设计说明书

****大学成人高等学历教育毕业设计

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

论文摘要

本设计以TY220 推土机为蓝本进行的。推土机采用直铲式结构，重点是对推土铲刀和松土器等进行了参数选择和设计计算；并进行典型工况下推土机的推土铲刀，松土器受力分析以及，各个球铰和铰销的受力分析和强度校核，以满足工作要求。该课题以选用适当的参数，合理的结构设计，提高工作装置的灵活性以及高效率为目的。

【关键词】 推土机； 推土铲刀； 松土器；

I

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

DESIGN OF THE TY220 CRAWLER DOZER

ABSTRACT

These parts is designed base on TY220 bull-dozer. Adopt straight shovel structure, mainly to bulldoze shovel, person who loosen the soil, etc. go on parameter chooses and design and calculate; Carry on bull-dozer under the typical operating mode strength analysis and shovel, carry and push shelf, person who loosen the soil, each ball cut with scissors and cut with scissors sell not to check strength analysis and intensity, in order to meet the job requirements. Subject this in order to select proper parameter for use, rational structure design, improve job flexibility and high efficiency of device purposes.

KEY WORDS: Bull-dozer; Bulldoze Shovel; Person who loosen the soil；

II

****大学成人高等学历教育毕业设计

目录

绪论 ...................................................................................................................................................................... 1 第1章 推土机的选型 ........................................................................................................................................ 2

1.1 选型 ....................................................................................................................................................... 2 1.2 额定功率选择 ....................................................................................................................................... 2 第2章 工作装置类型与构造 ............................................................................................................................ 3

2.1顶推架 .................................................................................................................................................... 3 2.2推土铲刀 ................................................................................................................................................ 3 2.3推土铲刀的工作角度 ............................................................................................................................ 3

2.3.1铲刀回转角? ............................................................................................................................. 3 2.3.2切削角? ..................................................................................................................................... 4 2.3.3铲刀倾侧角? ............................................................................................................................. 4

第3章 推土铲刀主要参数的选择 .................................................................................................................... 4

3.1推土铲刀的外形 .................................................................................................................................... 4 3.2推土铲刀高度和宽度的确定 ................................................................................................................ 5

3.2.1推土铲刀高度H ......................................................................................................................... 5 3.2.2铲刀宽度B ................................................................................................................................. 5 3.2.3推土铲刀的角度参数 ................................................................................................................. 5

第4章 推土机铲刀阻力的计算 ........................................................................................................................ 6

4.1切削阻力PQ的计算 .............................................................................................................................. 6 4.2铲刀前积土的推移阻力Pt的计算 ....................................................................................................... 7 4.3铲刀刀刃与土壤摩擦阻力pm1的计算 ................................................................................................ 8 4.4土壤沿铲刀上升的摩擦阻力的水平分力Pm2 ..................................................................................... 9 第5章 直铲推土机典型工况受力分析 .......................................................................................................... 10

5.1土壤反力P ........................................................................................................................................... 10 5.2推土铲刀液压缸的活塞杆推压力Sp .................................................................................................11 5.3铲刀的极限提升力Sj ........................................................................................................................ 12 5.4液压缸的设计 ...................................................................................................................................... 13 第6章 工作装置强度计算 .............................................................................................................................. 14

6.1强度计算部件的选择 .......................................................................................................................... 14 6.2强度计算 .............................................................................................................................................. 15

6.2.1顶推架强度计算 ....................................................................................................................... 15 6.2.2铲刀强度计算 ........................................................................................................................... 22 6.2.3斜撑杆强度计算 ....................................................................................................................... 24

III

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

6.3 铰销轴的计算 ..................................................................................................................................... 25 第7章 松土器 .................................................................................................................................................. 26

7.1松土器的结构与选型 .......................................................................................................................... 26 7.2松土器基本参数的选择 ...................................................................................................................... 27

7.2.1额定有效牵引力 ....................................................................................................................... 27 7.2.2松土深度 ................................................................................................................................... 27 7.2.3松土器工作速度 ....................................................................................................................... 27 7.3松土器的受力分析 .............................................................................................................................. 28

7.3.1松土器受力分析，强制切入情况 ........................................................................................... 28 7.3.2提升松土齿工况 ....................................................................................................................... 29 7.4主要零件和部件的强度计算 .............................................................................................................. 30

