工程机械学(5)

平地机第一节概述一、平地机的性能及构造（一）平地机的应用及性能1、平地机的应用平地机是用刮土板对土壤刮削、平整和摊铺的作业机械。主要用于公路、铁路、机场、农田、水利建设中大平面的松软土面上作业。它具有高效能、高精度的平面刮削、平整作业能力。如在筑路作业中切削并能作侧向移土，刮削路堑的里、外斜坡，搅拌并摊平大量铺路材料等。这要比推土机有较大的灵活性和较高的效率。所以有人称之为“万能”机械。2、平地机的作业方式平地机作业方式如图5-1所示。在道路建设中，作路堤整形，路基刮削，路碴的摊铺等作业。根据场地情况可作循环作业和穿梭作业,目的是为提高作业效率.国外平地机目前已普遍采用自行式液力机械传动。（二）平地机的构造平地机由动力传动装置、工作装置和操纵机构等组成。其结构如图5-2、图5-3和图5-4所示。平地机的工作装置安装在车架上，连接并支承在前、后桥上。除了靠驱动轮的牵引力拖动铲刀作纵向运动之外，还有铲刀的垂直提升，铲刀的水平回转，铲刀绕纵、横轴回转和铲刀的横向移动（图5-4）。这些动作在现代平地机上，均通过液压马力和液压缸来实现。1、刮土板的垂直提升靠刮土板提升液压缸。2、刮土板绕横轴转动，以改变切削角，靠刮土板倾斜机构液压缸。3、刮土板的水平回转机构的原理示意图如图5-5所示。由传动轴5带动齿轮4、3，使固定在回转环1上的刮土板和齿圈2作水平回转。4、刮土板的横向侧移和刮土板绕纵轴回转，机构传动的原理示意图如图5-6所示。（1）刮土板侧移，由传动轴6带动蜗轮1，使与蜗轮固结的齿轮推动齿条2和与之连接的刮土板沿导轨作横向移动，这种移动除了加宽横向作业之外；还便于刮土板绕纵向轴回转。（2）刮土板绕纵轴回转由液压缸来完成。（二）平地机分类及型号编制（一）分类1、按行走方式分类：分为拖式平地机和自行式平地机。拖式平地机因机动性能差，操作费力，已处于淘汰中。自行式平地机因机动灵活、生产效率高，而得到很大发展，已取代了拖式平地机。2、对于自行式平地机又分为：（1）四轮（双轴—轻型）和六轮（三轴一中、大型）；（2）后轮（或中、后轮）驱动和全轮驱动；（3）前轮转向或全轮转向。自行式平地机的表示方法：..333;,133,.,123;,222,.112)()()(全轮驱动全轮转向全轮驱动前轮转向后轮驱动中前轮转向六轮全轮驱轮全轮转向后轮驱动前轮转向四轮轴数转向轮对数轴数驱动轮对数或总轴数车轮总对数3、按刮土板长度和发动机功率分为：轻、中、大型平地机，见表5-1。4、按工作装置和行走机构的操纵方式分为：机械操纵和液压操纵。目前自行式平地机基本上都采用液压操纵。（二）国产平地机的型号编制方法国产平地机型号编写方法和符号意义，见下框图和表5-2。三、平地机发展状况由于平地机在公路建筑等大型平面施工中有非常高的工作效率，还可进行推土、扫雪等多种作业。因此在工业发达国家对它的生产和发展都很重视。（一）国外状况1877年在美国出现了马拉平地机，到本世纪二十年代产生了履带自行式平地机，1927年出现了双后桥轮式平地机，1937年6x6全轮驱动的平地机产生。到六十年代发展到铰接式车架的液压自行式平地机。近年来为了提高作业效率和平整质量，减轻劳动强度，保障工作安全和舒适、节约能源等因素。平地机的设计制造技术有了很大发展—刮土板的半自动和自动控制、激光调水技术已在平地机上应用，带变量泵的全液压操纵系统和铰接式车架的应用，使平地机的结构日臻完善。整体车架平地机，由于在开阔场地作业时比较稳定，无需差速器，造价低等原因，它对仍占有相当的比例。带变矩器的动力换档变速箱系统与不带变矩器的直接驱动动力换档变速箱传动系统同样有生命力。在美国“卡特”和日本“小松”等公司就有用不带变矩器的动力换档传动系统。在维修方面采用油脂集中润滑简化保养；在消声、减振、空调等技术得到广泛应用，为驾驶员创造良好的工作条件。目前产量最大的是中型平地机（发动机功率在75~150kW之间），小于75kW的小型和150kW以上大型平地机数量不多。