履帶底盤設(shè)計文獻綜述

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1、 文獻綜述 題 目 牙輪鉆機的履帶底盤設(shè)計 學生姓名 *** 專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及其自動化 **級**班 學 號 541002010*** 院 （系） 機電工程學院 指導教師(職稱) **（副教授） 完成時間 201*年 *月 ** 日

2、 推薦精選 牙輪鉆機的履帶地盤設(shè)計 摘要：履帶式底盤的結(jié)構(gòu)特點和性能決定了它在工程機械作業(yè)中具有明顯的優(yōu)勢。根據(jù)整體承重對牙輪鉆機的要求，進行履帶式牙輪鉆機底盤的設(shè)計。項目研究對提高工程機械設(shè)計水平和履帶行駛技術(shù)水平具有重要意義。該研究應(yīng)用農(nóng)業(yè)機械學、汽車拖拉機學、機械設(shè)計、機械原理等理論，對履帶式行走底盤的驅(qū)動行走系統(tǒng)進行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學的計算。利用Auto?CAD、Pro/E等工程軟件完成了底盤的整體設(shè)計，達到了技術(shù)任務(wù)書的要求。從而得到了整體機架與其相關(guān)配合的結(jié)構(gòu)框架，對以后的進一步分析提供了一定的資料。? 關(guān)鍵詞：履帶；

3、底盤；行走裝置；設(shè)計 1.該研究的目的及意義? 履帶式拖拉機的結(jié)構(gòu)特點和性能決定了它在重型工程機械作業(yè)中具有明顯優(yōu)勢。 首先，支承面積大，接地比壓小。比如，履帶推土機的接地比壓為0.0002~0.0008N/㎡,而輪式推土機的接地比壓一般為0.002 N/㎡。因此，履帶推土機適合在松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度小，滾動阻力也小，通過性能較好。 其次，履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮交大牽引力。 最后，履帶不怕扎、割等機械損傷。 因此，綜合考慮,本設(shè)計圍繞履帶式行走底盤的相關(guān)資料對其進行相應(yīng)的設(shè)計及創(chuàng)新。主要以參考工程機械為主，結(jié)合現(xiàn)有的底盤進行設(shè)計。此款

4、履帶拖拉機適用于我國大型露天礦山。 推薦精選 2.履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理? 履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪、支重輪、導向輪、拖帶輪及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機構(gòu)組成。 履帶行走機構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程機械、拖拉機等野外作業(yè)車輛。行走條件惡劣，要求該行走機構(gòu)具有足夠的強度和剛度，并具有良好的行進和轉(zhuǎn)向能力。? 履帶與地面接觸，驅(qū)動輪不與地面接觸。當馬達帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動輪在減速器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下,?通過驅(qū)動輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合,?連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個向后的作用力,?而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力,?這個

5、反作用是推動機器向前行駛的驅(qū)動力。當驅(qū)動力足以克服行走阻力時,?支重輪就在履帶上表面向前滾動,?從而使機器向前行駛。整機履帶行走機構(gòu)的前后履帶均可單獨轉(zhuǎn)向，從而使其轉(zhuǎn)彎半徑更小。 3.履帶行走機構(gòu)研究現(xiàn)狀 自從 20 世紀初履帶行走機構(gòu)在坦克上的成功應(yīng)用，隨著科技的發(fā)展，履帶行走機構(gòu)出現(xiàn)了大量變型產(chǎn)品，分別應(yīng)用于挖掘機、推土機、掘進機、智能機器人等產(chǎn)品上，對其研究也越來越廣泛。 閆清東等對履帶行走機構(gòu)進行坡道轉(zhuǎn)向特性的研究，推導出轉(zhuǎn)向所需的制動力和牽引力隨著履帶車輛方位角的變化關(guān)系，分析了坡道轉(zhuǎn)向時內(nèi)外側(cè)履帶所需的制動力和牽引力的變化規(guī)律，同時指出了導致履帶車輛坡道轉(zhuǎn)向的不穩(wěn)定因素[5]

