地下自卸汽车工作、转向液压系统

一、绪 论 （一）立项背景：
地下自卸汽车是实现无轨开采技术的主要运输设备，它具有机动灵活和经济的优越性，广泛用语条件适宜的地下矿山。随着无轨采矿技术的发展，对地下自卸汽车的需求量也愈来愈大，对它的经济性、生产能力与可靠性的要求也愈来愈高，生产地下自卸汽车的厂家也愈来愈多。除了专门生产地下自卸汽车的厂家之外，生产露天自卸汽车的厂家也纷纷将露天自卸汽车改造后用于地下，企业之间的竞争愈来愈激烈。各企业为了适应市场的变化，提高市场的竞争力，不断推出新技术、新品种、新结构和新材料，促进了无轨采矿技术与设备的发展。

国内研制地下自卸汽车始于20世纪70年代中期，由于各种原因，至今发展不快，只有几个生产厂，技术水平只相当于国外20世纪80年代末的水平，数量与质量也远远满足不了国内矿山发展的需要。我们加入了WTO之后，地下自卸汽车行业面临着极大的压力和挑战，为了对付这严峻的形势一方面要引进更多更好的国外产品与相关技术，另一方面必须迅速发展民族工业。

进入21世纪以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。据有关协会统计，我国的铁矿山在5年后，露天开采与地下开采的比将由目前的7∶3转变成3∶7，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地下矿山自卸汽车的需求量将呈逐年上升的趋势。目前的年需求量约30台左右，5年后年需求量约120台左右。

由于历史的原因，我国在地下矿山运输设备领域装备十分落后，尽管经过太原重型机械厂、北京矿冶研究总院、核工业第六研究所、衡阳有色冶金机械厂、金川有色公司、长沙矿山研究院等单位的努力，分别对5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t等机型进行了一些研究，取得了一些成功，但这些探索性的研究显然还很不够，而且有些探索显然没有达到预期的目的。因此，直到目前我国可供矿山选用的地下矿山自卸汽车比较少，远远不能满足我国地下矿山运输设备需要。

国外的地下矿山自卸汽车应用得比较好，技术也比较先进，但价格比较高。一般情况是：国外的地下矿山自卸汽车整机的价格是国内价格的2～3倍，而易损件、备件的价格却是6～10倍。因此，发展我国的地下矿山自卸汽车是非常必要的。

20t地下矿山自卸汽车是我国矿山应用较多的一种机型，它比较适合中型规模的地下矿山。我国的有些公司对它有过探索，但没有达到预期的目的，至今没有该产品通过鉴定的报道。因此，我国的20t地下矿山自卸汽车目前还停留在研制阶段。而我国的用户对该产品有比较迫切的需求，有些客户已经向衡阳力达铲运机有限责任公司提出了订购的意向。由此可见，研究该机型不仅非常迫切，而且非常必要。因此，为了满足我国地下矿山运输设备的需要，使我国在地下矿山设备的设计、制造上一个新的台阶，促进我国地下矿山运输设备的产业升级，南华大学与衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司将进行合作，充分利用各自的优势，提出研究20t地下矿山自卸汽车的项目。

衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司是中国第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。通过20年引进、消化和吸收国外先进技术，已成功研发出具有自主知识产权的铲运机系列产品，并荣获国家级新产品称号及国家科技进步三等奖。产品有CY、CYE系列井下铲运机以及CA-8地下矿山自卸汽车，产品已经广泛应用于有色、冶金、化工及黄金矿山。尤其是2002年由衡阳有色冶金机械厂的力达铲运机制造有限公司开发生产的CA-8地下矿山自卸汽车，经过一年的工业试验在山东某矿取得了很大的成功，得到了该矿的认可，并于2003年再次向力达铲运机制造有限公司订购4台CA-8地下矿山自卸汽车。由此可见，该公司制造地下矿山自卸汽车的技术已经成熟。这也是本项目立项的背景之一。

核工业第六研究所并入南华大学之后，南华大学在地下矿山运输设备方面的研究力量得到加强，原核工业第六研究所曾在1998年研究开发了我国第一台KZC-5地下矿山自卸汽车。所以，项目研究人员既具有研究开发地下矿山自卸汽车的经验，又有较高的理论计算基础。这是本项目的另一立项的背景。

由于国际工业技术大融合，国外的一些先进技术能够为我国的产品升级提供支持。例如：我国可以选用德国道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的发动机，可以选用美国约翰克拉克(JCJ)公司的液力变矩器、变速箱和驱动桥。力达铲运机制造有限公司经过20多年的努力，在引进、消化和吸收克拉克公司技术的基础上已经开发成功多种能够用于地下矿山的铲运机，而铲运机的制造技术比地下矿山自卸汽车的难度还要大。因此，开发20t地下矿山自卸汽车的条件已经成熟。这是本项目的又一立项的背景。

20t地下矿山自卸汽车是地下矿山无轨运输的一个重要机型，它的研究开发对我国地下矿山自卸汽车的产品升级、建立我国地下矿山无轨采矿配套设备体系、促进我国地下矿山无轨采矿的发展都具有十分重大的意义，同时，开发它的经济效益和社会效益都很显著。