7.4.1齿柄强度计算 ........................................................................................................................... 30 7.4.2销轴强度计算 ........................................................................................................................... 31

设计小结 ............................................................................................................................................................ 32 致谢 .................................................................................................................................................................... 33 参考文献 ............................................................................................................................................................ 34 附录 .................................................................................................................................................................... 35

IV

****大学成人高等学历教育毕业设计

绪论

推土机是一种在拖拉机前面装推土铲装置的筑路机械，用于推土、平整建筑场地等。

(1) 推土机发展历史

19世纪70年代中期，美国已有人使用简陋的马拉推土刮板平整土地。1906年履带式拖拉机的发明者、美国的霍尔特又研制出最早的汽油内燃机拖拉机，霍尔特曾经作为配套装置给拖拉机装上推土铲，成为世界上最早的推土机。

1909年，德国开始修筑规模宏大的高速公路网，在工程中开始大量使用推土机。1945年以后，在英国和欧洲大陆的重建工作以及美国许多建筑工程中，推土机都是不可缺少的重要施工手段。

推土机操纵灵活 、运转方便、所需工作面小，多用于场地的清理及平整、开挖深度不大的基坑、填平沟坑，以及配合铲运机工作。推运距离宜在100m以内，以运距50m左右经济效果最好。 (2) 推土机分类

按行走方式，推土机可分为履带式和轮胎式两种。履带式推土机附着牵引力大，接地比压小(O.04一O.13MPa)，爬坡能力强，但行驶速度低。轮胎式推土机行驶速度高，机动灵活，作业循环时间短，运输转移方便，但牵引力小，适用于需经常变换工地和野外工作的情况。

按用途可分为通用型及专用型两种。通用型是按标准进行生产的机型，广泛用于土石方工程中。专用型用于特定的工况下，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机和沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、船舱推土机、无人驾驶推土机、高原型和高湿工况下作业的推土机等。 (3) 推土机的结构

推土机是土方工程机械的一种主要机械，按行走方式分为履带式和轮胎式两种.因为轮胎式推土机较少。本文主要讲述履带式推土机的结构与工作原理。

功率大于120KW的履带式推土机中，绝大多数采用液力-机械传动。这类推土机来源于引进日本小松制作所的D155型、D85型、D65型三种基本型推土机制造技术。国产化后，定型为TY320型、TY220型、TY160型基本型推土机。

履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。

1

****大学成人高等学历教育毕业设计

4.2铲刀前积土的推移阻力Pt的计算

推移阻力Pt由下式计算：

Pt?Gt?2 （4-2） Gt—铲刀前积土重（N） ?2—土壤与土壤间的摩擦系数

铲刀前积土重Gt可按下式计算：

图 6 铲刀前积土

GB(H?HP)2t??02tg???B(H?HP)20 02Kt式中 ?0——密实土壤在自然湿度下的平均重度?KN/m3? ?0——土壤的自然坡度角

Kt——考虑与铲刀参数H/B有关的侧漏等影响的土量换算系数

7

4－3）

（

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

H——高度（m）

取?0?20.5KN/m3 [2]

3.4(1.2?0.35)3Gt?20.5??29.6 KN

2?0.85所以：

Pt?29.6?0.8?23.7 KN

4.3铲刀刀刃与土壤摩擦阻力pm1的计算

图 7 铲刀刃与土壤的摩擦阻力

铲刀刃与土壤摩擦阻力，等于土壤对铲刃的垂直反力与摩擦系数?1之积，即

Pm1?Pyt?1?KyF,?1?KyBx?1 （4－4）

式中 Pyt——土壤对铲刀的垂直反力，图 7 所示 ?1——土壤与钢铁的摩擦系数

Ky——考虑刀刃磨损后，刀刃压入土壤的比阻力?N/cm3? F′——考虑磨损后铲刀刃与地面接触面积（cm2）

X ——考虑磨损后铲刀刃与地面接触长度（见图7），近似计算，取X=1 cm

取Ky、?1 [1]

