1、中山火炬职业技术学院毕Q保合实践发0项目名称：搬运履带车作者：李文波学号：1103030123系另Ll：装备制造系专业：机电一体化指导老师：岑轶浩专业技术职务机械工程师中山火炬职业技术学院教务处制摘要履带式车辆具有接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越境能力强等特点。因此，在农业、工程建筑、现代军事等领域发挥着十分重要的作用。履带式搬运车辆兼具行走和搬运两种功能,应用日益广泛。本论文以无电梯楼层间或电梯最大承重低于所搬运物品质量的情况下实现搬运物品为背景，以车辆工程、机械设计与制造、等理论为基础，对履带式工作车辆的关键机构的设计方法、电机选用等共性问题进行了的研究。
2、本文主要研究内容包括：1、对履带式工作车辆的总体布局进行研究，分析了履带式工作车辆总体布局的方法和遵循的原则。2、对与履带式车辆行走装置做了深入研究，设计出一种针对本履带车辆工作条件的行走机构及满足此履带车工作。3、针对履带式搬运车辆兼具行走和搬运两种功能的特点，利用机械传动技术形成了履带式工作车辆行走系与传动系的设计方法。关键词：履带式车辆电机驱动性能分析设计方法目录摘要2第一章履带式工作车辆的总体布局及性能研究41.1 引言41.2 总体布局原则及形式41.2.1 总体布局的原则41.2.2 总体布局的形式51.3 电机履带式车量的总体布局51.4 履带式车辆的机动性能分析61.4.1 直
3、线行驶分析61.4.2 爬坡行驶的受力分析91.5 本章小结102.1 引言112.2 行走系设计112.2.1 行走系的组成112.2.2 行走装置工作参数确定122.2.3 行走系关键零部件的设计122.3 本章小结14第三章台车架的设计及有限元分析143.1 引言143.1.1 车架与履带带轮保持架153.1.2 车架的整体结构153.3 有限元分析方法基本理论153.4 台车架的有限元静力分析163.4.1 台车架有限元计算模型的建立163.5 本章小结16结论17致谢17参考文献18中文摘要履带式车辆具有接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越境能力强等特点
4、因此，在农业、工程建筑、现代军事等领域发挥着十分重要的作用。履带式搬运车辆兼具行走和搬运两种功能,应用日益广泛。本论文以无电梯楼层间或电梯最大承重低于所搬运物品质量的情况下实现搬运物品为背景，以车辆工程、机械设计与制造、等理论为基础，对履带式工作车辆的关键机构的设计方法、电机选用等共性问题进行了的研究。本文主要研究内容包括：2、对履带式工作车辆的总体布局进行研究，分析了履带式工作车辆总体布局的方法和遵循的原则。2、对与履带式车辆行走装置做了深入研究，设计出一种针对本履带车辆工作条件的行走机构及满足此履带车工作。3、针对履带式搬运车辆兼具行走和搬运两种功能的特点，利用机械传动技术形成了履带式工
5、作车辆行走系与传动系的设计方法。关键词：履带式车辆，电机驱动，性能分析，设计方法第一章履带式工作车辆的总体布局及性能研究U引言采用电机驱动的履带式工作车辆既要有一般车辆的行驶功能，又要有解决特殊用途的搬运功能。因此，履带式工作车辆首先要求具有合理布局、结构紧凑、安全性和稳定性高、尽量降低总体尺寸和重量，同时又要有足够的动力保证其行走和搬运，履带式工作车辆还要求有良好的机动性能。本章研究的主要内容包括车辆的总体布局、机动性能分析。1.2总体布局原则及形式1.2.1 总体布局的原则履带式工作车辆总体布局的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和其他附件，使动力装置、行走装置、专用搬运装置及其它附