（二）国内外研究现状与发展趋势 1963年瓦格纳(wagner)公司生产了世界上第一台柴油铲运机，从此开创了地下采矿应用无轨运输的时代。首先在美国及瑞典等国的地下采场中，采用了一种胶轮柴油驱动，兼有装、运、卸功能的铲运机(简称lHD)。这种设备具有机动灵活，高效率，改善劳动强度，节省劳动力的性能，简化了矿岩装运工艺，适用于采场运搬和阶段运输。这种设备很快在欧美矿山中被广泛采用，逐渐替代着多年来沿用的电耙、气动装载机和轨道运输车辆。实践证明铲运机在中、短距离内使用是经济的，但当铲运机运距超过其经济运距时，运输能力将显著下降，运输费用则急剧上升。因此，在较长距离和大运量时就宜采用矿用自卸汽车。从1976年以来，各国制造商提供了各种载重能力的地下用自卸汽车，使地下矿山的无轨运输得到发展。在瑞典一些地下开采矿山，日产量从500t到50000t的阶段运输都采用自卸汽车运输。自卸汽车装载量从15t到50t，最大已达70t，可适应各种生产规模的矿山和不同的运输线路的要求，单程运距达2000～3000m。地下运输采用无轨设备的显著特点是：设备购置费较低，无需安装；
对大块物料适应性较强；
机动灵活，有利于缩短矿山基建时间加速投产。

无轨采矿技术的应用使世界地下采矿业发展发生了革命性的变化。40多年来，无轨采矿技术在发达国家的普及率已经超过85%。无轨设备的种类，除了主采设备铲运机和凿岩台车外，各种地下车辆(如地下矿山自卸汽车、地下矿山工程服务车、装药车、维修车、加油车、运人车等)都已广泛应用，并按照工艺的要求形成配套装备，组成各种机械化作业线，从而最大限度地提高了地下矿山的生产效率，使矿山的生产迅速由体力加经验的劳动密集型向技术密集的集约化方向发展。

在中型吨位地下矿山自卸汽车方面，阿特拉斯-瓦格纳(Atlas Copco Wagner Inc)、约翰克拉克(JCI)公司、格特曼(Getman)公司、偌麦特(Normet)公司和塔姆罗克(Tamrock，也就是EJC)公司等，在世界上处于领先地位。他们生产的中型吨位地下矿山自卸汽车，性能良好、结构合理、质量可靠，基本上占领了这一领域的国际市场。这些公司生产的地下矿山自卸汽车，一般采用德国道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的发动机，美国约翰克拉克(JCJ)公司的液力变矩器和带有弹簧制动、液压松闸的多盘湿式制动器，装有轮边行星减速装置的桥。这种桥的特点是承载能力大，制动性能好，具有合适的传动比。

但是，这些公司生产的地下矿山自卸汽车价格昂贵，一般情况是：国外的地下矿山自卸汽车整机的价格是国内价格的2～3倍，而易损件、备件的价格却是6～10倍，而且，这些公司的备件供应周期一般要几个月，必然会严重影响矿山的采矿生产，所以其备品备件的供应时间较难满足我国工业生产的需要。因此，研究开发适合我国国情的地下矿山自卸汽车，形成具有自主只是产权的产品，对满足我国地下矿山无轨采矿的需要、促进我国地下矿山无轨采矿工艺的发展是非常必要的。

我国的地下矿山自卸汽车的开发比较晚，直到1995年才出现KU-12型地下矿山自卸汽车。由于，它采用了露天机械设备的桥，这种桥显然不能满足地下矿山苛刻的工作条件。尤其要提到的是露天机械设备的桥的制动性能难以满足地下矿山的要求。因此，这种机型并没有得到推广应用。1996年，JZC-10型地下矿山自卸汽车在凡口铅锌矿进行了工业试验及鉴定，但由于种种原因，这种机型也没有推广应用。1998年，KZC-5型地下矿山自卸汽车在东北某铀矿进行了工业试验，也是由于种种原因没有推广应用。在世纪之交我国的有些研究院、公司、工厂和矿山还进行了18t、25t的地下矿山自卸汽车的探索，尽管取得了一些成功，但地下矿山自卸汽车的整体水平还是停留在研究阶段。

2002年，衡阳有色冶金机械厂的力达铲运机制造有限公司开发生产的CA-8地下矿山自卸汽车，在山东某矿进行了近一年的工业试验获得了成功，并再次赢得了4台订货。这次成功的工业试验表明我国地下矿山自卸汽车的技术已经成熟，可以在地下矿山推广应用。同时，也为本项目赢得了宝贵的试制经验。

CA-20地下矿山自卸汽车，正是在CA-8t试验成功的基础上进行的一次产品升级的研究。因此，本项目具有较好的研究基础。

（三）项目实施的主要内容、技术关键与创新点、预期目标 1、本项目实施的主要技术内容：
(1)、整体机电液参数的计算：主要解决本项目功率匹配问题。

(2)、重要零部件选型设计：遴选各国能用于本项目的零部件，进行性能价格比较。在保证产品质量的前提下，达到性能价格比较好。

(3)、重要零部件的强度校核与优化：本项目的一个重要内容是进行重要零部件的数字化设计。

(4)、总装图与零件图的计算机绘制：本项目的所有图纸均采用电子文本，部分重要零部件采用三维图，并在计算机上进行模拟装配，以求减少设计失误。本项目的这个研究内容也是该产品的数字化设计重要内容之一，这项研究可以提升我国在这类产品设计中的设计水平。使我国的地下矿山设备设计水平上一个新的台阶。

(5)、本项目的制造工艺研究：解决大型焊接件的焊接工艺；
解决CA-20地下矿山自卸汽车制造工艺问题。

2、本项目解决的关键技术：
(1)、本项目柴油机与液力变矩器的功率匹配。

(2)、本项目重要零部件的强度校核与优化设计，该关键技术的实施能够提升我国的研究设计水平；
并能达到在保证产品质量的前提下，性能价格比较好。

(3)、CA-20地下矿山自卸汽车整车性能的优化设计。

3、本项目的技术路线：
为了保证产品质量，本项目将采用目前世界上先进的地下矿山用的发动机(底特律公司生产)，液力变矩器、变速箱和驱动桥(约翰克拉克生产)，采用进口液压制动阀及其他液压元件。这样，本项目的关键部件的性能与国外同类产品性能相同或相当。其它机构的生产，因为有生产CA-8地下矿山自卸汽车和KZC-5地下矿山自卸汽车的生产经验，也能保证质量。所以，整车的性能处于国内领先水平、与目前世界水平相当。