国外以卡特公司产量最高，销量最大，形成了93~187kW11种G系列平地机。国外平地机的使用寿命在1~1.2万小时。为了提高可靠性，很重视试验研究工作。（二）国内状况我国五十年代开始在天津工程机械厂试制拖式平地机，到1963年试制成P1-90型自行式平地机（仿苏144型），数量不多。1965年又试制成了160马力（119kW）P2-160型自行平地机。1980年制成液力机械传动的PY-160A型自行式平地机，开始了我国新一代平地机的生产。为适应交通等基本建设的发展，今后的研究试制任务会更加繁重。第二节平地机的总体设计一、平地机的型式选择和参数选择（一）平地机的结构型式选择合理选取平地机的整车型式和部件形式，对平地机的性能影响是很大的。选取的基本思路与前面讲的装载机、推土机等大体上类似。这里只对特殊问题作一些说明。传动形式有机械传动，动力换档机械传动和液力机械动力换档传动。在选择传动系的形式时，要从使用条件出发，并考虑整机的造价和加工的可能性。（1）液力机械传动，动力适应性好，作业平稳，但是造价高，并且因为用了液力变矩器而发动机可利用的功率降低较多，故还不能完全代替机械传动式。这种传动形式在中、大功率平地机上应用较多。（2）动力换档机械传动，由于平地机作业中阻力是比较均衡的（据统计在作业中80%的时间是在较均衡的牵引工况下工作）。因此用机械传动是可行的，加上动力换档之后，其使用性能得到进一步改善，发动机的功率损失小，设计中也常被采用，如美国卡特公司和日本小松公司仍有生产。（3）纯机械传动，除了小型平地机，有时被采用之外，在设计中已很少采用。2、驱动桥布置方案的选择由于前桥一般是转向桥，如制成驱动桥，结构复杂，制造成本高。故小型平地机多选用2x1x1型式，大、中型平地机也选用3x2x1型式较多。最能完善的是3x3x1和3x3x3型式，其牵引特性和平整性能均佳，因为它们有较固定的附着重量，但结构复杂。各种型式的平地机，以液压操纵，三桥液力机械传动的平地机最为流行。中、后轴驱动，具有平衡悬挂的三桥平地机的突出优点是十分有效提高了平地作业精度，保证驱动轮的负荷均匀，较好地发挥附着能力（图5-9）。中、后轴驱动的平地机最终传动有两种形式：齿轮传动和链条传动。齿轮传动的优点是可靠性大，但须经过中间齿轮，结构复杂；链条传动的优点结构简单、链条的弹性可缓冲击载荷，链条磨损后张紧度的调节方便（采用车轮轴承偏心法兰，见图5-10），链条在平衡箱的油池中润滑充分，因而这种传动形式应用普遍。中、后轴采用平衡悬挂方式能保证左右中、后轴四个轮胎负荷均匀，具有较好的附着能力。这种传动方式必然存在寄生功率循环，因此，在中央传动机构中应设有差速器。3、转向形式的选择平地机的转向方式有前轮转向以及前轮和后轮共同转向（图5-11）的传统方式。图5-12a）表明，不仅前桥是转向桥，而且左右终传动平衡箱和车轮一起可相对后桥转动，大大提高了平地机的转向能力。平地机机体较长，灵活性差，为了进一步提高平地机的机动性，出现了前轮转向和折腰转向两种方式并存的平地机（图5-13），它既提高了作业能力，缩小了一般平地机不易平整到的死角，从而扩大了作业范围。有的平地机外驱动的前桥装有使后轮能够向左右两边倾斜的机构（图5-14），它可防止平地机在横向作业阻力的作用下发生跑偏现象并可提高平地机在斜坡上作业时的横向稳定性。这种机构可使车轮沿铅垂方向各的范围内改变倾斜度。4、操纵系统的选择现代平地机的转向，车轮的侧倾，刮土板的水平回转、垂直升降、横向侧移和侧倾，以及变速箱换档等都采用液压操纵。它结构简单、工作可靠，有利于自动化程度的提高，图5-15是典型的平地机液压操纵系统图。015（二）平地机的参数选择自动平地机的基本参数有：整机重量、附着重量、轴荷、发动机功率低速档工作和高速档运输时的最高、最低计算运行速度，档数、速比序列和刮土板尺寸等。