18T單鋼輪全液壓振動(dòng)壓路機(jī)工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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Facing a rare historical opportunity, infrastructure construction in China is experiencing a new technology revolution, the traditional vibration equipment technology road machine is not the requirement of social development, it will gradually be advanced vibratory roller equipment technology replaced. Based on the 18t single drum vibratory roller has carried on the preliminary design, determine the basic parameters, and put the emphasis on the key calculation of its execution mechanism, eccentric wheel, hydraulic control principle diagram, and the various components are also made corresponding calculation. Keywords: vibration road roller, execution mechanism, an eccentric wheel, hydraulic 1 前言 1.1壓路機(jī)發(fā)展歷史 1.1.1 壓路機(jī)的起源 壓路機(jī)作為強(qiáng)化工程結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)，堤壩及路面鋪裝層的主要手段，早已為工程建設(shè)專家們所熟知合應(yīng)用。 早期的壓實(shí)技術(shù)可以說是仿生學(xué)。遠(yuǎn)古時(shí)代，先輩們就曾利用牛羊畜群的蹄子對(duì)土壤進(jìn)行踩踏。而輪胎的柔性壓實(shí)特性合減震理論的應(yīng)用則完全來自人們自發(fā)的研究成果，牛頓力學(xué)為壓實(shí)機(jī)械與施工對(duì)象相互作用的研究提供了條件，現(xiàn)代力學(xué)則為機(jī)械振動(dòng)的應(yīng)用和控制奠定了理論基礎(chǔ)。 1.1.2 國(guó)際壓路機(jī)的發(fā)展史 壓路機(jī)作為最早的路面壓實(shí)機(jī)械，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展和演變。早期出現(xiàn)的壓路機(jī)都是拖式，可以追溯到18世紀(jì)初制造的畜力牽引的光輪碾。至于用圓石制成的石碾，則可以追溯到中國(guó)更古老的年代，我們祖先一千年以前就用人力或者畜力拖動(dòng)石碾，它是最早壓路機(jī)的雛形。 19世紀(jì)的工業(yè)革命席卷西方，歐洲最早做出了蒸汽機(jī)拖動(dòng)的拖拉機(jī)。隨后在1982年就制成了以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的自行式三輪壓路機(jī)，并于1865年投產(chǎn)，美國(guó)是最早開展土壤壓實(shí)理論及其方法研究的國(guó)家，20世紀(jì)初，他們的一些研究機(jī)構(gòu)對(duì)道路的沉陷級(jí)其他一些結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行了研究，并且從理論和實(shí)踐上都提出了方案。同時(shí)負(fù)責(zé)修建水壩、軍用機(jī)場(chǎng)的美國(guó)工程兵合負(fù)責(zé)灌溉的工程的聯(lián)邦墾務(wù)所也對(duì)土壤壓實(shí)進(jìn)行了研究。在此期間美國(guó)的工程師們開發(fā)成功研制了世界第一臺(tái)羊拖式羊足碾壓路機(jī)。 當(dāng)內(nèi)燃機(jī)剛出現(xiàn)時(shí)，美國(guó)人就敏銳地察覺到蒸汽機(jī)不適合壓路機(jī)，他們與1919年制成了以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的壓路機(jī)。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)工程師們?cè)谔钔凉さ厣嫌^察了汽車輪子的壓痕，并根據(jù)此原理于1940年制成了輪胎壓路機(jī)。 以上都是靜壓式壓路機(jī)，而振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)和振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的出現(xiàn)是壓路機(jī)發(fā)展史一個(gè)劃時(shí)代的貢獻(xiàn)，從此改善壓實(shí)效果不再簡(jiǎn)單地以來壓路機(jī)重量或者壓實(shí)壓力，同時(shí)將振動(dòng)方式合振動(dòng)參數(shù)研究推向了高峰。 20世紀(jì)30年代，德國(guó)在修建公路網(wǎng)時(shí)使用了由勞森公司首創(chuàng)的一臺(tái)拖動(dòng)級(jí)牽引的1.5t振動(dòng)平板壓實(shí)機(jī)和一臺(tái)25t的推土機(jī)式振動(dòng)壓路機(jī)。但真正大量投放市場(chǎng)的是在50年代初。早期的壓路機(jī)噸位都很小，并且品種少，總體性能價(jià)差。 20世紀(jì)70年代是壓實(shí)機(jī)械發(fā)展史上的一個(gè)重要變革，是迅速二普遍地推廣應(yīng)用了靜液壓傳動(dòng)和電業(yè)控制技術(shù)；到70年代末，在壓路機(jī)特別是振動(dòng)壓路機(jī)上，機(jī)械傳動(dòng)在國(guó)外大多數(shù)被液壓傳動(dòng)所代替。隨著電液控制技術(shù)在振動(dòng)壓路機(jī)的應(yīng)用，從此出現(xiàn)了調(diào)頻、調(diào)幅的壓路機(jī)。為壓實(shí)工作參數(shù)合隨機(jī)監(jiān)控創(chuàng)造了條件。 目前壓實(shí)機(jī)械比較先進(jìn)的國(guó)家有德國(guó)、美國(guó)、日本、瑞典等 1.1.3 國(guó)內(nèi)壓路機(jī)的發(fā)展史及發(fā)展現(xiàn)狀 1961年西安公路交通學(xué)院與西安筑路機(jī)械廠聯(lián)合開發(fā)的3t自行式振動(dòng)壓路機(jī)是國(guó)內(nèi)振動(dòng)壓路機(jī)的起點(diǎn)。1964年洛陽建筑機(jī)械廠研制出4.5t振動(dòng)壓路機(jī)。1974年洛陽建筑機(jī)械廠與長(zhǎng)沙建筑機(jī)械研究所合作開發(fā)了10t輪胎驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)和14t拖式振動(dòng)壓路機(jī)。80年代中期我國(guó)開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的壓路機(jī)制造技術(shù)。1985年溫州冶金機(jī)械廠研制了19t振動(dòng)壓路機(jī)。1999年三一重工集團(tuán)有限公司引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)研制了YZ系列振動(dòng)壓路機(jī)，采用全液壓控制，型號(hào)有YZ16C、18T單鋼輪全液壓C、YZ20等。