4、本项目的创新点：
(1)、本项目主要利用目前世界上先进产品(如发动机、液力变矩器、驱动桥和进口液压制动阀及其他液压元件)，整机的主要部件与EJC公司的一样，组合生产CA-20地下矿山自卸汽车，使本项目处于国内领先水平、达到世界水平。

(2)、因为本项目是我国地下矿山的一个技术升级产品，因此，本项目在设计上采用数字化设计，提升我国在这类产品设计中的设计水平。

5、本项目的技术来源、合作单位情况与知识产权的归属：
(1)、本项目的技术来源：本项目是现有国内成熟技术(如CA-8地下矿山自卸汽车、KZC-5地下矿山自卸汽车和CY-2柴油铲运机)的组合；
国外成熟技术(如底特律公司的发动机、约翰克拉克生产的液力变矩器、变速箱和驱动桥)的组合。因此，研究的成功概率较高。

(2)、本项目的合作单位情况：衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司是中国第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。通过20年引进、消化和吸收国外先进技术，已成功研发出具有自主知识产权的铲运机系列产品，并荣获国家级新产品称号及国家科技进步三等奖。产品有CY、CYE系列井下铲运机以及CA-8地下矿山自卸汽车，产品已经广泛应用有色、冶金、化工及黄金矿山。

(3)、本项目的知识产权的归属：项目成果属于南华、冶金共同所有，任何一方都有保守项目技术秘密的义务。

6、本项目的预期目标：
总目标：研究一种性能良好，技术先进的CA-20地下矿山自卸汽车。该车的技术水平处于国内领先水平，与目前世界水平相当。在研究成功后，发表有关学术论文3～5篇。

该车的主要技术参数：斗容为10m3，载重量为20t，发动机功率为207kw。

预期2年后产量2台，产值约300万元(人民币)；
3年后产量4台，产值约600万元(人民币)；
5年后产量10台，产值约3000万元(人民币)。

（四）应用或产业化前景与市场需求 进入21世纪以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。据有关协会统计，我国的铁矿山在5年后，露天开采与地下开采的比将由目前的7∶3转变成3∶7，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地下矿山自卸汽车的需求量将呈逐年上升的趋势。目前的年需求量约30台左右，5年后年需求量约120台左右。

20t地下矿山自卸汽车是我国中型地下矿山主要运输车辆，其年需求量约为我国地下矿山自卸汽车的总需求量的30%左右。因此，其应用或产业化前景较好。

（五）现有工作基础、条件和优势 1、本项目有CA-8地下矿山自卸汽车、KZC-5地下矿山自卸汽车试验成功的基础；
有CY-2柴油铲运机成熟技术。

2、本项目有研究过CA-8地下矿山自卸汽车、CY、CYE系列井下铲运机的一大批研究人员(包括研究这些设备的课题组长、主要成员)；
有开发过KZC-5地下矿山自卸汽车的课题组长和主要研究人员。

3、本项目的生产基地是国内第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。因此，生产设备和加工能力均是目前国内一流的。

4、本项目的产品已经有矿山预订。因此，开发资金方面有一定的优势。衡阳力达铲运机有限责任公司也自筹了开发资金。

5、本项目可以综合南华大学的设计优势和衡阳力达铲运机有限责任公司的制造优势。

6、本项目实现预期目标基础条件已经具备。

二、液压系统参数计算 (一)概述 液压系统是地下自卸汽车一个重要的组成部分,也是故障最多的一个系统。由于地下自卸汽车机型繁多，各生产厂家设计思路不同，因而各机型的液压系统并不完全相同，各有各的特点。但主要组成部分基本相同。

地下自卸汽车的液压系统一般由五个部分组成：工作机构液压系统、转向机构液压系统、制动液压系统、变速液压系统、冷却润滑液压系统。

在整个驱动桥的设计中，液压系统的参数计算是基础，也是关键，因为只有液压系统参数计算出来了，才能进行柴油机与液力变矩器的匹配计算，才能够进行后续的设计计算。

（二）工作液压系统参数计算 CA-20地下自卸汽车主要在地下掘进、开采作业中与铲运机配套使用，用于运输矿石及各种物料，可大大提高工作效率，是无轨采矿的主要设备。该车采用铰接车身，后卸式车厢、底特律柴油机，采用液力机械传动系统，包括变矩器、变速箱和驱动桥。

工作液压系统是CA-20地下矿山自卸汽车设计的关键,该系统性能的好坏直接影响到车辆和各种性能及生产效率.根据矿山的要求,设计时以最大卸载高度尽量小为原则。总估布置时，翻倾机构采用双缸举升，靠后两侧布置。翻倾过程中，尽量减少油缸摆角变化，使油缸所占空间小，有利于总体布置。

工作液压系统主要由1-液压油箱、2-滤油器、3-工作油泵、 4-压力表开关、5-压力表、6-多路手动换向阀、7-平衡阀、8-工作油缸、9-行程阀、10-回油滤油器组成，其原理图如图2.1所示。

图2.1工作液压系统原理图 工作泵从油箱吸油，将输出的油直接供给手动换向阀，手动换向阀的回油通过串联在油路上的回油滤清器回油箱，当推动手动换向阀使料斗卸载时，油液经手动换向阀和平衡阀进入倾卸油缸下腔，在油缸活塞上产生足够的压力使料斗卸载；
当推动手动换向阀使料斗回位时，油液经手动换向阀进入油缸上腔，使料斗回位。平衡阀可使料斗在回位时减少冲击，使油缸安全稳定地工作。溢流阀保证系统压力，当压力超过系统压力时，油液经溢流阀直接回油箱。

