1、摘 要随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。 路面冷铣刨机是一种高效的路面维修养护设备, 具有使用成本低、铣深范围广及不污染环境等优点。主要用于大面积路面铣刨破碎、常见病害的铣平修整以及路面拉毛作业。 路面铣刨机的主要工作装置是铣刨转子，铣刨转子上均匀布置着按左右对称螺旋线排列的铣刀。铣刨转子是以垂直进给和水平进给两种方式进行工作。路面铣刨机以工作速度向前移动，铣刨转子旋转均匀分布于滚筒上并按螺旋线排列的铣刨刀，铣刨刀顺序接触路面，路面材料在铣刨转子刀具的冲击和挤压下破碎为
2、颗粒状；同时呈螺旋状对称排列的刀具将铣下的废料向转子中央聚集，通过抛料板将废料抛到输送机上，并转移到指定位置和运输车辆上。本设计说明书包括了整机的总体设计和计算，动力机构及行星减速器的设计，行走机构的设计，铣刨部分的设计，输料装置的设计，并对路面铣刨机械的技术发展趋势和市场前景做了简单介绍。本说明书与图纸配套使用。关键词：铣刨机；行星减速器；履带；输料装置；刀具IIAbstractWith rapid advances in municipal roads and the construction of high-grade highways, mass maintenance time ha
3、s come. As road maintenance and recycling equipment of main machine kind of pavement milling machine is one of a growing source of concern for experts of road maintenance and construction units.Cold milling machine is a high performance pavement maintenance equipment, with low cost, wide range of mi
4、lling depth and does not pollute the environment and so on. Mainly used for common disease of large area of broken pavement milling, milling picking jobs in flat trim as well as pavement. Road milling machine milling rotor are the main working device, evenly milled rotor layout arranged in a symmetr
5、ical helical milling cutters. Rotor is based on vertical and horizontal milling feed work in two ways. Pavement milling planing machine to work speed forward mobile, milling planing rotor rotating uniform distribution Yu drum Shang and by spiral arranged of milling Shaver, milling Shaver order conta
6、ct pavement, pavement material in milling planing rotor tool of impact and extrusion Xia broken for particles shaped; while is spiral shaped symmetric arranged of tool will milling Xia of waste to rotor Central gathered, through throwing material Board will waste throwing to conveying machine Shang,
7、 and transfer to specified location and transport vehicles Shang.The design specifications, including the the overall programme, power and design of the planetary gear reducer, mechanism design, milling parts design, design of the feeding device, and pavement milling machine technology trends and ma
8、rket prospects of doing a simple introduction.Supporting the use of these instructions with drawings.Keywords: milling planer ;planetary reducer ;track ;transporting machine ;tool III目 录 摘 要 .IIIABSTRACT .IV1 绪论 .11.1 路面铣刨机及其发展概况 .11.1.1 路面铣刨机的分类 .11.1.2 路面铣刨机的应用特点 .21.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理 .21.1.4 国内
