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1、1 绪论1.1 前言以液压技术应用为基础的推土机是工程机械领域中一种典型的土石方施工设备，液压推土机与传统的机械推土机一样，在国民经济与国家建设事业中，占据重要的地位。它广泛应用于铁道建筑工程、公路工程、机场建设、水利工程、房屋建筑、市政工程、港口建设、矿山工程、地下工程、军事工程等各种工程项目中，我国建国五十多年社会主义建设的实践充分说明，如果没有大量优质的推土机，是不可能高速高质完成国家的建设项目的。至于人烟稀少，工作面狭窄，工作条件恶劣，高寒沙漠地带，工程质量要求严格的工程项目，没有优质的推土机是绝对不可能完成任务的。推土机的覆盖面广，技术先进，直接关系国家的建设事业，有不少领域等待着人
2、们去探讨与提高，是大有可为的。因此我们从国家建设事业出发，选择了履带式推土机液压系统的设计，是大有前景的。液压推土机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用，因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。1.2 推土机简介推土机（bulldozer）是一种多用途的自行式土方工程建设机械，它能铲挖并移运土壤。在道路建设施工中，推土机可完成路基基底的处理，路侧取土横向填筑高度不大于1m的路堤，沿道路中心线向铲挖移运土壤的路基挖填工程，傍山取土修筑半堤半堑的路基。此外，推土机还可
3、用于平整场地，堆集松散材料，清除作业地段内的障碍物等。推土机在建筑、筑路、采矿、油田、水电、港口、农林及国防各类工程中，都得到了十分广泛的应用。它担负着切削、推运、开挖、堆积、回填、平整、疏松、压实等多种繁重的土方作业，是各类施工中不可缺少的主要设备。图1.1 ZD220-3推土机实物图1.3 推土机的发展历程履带式推土机(track-type tractor）由美国人Benjamin Holt在1904年研制成功，它是在履带式拖拉机前面安装人力提升的推土装置而形成，当时的动力是蒸汽机，之后又先后研制成功由天然气动力驱动和汽油机驱动的履带式推土机，推土铲刀也由人力提升发展为钢丝绳提升。Benj
4、amin Holt也是美国卡特彼勒（Caterpillar Inc.）公司的创始人之一，1925年Holt制造公司和C.LBest推土机公司合并，组成卡特彼勒推土机公司，成为世界首家推土设备制造者，并于1931年成功下线第一批采用柴油发动机的60推土机。随着技术的不断进步，目前推土机动力已经全部采用柴油机，推土铲刀和松土器全部由液压缸提升。推土机除履带式推土机外，还有轮胎式推土机，它的出现要比履带式推土机晚十年左右。由于履带式推土机具有较好的附着性能，能发挥更大的牵引力，因此在国内外，其产品的品种和数量远远超过轮胎式推土机。在国际上，卡特彼勒公司是世界上最大的工程机械制造公司，其生产的履带式推
5、土机有大、中、小共9 个系列D3-D11，最大的D11RCD，柴油机飞轮功率达到634kw；日本的小松（komatsu）公司列第二位，1947 年才开始引进生产D50 履带推土机，现在履带式推土机有13 个系列，从D21-D575，最小的为D21，柴油机飞轮功率为29.5kw，最大的为D575A-3SD，柴油机飞轮功率达858kw，它也是当前世界上最大的推土机；另外一家独具特色的推土机制造企业是德国的利勃海尔集团（Liebheer），其推土机全部采用静液压驱动，该技术历经十几年的研究与发展，1972年推出样机，1974 年开始批量生产PR721-PR731 和PR741静液压驱动履带推土机，由