1. 倾卸油缸的行程的确定 首先在进行工作液压系统设计时,要找到液压缸与工作料斗以及车架的三个铰接点，以及料斗与料的重心为，所以我先参考李庆芬同学的料斗与料的三维造型，如图2.2所示。

图2.2 料斗及料的工作图 工作机械采用双缸举升后倾翻式卸载，其总体布置如图2.3所示。

图2.3 工作油缸尺寸参数 图中A点是倾卸油缸与后车架的铰接点，O点是料斗与后车架的铰接点，B点是后轮中心，E点为油缸与料斗的铰接点，F点为料斗翻倾到极限位置时E点的位置。由图2.3可知,,。

则：
当达到极限位置时：
行程为：
实际行程取,安装距离为。由于油缸标准中安装距离=行程，即安装距离=，则加长距离为：。

由图2.3还可求得油缸作用力距翻倾铰接点的力臂: 则: 2. 工作压力的确定 满载时,料斗质心位置距铰接点距离为，料斗质量为;料质心位置距铰接点距离为,料质量为。根据总体布置,选取油缸缸径、杆径。

由力平衡方程，设油缸举升力为，则 则系统压力为：
设计时为使举升油缸具有足够的储备举升能力，选取工作液压系统的系统压力为，油缸为。

3. 油泵选取及举升和返回时间计算 举升和返回时间的长短直接影响整机性能和劳动生产率，时间太长，生产率下降；
时间太短，泵排量增大，倾卸时动力载荷过大，系统易超载和以热。因此，举升和返回时间要选得适中，设计时选举升倾卸时间为。

油缸的容积：
则油泵的排量：
式中：η是油泵的容积效率，取。

因此，油泵的排量q为：
式中：是油泵输出机构速比，; 是柴油机额定转速， 选工作液压系统油泵为，油泵的排量为,此时举升倾卸时间为。

（三）转向液压系统参数计算 1. 概述 目前,地下汽车转向系统大都采用铰接液压转向系统,前后车架由上下绞销连接而成,它既可以在水平面内做相对运动,又可以在垂直面内做相对运动。前者实现整机转向，后者保证车轮与地面良好接触。铰接式机构的优点是：由于转向半径小、转向灵活、附着性能好、不需要转向桥，前后桥可以通过，使零件的标准化，通用化情况提高，从而在井下矿山使用的无轨设备中获得广泛应用。但铰接式转向也有一些缺点：所需功率比偏转轮转向大、机械的横向稳定性差、前驱动轮没有定位角，车轮会出现振摆，机械蛇形前进，直线行使性能差、方向盘无自动返正作用。

2. 地下汽车对转向系的要求 地下汽车转向系应符合下列要求：
（1）工作可靠。转向系对地下汽车的运行安全关系很大，因此转向系的零件应有足够的强度、刚度和寿命。对于动力转向发动机在怠速运转是，也要正常转向。

（2）操纵轻便。操纵轻便是减轻驾驶员的劳动强度、提高生产率和保证地下汽车安全作业与行使的重要因素之一。

1)作用力要小。如用方向盘转向，速度为1r/s时，最大操纵力小于40～50N，如用单杆操纵，操纵力小于23～40N。

2）若用方向盘转向，回转圈数要少，即，转向时，手作用在方向盘上，作用的行程要短，也就是地下汽车向一个方向极限转弯时，方向盘转动圈数不能超过2～2.5圈。发动机处于空转时，方向盘的速度最小为50r/min，一般推荐为100～150r/min。

3）直线行使时方向盘应稳定。地下汽车行使时，方向盘不能有抖动和摆动现象，这就要求转向系在机械上布置合理，使之与行走系协调。

（3）转向灵敏。应对转向时间有一定要求。转向时间一般应在5—7s之内。

（4）调整简单。

（5）使用经济。

3. 铰接转向机构的组成及结构 铰接转向机构主要由四部分组成：转向油缸（有单缸和双缸之分）、操纵机构（有方向盘与全液压转向器、单杆操纵与转向阀之分）、上下铰接体、液压系统组成。

（1）转向油缸的布置 在地下汽车转向机构中，有单缸转向，但大部分采用的是双缸转向。

单缸转向比双缸省了一套油缸和油管。考虑到转向油缸通常布置在中央下铰接点附近时，活塞杆与高压软管易受泥浆和水污染或被矿岩等碰坏。

双缸转向由于转向角不大，一般为36°～42.5°，因此油缸两端直接与前后车架相连，而且两油缸布置在下铰接点附近，对称与纵向轴线。尽管转向油缸布置在下铰接点附近有一系列的缺点，但由于前后车架之间的支撑刚度和转向力矩的变化较单转向油缸优越，因此地下汽车绝大部分采用布置。我们此处也采用双缸布置。

双缸布置有四种情况。一是活塞与前车架,缸筒铰销与后车架相连.二是与第一种布置相反，即活塞与后车架相连,缸筒铰销与前车架相连。三是活塞杆铰销与车架铰销三点在一条垂直于纵轴的垂直线上。四是活塞杆铰销与车架铰销三点不在一条垂直于纵轴的垂直线上。

（2）转向操纵机构 地下汽车转向操纵机构有方向盘和单杆操纵两种。由于方向盘有一定空行程转角，即方向盘转过2°～5°之后转向油缸才开始升压，而且从左转到右，方向盘要转4～5圈，因此转向灵敏性相对要差些。而且方向盘的转向力达40N左右。

单杆操纵由于操作灵活，无空行程，反映快，而且操纵力相对小，因此司机不易疲劳，这种操作方式很适合地下工况。因此大部分地下汽车使用单杆操纵的转向系统。

4. 转向液压系统的设计 CA-20地下矿山自卸汽车前车架采用中间铰接折腰转向形式。由于采用双缸转向，转向力矩大且力矩相等，转向稳定。折腰转向形式转向半径小，机动性好，适合井下运输要求。