9、外路面铣刨机发展概况 .31.2 路面铣刨机设计的指导思想.51.3 路面铣刨机设计的设计原则 .51.4 本文设计的主要内容 .52 路面铣刨机的总体设计 .62.1 路面铣刨机的选型 .62.2 路面铣刨机的总体参数的选型 .62.3 路面铣刨机的总体布置 .82.4 铣刨机总体方案的设计 .83 铣刨机动力机构及行星减速器的设计 .103.1 发动机的选择 .103.2 传动形式的选择 .113.3 行星减速器的设计 .133.3.1 型行星减速器的运动设计 .133.3.2 减速器的结构设计 .174 铣刨机行走系统的设计 .204.1 铣刨机行走系统的基本要求 .204.2 铣刨机行
10、走驱动形式 .204.3 导向与张紧缓冲装置的设计参数分析 .214.4 履带式铣刨机的运动学与动力学分析 .254.4.1 铣刨机行驶系统的运动学分析 .254.4.2 履带式铣刨机动力学分析 .264.5 附着条件决定的最大切线牵引力 .274.6 行走系统功率分析 .275 铣刨机铣刨系统的设计 .295.1 路面铣刨机铣刨转子排列方式分析 .295.2 路面铣刨机铣刨轮刀具排列参数分析 .305.3 路面铣刨机铣刨轮主要参数的研究 .345.3.1 铣刨轮的切削量 .345.3.2 铣刨轮直径 .35IV5.3.3 铣刨轮最佳螺旋升角的选取 .366 输料系统的设计 .386.1 输料
11、系统的主要功能部件 .386.2 输送带的跑偏及防偏措施 .406.2.1 跑偏的危害及原因 .406.2.2 输送带跑偏的常见处理方式 .407 总结与展望 .437.1 总结 .437.2 不足之处及未来展望 .43致谢 .45参考文献 .46附录 .48公路铣刨机整机的设计11 绪论1.1 路面铣刨机及其发展概况路面铣刨机是一种高效的沥青路面维修养护设备，其原理是利用滚动铣削方式把沥青路面局部或全部破碎。铣削下来的沥青碎料经处理后，可直接用于路面表层的重新铺筑。主要用于公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青砼面层开挖翻新；沥青路面拥包、油浪、网纹、车辙等的清除；水泥路面的拉毛及面层错台
12、铣平等。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。公路建设部门对路面铣刨机等成套设备的需求会越来越迫切，需求量也会越来越多 。11.1.1 路面铣刨机的分类 按照铣刨宽度，路面铣刨机可分为大中小三种，0.31.0 米为小型；1.22.0 米为中型，2.0 米以上为大型。对于铣刨宽度小于或等于 1.0 米的小型铣刨机主要是机械传动，机械式传动工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低，但其结构复杂、操作不轻便、作业效率较低、牵引力较小，一般适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣
13、刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。铣刨宽度在 1.2 米以上的中型铣刨机主要是液压传动，液压式结构紧凑、操作轻便、牵引力较大，但制造成本高、维修较难，适用于切削较深的中、大规模路面养护作业。我国目前以生产小型路面铣刨机为主，且以 0.5 米和 1.0 米两种规格居多，大中型产品基本上还是空白。另外，按铣刨型式不同，可分为热铣和冷铣。热铣式因为增加了加热装置而使结构比较复杂，一般用于路面再生作业。冷铣由于适用范围广，目前占据主导地位。冷铣式配置功率比较大，刀具磨损比较快，切削料粒度较为均匀，可设置洒水装置喷水，使用广泛，且产品成系列；按铣刨机按行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮式的机动性好、
14、换场方便，特别适合于中小型的路面作业。履带式多为铣削宽度 2000mm 以上的大型铣刨机，有旧材料回收装置，适用于大面积路面再生工程；按铣刨鼓旋转方向与行走方向不同，可分为逆铣和顺铣；按有无废料回收输送机，可分为输送式和无输送式；按铣刨鼓安装方式不同，可分为固定式和移动式。图 1.1 轮式铣刨机学士学位论文2图 1.2 2m 履带式铣刨机1.1.2 路面铣刨机的应用特点1. 使用铣刨机铣削路面，可以快速有效地处理路面病害，使路面保持平整；2. 道路的翻修工程采用铣削工艺可保持原路面的水平高程。铣削工艺可将损坏路面切除掉，由新材料填补原有空间，经压实后与原路面等高，保持路面的原有水平高程，这使穿
15、行于高架桥或立交桥涵的路面载荷对桥体不致产生冲击载荷，并且桥涵通过高程不变；3. 保证新旧路面材料的良好结合，提高其使用寿命。采用铣削工艺可使填料坑边侧及底部整齐、深度均匀，形成新旧料易于结合的齿状几何表面，从而使翻修后新路面的使用寿命大大提高；4. 有利于旧路面材料的再生利用。由于可以掌握切削深度，铣削下来的材料不仅干净且呈规则的小颗粒，可以不用再破碎加工即可遮现场或固定料场再生利用，大大降低了施工成本，同时也是一种环境保护措施。1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理一般铣刨机由发动机及行星减速器、行走机构、铣刨部分、输料装置等组成。公路铣刨机整机的设计3图 1.3 铣刨机的总体结构1.