6、。龔計劃以小型挖掘機履帶行走機構(gòu)為研究對象，通過采用經(jīng)驗公式和對比同類產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，確定了履帶行走機構(gòu)關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，并采用參數(shù)化方法對履 推薦精選 帶行走機構(gòu)主要零部件進行設(shè)計[6]。劉莉提出了根據(jù)設(shè)計要求確定履帶行走機構(gòu)參數(shù)的方法，并根據(jù)履帶行走機構(gòu)行駛力學，采用離散復合形法對履帶行走機構(gòu)的傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化[7]。李軍等采用測量圓錐指數(shù)的方法預測履帶行走機構(gòu)的牽引性能及爬坡性能,從而分析其在軟路面的通過性[8]。宿月文等根據(jù)履帶車輛行駛力學平衡原理, 提出一套牽引動力匹配算法，并與實車測試功率結(jié)果進行對比，驗證了該算法的正確性[9]。陳兵等對履帶行走機構(gòu)的硬地面原地轉(zhuǎn)向特性做了研究，

7、通過分析得出履帶車輛所受的阻力矩與轉(zhuǎn)向速度無關(guān)[10]．隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，通用機械系統(tǒng)動力學軟件日趨完善，國內(nèi)外學者開始更多的采用計算機數(shù)值分析法對履帶行走機構(gòu)開展研究。美國學者 Q. Li 和 P.D. Ayers等成功開發(fā)建立了數(shù)學分析模型用來預測不同地形對履帶行走機構(gòu)的影響[11]。新加坡學者 Z.S. Liu 等采用數(shù)值方法對履帶行走機構(gòu)進行分析，首先在 ADAMS 軟件中求出履帶行走機構(gòu)所受到的力，然后通過有限元法在 MSC/NASTRAN 中得出履帶行走機構(gòu)的震動響應(yīng)，最后在 SYSNOISE 軟件中預測履帶行走機構(gòu)的噪音，從而改進履帶行走機構(gòu)的設(shè)計參數(shù)[12]。北京理工大學學

8、者陳澤宇, 張承寧在 Matlab/Simulink 中建立動力學仿真模型，討論了履帶中心距和履帶接地長寬比對履帶式車輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向難度的影響[13-14]；大連理工大學學者田洪杰、王國明分別在 Matlab/Simulink 和 recurdyn 中建立分析模型，對履帶行走機構(gòu)轉(zhuǎn)向性能做了深入的研究[15-16]；吉林大學的學者孔德文、隋文濤等在 ADAMS 環(huán)境中建立了挖掘機履帶行走機構(gòu)仿真模型，分別分析了前進和后退兩種工況，發(fā)現(xiàn)后退行駛行走阻力大于前進行駛的行走阻力，后退行駛比前進行駛更平穩(wěn)[17]；吉林大學學者王得勝對履帶行走機構(gòu)的履帶架進行有限元分析，并提出對履帶架的一些改進的地方

9、[18]；太原理工大學學者凌靜秀通過動力學仿真和有限元分析對履帶板結(jié)構(gòu)進行改進優(yōu)化，提高了履帶行走機構(gòu)的對地附著力和排泥功能[19]。從以上的研究現(xiàn)狀可以看出，目前對履帶行走機構(gòu)研究主要集中在履帶行走機構(gòu)的性能、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面以提高履帶行走機構(gòu)的質(zhì)量。然而市場經(jīng)濟的發(fā)展對履帶行走機構(gòu)提出了越來越多的個性化和多樣化的需求，企業(yè)不僅應(yīng)該提高履帶行走機構(gòu)的質(zhì)量，同時還應(yīng)盡可能滿足這些需求。因此本文將采用模塊化設(shè)計方法，通過設(shè)計出不同的模塊，并以這些模塊的配置來快速的滿足市場提出的個性化和多樣化需求。 推薦精選 4.國外的研究與發(fā)展? 1989年W. C. Evans 和D. S. Gove