转向液压系统由1-液压油箱、2-滤油器、3-转向油泵、4-压力表开关、5-压力表、6-转向阀、7-转向油缸、8-回油滤油器组成。其原理图如图2.4所示。转向泵从油箱吸油，将输出的油直接供给全液压转向器，全液压转向阀的回油通过串联在油路上的回油滤油器回油箱。当转动全液压转向阀时，油液经转向阀进入转向油缸，在油缸活塞上产生足够的压力使汽车左右转向。转向阀内有溢流阀保证系统压力，当压力超过系统压力时，油液经溢流阀直接回油箱。转向阀内还有缓冲阀使转向平稳。

图2.4 转向液压系统原理图 （1）转向油缸行程的确定 转向系统采用双缸转向，双缸两侧平行布置，中间铰接转向，其总体布置如图2.5所示。图中、点是转向油缸与后车架的铰接点，、点是油缸与前车架的铰接点，点是前后车架的铰接点，、分别是车辆转向到极限位置时、点的位置。、、、、。由图可知：当转向时、 图 2.5 转向油缸尺寸参数 行程：
实际行程取，由于油缸标准中：
，经类比计算选取转向油缸内径、杆径。

由图2.5还可得左右转向缸转向力臂：
、 （2）工作压力的确定 1）转向阻力矩的计算。影响车辆转向阻力矩的因素很多，难以用精确的公式求取，一般由试验测取，设计时可用经验公式估算。对于铰接式车辆可采用下列公式求取最大转向阻力矩，即：
式中：是最大转向阻力矩，; GF车辆前桥载荷，；

是滚动阻力系数，此处取；
η是效率，一般取；
是轴距，取；
θ是转向角，。

2）工作压力的确定 设油缸压力为,为实现原地转向须满足：
① 式中：、分别为左右转向缸转向力臂，；
、分别为转向缸无活塞杆端和有活塞杆端的面积， ， 转向油缸内径、杆径。

由式①计算得：
由于地面条件不同，转向阻力矩也不同，前面计算的只是经验值，要有一定的裕度，考虑到转向系统的压力损失，选取转向系统的额定压力为，转向缸为，两端耳环加关节轴承。

（3）转向器及油泵的选取 转向器选用开心反应型并配有组合阀的全液压转向器。组合阀主要起保护作用，转向器排量为：
式中：是交叉连接油缸容积 是容积效率，取；
i1是方向盘转动总圈数，；
是转向油缸行程，。

由上式可得：
选转向器排量,圈。方向盘转速一般取,柴油机额定转速。则所需油泵供油量和油泵的排量分别为：
取泄漏系数，则转向油泵排量：
因此，转向油泵选为排量的型齿轮泵。

（4）转向时间 转向时间是地下汽车转向系统一个很重要的参数。由于井下巷道狭窄，坡多弯多，路面条件很差，转向太快，会产生冲击，对设备有影响，而且很难控制，转向太慢有可能会发生安全事故，因此对地下汽车来说，对转向时间有较为严格的规定：原地从右转向左，或从左转向右。转向时间规定为。

转向时间：
式中：为原地从最左转向到最右（或反之）单向转向时间，；

为油缸行程，；

为油缸流量，；

为油泵每转排量，；

为发动机高速空转时转速，；

为转向系统的容积效率，一般取~，此处取 则 所以 （四）变矩器与发动机优化匹配MATLAB程序的编制 所谓的液力变矩器与发动机的匹配是指液力变矩器按照工作的要求，以指定工况（或传动比）传递发动机扭矩和功率的一种共同工作情况。尽管发动机与变矩器性能都好，若是匹配不正确，将使发动机性能不能充分发挥或者液力变矩器不能以十分理想的工况去传递发动机的功率。

通过匹配计算，可以求出地下自卸车的各档最大牵引力（失速牵引力）、车速与爬坡能力。

1.油泵的力矩损失与的计算 根据文献《地下装载机－结构设计与使用》设计，和下表2.1与表2.2计算得工 作油泵空载损失的力矩,;转向油泵,;变速油泵。

表2.1 不同工况变矩器输入功率与力矩 工况 计算 项目 1 2 3 4 变速油泵满负荷工作、工作油泵与转向油泵空载 变速油泵与转向油泵满负荷、工作油泵空载 变速油泵与工作油泵满负荷、转向油泵空载 各油泵均满负荷工作 输入功率 /KW 输入扭矩 /N.m 注：、—工作油泵、转向油泵空载损失功率，KW; 、、－变速油泵、工作油泵、转向油泵重载损失功率，KW。

表2.2 油泵空载、重载力矩损失 变速油泵 工作油泵 转向油泵 空载／N.m =1591.38／ =1591.38／ 重载／N.m =159(0.69+)/ =159(0.69+)／ =159(0.69+)／ 备 注 、—工作油泵与转向油泵空载损失力矩，N.m; 、、—变速油泵、工作油泵、转向油泵重载损失功率，N.m; —油泵容积效率；

—油泵转速，r/min; 、、—变速油泵、工作油泵、转向油泵工作流量，L/min; 、、—变速、工作、转向液压系统实际工作压力，MPa 2.求发动机标准状况扭矩，变矩线器输入扭矩曲 根据表2.2（变矩器输入特性曲线）介绍的方法求出,并可画出下图2.6的曲线1，2，3，4（为了使图形更清楚，工况Ⅱ曲线未画出）。

与公式 (12—5)==，把美国克拉克变矩器的负载抛物线转换成公制负载抛物线并画在图2.6上。

3.变矩器的输出特性及冷却能力计算 按变矩器输入特性曲线左上角数据与公式=, =, =0.1047, 计算出发动机与变矩器的联合工作输出特性曲线的坐标，并绘出图2.7。