Ky=60 ?1=0.85

8

****大学成人高等学历教育毕业设计

Pm1?60?1?340?.85?17.34 KN

4.4土壤沿铲刀上升的摩擦阻力的水平分力Pm2

Pm2可按下式计算, 见图7

Pm2?GT?1cos2? （4－5）

式中 ?——铲刀的切削角

Pm2?29.6?0.85?cos245??12.58 KN

综合1,2,3,4,推土机的最大阻力Pt可用下式表示

Pt?PQ?Pt?P?1?P?2 代入数据

Pt＝59.5?23.7?17.34?12.58?113.1 KN

图 8 土壤在铲刀上的摩擦阻力

9

（4－6）

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

第5章 直铲推土机典型工况受力分析

图 9 推土板上的作用力

5.1土壤反力P

由图9知：

P1?RCsin????1??PQ （5－1） P2?RCcos????1??Pyt?(P1?PQ)ctg????1??Pyt （5－2） ?1——土与钢铁间的摩擦角 由上述二式得： RC?P1?PQsin(???1)?113.1?59.5?53.8 KN ??sin(45?40) P2?P1ctg(???1)?4.71

根据此式，随着PV的变化，可说明下述几种工况：

当P2?P1ctg(???1)?PT时，P2为正值，其作用方向向下，此时既是推土铲刀的切土阶段；

当P2?P1ctg(???1)?PT时，P2为负值，其作用方向向上，这种情况出现在刚开始切土阶段；

当Pyt?0时，则P2?(P1?Pq)ctg(???1)。这时，即推土铲刀处于固定状态。此时，由于P1值远远大于PQ值。所以，一般可用下式计算P2：

10

****大学成人高等学历教育毕业设计

P2?P1ctg(???1) （5－3）

而P2max又决定于推土机的牵引性能，考虑到动载的影响，取

P2max?Pp?Kd?PH （5－4）

式中 Pp——计算牵引力

PH——额定牵引力，PH?Gs??H Kd——动载荷系数，通常取Kd?1.5

?H——额定附着系数；对于履带去?H?0.8~0.9；对于轮胎式

?H?0.6~0.68

5.2推土铲刀液压缸的活塞杆推压力Sp

图 10 液压缸活塞杆推压力的计算

根据推土机的纵向稳定性条件确定

计算Sp时，以拖拉机为分离体，此时Sp方向向上，对K点取矩

?Mk?0GTslk?zcm?xcmm?Sprk?0 所以 Szcm?xcmmp?GTslk?r k式中 zcm——顶推架在拖拉机台车架上的垂直作用力

11

（1）

5-5）

（

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

xcm——顶推架在拖拉机台车架上的水平作用力 GTs——拖拉机重量

为解出Sp，必须求出顶推架支点所受力zcm和xcm。因此工作装置为分离体，多O点取矩：

图 11 顶推架支点反力的计算

?Mo?0（顺时针为正）

Gg(l?l0)?Spl0?xcmm?Zcml?0 （2） 由X轴方向合力为0，则?X?0

P1?Spcos55??xcm?0 （3） xcm?P1?Spcos55? （5-6） 其中l?3450 lk?1125 r0?20 rk?3500 rc?1100 m?420 ??55?

Gg?4082kg l0?3200 GTS?180KN

联解（1）（2）（3）得

Sp?118.2 KN 5.3铲刀的极限提升力Sj

由于Sj的作用，使推土机绕履带接地最前端A点倾翻，以拖拉机为分离体，并对A点取矩，即?MA?0

12

****大学成人高等学历教育毕业设计

图 12 铲刀极限提升力的计算

GTs?lT?xcm?m?zcml1?Sj?r1?0

其中 lT?3200 l1?3450

G?l?xcm?m?zcml1?102.3 KN 所以 Sj?TsTr15.4液压缸的设计

（1）计算液压缸的主要结构尺寸

图 13 液压缸主要设计参数

13

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

活塞杆受压时

活塞杆受拉时 式中 A1? A2?

F?FW F?FW?M?P1A1?P2A2

?M?P1A2?P2A1

?4D2——无杆腔活塞有效作用面积 （m2） (D2?d2)——有杆腔活塞有效作用面积 （m2）

?4 P1——液压缸工作腔压力 （Pa）

P2——液压缸回油腔压力 （Pa），即背压力。 D——活塞直径（m） d——活塞杆直径（m）

由参考文献[3]表2.2－4，取背压力P2＝2MPa选额定压力P?12 MPa,计算后按参考文献[4]表14.6-4,活塞杆外径d=50 mm，缸筒内径的D=100 mm，活塞杆螺纹为M33?2，活塞杆行程1100 mm，活塞选用合成材料，液压缸为HSG工程机械用系列。