6、于液压元件的限制，目前其最大功率仅为295Kw，型号为PR751矿用。 我国生产推土机，是新中国成立以后才开始的。最初是在农用拖拉机上加装推土装置。随着国民经济的发展，大型矿山、水利、电站和交通等部门对中大型履带式推土机的需求不断增加，我国中大型履带式推土机制造业虽有较大发展，但已不能满足国民经济发展的需要。为此，自1979年以来，我国先后从日本小松公司和美国卡特彼勒公司引进了履带式推土机生产技术、工艺规范、技术标准及材料体系，经过消化吸收和关键技术的攻关，形成了目前以,20世纪80-90年代小松技术产品为主导的格局。 从20世纪60年代至今，国内推土机行业的生产企业一直稳定在4家左右，原因是
7、推土机产品的加工要求高、难度大，批量生产需要较大的投入，因此一般企业不敢轻易涉足。但是随着市场的发展，从“八五”开始，国内一些大中型企业根据自身实力，开始兼营推土机，如内蒙古第一机械厂、徐州装载机厂等，扩充了推土机行业队伍。与此同时，也有少数企业由于经营不善、不适应市场发展的需要开始走下坡路，有的已经退出本行业。目前国内推土机的生产企业主要有：山推工程机械股份有限公司、河北宣化工程机械股份有限公司、上海彭浦机器厂有限公司、天津建筑机械厂、陕西新黄工机械有限责任公司、一拖工程机械有限公司等。1.4 国内外推土机研究及发展状态1.4.1 国外推土机的发展趋势目前，国外广泛生产的推土机是履带式推土机
8、。为适应工程发展的需要，20世纪70年代以来，大型履带式推土机在品种和数量上都迅速发展。现在生产大型履带式推土机的厂商主要有美国卡特彼勒公司、日本小松公司、意大利Fiat-Allis公司等，其产品性能代表了当代大型履带式推土机的水平。近年来，国外推土机产品以电子信息技术为先导，在计算机故障诊断与监控、精确定位与作业、发动机电子控制和人机工程学等方面，进行了大量的研究应用，主要表现在以下几方面：GPS在推土机的应用在GPS定位和导向的指引下，在施工成形要求、确定和控制机械运动的方向和移动距离以及确定和控制作业装置的动作和运动轨迹时，可以不用人工操纵或简化人工操纵，实现推土机的自动化和无人驾驶。计
9、算机故障诊断系统机载计算机可根据各种传感器的检测信号，结合专家知识库对机器的运行状态进行评估，预测可能出现的故障，在出现故障时发出故障信息或指导驾驶员查找和排除故障。关键信息显示管理系统采用网络通讯技术，在办公室的控制中心实时监控推土机的作业状态，据此向司机提供基于文字提示的精确的故障诊断信息。柴油发动机控制管理系统根据静压传动装置及推土机的工作状态，自动调节发动机输出功率与转速，以满足不同作业工况的需要，提高燃料的经济性。人机工程学的普遍应用国外工程机械特别注重驾驶员与操作界面的协调，讲求操作的舒适性。1.4.2 国内推土机的发展趋势推土机在我国的发展大致经力了萌芽期（19501961年）、
10、专业形成期（19611978年）和产品系列形成期（1978年至今）等三个阶段。通过半个世纪的发展，特别是1978年以后，我国的推土机逐渐形成系列，通过引进国外的先进技术，提高了专业技术水平，使我国推土机的产量和品种都有了较大的增长，产品性能和技术水平达到了国际20世纪80年代末、90年代初的水平。目前全国生产推土机的厂家已有20多个，生产规格45300KW不等，年产量已有1万台以上。“十二五” 期间， 我国交通基础建设投资力度将进一步加大， 计划完成铁路建设投资12500亿元人民币，建设新线19800 km；新增公路里程400000km，其中高速公路30000 km。作为一种多用途的自行式土方
11、工程建设机械，推土机将在陆续开展的交通基础设施建设中分得一杯羹。另外，宏观调控后部分地区产品需求的恢复性增长、新农村建设带动的农村基础设施建设投入的增加以及仍将在一定时期内维持高速增长的出口市场都将积极推动我国推土机市场的发展。今后我国推土机的发展主要考虑以下几点：1）提高推土机的工作可靠性和使用寿命。国产履带式推土机的可靠性和使用寿命与国际先进水平的产品相比还有比较大的差距。例如，美国卡特匹勒公司生产的履带式推土机的使用寿命为1000012000h，日本小松公司的为800010000h，而国产的仅为300012000h。随着国际先进技术标准的逐步采用、新结构、新材料、新工艺，应迅速提高国产推