6、件构成相互协调和匹配的整体,达到整车基本性能和专用性能的要求。在总体布局时应遵循以下原则:1、在满足装配空间和搬运空间的前提下，尽量降低总体尺寸和重量。较小的总体尺寸和重量便于履带式工作车辆的长途装运，同时也能提高整车的机动性能。2、应能满足专用搬运性能的要求，使专用功能得到充分发挥。在进行总布置时，应充分考虑履带式工作车辆特殊用途的作业功能，尽量提高车辆在作业时的安全性和稳定性。3、装载质量，整体质量的合理分配。应尽量减少履带式工作车辆的整体质量，提高装载质量，增大质量利用系数，降低耗材和成本。4、应避免动力装置、行走装置、专用搬运装置相对集中。整体质量都集中在车辆的前部或后部不利于车辆的机
7、动性能，也不利于车辆的稳定性，对车辆的支重轮和履带的使用寿命也会造成影响。5、应避免动力装置或搬运装置的布置对车架造成集中载荷。必要时采用具有足够刚性的副车架，将集中载荷转化为均布载荷，有利于改善丰车架的强度和寿命。6、为了使整车质量分布均匀合理，便于在起伏不平的复杂路而上行驶。保证该车具有良好的稳定性及安全性，该车的驱动电机的安装底角应低于履带面以降低整车重心【5】。1.2.2总体布局的形式电机履带式工作车辆的总体布局的形式较多。在一个平面内，主要分电机纵置和电机横置两种形式。电机纵置时由于发动机输出轴需要与工作装置输入轴平行，所以车辆要在宽度方向需要较大的空间对履带式车辆小宜采用；其次总体
8、布局除参照以上总体布局原则外，还需要考虑电机、行走装置、搬运装置的外形特征及转动方向等。IT为电机横向布置的总体布局形式图也是本次履带车选用的布置方式。行走装置搬运台电机O行走装置一1-1履带式工作车辆总体布局示意图1.3电机履带式车量的总体布局根据要求，将该履带车的总体主要设计思路确定如下：1、选择电机作为动力设备。因为搬运功率较大，因此将其作为目标功率。通过计算，该电机机型号选用常州台电机电设备有限公司XAJONG品牌的DC电机功率100W,转速600(rpm)o该电机应用范围运输机械，搬送机械，包装机械，食品机，纺织机械，印刷设备，半导体制造设备等，符合履带车的要求。2、为了使整车质量分
9、布均匀合理，便于在楼梯上行驶。保证该车具有良好的稳定性及安全性，该车的电机安装底角应低于履带而以降低整车重心。5、行走系设计：行走系由橡胶履带、驱动轮、支重轮、托带轮、张紧轮、及导轨组成，其行驶动力由电机提供。6、操纵部分的设计包括：转向及制动操纵机构设计，通过两个操纵手柄分别控制转向离合器从而控制车辆的左、右转向及制动。7、车身的设计：车身设计要综合车辆装配完成后的整体尺寸，尽量做到美观实用。其中搬运台是关键的部分，由于车辆整体尺寸不大所以搬运台也不宜过大，更不能超出车架过多，但要考虑到所搬运物品的质量，形状大小等。8、其它部分设计：包括车载工作灯、搬运车外观等。1.4履带式车辆的机动性能分
10、析1.4.1 直线行驶分析1,履带式工作车辆的行驶原理履带式工作车辆在行驶过程中，发动机输出高转速和小扭矩，经传动系传到驱动轮，变成了低转速和大扭矩。通过驱动轮上的轮齿和履带齿之间的啮合连续不断地把履带从后方卷起向前铺设，让导向轮、支重轮沿所铺设的履带不断向前滚动而行驶。因此，可认为履带式工作车辆的实质是一种“自携轨道”的轮式工作车辆【7】。履带车的驱动又可以分为前置驱动和后置驱动，液压驱动式车辆的前置驱动就是将液压马达安装在行走机构的前部，后驱则相反。而现在大多数的履带车辆多采用后置驱动，因为后驱不仅技术方面成熟而且节省动力可以使车辆动力性能得到提升，并且较为安全，所以本次履带车辆也采用后置