20世紀(jì)80年代后期，隨著基礎(chǔ)工業(yè)元件的發(fā)展，特別是液壓泵、液壓馬達(dá)、振動(dòng)輪用軸承、橡膠減振器的引進(jìn)生產(chǎn)，使振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)總體水平和可靠性有了很大的提高。國(guó)內(nèi)大專院校和科研院所的科研攻關(guān)，使我國(guó)自行開發(fā)和研制振動(dòng)壓路機(jī)的能力有了較大的提高。1998年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)研制的混沌振動(dòng)壓路機(jī)，1990年西安公路大學(xué)與徐州工程機(jī)械廠共同開發(fā)的10t振蕩壓路機(jī)，都標(biāo)志著我國(guó)振動(dòng)壓路機(jī)科研和產(chǎn)品開發(fā)達(dá)到了新的水平。 我國(guó)壓路機(jī)的理論研究和產(chǎn)品自主研發(fā)起步較晚，整體技術(shù)狀態(tài)與國(guó)際先進(jìn)水平仍然存在較大差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品系列不完整，超重型振動(dòng)壓路機(jī)生產(chǎn)數(shù)量仍然較少。專用壓實(shí)設(shè)備匱乏，綜合性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及自動(dòng)控制技術(shù)仍然落后。 近年來，國(guó)內(nèi)壓路機(jī)主要生產(chǎn)企業(yè)逐漸具備開發(fā)和研究生產(chǎn)高技術(shù)水平全液壓振動(dòng)壓路機(jī)的能力，廣泛采用進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式液壓系統(tǒng)、震動(dòng)軸承、橡膠減震塊等，使得產(chǎn)品可靠性、耐用性等方面有了很大的提高；并且通過對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化和吸收，在智能化、新壓實(shí)型原理和技術(shù)、GPS技術(shù)和壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用軟件等方面進(jìn)行了一系列研究與開發(fā)，使得我國(guó)壓實(shí)機(jī)械技術(shù)和產(chǎn)品得到了長(zhǎng)足的發(fā)展?？梢灶A(yù)測(cè)，利用十余年時(shí)間我國(guó)必將由一個(gè)壓實(shí)機(jī)械研發(fā)和制造大國(guó)逐漸發(fā)展成一個(gè)強(qiáng)國(guó)。 1.2 壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈和技術(shù)的高度發(fā)展，現(xiàn)代壓路機(jī)結(jié)構(gòu)更趨先進(jìn)、技術(shù)性能更趨完善，可靠性進(jìn)一步提高，附加功能增加零部件制造和裝配工藝得到進(jìn)一步改善，操作系統(tǒng)向全電液操控和電子監(jiān)控方面發(fā)展，駕駛向舒適性、方便性方面發(fā)展，政績(jī)給人以賞心悅目的感覺。 另外未來壓路機(jī)發(fā)展還考慮了以下機(jī)電因素： 環(huán)保要求：采用顛沛柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，降低廢氣污染排放；減少各種油料的消耗，采用可循環(huán)再利用的材料制造零件等。 人性化設(shè)計(jì)：例如設(shè)計(jì)寬敞的操作平臺(tái)獨(dú)立安裝在設(shè)備上，減少噪音和振動(dòng)，駕駛環(huán)境更為舒適，消聲器隱藏在后部發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋下，有效減少了來自及其后部的噪音和熱量等等這些人性化設(shè)計(jì)，使得操作和包養(yǎng)機(jī)器變的異常簡(jiǎn)便，大大降低了難度和工作量。 各種輔助裝置齊備：配備輔助裝置的主要作用是實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，主要表現(xiàn)在：?jiǎn)武撦喰锌煞奖悴鹧b的凸塊殼等。這些輔助裝置進(jìn)一步改善了壓路機(jī)的適應(yīng)性和壓實(shí)質(zhì)量等。 1.3 本次設(shè)計(jì)主要任務(wù) 我國(guó)基礎(chǔ)施工正面臨著一場(chǎng)新技術(shù)新工藝的革命，傳統(tǒng)的路面壓實(shí)機(jī)械已經(jīng)不能滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，高可靠性，高性價(jià)比正式這個(gè)時(shí)代所需求的產(chǎn)物。設(shè)計(jì)并制造出高效、環(huán)保、節(jié)能的振動(dòng)壓路機(jī)是擺在當(dāng)代設(shè)計(jì)師以及研究人員面前重大的任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)： （1） 振動(dòng)壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （2） 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.3.1 傳動(dòng)方案比較 機(jī)械傳動(dòng)單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)被寓為具有中國(guó)特色的壓路機(jī)產(chǎn)品，因其價(jià)格較低，非常適合中國(guó)用戶和發(fā)展中國(guó)家的實(shí)際購買力。另外機(jī)械控制具有傳動(dòng)可靠，傳動(dòng)速比較大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和維護(hù)方便等特點(diǎn)，然而相比于液壓控制，液壓控制明顯更適合這個(gè)時(shí)代的發(fā)展，液壓控制相比于機(jī)械控制有以下不同： 壓實(shí)質(zhì)量 機(jī)械傳動(dòng)單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)由于振動(dòng)輪只有振動(dòng)，行駛是從動(dòng)輪，壓實(shí)過程中由于從動(dòng)輪的滑移會(huì)產(chǎn)生擁土現(xiàn)象和表面裂紋。而全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)鋼輪既是驅(qū)動(dòng)輪，也是振動(dòng)輪，在壓實(shí)施工中振動(dòng)鋼輪是轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，很好地解決了土壤壓實(shí)過程中的起褶和擁土題目。 壓實(shí)速度 機(jī)械傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)的行駛速度只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速，而全液壓傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)則可實(shí)現(xiàn) 無級(jí)變速。 驅(qū)動(dòng)性能 機(jī)械傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單輪驅(qū)動(dòng)，而全液壓傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)可實(shí)現(xiàn)前后輪傳動(dòng)，所以全液壓傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能和防滑性能均優(yōu)于機(jī)械傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)。 