4.牵引特性与爬破能力计算 根据文献《地下装载机－结构设计与使用》中的公式和下表2.3的数据计算出各挡的速度、牵引力和爬破能力（见表2.4）并绘出下图：
图2.6 柴油机与变矩器共同工作输入特性曲线 图2.7柴油机与变矩器联合工作输出特性曲线 图2.8 牵引曲线 图2.9重载牵引曲线 其中公式如下所示：
=0.377／ =- = 式中 －地下自卸车的行使速度。Km/h; —变矩器涡轮转速，r/min; —轮胎的滚动半径，m; —传动系统总传动比；

—轮子牵引力，N；

—涡轮输出力矩，N.m; —传动系统总效率；
=0.8；

—空气阻力系数=0.0466N/（km/hm）; —地下自卸车迎风面积，m; —变矩器偏置传动比；

—变速箱各挡传动比；

—驱动桥总传动比。

表2.3 变矩器特性计算 序 号 变矩器输入特性 变矩器输出特性 转速/r.min 扭矩/N.m 转速/r.min 扭矩/N.m 功率/kw 1 2165.6 565.1601 0 1746.3 0 2 2159.1 594.2665 215.9 1721.0 38.9082 3 2153.1 620.7371 430.6 1623.2 73.1935 4 2147.3 646.7537 644.2 1468.1 99.0303 5 2142.1 669.8197 865.8 1292.8 115.9866 6 2139.3 682.0714 1069.7 1128.1 126.3600 7 2139.3 682.0714 1283.6 973.3 130.8215 8 2142.1 669.8197 1499.5 823.2 129.2530 9 2150.4 632.7228 1720.3 637.8 114.8903 10 2172.1 536.0924 1846.3 470.7 90.9988 11 2193.3 441.9922 1897.2 369.1 73.3174 12 2212.3 357.5460 1946.8 281.7 57.4344 13 2248.8 195.0591 2062.1 129.3 27.9248 14 2286.0 29.2546 2292.9 0 0 表2.4牵引特性与爬破能力计算 序号 挡传动比=4.48 挡传动比=2.46 Ⅲ挡传动比=1.41 Ⅳ挡传动比=0.77 /km.h /kN 坡度 /% /km.h /kN 坡度 /% /km.h /kN 坡度 /% /km.h /kN 坡度 /% 1 0 241.98 37.0830 0 132.87 18.5160 0 76.160 9.7423 0 41.591 4.5191 2 0.4699 238.47 36.4258 0.8558 130.94 18.2111 1.4931 75.049 9.5734 2.7342 40.970 4.4258 3 0.9373 224.92 33.9412 1.7069 123.50 17.0405 2.9780 70.770 8.9237 5.4533 38.591 4.0682 4 1.4021 203.43 30.1403 2.5534 111.69 15.1982 4.4549 63.981 7.8951 8.1577 34.813 3.5008 5 1.8650 179.12 26.0110 3.3964 98.34 13.1336 5.9256 56.298 6.7341 10.8507 30.519 2.8563 6 2.3282 156.31 22.2637 4.2400 85.80 11.2111 7.3974 49.075 5.6452 13.5460 26.449 2.2457 7 2.7939 134.85 18.8285 5.0880 74.00 9.4137 8.8769 42.267 4.6208 16.2552 22.577 1.6650 8 3.2637 114.04 15.5639 5.9436 62.56 7.6794 10.3698 35.655 3.6273 18.9888 18.782 1.0961 9 3.7445 88.34 11.6004 6.8192 48.42 5.5468 11.8973 27.491 2.4020 21.7859 14.106 0.3952 10 4.0187 65.18 8.0772 7.3185 35.69 3.6327 12.7685 20.155 1.3019 23.3812 9.962 -0.2259 11 4.1294 51.10 5.9504 7.5202 27.95 2.4711 13.1203 15.702 0.6345 24.0255 7.472 -0.5991 12 4.2373 39.00 4.1296 7.7168 21.30 1.4738 13.4633 11.873 0.0606 24.6536 5.322 -0.9213 13 4.4884 17.87 0.9600 8.1739 9.69 -0.2670 14.2609 5.176 -0.9432 26.1141 1.523 -1.4908 14 4.9906 -0.06 -1.7277 9.0887 -0.19 -1.7474 15.8568 -0.574 -1.8052 29.0365 -1.925 -2.0078 MATLAB程序运行结果 MB = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 565.1601 594.2665 620.7371 646.7537 669.8197 682.0714 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 682.0714 669.8197 632.7228 536.0924 441.9922 357.5460 Columns 13 through 14 195.0591 29.2546 nB = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 2.1656 2.1591 2.1531 2.1473 2.1421 2.1393 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.1393 2.1421 2.1504 2.1721 2.1933 2.2123 Columns 13 through 14 2.2488 2.2860 MT = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 1.7463 1.7210 1.6232 1.4681 1.2928 1.1281 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 0.9733 0.8232 0.6378 0.4707 0.3691 0.2817 Columns 13 through 14 0.1293 0 nT = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.2159 0.4306 0.6442 0.8568 1.0697 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 1.2836 1.4995 1.7203 1.8463 1.8972 1.9468 Columns 13 through 14 2.0621 2.2929 NT = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 38.9082 73.1935 99.0303 115.9866 126.3600 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 130.8215 129.2530 114.8903 90.9988 73.3174 57.4344 Columns 13 through 14 27.9248 0 Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In C:＼MATLAB6p1＼toolbox＼matlab＼polyfun＼polyfit.m at line 74 In C:＼MATLAB6p1＼work＼ppjs2005.m at line 210 Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In C:＼MATLAB6p1＼toolbox＼matlab＼polyfun＼polyfit.m at line 74 In C:＼MATLAB6p1＼work＼ppjs2005.m at line 215 Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In C:＼MATLAB6p1＼toolbox＼matlab＼polyfun＼polyfit.m at line 74 In C:＼MATLAB6p1＼work＼ppjs2005.m at line 219 Sigmai = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 129.3858 71.0467 40.7219 22.2382 v1 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.4699 0.9373 1.4021 1.8650 2.3282 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.7939 3.2637 3.7445 4.0187 4.1294 4.2373 Columns 13 through 14 4.4884 4.9906 v2 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.8558 1.7069 2.5534 3.3964 4.2400 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 5.0880 5.9436 6.8192 7.3185 7.5202 7.7168 Columns 13 through 14 8.1739 9.0887 v3 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 1.4931 2.9780 4.4549 5.9256 7.3974 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 8.8769 10.3698 11.8973 12.7685 13.1203 13.4633 Columns 13 through 14 14.2609 15.8568 v4 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 2.7342 5.4533 8.1577 10.8507 13.5460 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 16.2552 18.9888 21.7859 23.3812 24.0255 24.6536 Columns 13 through 14 26.1141 29.0365 TE1 = 1.0e+005 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 2.4198 2.3847 2.2492 2.0343 1.7912 1.5631 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 1.3485 1.1404 0.8834 0.6518 0.5110 0.3900 Columns 13 through 14 0.1787 -0.0006 TE2 = 1.0e+005 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 1.3287 1.3094 1.2350 1.1169 0.9834 0.8580 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 0.7400 0.6256 0.4842 0.3569 0.2795 0.2130 Columns 13 through 14 0.0969 -0.0019 TE3 = 1.0e+004 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 7.6160 7.5049 7.0770 6.3981 5.6298 4.9075 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 4.2267 3.5655 2.7491 2.0155 1.5702 1.1873 Columns 13 through 14 0.5176 -0.0574 TE4 = 1.0e+004 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 4.1591 4.0970 3.8591 3.4813 3.0519 2.6449 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.2577 1.8782 1.4106 0.9962 0.7472 0.5322 Columns 13 through 14 0.1523 -0.1925 a1 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 37.0830 36.4258 33.9412 30.1403 26.0110 22.2637 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 18.8285 15.5639 11.6004 8.0772 5.9504 4.1296 Columns 13 through 14 0.9600 -1.7277 a2 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 18.5160 18.2111 17.0405 15.1982 13.1336 11.2111 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 9.4137 7.6794 5.5468 3.6327 2.4711 1.4738 Columns 13 through 14 -0.2670 -1.7474 a3 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 9.7423 9.5734 8.9237 7.8951 6.7341 5.6452 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 4.6208 3.6273 2.4020 1.3019 0.6345 0.0606 Columns 13 through 14 -0.9432 -1.8052 a4 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 4.5191 4.4258 4.0682 3.5008 2.8563 2.2457 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 1.6650 1.0961 0.3952 -0.2259 -0.5991 -0.9213 Columns 13 through 14 -1.4908 -2.0078 5.其他技术参数计算 牵引力 =390109.80.6 =229378.8 一挡车辆打滑时变矩器效率 47.2% 失速时的动力因素 =229378.8/ =0.6 （五）液压缸装配、维护、修理工艺 1. 液压系统修理的一般要求 由于液压传动系统采用液压油为工作介质，元件配合精密，系统压力较高等本身所具有的特点，因此对液压传动系统的修理也提出了一些不同于机械转动系统修理的较高要求。