第6章 工作装置强度计算

6.1强度计算部件的选择

对于直铲式推土机的顶推架，斜撑杆和铲刀等零件进行强度计算。

14

****大学成人高等学历教育毕业设计

6.2强度计算

6.2.1顶推架强度计算

(a) (b)

(c)

(d)

15

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

(e)

(f)

(g)

(h)

图 14 顶推架强度计算示意图

由图14（a）中

px?p'kp?kdpkp 式中 kd——动载系数，取kd?1.5

pkp?p?24?104?0.85?204 KN px?1.5pkp?308 KN

pz?pxctg(???)?308ctg(55??40?)??26.95 KN

s1?kdsp?11.5?128.2?192.3 KN

将Px，s1转换为到顶推架平面上，其合力为P1，P1由下式确定：

P1?Px?S1cos??308?192.3?cos55??418.3 KN

此时附加力矩M1和M2：

M1?P?P1?308?70?10?215.6 KN

16

6-1）

（

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

则 Jk?14.4?10?5 m4 各部分切应力由下式计算： ??Mki （6-12） 2?F0i其中Mk1?MkJk1J，Mk2?Mkk2 JkJk又 F01?33121 mm2 F02?20000 mm2

F03?36000 mm2

Jk110?6??17.5 M?Pa 故 ?1?MkJk2?0F01Jk210?63.1510?6?2?Mk??40500???22.1M?Pa ?9Jk2?0F0214.42?10?20000?10?3?28 M?Pa ?4?4.2 M?Pa

推土板中间O截面总应力?r3按第三强度理论计算：

?r3??2?4?2?61 M?Pa?????125 M?Pa 符合要求。 6.2.2铲刀强度计算

22

****大学成人高等学历教育毕业设计

图 16 铲刀强度计算示意图

在推土板中间O截面中，找到其重心位置O点及截面的中心轴X和Z。然后把Px，Pz，

S1等力移至O点并分解为沿X轴Z轴的力Qx和Qz，同理将q分为qx，qz，此时：

QXBqX?B2Mx??

48QZBqZ?B2MZ??

48

其中 Qx?113sin42? qx?qsin42?

Qx?113cos42? qx?qcos42?

由此得：

113sin42?qcos42??3400??64.27 kN?m Mx?48113cos42??3400?71.4 kN?m MZ?4??Mxz0Mzx0??106?38.7 M?Pa?????156 M?Pa 符合要求。 JxJz

23

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

6.2.3斜撑杆强度计算

图 17 斜撑杆强度计算示意图

M1?Pxh1?45372 N?m

M2?S1h2cos??37254.5 N?m

由?MB?0

M1?M2?P2l5?S1l6sin??PA(h2?h3)?0

得 PA?28 KN 由?MA?0

M1?M2?P2l5?S1l6sin??PB(h2?h3)sin??0

得PB?46.3 KN 斜轴杆面积 FB??4斜轴杆强度

(752?612)?984?10?6 mm2

??PB?10?6?23.52 M?Pa?????156 M?Pa 符合要求。 2FB 24

****大学成人高等学历教育毕业设计

6.3 铰销轴的计算

PC?xc1?zc1?226.1 KN YC?Mxc1420?225??29.5 KN l1320022dF?0.785D2[1?()2]?4361.5?10?6 m2

Dd??W?0.1D3?1?()4??50007?10?9 m3

D????PclYC??10?6 WF226.1?103?70?10?329.5?107?=

50007?10?94631.5?10?3=34.3 M?Pa?[?] 销轴螺栓受力为P1

根据按螺栓强度设计螺栓尺寸

P1?PClr1rc r1?r2?1226.1?70?17929.5 ?22222630?170?120?110?80?50 =48.3 KN

螺栓杆与孔臂挤压强度

=

?p?P1 d0lmin选螺栓M24?120

48.3?103?p??67.1 M?Pa

24?30[?p]??s340??272 M?Pa ?p1.25螺栓杆的剪切强度：

25

TY220履带式推土机推土铲刀和松土器的设计

??P1?4?2d148300?106.8 M?Pa

3.14?2424[?]?340?227 M?Pa 1.4

第7章 松土器

7.1松土器的结构与选型

图 18 松土器

1-安装架；2-倾斜油缸；3-提升油缸；4-横梁；5-齿杆；6-保护盖；7-齿尖；8-松土器臂

图 19 松土齿

1-齿杆；2-保护板；3-齿尖镶块；4-弹性销轴；5-弹性固定销

26

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/quz2.html