10、 公布了在硬地面和已耕地上,1種橡膠履帶與1 種四輪驅(qū)動拖拉機牽引性能的實驗結(jié)果。在相同的底盤結(jié)構(gòu)情況下，橡膠履帶牽引效率與動態(tài)牽引比高,在已耕地和硬地面上其最大牽引效率是85%～90%,四輪驅(qū)動拖拉機是70%～85%。1988年D.Culshaw試驗對比了摩擦驅(qū)動橡膠履帶車輛和子午線輪胎驅(qū)動拖拉機,橡膠履帶的拉力比輪式多25 %。同時對比了裝橡膠履帶的小型自卸車和類似重量的傳統(tǒng)拖拉機,試驗表明履帶自卸車是輪式拖拉機拉力的2倍并且在軟土上車轍小得多。在支撐良好的情況下,橡膠履帶與鋼履帶性能相似。 1990年J . H. Esch ,L. L. Bashford ,K. Von Bar2gen

11、 ,R. E. Ekstrom 在Nebraska 大學1986年與1987年實驗結(jié)果基礎(chǔ)上,評價和對比了橡膠履帶拖拉機與四輪驅(qū)動拖拉機在4 種地面(未耕、已耙過、已犁過燕麥茬地和玉米茬地)的牽引性能(動力牽引比、牽引系數(shù)與打滑率的關(guān)系)。對比的橡膠履帶拖拉機質(zhì)量為13 970 kg,履帶寬635 mm ,10 個前進擋。四輪驅(qū)動拖拉機質(zhì)量與之近似,為13 010 kg ,12 個前進擋。兩者均為動力換擋,實驗時的最高限速均為10. 5 km/ h。1993年日本學者T. Muro , R. Fukagawa , S.Kawahara 在質(zhì)量為4t的橡膠履帶拖拉機上,為找到最合適的抓地爪形狀,

12、以獲得最大的有效驅(qū)動力與破斷力,分析了各種斜坡柏油路面的牽引與破斷性能。結(jié)果表明橡膠抓地爪最合適的形狀是高5 cm的等邊梯形。斜角增加,有效的牽引與破斷效果降低。同時在驅(qū)動狀態(tài)斜角越大,法向(normal)接觸壓強趨向于朝著橡膠履帶后部增加,對破斷力的影響則相反。 1993 年M. J . Dwyer ,J . A. Okello ,A. J . Scarlett等介紹了西爾索伊研究所(Silsoe Research Institute)在橡膠履帶上所作的工作,建立預測橡膠履帶性能的兩種數(shù)學模型。一種假設(shè)履帶是無限剛性,一種假設(shè)是無限柔性。用兩種模型預測的性能和從一專用實驗車輛的試驗履帶裝置

13、上得到的田間數(shù)據(jù)相比,實測數(shù)據(jù)在兩種模型預測值之間。試驗車數(shù)據(jù)顯示,接地長是影響牽引性能的最重要的因素,在接地長上的壓力分布也是重要的。但履帶的張緊在一定的范圍與所試驗的田間條件下是不重要的。圖7是橡膠履帶車輛和四輪驅(qū)動拖拉機的牽引效率,在不同滑轉(zhuǎn)率下的計算值與試驗結(jié)果對比,結(jié)果顯示橡膠履帶最高效率比輪式高10%～20%。1994 年加拿大Alberta 農(nóng)業(yè)機械研究中心(Al2berta FarmMachinery Research Centre) Reed Turner 研究了在四輪驅(qū)動Case2IH 9250 拖拉機上裝4 個Gilbert和Riplo“GripTrac”橡膠履帶驅(qū)動裝置