12、土机的可靠性和使用寿命。2）发展大功率多功能用推土机。目前推土铲的功率均在235KW以下，不能适用大型、特大型工程施工的需要，每年都需进口1000台左右的大型推土机。随着我国基本建设的加快、大中型工程的增多，发展大功率推土机势在必行。而且要积极研制开发多功能的工作装置，以提高推土机的利用率和作业效率。3）扩大生产规模、降低生产成本。国内推土机专业生产厂中以履带式推土机为主导产品的有11家。生产73KW以上厂家中年产量多为100200台。产量小，成本高，未形成规模经济。因此必须扩大生产规模，降低生产成本。4）发展机电液一体化。目前国产推土机的整体技术水平虽然有较大的提高，但由于近年来世界上技术发
13、展很快，电子技术开始运用于推土机，实现了机电液一体化。例如，在发动机上采用了电子调速器，极限负荷控制系统和燃油喷射系统等，能够根据推土机作业情况，发动机工况，自动调整发动机性能，提高其适应性；推土铲采用自动控制的调平系统，提高了作业质量和生产效率。实现机电一体化是国产推土机发展方向之一。5）提高安全、舒适性，符合环境保护法。国产推土机要进一步满足用户要求和拓展国内外市场，必须按国际FOPS和ROPS标准，在推土机上安装防滚翻驾驶室并设置重要部件故障报警系统，以提高推土机的使用安全性。驾驶室内的空调设施，防震可调座椅的设置等要符合人机工程学的要求,提高驾驶员的工作舒适性,降低了噪音,减少了振动,
14、噪声,震动,机械的涂饰等指标均要符合保护环境的要求。1.5 推土机的分类推土机可按用途、发动机功率、传动方式、行走方式、推土铲安装方式及操作方式等进行分类。用途可分为：普通型推土机和专用型推土机两类；普通型推土机。这种推土机通用性好，广泛应用于各类土方工程的施工作业，是目前施工作业中广为采用的推土机机种。专用型推土机。该类推土机包括浮体推土机、水陆两用推土机、深水推土机、湿地推土机、爆破推土机、低噪音推土机、军用高速推土机等。他们均属于特殊条件下使用的专用推土机施工机械。 发动机的功率可分为：因为柴油机具有功率范围宽，输出扭矩大，燃料使用经济性好，故障少，工作可靠等优点，所以推土机均采用柴油机
15、为动力装置。按柴油机的功率大小，推土机可分为小型推土机（140KW）、中型推土机（59103KW）和大型推土机（118235KW）、特大型推土机（功率235KW）等四类。按传动方式可分为：机械传动式推土机。它具有设计制造容易，工作可靠，传动效率高，维修方便等优点，但操作费力，对负荷的使用性差，使推土机的作业效率受到一定影响。目前只是小型推土机采用机械传动。液力机械传动方式推土机。采用液力变矩器与动力换挡器组合的液力机械传动，具有自动无级变速变矩，适应为负荷变化的能力，且可自动换挡，减少换挡次数，操纵轻巧灵活，使推土机作业效率高等优点。缺点是：液力变矩在工作过程中容易发热，降低了传递效率；同时传
16、递装置结构复杂，制造精度高，提高了知道成本，维修较困难。目前大中型推土机采用这种传动方式较为普遍。全液压传动式推土机。它自带泵源，由液压马达直接驱动其行走。因为取消了主离合器，变速器，后桥等总成，所以结构简单，整机质量减轻，操纵轻便，并可原地转向。全液压传动式推土机制造成本较高，且耐用度和可靠性差，维修较困难。目前只在中等功率的推土机上采用全液压传动。电传动式推土机。它由柴油机带动发动机电动组，进而驱动其行走装置。电传动总体布置方便，操纵轻便，且能实现原地转向。行驶速度和牵引力可无级调节，对外界阻力有良好的适应性，作业效率高。但由于质量大，结构复杂，制造成本高，目前只在大功率推土机使用，且以轮胎式推土机为主。另一类电传动推土机是采用动力电网的电力，可称为电气传动，该推土机一般用于矿山开采和井下作业，因受电力和电缆的限制，它的使用范围受到很大制