（1）液压系统中的大多数元件是由精密零件组成的，在修理过程中要特别注意清洁。为此，应做到下列几点：
1）在对液压系统拆卸修理以前，必须先清除各元件表面粘附的污物。

2）液压元件的修理应在专用车间内进行。该专用修理车间必须具备防尘的要求。如在野外进行临时性的抢修是，应设法防避风沙。

3）拆下的元件应放置在零件架或工作太上不得放在地面上。

4）拆卸用的工具必须保持清洁。

（2）在液压元件修理的全过程中，必须认真保护好密封件，尤其是唇形密封圈的唇部。并禁止接触汽油。

（3）液压传动机械在不解体状态进行局部修理时，要注意保护好液压元件。

（4）
在拆卸液压系统时应注意：
1）在拆卸前，应将系统内的液压油放出。并确实弄清楚液压回路内是否有残余压力。因此，液压回路内如有残余压力而去盲目拆卸，可能会发生重大机械、人生事故。因此：
①在拆卸地下自卸汽车液压系统之前，必须将料斗放平。

②在拆卸装有蓄能器的液压系统之前，必须首先把蓄能器能量全部释放。

2）液压元件从待修机械上拆下后，先进行技术性能实验，如性能指标低于使用标准时，再进行分解，检查和修理。

3）液压系统在拆卸应十分仔细 ①拆卸时不得乱敲乱打，谨防损伤，以免损伤螺纹和密封表面。尤其对铝合金件更应注意。

②注意保护好零件的螺纹和密封表面。如放在木版、塑料板上或用胶布、胶纸缠好，以防碰伤 ③拆下的小零件应分别装入塑料袋内保存，以防丢失。

4）在拆卸液压液压机械时，不要将立柱支撑在液压缸缸体或活塞杆上。

5）在拆卸油管时，要及时在拆下的油管上做好标志，以防错乱。

6）拆下来的油管、液压泵、液压马达、液压缸、液压阀等元件的孔口，要用塑料塞塞好，或用胶布、胶纸粘封好。在没有塑料塞的情况下，可用塑料袋套在口上，用绳扎好。禁止用碎纸、棉纱或破布堵塞。