操縱舒適性 全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)的操縱十分輕巧與簡(jiǎn)潔，在起步和停車時(shí)均比較平穩(wěn)；而機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的行駛操縱順序復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，壓路機(jī)在起步和停車時(shí)均有較大的沖擊，行駛速度只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速。 可靠性 對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)，由于機(jī)械傳動(dòng)部分在工作中存在沖擊，并且增加了諸如離合器、變速器和分動(dòng)箱等傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，部分降低了壓路機(jī)的可靠性；而全液壓傳動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)的液壓系統(tǒng)中的液壓件多采用國(guó)際著名公司的產(chǎn)品，可靠性較高，同時(shí)輕易實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的性能，如可靠的三級(jí)制動(dòng)功能和驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)互鎖保護(hù)功能等。 市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)外全液壓振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)效率高、可靠性好、駕駛舒適，尤其是智能控制技術(shù)的成功運(yùn)用，使得壓路機(jī)的技術(shù)水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。 價(jià)格比較 與全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)相比，機(jī)械傳動(dòng)單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，比較經(jīng)濟(jì)。其價(jià)格約為同噸位全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)的1/2左右，為國(guó)外同規(guī)格全液壓產(chǎn)品的1/3左右，低價(jià)位、低配置和短期投資回報(bào)快的機(jī)械傳動(dòng)單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)正好適應(yīng)了部分用戶的需求。 基于上述比較，液壓控制明顯優(yōu)點(diǎn)高于機(jī)械控制，因此本設(shè)計(jì)采用液壓控制。 2 工作原理 18T單鋼輪全液壓振動(dòng)壓路機(jī)采用后輪驅(qū)動(dòng)，其行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、振動(dòng)都是通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)后輪行駛，同時(shí)鋼輪也有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，兩邊的速度通過液壓系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)同步。振動(dòng)主要依靠偏心輪的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，偏心輪上兩個(gè)固定偏心塊，一個(gè)活動(dòng)偏心塊?；顒?dòng)偏心塊安裝在兩個(gè)固定偏心塊中間，通過鍵連安裝在振動(dòng)軸上。工作時(shí)，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)通過軸傳遞到偏心塊上，偏心塊旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生兩種不同的偏心力的疊加方式，從而得到兩種不同的偏心距，從而實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)輪的振動(dòng)，整車行駛時(shí)就實(shí)現(xiàn)了對(duì)路面的壓實(shí)。制動(dòng)時(shí)液壓泵卸荷，壓路機(jī)停止行駛。轉(zhuǎn)向時(shí)力由轉(zhuǎn)向油缸通過鉸接架控制轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向液壓缸有兩個(gè)，轉(zhuǎn)向時(shí)，液壓缸會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。壓路機(jī)工作時(shí)先振動(dòng)后行駛，制動(dòng)時(shí)先停止振動(dòng)再制動(dòng)。 動(dòng)力傳遞路線如下 18T單鋼輪全液壓振動(dòng)壓路機(jī)整車視圖如下： 圖1 壓路機(jī)整車視圖 Fig. 1 machine vehicle View Road 3 振動(dòng)輪設(shè)計(jì) 3.1調(diào)幅裝置與激振力和振幅調(diào)節(jié) 壓路機(jī)激振機(jī)構(gòu)內(nèi)裝有調(diào)幅裝置，調(diào)幅裝置內(nèi)裝有活動(dòng)偏心塊，活動(dòng)偏心塊空套在偏心振動(dòng)軸上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)軸的液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)時(shí)，使調(diào)幅裝置上的偏心塊與偏心振動(dòng)軸產(chǎn)生兩種不同的偏心質(zhì)量疊加方式，從而得到兩種不同的偏心距。實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)壓路機(jī)工作振幅和激振力的調(diào)節(jié)。在調(diào)幅裝置密閉空腔內(nèi)裝有一定量的硅油。硅油可以流動(dòng)且密度大，可隨振動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向的變化而變化而改變其在空腔內(nèi)的位置，從而達(dá)到調(diào)節(jié)偏心質(zhì)量和靜偏心距的目的。硅油價(jià)格低廉粘度大，具有良好的阻尼吸振作用，能夠衰減因偏心塊旋轉(zhuǎn)方向改變而引起的慣性沖擊和振動(dòng)，從而減少了機(jī)件的沖擊載荷。另外硅油的加減用量很方便，可以更好地優(yōu)化振幅大小 圖2調(diào)幅裝置 Figure 2 the amplitude modulation device 3.2偏心塊的設(shè)計(jì)計(jì)算 偏心塊是振動(dòng)壓路機(jī)的激振器。偏心塊在振動(dòng)馬達(dá)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的離心力，離心力迫使振動(dòng)輪產(chǎn)生振動(dòng)從而壓實(shí)土壤。