14、。 推薦精選 1996 年K. Watanabe 、M. Kitano 、K. Takano 、H.Kato 對橡膠履帶用于高速越野車輛進行了研究。橡膠履帶裝置的滾動阻力比輪胎大得多,文中描述了不同運行條件下,如初始張緊、履帶速度、橡膠履帶的溫度對滾動阻力的影響。1995 年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65 橡膠履帶拖拉機,是在其4項結(jié)構(gòu)研究成果基礎(chǔ)上誕生的:(1)橡膠履帶得益于無輪輞輪胎項目的研究。(2)獨特的行走系參考CAT SA 型提高速度的研究與L 系列高置驅(qū)動輪、平衡臺車項目的研究。(3)全動力換擋傳動系、現(xiàn)代駕駛室與操縱借鑒于鉸接四輪驅(qū)

15、動拖拉機的研制項目。(4)液壓差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)來源于CAT 推土機的液壓差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)?？ㄌ乇死盏难芯孔C明橡膠履帶拖拉機在未耕土壤與已耕土壤上的牽引性能都比四輪驅(qū)動拖拉機有明顯的提高(見圖13) 。1997 年美國迪爾公司也發(fā)表了它對這一問題的研究,對比了橡膠履帶拖拉機與四輪驅(qū)動拖拉機在不同地面的牽引性能與對地面的壓強等。數(shù)據(jù)表明(見圖14) ,兩者的差距比圖13 顯示的要小一些。1998 年J . A. Okello 、M. Watany、D. A. Crolla 建立了預測橡膠履帶在農(nóng)業(yè)軟地面上的牽引性能與支重輪下接地壓力的模型,此模型考慮到各支重輪對土壤連續(xù)作用的影響。實驗用土壤剪切與下沉實驗

16、得到的土壤強度參數(shù),成功地模仿了單條橡膠履帶裝置在各支重輪連續(xù)作用下彈塑性土壤變形的效果。在一系列土壤條件下,理論計算與實驗結(jié)果比較吻合。 1999 年日本學者Shigeo Awazu、Yoshiaki Kimura 、Shunichi Shibasaki 、Kunihiko Uchida 發(fā)表了對5條履帶轉(zhuǎn)向車輛的研究。研究對象是用于雪地和泥濘地的車輛,用4 個獨立的橡膠履帶裝置代替四輪驅(qū)動的4 個輪胎,接地面積比輪胎增加15 倍。其在類似滑雪場的深雪地與壓實的雪地以及在泥濘地面上,操作自如。和雪地車與工程機械等普通履帶車輛不同,它在硬路面上能象汽車一樣轉(zhuǎn)向。為了提高附著能力與自潔能力,

17、橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉(zhuǎn)向并用被證明能減少轉(zhuǎn)向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒 推薦精選 的橡膠履帶參數(shù)的方法。 此外，履帶拖拉機國際上的競爭對手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機系列產(chǎn)品。一拖公司的產(chǎn)品無論是技術(shù)水平、還是生產(chǎn)能力與其相比都不具備競爭能力，只有價格有吸引力，但從性能價格比分析，一拖產(chǎn)品還是處于劣勢。因此，公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機將盡快投放市場，借以鞏固傳統(tǒng)市場，發(fā)揮競爭優(yōu)

18、勢。 5.總結(jié) 本次設(shè)計是在弄清楚履帶底盤的整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上重點對行駛機構(gòu)進行設(shè)計的過程。首先是確定任務(wù)要求的各項參數(shù)，然后根據(jù)這這些具體參數(shù)進行一步步的計算，最后把各部分設(shè)計整合并進行細節(jié)修改。 通過本次文獻綜述的整理，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，讓我熟悉有關(guān)技術(shù)政策及國家標準和規(guī)范手冊，而且對當今社會機床的發(fā)展現(xiàn)狀有了很大的了解，對我以后的設(shè)計奠定了更扎實的基礎(chǔ)，另外，更進一步鍛煉了我獨立思考和動手的能力。 參考文獻 [1] 吳宗澤.第3版，機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京:高等教育出版社，2006.5:1～253.? [2] 張淑娟、全臘珍.畫法幾何與機械制圖[M].中

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