16、动力系统 2.升降系统 3.传动系统 4.洒水系统 5.行走系统 6.液压系统 7.铣刨系统 8.转向系统 9.集料系统 10.车架系统 11.覆盖件系统 12.电气系统 1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况国外路面铣刨机起源于 20 世界 50 年代，经过 60 年的发展，其产品已成系列化，生产效率一般为 1502000 ，铣刨宽度 0.34.2m，最大铣刨深度可达 350mm，其机电液hm/2一体化技术已趋成熟，铣削深度可通过自动找平系统自动控制，同时为改善作业环境，延长铣削刀具的使用寿命，设计有喷洒水装置和密闭转子罩壳。为了减轻劳动强度，近年来开发的产品都带有回收装置，使铣削物从铣削转子
17、直接输送到运载卡车上。国外制造厂商众多，主要有维特根、英格索兰、比泰利、卡特彼勒、戴纳派克等。维特根在国际上处于主导地位 ，尤其是小型铣刨机更是无人能及。主要生产 SF 和2DC 系列铣刨机，已形成了铣刨宽度从 0.34.2 米的近 20 种规格的产品系列，最大铣削深度为 350mm，我国主要以进口该公司产品为主。比泰利已具有 50 年多制造铣刨机的历史，其 SF 系列冷铣刨机有 11 种型号，铣刨宽度为 0.62.1 密，铣刨深度 340mm。卡特彼勒主要生产 PR 和 PM 两大系列，铣刨宽度为 1.93.18，铣刨深度 305mm 其铣刨机具有铣刨深度和铣刨表面自动调平自动控制功能，铣刨
18、深度误差为3mm。戴纳派克主要生产 PL 系列铣刨机，铣刨宽度为 0.352.1 米，铣刨深度 0300mm。国外的路面铣刨机技术已达到较高的技术水平，归纳起来有以下几个特点：1. 先进合理底盘结构，铣刨机底盘主要由全刚性车架及四轮行走结构组成，驱动及转向方式均以液压传动为主；2. 为充分发挥最佳铣削功率，铣刨机上自动液压功率调节装置可根据路面材料的硬度及铣削深度来控制铣刨转子进刀速度，即可自动调节铣刨转子转速和铣刨机行走速度，使铣刨机始终处于最大的功率利用状态，并且不会发生超负荷工作的情况；3. 增大发动机功率，同样铣削宽度新型铣刨机的功率越来越大，生产效率越来越高；4. 较大的铣削深度，新
19、型铣刨机一次铣削深度超过 300mm，使得对整个行车道全厚度铺层进行铣刨成为可能；5. 性能良好的铣削转子，大多数冷铣刨机将铣刀固定在多块半圆形瓦片上，通过调整瓦片在转子上安装的多少来调整铣刨机的铣刨宽度；6. 简便的铣削物装载，铣刨机前部挂装输送装置即可完成快速收料，并将铣削物装在运载汽车上。通过液压缸调整卸料高度，并可使传送带可左右摆动 4050，从而实现路侧装料；7. 采用先进技术，如全轮驱动和机电液一体化控制技术、智能化故障诊断和维护系统、精确的自动找平系统、安全保护系统及功率自动分配系统；8. 大容量水箱、柴油箱容积更大，机器工作时燃油、冷却水加注间隔延长，待机时间索短；9. 模块化
20、设计的发动机以及其外围部件，如液压泵、液压阀和冷却系统均装置在同一底架上，所有电磁阀都安装在同一个分配阀上，易于调整、检测和维修；学士学位论文4国内路面铣刨机的发展起始于 20 世纪 80 年代，开始是以拖拉机为底盘通过安装铣刨装置改装而成的，直到进入 90 年代才开始进行自行式铣刨机的研制。近两年有了一定的发展，主要机型的使用性能已完全能满足国内高等级公路及市政道路的养护要求，良好的性能价格比与国外进口产品相比也有较大的竞争优势，但在品种规格、技术水平及配套件等方面仍存在较大的差距。总体来看，国产铣刨机产品缺乏系列化，功能欠完善，技术含量低，工作可靠性差。目前仅以生产铣刨宽度 0.5 米和