偏心塊每旋轉(zhuǎn)一周，振動(dòng)輪就按照一個(gè)振幅振動(dòng)一次，偏心塊的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了振動(dòng)輪的振動(dòng)頻率[5]。 （1）正視圖 （2）左視圖 1-振動(dòng)軸承 2-活動(dòng)偏心塊 3-固定偏心塊 4-振動(dòng)軸 5-擋銷 圖3 偏心塊示意圖 Fig.3 Schematic diagram of vibration wheel block 偏心塊的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。偏心塊有兩組，對(duì)稱安裝在振動(dòng)軸上。每組偏心塊由兩塊固定偏心塊和一塊活動(dòng)偏心塊組成。兩固定偏心塊通過鍵與軸連接，活動(dòng)偏心塊布置在兩固定偏心塊之間，通過軸套空套在振動(dòng)軸上，擋銷和活動(dòng)偏心塊與兩固定偏心塊組裝成一個(gè)部件后裝入振動(dòng)輪[6]。（圖中虛線為固定偏心塊。） 固定偏心塊和活動(dòng)偏心塊尺寸示意圖如下： 圖4 偏心塊尺寸示意圖 Fig.4Schematic diagram of the eccentric block size —偏心塊厚度（mm）。 —對(duì)應(yīng)圓弧的半角。 —對(duì)應(yīng)圓弧舷長(zhǎng)（mm）。 其余字符如圖（3）所標(biāo)。 初取固定偏心塊尺寸（mm）： 活動(dòng)偏心塊尺寸（mm）： 固定偏心塊的面積偏心矩，偏心質(zhì)量和靜偏心矩： =（R （1） 其中， arccos(-°=100° （2） 660 （3） 432.67 （4） 183.30 （5） 將數(shù)據(jù)代入（1）式可得=85546（mm） =72.90 （6） m36.26(kg) （7） M(kg) （8） 活動(dòng)偏心塊： =（R （9） 其中， 0 （10） 110° （11） 353.13 （12） 187.35 （13） 將數(shù)據(jù)代入（9）式可得=61038.60（mm） =51.14 （14） m23.96(kg) （15） M(kg) （16） 合成靜偏心矩、振幅A及離心力F： （kg） （17） （18） F= （19） 式中：m—鋼輪參振質(zhì)量。 —偏心塊轉(zhuǎn)速。 振動(dòng)輪上機(jī)架質(zhì)量和鋼輪質(zhì)量的比值通常在0.4~1.0之間，平均值為0.69，個(gè)別達(dá)到1.26。根據(jù)一元線性回歸統(tǒng)計(jì)的方法得到確定鋼輪質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)公式： （20） 對(duì)18T單鋼輪全液壓振動(dòng)壓路機(jī)： m=0.385m=0.385(kg)。取鋼輪的參振質(zhì)量為6.5噸。 對(duì)雙幅雙頻壓路機(jī)，一般工作狀態(tài)分為高幅低頻或低幅高頻。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 振動(dòng)壓路機(jī)高頻低頻頻率分別為33、30[6] 高振幅時(shí)： （21） = （22） （23） N （24） 低振幅時(shí)： （25） =1.10 （26） （27） （N） （28） 3.3 振動(dòng)軸承的選擇 在所有振動(dòng)壓路機(jī)的零部件中，振動(dòng)軸承的工作環(huán)境是最為惡劣的，振動(dòng)軸承也是振動(dòng)壓路機(jī)的易損件之一。所以，根據(jù)實(shí)際情況選用好的振動(dòng)軸承顯得極為重要，這也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。 3.3.1 振動(dòng)軸承受力分析 如圖6所示，振動(dòng)軸用軸承外圈4安裝在振動(dòng)軸承座7上，振動(dòng)軸8安裝在軸承內(nèi)圈4上。旋轉(zhuǎn)動(dòng)力由振動(dòng)軸8的帶鍵端輸入。當(dāng)振動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)偏心塊2、3一起旋轉(zhuǎn)。所產(chǎn)生的離心力的方向就是固定偏心塊與活動(dòng)偏心塊的合力方向。由于軸承內(nèi)圈6是在振動(dòng)軸8上，當(dāng)振動(dòng)軸8旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承內(nèi)圈6也跟著同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)，偏心塊2、3相對(duì)于軸承內(nèi)圈6沒有位置變化，所以對(duì)于軸承內(nèi)圈6來說，偏心塊產(chǎn)生的離心力只作用于軸承內(nèi)圈軌道的局部，在軸承內(nèi)圈6上受的是局部負(fù)荷[7]。 1-振動(dòng)輪 2-活動(dòng)偏心塊 3-固定偏心塊 4-軸承外圈 5-滾子 6-軸承內(nèi)圈 7-振動(dòng)軸承座 8-振動(dòng)軸 1- vibratory roller 2- activity of eccentric block 3- fixed eccentric block 4- bearing outer ring 5- roller 6- bearing inner ring 7- vibrating bearing seat 8- vibrating shaft 圖5振動(dòng)室 Fig 5 Vibration bearing 軸承外圈.4安裝在振動(dòng)軸承座7孔上，它有兩種工況，一種是隨振動(dòng)輪1的停止轉(zhuǎn)動(dòng)而靜止，另一種是隨振動(dòng)輪1的前進(jìn)、倒退而轉(zhuǎn)動(dòng)。振動(dòng)輪1與振動(dòng)軸8的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相比，相對(duì)較慢。分析這兩種工況，偏心塊產(chǎn)生的離心力基本是順序作用在軸承外圈4軌道的整個(gè)圓周上，所以在軸承外圈4上所受的是循環(huán)負(fù)荷。振動(dòng)軸8旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)，軸承外圈4上所受的力有所不同。如圖6所示。當(dāng)活動(dòng)偏心塊和固定偏心塊同時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，由于振動(dòng)輪設(shè)計(jì)中，振動(dòng)輪在振動(dòng)工況下要有一定振幅，所以要求偏心塊產(chǎn)生的離心力大與振動(dòng)的整個(gè)質(zhì)量。所以當(dāng)偏心塊同時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)a時(shí),由于離心力作用，能將振動(dòng)輪整個(gè)提高地面；而當(dāng)固定偏心塊和活動(dòng)偏心塊同時(shí)轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)b時(shí)，整個(gè)振動(dòng)輪被大地托住，所以軸承外圈上b點(diǎn)受到的力大于a點(diǎn)。 圖6 振動(dòng)軸承受力示意圖 Fig. 6Schematic diagram ofvibration bearing b 因軸承主要承受徑向力作用，故選向心圓柱滾子軸承該軸承承受著偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力F、偏心塊產(chǎn)生的慣性力F、軸及偏心塊的自重W、W。力W與W同F(xiàn)相比很小，為簡(jiǎn)化計(jì)算略去不計(jì)。力F與F方向相反，略取使之偏于安全。這樣軸承上的軸向力為零，徑向力可按下式計(jì)算： ( N ) (32) （N） (33) 轉(zhuǎn)速 （r/min） (34) （r/min） (35) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得軸承的要求壽命L=4000h。.