 x178。 1? （ ） 式中： yK — 推土鏟切削刃磨損后切削刃壓入土的比阻力， 查表 4 得 B— 推土鏟寬度（ ） x— 切削刃磨損后的接地長度 m (取 ) 1? — 土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)， 查表 3 取 故 1mP = 610 179。 179。 179。 179。 ? 13200N (4)土屑沿鏟刀上升時(shí)的摩擦阻力的水平 分力 2mP 2mP = tG 1? 2cos ? （ ） 式中 :Gt— 推土鏟前積土重量（ 34701N） 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 20 1? — 土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)（ ） ? — 推土鏟的切削角（ 55176。） 故 2mP =34701 179。 179。 2cos 55176。 = 11416 N 綜上所述：推土機(jī)的作業(yè)阻力 PT 為： PT=Pq+Pt+Pm1+Pm2=42358+17351+13200+11416=84325N 上述作業(yè)阻力計(jì)算時(shí)，沒有考慮鏟刀碰撞障礙物時(shí)的沖擊載荷的影響，當(dāng)鏟刀碰撞到難以克服的障礙 物時(shí)，推土機(jī)仍全力頂推，履帶完全滑轉(zhuǎn)，此時(shí)需考慮猛烈的沖擊及慣性力，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式： Px =Kd 178。 PT （ ） 式中 :Kd— 動(dòng)載系數(shù)，取 故 Px= 179。 84325=126488N 推土機(jī)鏟刀的強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算位置的確定（第一計(jì)算位置） 鏟刀的水平土反力 Px 和頂推架絞點(diǎn)水平反力 Xc 的最大值，適當(dāng)推土機(jī)具有最大頂推力和慣性力時(shí)產(chǎn)生的。即推土板頂?shù)秸系K物，履帶滑轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的。 鏟刀的土切垂直 反力 Pz 和鏟刀升降力的最大值， 是在推土板固定切削時(shí)或者以全功率提升及強(qiáng)制入土?xí)r產(chǎn)生的。 推土機(jī)中部頂?shù)秸系K物，其計(jì)算條件為： ⑴推土機(jī)在水平地面作業(yè) ⑵帶土的推土板從切削位置提升到運(yùn)土位置 ⑶推土機(jī)功率足夠大，在頂升推土板的同時(shí)，以最大頂推力向前，即可能使推土機(jī)翹尾失穩(wěn)，同時(shí)履帶滑轉(zhuǎn)。 超靜定計(jì)算 為了使鏟刀有足夠的高度，推土板和頂推架往往組成一個(gè)超靜定構(gòu)件，因此需要按解超靜定方法進(jìn)行鏟刀的強(qiáng)度計(jì)算。 首先繪制計(jì)算草圖，如圖 57 所示，其中各件的幾何尺寸和相互間位置，是根據(jù)總體布置要求 確定。 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 21 圖 47 超靜定計(jì)算草圖 已求出 xP ， 1S ， zP = xP 178。 ctg( 1??? ) =22303N 式中： 1? 土對(duì)鋼的摩擦角 1? =arctan1= 045 將 Px 和 1S 轉(zhuǎn)算到頂推架平面上，其合力為 1P 則： 1P = xP + 1S cos? 式中：λ 力 1S 與頂推架平面間夾角 (45176。 ) 故 1P=238452N 此時(shí)附加力矩 M1,M2 頂推架平面內(nèi)構(gòu)建具有三個(gè)多余約束，即頂推支座多余一個(gè)約束及水平撐桿多于兩個(gè)約束。由于 P1 作用在推土板中間，兩水平撐桿的約束相同，所以可簡(jiǎn)化為兩次超靜定結(jié)構(gòu)。 解此超靜定系統(tǒng)求出支反力和兩個(gè)水平桿的約束力，首先畫出該結(jié)構(gòu)所受多余未知力 X1， X2，如圖 48 所示。 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 圖 48 工作裝置所受多余未知力 并建立兩個(gè)補(bǔ)充方程： 111?x + 122?x + p1? =0 （ ） 211?x + 222?x + p2? =0 （ ） 式中： 1X 和 2X 去除多余約束后假設(shè)的未知反力 11? 、 12? 和 p1? 分別為 1X 、 2X 和 1P 力作用下沿 1X 作用方向上的位移量 21? 、 22? 和 p2? 分別為 1X 、 2X 和 1P 力作用下沿 2X 作用方向上的位移量 頂推架與履帶臺(tái)車架兩絞點(diǎn)的作用力分別為 1cx 、 1cy 和 2cx 、 2cy 。 