21、1 米的两种轮式铣刨机为主，生产铣刨宽度 2 米铣刨机的只有徐州工程机械制造厂等几个少数厂家。国家经贸委已经明确指出将重点发展铣刨宽度 1.4-4.0 米，铣刨速度 0-3m/min，铣刨深度 0-300mm 的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。表 1-1：国内铣刨机主要生产厂商及主要机型情况表 生产厂 型号 铣刨宽度（米） 行走方式 控制方式 山西建筑机械股份有限公司CM2000 2.0m 履带式 数字电子CM1900 1.9m 履带式 数字电子西安宏大交通科技有限公司 CM1200 1.2m 轮式 数字电子西安筑路机械公司 LX200 2.0m 履带式 数字电子XM200
22、2.0m 履带式 数字电子XM101 1.0m 轮式徐州徐工筑路机械有限公司XM100 1.0m 轮式LXZYH2000 2.0m 轮式 数字电子镇江华晨华通路面机械有限公司 LX1000 1.0m 轮式KFX2200 2.2m 履带式 数字电子KFX2000 2.0m 履带式 数字电子沈阳北方交通工程司KFX1000 1.0m 轮式天津鼎盛工程机械有限公司LX1000 1.0m 轮式德国 Wirtgen 公司 W2000 2.0m 履带式 数字电子瑞典 Dynapac 公司 PL2000S 2.0m 履带式 数字电子意大利 Bitelli 公司 SF200L 2.0m 履带式 数字电子就目前
23、产品的技术水平而言，国产机型更多地借鉴了欧洲铣刨机的技术和经验，在动力、液压和控制系统上均采用了国际化的配套，可以说在系统配置上达到了国际先进水平。国内生产厂家以徐州工程机械制造厂、镇江华通机械集团公司、山东德州工程机械公司 3 家为主。徐州工程机械制造厂于 1999 年引进德国维特根 2000DC 铣刨机技术，通过消化吸收已形成了铣削宽度分别为 1 米和 2 米的系列化产品。镇江华通机械集团公司生产铣刨宽度 0.5 和 1 米两种型号的铣刨机，最近研制成功铣刨宽度 1.0 米的带回收装置的 LXZYH1000 型铣刨机。山东德州工程机械公司主要生产铣刨宽度 1 米的铣刨机，最近正在试制铣刨宽
24、度 2 米的 LX2000 型铣刨机。在今后的市场竞争中，我国的铣刨机生产厂商应该发挥如下优势：利用我国已经加入 WTO 有利条件，树立国际化设计思想，加强国际间技术合作，技术上保持与国际发展水平同步，争取更大的高端产品市场；发挥本地化的优势，为用户提供及时的从整机技术到配件供给等全方位的服务；利用我国劳动力价格低廉的优势，降低整机成本，发挥价格优势，争取更多的中低端用户，扩大市场；注意研发符合我国道路特点的专公路铣刨机整机的设计5有技术及产品系列，为公路养护工程服务，促进我国公路交通事业的技术进步。随着公路交通事业突飞猛进发展，特别是经过“八五”和“九五”期间的快速健康发展，我国公路基础设施
25、的总量取得了巨大的突破，到 2002 年底，公路总里程已达 176万 km，其中高速公路为 2.52 万 km、二级以上高等级公路 24 万 km。为保持道路通行的安全、舒适、快速，对它们进行及时、有效、高质量的养护将是今后日常工作的重点。根据我国公路发展的统计，未来公路养护对各类现代化机械设备的需求将会越来越大。随着高速公路大修期的到来和公路交通行业以及城市管理部门对现代化养护方式的认识，对路面铣刨机的需求将会逐年增加，并且会以很快的速度增加。国外进口产品尽管性能先进，但价格昂贵、维修服务不便，因此可以预计国产沥青路面铣刨机将具有较广阔的市场前景。国内生产企业应抓住机遇，使国产沥青路面铣刨机
26、尽快形成完整的系列，并不断提高产品的使用性能和可靠性，为用户提供经济、实用、高质量的铣刨机。1.2 路面铣刨机设计的指导思想高速公路随着路面龄期的增加，由于行车载荷与自然环境因素，路面会陆续出现一些病害，严重影响行车速度与安全。由于路面铣刨机工作效率高、施工工艺简单、铣削深度易于控制、操作方便灵活、机动性能好、铣削的旧料能直接回收利用等。显然，处理病害快速有效的方法是使用路面铣刨机铣刨路面，使路面保持平整。用铣刨机械铣刨损坏的旧铺层，再铺设新面层是一种最经济的现代化养护方法。结合国内外路面铣刨机的发展概况，设计思想有以下几点：1. 向大型化方向发展；2. 实用性与先进性兼顾；3. 充分利用发动