查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，軸承的基本額定動(dòng)載荷為[8]： （36） C—基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值；N —壽命因數(shù)；取0.956； —速度因數(shù)；取1.302 —力矩載荷因數(shù)；取1.5 —沖擊載荷因數(shù)；取2.0 —溫度因數(shù)；取1 P—當(dāng)量動(dòng)載荷 當(dāng)量動(dòng)載的計(jì)算： 軸承的基本額定動(dòng)載荷是在假定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的。其中載荷條件是：向心軸承僅承受純徑向載荷；推力軸承僅承受純軸向載荷。 P=X+Y （37） 其中： —徑向載荷（N）； —軸向載荷（N）； X—徑向動(dòng)載荷系數(shù)； Y—軸向動(dòng)載荷系數(shù)； 查表得，X=1，Y=0. 所以， P（N） （38） P（N） （39） 計(jì)算得 （N） （40） （N） （41） 額定靜載荷可按下式計(jì)算： C （42） 式中： C—基本額定靜載荷計(jì)算值； P—當(dāng)量靜載荷，N；查表得P=； S—安全系數(shù)；查表取S=3。 高振幅時(shí)，C（N） （43） C（N） （44） 按照較大者確定軸承基本額定載荷：C（N） C（N 3.3.2振動(dòng)軸的最小直徑計(jì)算 首先按下式初步估算振動(dòng)軸承的最小直徑，選取軸的材料為45號(hào)剛，調(diào)質(zhì)處理 d （46） A= （47） A—查表取為112； p—輸出軸上的功率 KW； n—軸的轉(zhuǎn)速 r/min;(1800\1980) 取連軸器的效率0.97，軸承效率0.95，泵、馬達(dá)的效率都是0.9。由發(fā)動(dòng)機(jī)功率 p=59.4kw 則 p=59.4=42.97kw （48） 由上式得 dmm （49） dmm （50） 取較大者為設(shè)計(jì)時(shí)的參考最小軸徑。取整取d=32mm 3.3.3 振動(dòng)軸強(qiáng)度校核 軸1與振動(dòng)馬達(dá)相連，振動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)通過軸1傳遞到偏心塊上，軸1帶動(dòng)偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)所需的兩個(gè)不同的離心力，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，軸1的受力情況如下，右端與馬達(dá)相連，這里會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，安裝軸承的地方會(huì)產(chǎn)生一個(gè)支撐力，軸1有2個(gè)安裝軸承的地方，這里產(chǎn)生2個(gè)彎曲應(yīng)力，，左端與聯(lián)軸器相連，連接另一根軸這里也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)彎曲應(yīng)力，根據(jù)上述分析，畫出軸1的形狀，以及其受力分析，和彎矩扭矩，載荷分布情況如圖7： 圖7 振動(dòng)軸1形狀以及受力分析和載荷分析 Fig. 7 vibration shafts of the 1 shape and analysis of force and load 軸的材料為45號(hào)鋼，軸的材料為45號(hào)鋼，按類載荷計(jì)算，其許用彎曲應(yīng)力為:=93.1MPa。危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩M為： 所以： M= ；N （55） 式中： M—危險(xiǎn)截面彎矩；N —根據(jù)扭矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)；取0.3 T—扭矩；N 其中， M= （56） L—危險(xiǎn)斷面到軸承支撐點(diǎn)的距離；134mm; n—軸的轉(zhuǎn)速；1800/1980 (r/min) 當(dāng)壓路機(jī)處于高幅低頻狀態(tài)時(shí)： T N.m T=T1+T2 =483 N.m 其中 MN.m （58） 所以 MN.m （59） 很顯然，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)處于高頻低幅狀態(tài)時(shí)： T＜T M＜M 所以M＜M。 按較大者計(jì)算： 危險(xiǎn)截面的應(yīng)力應(yīng)滿足 = （60） 式中 —彎曲應(yīng)力；Pa Ｚ—截面模數(shù)；m 其中，Ｚ＝ （61） 則Pa=46.3MPa＜ 通過聯(lián)軸器與主軸連接的軸2簡(jiǎn)化形狀如下，分析其載荷分布，以及彎矩扭矩圖如下： 圖8振動(dòng)軸2的載荷分布 Fig.8 vibration shafts of the 2 load distribution 軸2同樣采用45號(hào)鋼，其許用彎曲應(yīng)力同軸1，同樣在高頻時(shí)其彎矩合扭矩都大于低頻 其參數(shù)和計(jì)算公式同上 T N.m （62） M N.m （63） M N.m （64） Pa=46.3MPa＜ （65） 根據(jù)校核結(jié)果得出結(jié)論：2根振動(dòng)軸其截面都安全 3.3.4 振動(dòng)軸承壽命校核 根據(jù)振動(dòng)軸承型號(hào)： NF2322單列向心圓柱滾子軸承查得基本參數(shù)：C=535000N。 P==48921（N）（66） L=12070（h） （67） L=10034 （h） （68） 其中， P—軸承所受的平均載荷； L—軸承的計(jì)算壽命； 按高振幅時(shí)間100%校核： L=5722h>4000h （69） 其中 （70） 經(jīng)計(jì)算,軸承壽命達(dá)到設(shè)計(jì)要求[10]。 3.3.5 連軸器選擇 振動(dòng)馬達(dá)與振動(dòng)軸之間采用直接傳動(dòng)方式，即使用連軸器聯(lián)接。梅花型彈性連軸器由于其周向剛度較大，可以傳遞較大的扭矩而梅花型彈性件使軸向有較大的收縮余地，徑向剛度較小，因而可承受較大的徑向跳動(dòng)變形，可用于液壓馬達(dá)與振動(dòng)軸的聯(lián)接。另外，它的軸向尺寸和徑向尺寸都較小，可以減少振動(dòng)輪的寬度和高度。 連軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： （71） 式中： —工況系數(shù);查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取2.5 T—額定扭矩；N/m 其中， T=9550（N） （72） T（N） （73） 取較大值計(jì)算連軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： T=2.5=587.5（N） （74） 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于連軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用梅花形彈性連軸器LM7，其公稱轉(zhuǎn)矩為630N，軸孔直徑為50，半連軸器長(zhǎng)度L=60。 2.3.6 振動(dòng)器殼體設(shè)計(jì) 圖9振動(dòng)器旋轉(zhuǎn)殼體 Fig 9The vibrator shell of revolution 因振動(dòng)器旋轉(zhuǎn)速度很快，傳遞功率大，所以應(yīng)選擇油潤(rùn)滑。