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 圖 49 多余未知力計(jì)算圖 在 P1 載荷下： ?2CM = 21lxc 231lP =0 得 1cx = 2cx = 12P =119226N 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 ?0M = 1cx 22l 11lyc =0 1cy = 2cy =1212llxc =55311N 1cM = 2cM = 0M =0 xM = 11lyc =165933N 在 1X 單位力作用下： ?2cM = 21lxc 1+1=0 得 1cx = 2cx =0 ?0M = 11lyc 1=0 得 1cy = 2cy =11l 1cM = 2cM = 0M =0 kM = 0M =0 在 2X 單位力作用下： 1cx = 2cx =0 1cy = 2cy =0 1cM = 2cM = 0M = DM = EM kM =3l sin? 通過以上分析計(jì)算，建立在載荷 P1 作用下和單位力 1X =1 和 2X =2 作用下，基本結(jié)構(gòu)圖上的彎矩圖 pM 、 1XM 和 2XM ，如圖 所示，圖乘法計(jì)算 11? 、 12? 、21? 、 22? 、 p1? 、 p2? 值 : 11? = ?????? ??????? 1121321211 11 llEI= 12? = 21? =313 9 3 2111 1 13si n si n 222lll l l lE I l????????????? ????= 22? = 4s in3221133 ??????? ?? ?llEI= 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 p1? =－ 212121321211 21111 ??????? ????? lylylEI cc=－ EI p2? =－ 3 1 9 1 1 29 3 1 1 3 3121 1 133sin sin 222ccl l l y l ll l y l l lE I l l????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ????? =－ EI 帶入以式 與 得： 1x = 2x = 多余未知力求出后，最后彎矩圖可有下式按疊加原理計(jì)算： Mg= PXX MMXMX ?? 2211 （ ） 得到工作裝置所受軸向力和彎矩圖如圖 510所示： 圖 410 工作裝置所受軸向力和彎矩圖 推土板在外力作用下，從 Mg 圖可見，推土板中間 O 截面及頂推架的 D 截面彎矩最大。 得到推土板截面特性參數(shù)如下： 體積 = +07 3mm 曲面面積 = +07 2mm 密度 = kg / 3mm 質(zhì)量 = +02 kg 根據(jù) 推土鏟 坐標(biāo)邊框確定重心 : 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 26 X Y Z +03 +02 +02 mm 相對(duì)于 推土鏟 坐標(biāo)系邊框之慣性 . (kg179。㎡ ) 慣性張量 Ixx Ixy Ixz +08 +08 +08 Iyx Iyy Iyz +08 +09 +07 Izx Izy Izz +08 +07 +09 重心的慣性 (相對(duì) 推土鏟 坐標(biāo)系邊框 ) (kg179。㎡ ) 慣性張量 Ixx Ixy Ixz +07 +00 +00 Iyx Iyy Iyz +00 +08 +06 Izx Izy Izz +00 +06 +08 主慣性力矩 (kg179。㎡ ) I1 I2 I3 +07 +08 +08 從 推土鏟 定位至主軸的旋轉(zhuǎn)矩陣 : 從 推土鏟 定位至主軸的旋轉(zhuǎn)角 (度 ): 相對(duì) x y z 的夾角 由 xJ = 2xm? zJ = 2zm? 0sin?MgM x ? 0co s?MgM z ? 根據(jù)以上數(shù)據(jù)得： xJ = 4m zJ = 4m xM =－ ?m zM = N?m O 截面的正應(yīng)力值為： ? ?00xzM Z M x NJ J F??? ? ? ? 代入數(shù)據(jù)得： ? ?3 3 0 8 . 8 3 1 2 9 2 1 7 1 7 . 1 6 9 267942 6 8 . 7 3 8 00 . 0 6 4 2 0 . 2 5 4 0 . 0 2 3 6 M P a M P a? ??? ? ? ? ? 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 設(shè)扭矩值與剛度成正 比故 O 截面上扭矩剪切應(yīng)力為： kiikiJM??? 