11、驱动的形式。图2-5履带车A线行驶受力图如图在驱动力矩Mq的作用下，使履带产生张力T,张力沿履带的驱动区段传到履带的支承区段，向后拉动履带，使支承区段所接触的土壤受到剪切，土壤剪切变形使履带发生滑转，同时，土壤对履带支承区段产生向前的水平反力Fq又称为驱动力，当驱动力足以克服行走阻力时,支重轮就在履带上表画向前滚动,从而使车辆向前行驶。由于履带式工作车辆的履带接地比压较小，履带支承区段与土壤接触剪切面积较大，滑转率较小，因而牵引附着性能和通过性都较强，这也就是履带式车辆广泛应用在工程机械、矿山机械、建筑机械、军事等领域的重2,直言行驶的速度分析(1)理论行驶速度履带车的行驶速度是本次履带车设计
12、的重要参数，也是选择履带尺寸，液压元件参数的重要依据。履带式工作车辆理论行驶速度就是指支承区段的履带无滑转时车辆的行驶速度，主要决定于驱动轮的转速和驱动轮的节距。理论行驶速度可用式(2-1)式来表示。60.(2-1)式中：)一理论行驶速度(Kmh);一驱动轮转速(rmin)；Z一驱动轮齿数；1一驱动轮节距(mm)o其中履带驱动轮齿数与节圆直径的关系：QoD=/(0.54cot-)Z(2-2)式中：1一驱动轮的节距；Z一驱动轮齿数(2)实际行驶速度履带式工作车辆行驶时，履带总是不可避免要滑转的，即履带支承区段相对于路面有向后的运动。这样，履带式工作车辆运动速度存在着速度损失，实际运动速度小于理论
13、速度。如果支承区段的履带在地面上走过的距离为L,土壤的水平变形量为/,那么车辆实际前进距离是L一/【5】，由此可计算车辆的滑(2-3)(2-4)转率(5：由滑转率可求出履带式工作车辆实际行驶速度：v=(l-5)vt三-(l-5)fz/=武中：V实际行驶速度(Km/h)；%驱动轮半径（min）；一驱动轮转速（rmin）o3,直线行驶的受力分析如下图行走机构的受力分析，由图中可知：张力沿履带的驱动区段传到履带的支承区段，向后拉动履带使土壤发生剪切变形，拉力大小=%7（%-履带驱动区段的机械效率），其反作用力为土壤对履带支承区段产生的向前驱动力Fq,驱动力”克服外翻5行驶阻力/和内部阻）/使车辆向前
14、行驶【7】,见图2-6。下面分别分析驱动）、外部行驶阻力”和内部阻力及它们之间的关系。图2-6行走机构受力图履带式工作车辆在平直路面上匀速直线行驶时，行驶速度较低，考虑到车辆迎风面积较小，因而，可以忽略空气阻力，车辆正常行走的驱动力Fq等于行驶阻力Fl履带式工作车辆匀速直线行驶的驱动力.行驶阻力平衡方程可以表示为：(2-5)Fq=Fr=F+F?=Mg（+）式巾：m一车辆的质量；g重力加速度；/一滚动阻力系数；内摩擦阻力系数。1.4.2爬坡行驶的受力分析由于履带车在爬坡时所需要的驱动力最大，故设计计算时要以能满足爬坡性能为设计准则，这是选择液压泵和液压马达的关键。本次车辆满足的爬坡性能要求是能平
15、稳的爬上约.的坡度，并保证停车时的自锁性能，下图2-7是爬坡时的受力分析示意图。图2-7履带车爬坡时受力示意图由受力平衡有：Ka，+，=wgsin=mgcos（;+/；）其中摩擦力：/=mgcosIan,所以得所需最大驱动力:由履带式T作车辆的行驶原理(图2.6)可知：在驱动O:作用下带产生张力T,其值为：因二二反作用力为土壤对履带支承区段产生的向前驱动力，而在爬坡时即为Zl动轮半径(mm)O履带式工作车辆的爬坡性能也称为履带车量的稳定性，稳定性是指它保持稳高速车辆主要指在大侧向加速度，大侧偏角的极限工况下工作，出现难以控制的侧滑现象，如在弯道行驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出现象及后轴