振動(dòng)器旋轉(zhuǎn)殼體內(nèi)壁置有T型筋。當(dāng)殼體跟鋼輪一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，不論正反轉(zhuǎn)T型筋將潤(rùn)滑油撩起澆到偏心塊和軸承上，達(dá)到充分潤(rùn)滑和加快散熱的目的。降低溫度可延緩潤(rùn)滑油老化，延長(zhǎng)振動(dòng)軸承使用壽命。 隨著振動(dòng)室內(nèi)溫度的升高，腔內(nèi)必將充滿油氣。如果沒有透氣塞或透氣孔，振動(dòng)輪內(nèi)的橡膠減振器安裝盤、框架軸承安裝中的油封勢(shì)必加速失效漏油，透氣塞也很容易堵塞，造成漏油。在此情況下，可將透氣塞拆下來。 振動(dòng)室的呼吸道有兩種，對(duì)蝶形板和可拆裝箱式結(jié)構(gòu)的振動(dòng)輪而言，可通過振動(dòng)軸上的徑向小孔貫通傳動(dòng)軸的花鍵孔從而使振動(dòng)室與兩蝶形板之間的空腔相通，而封口板上大于蝶形板最大直徑處設(shè)有透氣孔或透氣塞，這樣就實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)室的自由呼吸。對(duì)通軸式振動(dòng)輪而言，由于油室是圓筒狀，上述通道顯然不可能實(shí)現(xiàn)，而通常在振動(dòng)馬達(dá)安裝盤上方設(shè)置透氣塞，以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)室的自由呼吸[9]。 3.4擋銷的選擇與校核 振動(dòng)軸正反轉(zhuǎn)時(shí)，利用擋銷控制偏心塊在不同的相位上?？紤]到在起振及停振時(shí)活動(dòng)偏心塊與擋銷存在振動(dòng)和撞擊，因此選擇彈性圓柱銷。其公稱直徑為d=30,選用L=120的彈性圓柱銷。其許用剪應(yīng)力為 擋銷受力示意圖如下： 圖10 擋銷受力示意圖 Fig 10 Schematic diagram of retaining pin bearing 如圖所示，擋銷主要承受剪切應(yīng)力： （75） 其中， F—橫向力；N d—銷的直徑；mm Z—銷數(shù)；取為1 —銷的許用剪力； F==1.14=48990 （76） 所以 =69.3 （77） 所以 。 4振動(dòng)功率的計(jì)算 振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)功率，消耗在維持振動(dòng)輪的振動(dòng)、振動(dòng)器偏心塊振子軸承的摩擦以及偏心塊的旋轉(zhuǎn)起動(dòng)加速上。 4.1 維持振動(dòng)所需功率 參考?jí)簩?shí)機(jī)械與路面機(jī)械設(shè)計(jì)一書中提出的有關(guān)維持非定向振動(dòng)的功率為： （68） 可以看出，維持振動(dòng)所需的功率僅由振動(dòng)阻力所決定，主要取決于振動(dòng)頻率及其振動(dòng)工況。在壓實(shí)一種材料時(shí)，振動(dòng)工況是隨材料的密實(shí)度變化，即振動(dòng)工況是隨壓實(shí)遍數(shù)的增加有所不同，影響振動(dòng)所需的功率，使其呈現(xiàn)變化的數(shù)值。根據(jù)實(shí)際測(cè)定表明，振動(dòng)所需功率隨壓實(shí)材料狀態(tài)變化而變化很微小的。因此可以近似的認(rèn)為，當(dāng)振動(dòng)輪與振動(dòng)器定型以后，振動(dòng)所需的功率為常值。在其他相等的條件下，功率的最大值相應(yīng)于共振工況下的功率[11]。 所以維持振動(dòng)所需功率可以按下式進(jìn)行計(jì)算： （W） （78） 3.2 克服軸承摩擦所需功率 克服軸承摩擦所需功率可按下式確定： （79） 式中： MT——軸承中的摩擦力矩(N.m) ； n——偏心塊的轉(zhuǎn)速（r/min）. 軸承摩擦力矩為： （80） 式中： f=k1k2——軸承的摩擦系數(shù)； k1——考慮潤(rùn)滑形式系數(shù)：對(duì)于油脂潤(rùn)滑選1.2； k2——考慮軸承形式的系數(shù)：對(duì)于球面滾珠軸承選0.007 d——轉(zhuǎn)軸直徑； F——激振力。 3.3 偏心塊旋轉(zhuǎn)起動(dòng)加速所需的功率 偏心塊旋轉(zhuǎn)起動(dòng)加速所需的功率可按下式求得： (W) （81） 式中： F——偏心塊旋轉(zhuǎn)起動(dòng)的慣性力（N）； v——偏心塊的旋轉(zhuǎn)線速度（m/s）。 偏心塊 的旋轉(zhuǎn)起動(dòng)慣性力為： （82） 式中： J——偏心塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N.m/s2）; ε——偏心塊起動(dòng)角加速度（s-2）; t——起動(dòng)加速時(shí)間，一般取 2～3s； g=9.81m/s2——重力加速度。 如果考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率η，則可得到振動(dòng)所需功率為： （W） （83） 根據(jù)以上有關(guān)振動(dòng)功率的確定我們可以計(jì)算得到18T單鋼輪全液壓振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)功率. 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： P（KW） （84） 式中 m—振動(dòng)質(zhì)量；（kg） A—名義振幅；（m） —頻率修正系數(shù)；取5.5 n—振動(dòng)輪數(shù)量；取1 P==59.4（KW） （85） 此公式僅做參考用，因?yàn)閷?shí)際工況不同，土壤的剛度等性能參數(shù)不同，實(shí)際的功率是在不斷變化的，無固定功率可言。 5 橡膠減振器 橡膠減振器的工作性能主要表現(xiàn)為對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼減振，阻尼減振就是將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成熱能消耗掉，從而達(dá)到減振的目的，其方法是依靠提高機(jī)械機(jī)構(gòu)的阻尼來減低或消除機(jī)械振動(dòng)以提供急需的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。這種阻尼主要起源于介質(zhì)內(nèi)部，又稱固體的內(nèi)阻尼，當(dāng)它承受動(dòng)載荷時(shí)，有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉，而另一部分能量則以勢(shì)能等形式儲(chǔ)存起來。減振器的內(nèi)阻尼的大小除了取決于所用材料以外，還和其結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、承載方式有關(guān)。 5.1 橡膠減振器的選擇 橡膠減振器的材料有兩種，一種是天然橡膠，另一種是丁碃橡膠。天然橡膠制成的減振器具有良好的減震性能，加工方便，具有良好的彈性穩(wěn)定性和良好的耐日照性能。但天然橡膠阻尼小，通過共振區(qū)不是很安全。通過共振區(qū)時(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)的上車振幅很大。還有天然橡膠耐油性能差，減振器接觸油污后橡膠發(fā)生變形，失去彈性，因此不宜采用天然橡膠。丁碃橡膠具有良好的耐油性和較大的阻尼，目前大多數(shù)振動(dòng)壓路機(jī)的減振器都用該材料制造而成。 橡膠減振器的幾何形狀橡膠減振器的斷面形狀通常采用圓截面和矩形截面，如下圖所示這種截面的形狀簡(jiǎn)單，橡膠膜具制造容易，而且減振剛度理論計(jì)算方法簡(jiǎn)單且成熟。 圖11減振塊 Fig .11 The damping block 振動(dòng)壓路機(jī)的減振器有傳遞扭矩和不傳遞扭矩兩種形式。