国外自行式平地机基本参数统计值见表5-3。1、整机重量G和附着重量整机重量G是平地机的主要参数之一，它直接影响牵引性能。先用类比法初定。附着重量式中——平地机的附着重量系数，与轮胎布置方案有关。GGGG1,22233375.0~7.0,123112和和2、额定牵引力PH额定牵引力PH是对应于滑转系数时的平地机的牵引力（在新切土，发动机最大功率时）。式中3、作业速度自行式平地机作业时需要有工作档、空车运输档和爬行档。工作档——平地机在作业中绝大部分时间在这种档位下作业。速度范围在3.2~10km/h之间。运输档——空程时的高速运行。32~42km/h爬行档——平地机在特殊作业状况下在最低速度下运行。在档位分配上通常为：前4后4，前6后4、前6后6和前8后8。倒退档速度略低于前进档。%20GPH)73.0~7.0(.轮胎与地面的附着系数4、发动机功率平地机是连续切土式铲土运输机构，牵引工况平均占工作时间的80%~85%，因而牵引工况是主要工况。发动机功率的计算应取工作一档（3.2~5km/h)时，发动机在额定工况发出额定牵引力PH作为计算工况，按下式计算选取：式中Ny—驱动液压泵等辅助机构所消耗功率（kW)；为防止平地机超载时发动机熄灭或变矩器进入制动工况，还应验算由发动机输出的最大车轮牵引力应大于地面附着牵引力。传动学各档传动比的确定原则同其它机械。ymTfHeNvPPN3600)(1max.传动系的总效率m5、自行式平地机刮土板参数选择刮土板高H0和长度B0根据选取的发动机最功率，参考表5-3近似选取。刮土板横断面主要参数有切削角、翻倒角，圆柱面半径R等，见图5-16。圆柱半径R可近似按下式计算：建议取：刮土板其他作业数据，建议如下：刮土板起升速度——9~18（cm/s);刮土板降落速度——6.5~8.5（cm/s);刮土板侧向引出速度——1~3.5（cm/s);刮土板水平面内回转——3~6（度/s）；0sin20HR000045;45~300070~40刮土板对水平面倾角——40~70度刮土板相对牵引架向两边的侧移量——刮土板力片下降至车轮支承面距离——在运输状态刀刃与前、后桥的离地间隙——);(800,800,700,500mm超重型重型中型轻型);(350,300,250,200mm超重型重型中型轻型);(450,400,350,300mm超重型重型中型轻型二、平地机的总体布置总体布置对平地机的牵引性能和使用性能的好坏，对维修的方便性影响都很大。现代平地机总布置的基本方案大致相同，即工作装置在前、后桥中间，发动机位于后部，操纵室位于工作装置和发动机之间（参见图5-2），这种布置方式使轴距较大。加上后桥的平衡悬挂方式，使平地机的作业具有较高的平整精度。发动机位于后部有利于提高平地机的附着重量，而且便于驾驶操作。整机重心的布置十分重要，它关系到附着重量的合理利用，轮胎的负荷，以及整机稳定性。可参考表5-5数据进行布置。在进行总布置草图设计时，要特别注意工作装置——刮土板在空间六个自由度的极限位置、前桥倾斜时的极限位置，转向时前轮的极限位置、平衡悬挂时的极限位置等。前轮的偏转角一般，若后轮能相对于后桥体偏转，则其偏转角一般。020015有的平地机装有耙松装置，它们一般都布置在刮土板与前桥之间。致使必须拆除耙松装置后刮土板才能作回转，布置不甚合理，因此有的机型把耙松装置布置在车体后部，耙松的土并不影响中、后轮牵引力的发挥。在进行总体布置，要注意液压管路的排列与布置，使液压管路尽可能短、弯管的曲率半径尽可能大，排列有序。总体布置应保证驾驶员的工作视野宽广，考虑机器的使用，维修和保养方便。三、平地机的生产率计算平地机生产率按切出土壤的体积来计算生产率Q。式中L——工作路程长度（m);F——填土截断面面积（m2)KB——工作时间利用系数（KB=0.85~0.9)；Nk——切土行程次数；NN——运土行程次数；0360)/()(2)(210003003