16、侧滑甩尾而失去稳定性的激转现象等危险工况，本次设计的履带式车辆的速度较低所以不需考虑该种情况。由于车辆稳定性对人身和车辆的安全有直接影响，此外还对车辆的操纵性能有直接的影响。指标等进行了建模和分析。首先阐述了履带式工作车辆总体布局的意义，并说明了总体布局时应遵循的原则。其次，分析了不同工况下的机动性能及对车辆行走第二章行走系的设计走系、传动系和操纵机构能使车辆在动力作用下具有行驶功能，工作装置使车辆具有特殊用途的作业功能。行走系的设计涉及车辆一地面力学、车辆机动性能等关键技术问题。本章结合液压履带车的具体工作和使用要求，对履带式排灌车的变成车辆在地面上的移动和牵引力。履带式行走系由履带行走装置
17、悬架和机架组成。其中履带行走装置又包括履带、驱动轮、支重轮、托带轮、张紧轮和张紧缓冲装置等。履带式行走系按台车架与支重轮之间不同的联接方式分为整体台车行走系、非整体台车行走系和混合式行走系【1】。履带式车辆行走系结构形式择依据是车辆的功能要求。本次设计制造的履带式行走系由于车速低，稳定性要求高，采用了整体台车式行走系。图31为该车辆行走系结构简图，它的特点每侧驱动轮、履带、导轨、支重轮、托带轮和张紧轮都安装在一个整体台车架上，各支重轮轴心线相对位置不变，并通过两条卷绕的整体橡胶履带支承在地面上。行驶过程中，履带与地而接触，驱动轮在变速箱驱动扭矩的作用下，通过驱动轮上的轮齿和履带齿之间的啮合连
18、续不断地把履带从后方卷起。接地那部分的履带给地面一个向后的作用力，而地而相应地给履带一个向前的反作用力，这个反作用力是推动机器向前行驶的驱动力。当驱动力足以克服行走阻力时，支重轮1、行驶速度V:(10kmh,主要用调节液压泵斜盘角度控制。2、爬坡能力：由于该车上部结构复杂，保持机体的平稳是很重要的，其最O的距离即为节距，在两铁齿之间仅有橡胶。如果支重轮排列得不好，支重轮在履由于铁齿的刚性作用，支重轮压下的量很小，两者会有一个落差。这样会造成机器在行走时一起一伏，影响机器行走的平稳性。而且支重轮在压落橡胶面时，支4、履带的前角：履带的前角指当车辆处于水平地面上，驱动轮与前部第一个支重轮之间的履带
19、与地面之间的角度。履带的前角的人小也是影响行走装置的一个因素。前角增大，可以增加履带的接地长度，减少接地压力；但前角增大,增大，会加快铁齿和驱动轮的磨损，所以履带的前角一般不宜超过L2.2.3行走系关键零部件的设计驱动轮的配置于履带式排灌车而言.其排灌作业必须在车辆停止的时候才能进行，故在行进中只须操作员有良好的视野，保证平稳行进。为此，将驾驶室配置在前部，驱动轮安置在后部成为后置驱动，这样可以大大提高机动性能和驾驶的安全性。械液压连续无级变速机构减速后由机械变速箱输出，其值为：式中：F-驱动力;从(3-1)式可以看出，行走驱动力矩与驱动轮半径成正比。驱动轮半径越大，驱动力矩就越大；驱动轮半径
20、小，驱动力矩也变小。所以，从提高机械变速箱的可靠性、减少变速箱受力考虑，驱动轮应尽量缩小。但驱动轮也不能太小，因为驱动轮过小会使履带的弯曲挠性应力增大，履带弯曲直径越小，应力越大,从而影响履带寿命。因此，驱动轮的齿数一般不宜少于7个。轮的齿数Z=7,可求解驱动轮相关参数。式中：t驱动轮的节距;取t=90,Z=7,由上式可求得考虑以上参数以及与履带、机械变速箱的安装，确定驱动轮的尺寸。的质量。考虑到排灌车经常在田间野外作业，支重轮长期带有泥水，工作条件恶重轮的密封性能非常重要。要提高支重轮的密封性能，主要从两个方面考虑：(1)尽量减少活动密封面，降低泥水进入轴承的机会。本次采用的支架支撑方式是减