傳遞扭矩型減振器，振動(dòng)壓路機(jī)的行走輪的驅(qū)動(dòng)力矩是通過減振器傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的，這時(shí)減振器即要起到減振作用，又相當(dāng)一只龐大的彈性聯(lián)軸節(jié)。如果傳遞扭矩型減振器采用矩形或其他非圓形截面，那么隨著振動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)位置不同，振動(dòng)壓路機(jī)減震系統(tǒng)的總剛度也不同。但是對(duì)于圓形截面而言，總剛度則不隨驅(qū)動(dòng)輪位置的變化而變化。正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，傳遞扭矩型減振器應(yīng)采用圓形截面減振器。 在設(shè)計(jì)中，減振器的連接形式和布置決定了橡膠減振器的受力狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，橡膠減振器主要受剪力。受力如圖所示 圖12減振塊受力圖 Fig 12The damping block diagram 5.2 減振器的剛度校核 因?yàn)闇p震器元件主要受剪切應(yīng)力，所加載荷是框架的質(zhì)量 剪切應(yīng)力計(jì)算如下： J= （86） 式中：T-元件所受的剪切應(yīng)力；（N） A-元件受到剪切應(yīng)力作用的面積；（ mm） 減振器橫截面直徑為 d=120 mm. 每個(gè)元件所受的載荷 T==（N） （87） 式中：-框架質(zhì)量，為使計(jì)算趨于安全，取8000kg； g—重力加速度，取9.8； n-減振器元件個(gè)數(shù)取n=16 每個(gè)元件的受剪面積： A=（mm） （88） 剪切應(yīng)力J=(N/mm) （89） =0.66～0.96 N/mm 所以J＜，所以減振器強(qiáng)度足夠。 6 轉(zhuǎn)向液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 18T單鋼輪全液壓型振動(dòng)壓路機(jī)采用液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由轉(zhuǎn)向齒輪泵、全液壓轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油缸和壓力油管組成。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝在后車架上，通過轉(zhuǎn)向油缸的伸縮控制整車轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向鉸接架如圖所示： 圖13 轉(zhuǎn)向鉸接機(jī)構(gòu) FIG. 13 hinged joint steering mechanism 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)采用開始回路，由齒輪泵、全液壓轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油缸等組成，作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)核心部件，全液壓轉(zhuǎn)向器幽轉(zhuǎn)向器主體、雙向緩沖溢流閥、過載溢流閥止回單向閥組成。 全液壓轉(zhuǎn)向器為開心無反饋式，開心即停止轉(zhuǎn)向時(shí)，齒輪泵輸出的液壓油直接流回油箱，齒輪泵卸荷，減少了系統(tǒng)的功率浪費(fèi)，無反饋級(jí)轉(zhuǎn)向負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)向器的反作用力不反饋至方向盤，可以減少司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用鉸鏈轉(zhuǎn)向，中心鉸鏈有鉸接架、軸承擋板、關(guān)節(jié)組成。通過它將前后架結(jié)成一個(gè)整體，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向及前車架搖擺。通過控制轉(zhuǎn)向油缸的深處長(zhǎng)度來控制轉(zhuǎn)向角。前后車架之劍允許搖擺角±150，這樣壓路機(jī)可以在不平整的路面上穩(wěn)定形勢(shì)并確保壓實(shí)。 6.1 液壓缸主要尺寸的確定 液壓缸的主要尺寸根據(jù)液壓缸所受的負(fù)載來確定主要有液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑缸壁厚與外徑工作行程最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 6.1.1 工作壓力p的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。查手冊(cè)可知，振動(dòng)壓路機(jī)的工作壓力一般取P=16MPa[13]。 6.1.2 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d是其關(guān)鍵尺寸。有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見圖15 圖14液壓缸計(jì)算示意圖 Fig .14 Schematic diagram of hydraulic calculation 由圖15可知 （90） （91） 式中――液壓缸工作腔壓力,已取為＝16； ――液壓缸回油腔壓力，參照[5]表2-2，??； ――活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比。查[5]表2-3，取； F――工作循環(huán)中的最大外負(fù)載； ――液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估算。 （92） 式中――液壓缸的機(jī)械效率，一般＝0.9～0.97； F的大小由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出。計(jì)算過程如下： F= （93） 式中：--轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)；查[2]，取0.8； --轉(zhuǎn)向輪分配質(zhì)量，12000kg； g—重力加速度，取9.8； F==0.8×12000×9.8=94080N （94） 將和F代入式（2），可求得D為 （95） 根據(jù)[5]表2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm；活塞桿直徑，按及表4－8活塞桿直徑系列取d=70mm。 6.1.3 驗(yàn)算液壓缸能否獲得最小穩(wěn)定速度 A==20(cm) （96） 式中 A—能保證最小穩(wěn)定速度的最小有限面積(cm)； Q—調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，可從產(chǎn)品抽樣中查得，一般為40ml/min； v—執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低速度，取2cm/min。 由于液壓缸有效面積A> A所以能滿足液壓缸最小穩(wěn)定速度的要求。 6.1.4 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 根據(jù)液壓缸缸筒工作壓力，缸筒材料選擇鑄鋼鋼管ZG35的無縫鋼管。為了防止腐蝕和提高壽命，缸筒內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30-40um的絡(luò)層。