式中： kiM O 截面上各外力對(duì)扭轉(zhuǎn)中心的力矩值之半 （約束承擔(dān)了一半扭矩） i? O 截面各板厚度 kiJ 截面各部分的扭轉(zhuǎn)慣性矩 代入數(shù)據(jù)得： ? = 3 ?? = 推土板中間 O 截面的總應(yīng)力 rs? 按第三強(qiáng)度理論求得： rs? = 22 4?? ? ? ??? （ ） 式中： ??? 許用應(yīng)力 帶入數(shù)據(jù)得： rs? = 22 ?? = Mpa380 Mpa 校核合格。 斜撐桿強(qiáng)度計(jì)算 在推土板垂直平面內(nèi)，推土板與頂推架絞點(diǎn)支反力為 AP ，推土板與斜撐桿絞點(diǎn)反力為 BP ，由于 XP 和 1S 的作用，產(chǎn)生力矩 1M 和 2M 1M = XP 1h 2M = 1S 2h cos? 由 ?BM =0 得： 1M 2M + 52lP + 61lS sin? AP ( 2h + 3h )=0 AP =32615221 s inhh lSlPMM ? ??? ? 代入數(shù)據(jù)得： AP = 050 59 41 75 .52 22 30 3 05 16 92 00 2 si n 49? ? ? ? ? ?=98483N 由 ?AM =0 得： 1M 2M + 52lP + 61lS sin? + BP ( 2h + 3h )=0 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 BP =? ?s in)( s in21 615212 hh lSlPMM ? ??? 代入數(shù)據(jù)得： BP = 0041 75 .52 50 59 22 30 3 05 16 92 00 2 si n 49 si n 45? ? ? ? ? ??= － 139344N 斜撐桿受軸向力 ： ? =BBFP2 ? ??? 式中： BF 斜撐桿截面積 代入數(shù)據(jù)得： ? =221393442 ( )???= MPa ??? =380MPa 校核合格。 第三計(jì)算位置是超靜定體系，此位置主要計(jì)算頂推架、絞銷軸。可按靜定方法計(jì)算。 頂推架強(qiáng)度計(jì)算 頂推架絞點(diǎn)反力 1cX 和 1cZ 由 圖 511 根據(jù)力矩平衡式求得。 ? ? 0c o s22 1 ?????? ?bSlbPbXM xcz ? ? 02s i n2 11 ??????? bZSlbPbGM czgx ? 2s i n12 11 ?SblPX xc ??????? ??（ N） ?????? ???? 1222s i n11 blPGSZ zgc ? (N) 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 圖 511 鏟刀第三位置計(jì)算圖 01 2 . 4 3 1 6 9 2 0 0 s i n 1 0 01 2 6 4 8 8 10 . 5 1 2cX ??? ? ?????= 01 1 6 9 2 0 0 s i n 1 0 0 3 1 2 9 3 2 . 4 32 2 3 0 8 . 3 12 2 0 . 5 1cZ ??? ? ? ?????= 鉸銷軸強(qiáng) 度計(jì)算 此位置時(shí)銷軸危險(xiǎn)截面為 I－ I 面（如 圖 512），銷軸受力為 cP ，其計(jì)算如下： 2121 ccc ZXP ?? cP = 228 1 2 4 9 7 .5 2 0 4 6 1 7 .2? = 圖 512 絞銷軸受力 ? ??? ???? ? 610FYW lP cc （ MPa） （ ） 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 式中： W— 銷軸抗彎截面模量（ 3m ），值為 cY — 銷軸的軸向力，取 32536N F— 銷軸斷面積（㎡），值為 68 3 8 2 0 4 0 . 1 2 3 2 5 3 6100 . 0 0 5 0 . 0 0 3? ??? ? ? ?282MPa ? 380 MPa 此 絞 銷軸合格 湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 第五章 穩(wěn)定性計(jì)算 推土機(jī)的穩(wěn)定性包括防止推土機(jī)前傾翻、后傾翻、側(cè)向傾翻以及橫向滑移等現(xiàn)象的出現(xiàn)。以下討論幾種典型工況。 土機(jī)切土作業(yè)的穩(wěn)定性 推土機(jī)的作業(yè)條件為：推土機(jī)水平運(yùn)行、用最大牽引力等速切土，同時(shí)提升推土鏟。計(jì)算該工況穩(wěn)定性是防止推土機(jī)出現(xiàn)向前傾翻的現(xiàn)象。如圖 5— 1 所示，穩(wěn)定性的判斷式為 xc? 式中 ， c 為最前端支重輪下的 履 帶接地 點(diǎn)到驅(qū)動(dòng)輪中心線的距離； x 為支承 履 帶的土壤法向反力的合力 N 至驅(qū)動(dòng) 鏈 輪中心的水平距離?？梢园聪旅娴姆椒ㄇ蟮?，由0 0M ?? 得 1 1 2S Z