21、外，支重轮的设计还需要考虑与台车架的安装固定、与履带的安装、轴承的润振跳和侧向滑移。托带轮为铸钢件，通过两个深沟球轴承支承在托带轮轴上，托带轮轴压装在托带轮轴的轴孔中，托带轮轴则通过螺栓固定在台车架纵梁的上部。、7托带轮外端盖设有注油螺塞，以便注入润滑油对轴承进行润滑。4 .张紧轮与导轨15】张紧轮与导轨配合使用起引导履带运动方向、防止履带横向滑动、张紧履带到合适的位置、防止履带在工作中振跳等作用。张紧轮的密封与支重轮结构相似，主要通过采用悬臂固定方式来减少活动密封面和提高密封件的可靠性来提高张紧轮的密封性能。张紧轮架一端的矩形杆与台车架纵梁的矩形内孔形成滑动副，张紧螺杆与台车架上的螺纹形成螺
22、旋副，通过调节张紧螺杆即可张紧履带到5 .履带的选择与参数确定履带不破坏路面,具有可以自行上路行驶的优势，短途运输不需要专用运输工具;二是接地比压小，通过性好，越野能力强；三是结构简单.，无需维护。因此它表了未来履带式车辆的发展方向和研究趋势。履带的参数确定主要有履带齿距、履带式工作车辆的关键机构有行走系、传动系、和工作装置等。本章先根据履带式搬运车的设计要求，总体确定该车辆的主要设计思路和设计任务。在掌握履带式车辆行走系的工作机理的前提下，通过认真分析该车的各种工况和计算该第三章台车架的设计及有限元分析台车架作为履带式搬运车辆上关键的零部件之一，是整个车辆的基体。履带式搬运车辆上绝大多数的零
23、部件（如行走装置、发动机、传动系、操纵机构、搬运装置等）都是通过台车架来固定其位置。台车架的功用是支承连接车辆的各的行驶性能和作业性能密切相关。由于台车架结构及载荷较为复杂，用经典力学方法计算其强度和刚度,或进行动态性能分析的过程中，需要作很多简化和假设，非常适用于计算复杂结构，与人工相比，计算时问短，计算精度高，是计算复杂结构的一种有效而实用的工具【23】。本章主要针对履带布的车架进行了设计绘本次设计制造的履带式搬运车由于行驶速度较低，对地面冲击的缓冲作上装有所有的驱动轮、导轨、支重轮、托带轮和张紧轮，同时台车架上还支承着整车所有的零部件，包括张紧机构、车身等，因此台车架是搬运车上十分重要的
24、零件。台车架的设计首先需考虑驱动轮、导轨、支重轮、托带轮和张紧轮等行走系零部件位置的排列固定、同时考虑传动系的安装位置及其它部分的安装与调节,包括操纵部分、车身等。它的设计贯穿整个搬运车的设计，只有在整个搬运车其它部分设计基本完成后才能较好地确定台车架的尺寸。支重轮的支撑方式决定了车架的主体结构，车架与履带轮保持架之间的结构可采用两种形式，其中弟一种形式结构较为简单，但会有悬臂结构所以不宜采用，所以本车架选用第二种形式Q式互相联系在一起的单元组合体，将整个集合体看作是由这有限个力学单元相互联接而成的等效集合体。各单元方程“组集”在一起而形成总体方程组，在计入边界条件后，即可对方程组求解。由于单
25、元能按不同的方式进行组合，且单元本身又有不同的形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。但进行有限单元离散后，单元与单元间只通过节点相联系，所有的力和位移都通过节点进行计算。对每个单元，选取适当的插值函数，使得该函数在子域内部、子域分界而（内部边界）以及子域与外界分界面（外部边界）都满足一定的条件。然后把所有单元的方程组合起米，就得到了整个结构的方程。求解该方程，就可以得到所需的近似解24。6 .4台车架的有限元静力分析部件，并承受来自车内外的各种载荷。根据结构设计的需要，台车架是一各种型钢焊接而成的形状不规则的焊接件，承受有各种形式的载荷，因此用经典的力学方法对其进行强度、刚度分析的难度较大