查[5]，壁厚和內(nèi)徑D應(yīng)滿足如下關(guān)系： （97） 式中：D—液壓缸內(nèi)徑， m； --缸筒內(nèi)最高工作壓力， 16； []—缸筒材料的許用應(yīng)力；[]=[]/； []—缸筒材料的抗拉強(qiáng)度；查得35無縫鋼管的[]≥540 --安全系數(shù)，一般取5； 所以 （98） 將數(shù)據(jù)代入式(8) （99） 選取缸筒的厚度為10mm， 缸體外徑: mm (100) 按標(biāo)準(zhǔn)取121mm即缸筒壁厚10.5mm[14]。 6.2 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)轉(zhuǎn)向液壓缸實(shí)際工作的最大行程來確定。壓路機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，是由液壓缸前端的連接耳環(huán)推動(dòng)鉸接架上的連接銷，從而帶動(dòng)鉸接架繞鉸接縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而鉸接架推動(dòng)前車架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到使振動(dòng)鋼輪轉(zhuǎn)向的目的。由18T單鋼輪全液壓振動(dòng)壓路機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可知其最大轉(zhuǎn)向角度為35°，連接銷與鉸接縱軸的距離為300mm。轉(zhuǎn)向液壓缸的最大工作行程L可按下式估算： (101) 式中： h—連接銷與鉸接縱軸的距離； --鋼輪最大轉(zhuǎn)向角度。 mm (102) L從優(yōu)先數(shù)系中取400[19。 6.3 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋劃動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始饒度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求： H≥ (103) 式中 L—液壓的最大行程； D—液壓缸的內(nèi)徑。 （104） 按上式取 H=100mm。 活塞的寬度B一般?。?.6-1.0）D；該液壓缸取B=70mm。 6.4 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20～30倍。本設(shè)計(jì)中缸體長(zhǎng)度取800mm。 6.5 液壓缸結(jié)構(gòu)確定 液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。 6.5.1 缸體與缸蓋的連接形式 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。常見的缸蓋形式有法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接。本設(shè)計(jì)采用法蘭連接。 其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工裝配方便，強(qiáng)度較大，能承受高壓。 缺點(diǎn)：徑向尺寸和重量較大，用鋼管焊上法蘭工藝過程復(fù)雜些。 6.5.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 活塞桿與活塞的連接分整體式和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。整體式活塞具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，一般適用于缸徑較小的液壓缸。本設(shè)計(jì)采用的是組合式結(jié)構(gòu)。 圖15整體式活塞 Fig 15Piston 6.5.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。在本次設(shè)計(jì)中采用的是導(dǎo)向套裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)。 6.5.4 密封圈的選用 轉(zhuǎn)向液壓缸對(duì)密封裝置的要求是: （1） 具有良好的密封性能—有適應(yīng)的彈性，能補(bǔ)償所密封表面在制造上的誤差與工作中的磨損；并隨壓力的增加自動(dòng)提高密封程度； （2） 具有良好的安定性—油液浸泡對(duì)其形狀尺寸的變化影響要??；溫度對(duì)其彈性和硬度的變化影響要??； （3） 摩擦力小，運(yùn)動(dòng)靈活，機(jī)械效率高，工作壽命長(zhǎng)； （4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維修簡(jiǎn)便。 綜上所述選用如下密封圈：在活塞桿處選用Y形圈，在活塞與缸體選用O型圈油封加擋圈。其它地方均選用O型圈油封。因?yàn)樗鼉r(jià)格便宜，密封可靠，完全能滿足系統(tǒng)要求。 6.6 液壓缸的校核 6.6.1 液壓缸缸筒壁厚的校核 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律應(yīng)壁厚的不同而異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/10的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓工，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，可按材料力學(xué)薄壁圓筒公式驗(yàn)算壁厚[14]： （105） 式中 ――液壓缸壁厚； ――液壓缸內(nèi)徑； ――試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍； []――缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管：＝100～110。 把數(shù)值代入（14）可得 （106） 所以，缸筒壁厚滿足要求。 6.6.2 活塞桿穩(wěn)定性校核 轉(zhuǎn)向液壓缸只受到拉應(yīng)力作用，不存在扭矩和彎矩作用。液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí)，若活塞桿的支撐長(zhǎng)度與活塞桿的直徑之比l/d≥15,則需進(jìn)行活塞桿縱向穩(wěn)定性的驗(yàn) 算。因?yàn)?4.3<15，無需進(jìn)行縱向穩(wěn)定性校核。即活塞桿穩(wěn)定性滿足要求 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們機(jī)械設(shè)計(jì)必不可少的一環(huán)，它是我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次大總結(jié)，它把我們?cè)谡n堂上所學(xué)到的理論知識(shí)加以實(shí)踐，讓我們對(duì)及其運(yùn)行有了一個(gè)更深刻的理解，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們更為深刻的領(lǐng)會(huì)到從事機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的艱難與設(shè)計(jì)師們的任重而道遠(yuǎn)。 參考文獻(xiàn) [1]聞邦椿主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2010年1月:1-140 [2]杜存臣主編.工程制圖與計(jì)算機(jī)繪圖[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011年12月:10-60 [3]王麗君主編.