27、机的功率；4. 简化操作，实现自动化控制，设备可靠；5. 简化设备保养，合理润滑，充分防腐；1.3 路面铣刨机设计的设计原则根据以上的设计指导思想，可以确定以下的设计原则1.简化设计结构，选用标准件和成熟机构，尽可能结合现有设备，降低制造成本，并保证性能和质量；2.配套件必须可靠，确保作业要求；3.操作简单，维修方便；1.4 本文设计的主要内容本文主要负责公路铣刨机整体的设计，包括铣刨机总体的布置，总体参数的选型，功率的计算及发动机的选型，传动方案的选择，行星减速器的计算与选型，行走系统的设计，铣刨系统的设计以及输料装置的设计。通过比较不同厂家的现有的铣刨机，进而选出最优的设计方案。学士学位论
28、文62 路面铣刨机的总体设计路面铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等，合理的选择和确定机型、各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸等，并进行合理的布置。这些组成和部件相互依赖又相互制约，因此，路面铣刨机的性能不仅取决与每个部件的好坏，而更重要的是取决于各总成性能的相互协调。各总成性能的相互协调如何，又取决于各总体参数及各总成部件的匹配情况及其布局的合理性。如果整体设计过程中缺乏全局观念，而对总体参数及各总成部件性能的协调匹配考虑不周，或注意不够，即便设计的各单个总成部件结构是先进的，性能是良好的，但组合装配在一起不一定就能获得整机的良好性能。这是因为某些总成部件的
29、优点可被另一些总成部件所抵消或限制，使其得不到充分发挥。所以，路面铣刨机的总体设计对整机的性能起着决定性的影响。因此，总体设计必须从保证路面铣刨机的整体性能出发，正确的选择和确定各总成的结构型式、总体参数，使其获得良好的匹配关系，并进行合理的布置，以达到设计的完美性。以下各节分别就路面铣刨机的选型、总成部件结构型式的选择及比较等作以具体的阐述。2.1 路面铣刨机的选型路面铣刨机结构型式的选择，主要是根据其用途和作业场合，前已述及。路面铣刨机的结构型式按铣刨机行走方式不同，可分为轮式和履带式。轮胎式的优点：重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及维修方便等。由于以上特点，轮胎式路面铣
30、刨机一般以中小型居多，运行方便、快捷灵活。适 用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。在工作量不大、作业地点不太集中、转移性频繁的情况下，生产率大大超过了履带式。轮胎式的缺点：轮胎接地比压较大、通过性能差、重心较高，稳定性较差。履带式的优点：履带接地面积大，使得接地比压小，通过性能好、重心低、稳定性好、重量大、附差性好、牵引力大、比切入力大。因此，大中型路面铣刨机一般为履带全液压式，主要用于大规模路面养护作业。履带式的缺点：速度低、不够灵活机动、制造成本高、维修较难、行走时易破坏路面，转移工作场地时需用拖车托运。随着市政道路和高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。国家经贸委已经明确指出将重点发展铣刨宽度 1.4-4.0 米，铣刨速度 0-3m/min，铣刨深度 0-300mm 的铣刨机，从而快速提高我国路面养护机械的国际竞争力。因而，根据现有路面铣刨机总体性能的优缺点，以及国内路面铣刨机的发展趋势，我们选用履带式行走系统大型路面铣刨机进行设计。