26、利用有限元法可以方便地计算出台车架的应力和应变分布，并以之作为指导改进台车架设计的依据，使其结构趋于合理。履带式搬运车在实际行驶或搬运作业时有很多不同的工作情况，不同的工作情况下台车架的所受的载荷是不同的。对已经建好的模型进行分析。为了避免由于有限元网格的尺寸大小相差悬殊而影响有限元单元质量和计算精度，可先对台车架上一些不影响机械性能的结构以及局部圆角、倒角等作了必要的简化，然后将简化了的台车架三维模型作为有限元2、单元的选择与划分为了方便用户建模需要，COSInOSWOrk有限元软件提供了多种单元类型，如何选取恰当的单元类型是有限元分析的一项关键技术在选择单元时，要以全而反映结构的力学特性
27、为前提，同时尽可能选择简单的单元，以节3、材料参数台车架材料参数的选取对有限元分析的结果起着重要的作用，选用235MPa,其材料属性为符项同性且是线弹性的。履带式工作车辆的关键机构有行走系、传动系、车架、操纵机构和工作装置等。在了解各部分具体尺寸和相对位置的条件下设计了履带车的主要部分也算模型并对台车架进行有限元静力分析，计算出台车架在两种典型的工作情况下的应力、应变及位移。有限元分析结果证明了台车架结构设计及其力学性能的合转弯半径小、跨沟越境能力强等特点特别是电机驱动的履带式车辆其因为在安装布局方面有特殊的优点，因此，在农业、工程建筑、现代军事等领域发挥着十分重要的作用。履带式工作车辆兼具行
28、走和作业两种功能，应用日益广泛。对履带式工作车辆的共性问题进行研究，有助于形成履带式工作车辆的理论与办法，对履带式工作车辆的开发具有指导意义，从而提高履带式工作车辆的自主设计水平和能力，促进履带式工作车辆的推广与应用。本课题的设计得到了以下结果：1、对履带式工作车辆的总体布局,进行了研究。分析了履带式工作车辆总体布局的方法和遵循的原则，建立了履带式工作车辆在不同工作情况下的计算模型。2、对于履带式车辆行走装置及承重台机械装置做了深入研究，设计出了针对本履带车辆工作条件的行走机构及满足此履带车工作及行走。而且在为人之道上亦是诲人不倦。苓老师渊博的知识、严谨务实的工作作风和刻苦的学习精神都给了我很
29、大的激励和教育，催我不断前行。经过2个月，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个没有太多自己专业的工作经验的毕业生，由于经验的匮乏,毕业论文难免有许多考虑不周全的地方,如果没有苓老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，想要完成这个设计在毕业设计及论文写作过程中，从课题的选择到项日的最终完成，苓老师都敬意！在此还要一并感谢我们宿舍的同学，在课题开展过程中,给予的热情指导和无私帮助。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文谢意!最后我还要感谢我的母校中山火炬职业技术学院的所有教育我和给予参考文献1王世明，杨为民，李天石，贾鸿社，国外工程机械新技术新结构和发展趋势5巩青松，陈靖
30、芯，秦永法，履带式工作车辆设计及分析的关键技术研究，农业装备与车辆工程，2008,(4)7韩宝坤，李晓雷，王昌田，履带车辆的履带模型与分析，系统仿真学报，2003,(12):1774-177717张铁，液压挖掘机结构原理及使用.石油大学出版社，2002.1218史青录，孙逢春，履带式车辆爬坡转向稳定性研究，农业机械学报,2007(7)：22-2622机械设计手册委员会,机械设计手册齿轮传动单行本,机械工业出版社,2007.623王瑁成.有限单元法基本原理和数值方法.北京：清华大学出版社，1997：24殷光辉，黄华，殷兆辉，履带板应力有限元分析与试验验证，车辆与动力技术，2004,(4):4951
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