7）非有必要，不得将多联阀拆成多体。

2. 液压缸的修理 液压缸是液压系统中的执行元件,它将液压能转换为往复运动的机械能.液压缸按其作用方式分为单作用和双作用两大类。目前工程机械上用的多为双作用式。

（1）液压缸的常见故障及排除如下：
1) 漏油 液压缸在工作或平时停放时，如果油液自活塞杆与缸口套筒之间或缸口套筒与导向套筒之间漏出，其原因，前者主要是由于Y行密封圈损害（应更换）或活塞杆被碰伤（如轻微碰伤，可用细油石修磨，碰伤成凹陷时，应进行修理更换）；
后者是由于O行圈损坏或导向套筒破裂，应进行更换。

2) 下沉 如铲刀悬空停放，活塞杆明显下沉，或铲刀入土，则说明液压缸自动下沉。其液压缸本身的原因有：
①活塞上的 U形密封圈损坏；

②缸壁严重拉伤；

③活塞杆上的O形密封圈损坏；

④导向套筒上的O形密封圈损坏；

⑤导向套筒与缸口套筒之间的Y形密封圈损坏；

⑥导向套筒端缘破裂；

⑦活塞杆碰（擦）伤等。

以上原因，前三条是主要的。由于密封件损坏或缸被拉伤，造成两腔之间窜油，因此不能克服较大负荷，且外部也不易察觉；
其余原因引起漏油，外部可以看出，便于排除。当遇到液压缸自动下沉时，应先外后内逐步查明原因，修复更换已损坏的零件。

3)运动不灵活 液压缸运动不灵活的原因主要是活塞杆弯曲变形，在与导向套筒相对运动时“发卡”、“别劲”，致使活塞杆往复运动时不灵活。当遇到此故障时应对活塞杆进行校正。

4)爬行 其原因主要是液压缸内浸入了空气，致使液压缸在工作中产生爬行。应设法将油液中的空气排除。

（2）液压缸主要零件的检验与修理 1）尼龙环：是否高于活塞外径，当尼龙环磨损至与活塞外圆平齐或有拉伤、裂纹、变质等现象，应更换。

2）活塞杆：表面应光洁无损伤。其弯曲（外端最易弯曲）的跳动量大于0.05~0.15mm时（短杆取小值）应校正（一般规定在每500mm长度内，跳动量不超过0.03mm）。

如活塞杆表面损伤出现沟槽、凹痕，轻微的可用细油石修磨，严重时需重新镀铬光磨或更换新品。

活塞杆与导向套筒的配合间隙超过1mm时，更换导向套筒内的铜套或重新镶套。

3）缸体：应主要检查缸体内壁的磨损情况。有无拉伤、偏磨、锈蚀等现象。如拉伤、锈蚀不严重时，可用00号砂纸加润滑油进行打磨。如拉伤、偏磨严重时，可进行珩磨修理，使其几何形状误差小于0.02~0.035mm，而将活塞镀铁加大（或换用加大活塞）以恢复原配合间隙0.20~0.35mm。

其次还应检查缸体外表有无严重伤痕。

4）导向套筒：是否破裂，尤其外端最易产生裂纹，如有裂纹应更换；
导向套筒内的铜套有无拉伤，与活塞杆的配合是否松旷，如拉伤严重或配合松旷，应更换铜套。

3. 液压缸的装配 装配步骤：
（1）将零件用洗油清干净，用压缩空气吹除，并擦拭干净，然后将缸体内壁、活塞杆等摩擦表面涂抹少量液压油。

（2）将J形密封圈唇边向外装入缸口套筒；
Y形密封圈唇边向里装入导向套筒（相对港筒而言），并将O形密封圈装入导向套筒的槽内；
将尼龙环装在活塞上，并将两个U形密封圈唇边相背（都朝外）装在活塞两端。

（3）将压紧螺母 缸口套筒 导向套筒依次套在活塞杆上（活塞代耳环时用此法装），然后装入内挡圈 活塞总成 外挡圈 垫片 固定螺母及开口销。

（4）将活塞杆总成用专用导套工具装入缸体内。如无专用装配工具时，应特别注意：
1) 当活塞上的 U形密封圈进入缸口和通过缸体上的油口时，应确保唇边不受损坏。

2）当导向套筒上的O形密封圈进入缸体时应使其不被剪切。

（5）用专用搬手固定压紧螺母（注意不必拧得太紧，以免压坏导向套筒）
4. 地下自卸汽车液压缸的装配 （1）各液压缸工作压力为140公斤/厘米，装配后用210公斤/厘米的压力对其进行拉压往复运动实验10分钟，应无漏油现象。

（2）活塞杆运行至全收位置，将小腔油口堵死，用1700公斤拉力将活塞杆向外拉5分钟，拉出长度应不大于2毫米。

（3）大臂液压缸装配后球面支撑应能摆动。

5. 液压缸的实验 液压缸的实验项目与检验方法，见表2.5 表2.5 液压缸实验项目与实验方法 序号 实验项目 实 验 方 法 要 求 1 试运转 被试液压缸空负载工况下，全行程往复动作数次。

分别打开截止阀后，再使被试液压缸全行程往复运动2次以上，观察试运转情况。

注：对多级液压缸，全行程即为各级液压缸行程的总和。

不得有外渗漏等不正常现象。

2 最低启动压力 在被试液压缸空载工况下，调节溢流阀，使系统逐渐生压，用压力表测量 被试液压缸工作腔的活塞在启动时的最低启动压力值。

最低启动压力不得超过规定值。

3 最低稳定速度 在满负载工况下，使被试液压缸的活塞以设计的最低速度，或工程机械用39～200毫米/秒、（机床用0.5毫米/秒）的速度，全行程往复动作两次以上。

实验被试液压缸的最低稳定速度。

不得有爬行等不正常现象 4 内泄露量 将被试液压缸的活塞（柱塞）分别固定在行程的两端（单级行程大于1米时，尚须将活塞固定在行程的中间位置），并使外泄口向上，调节溢流阀，使被试液压缸的工作腔的压力为公称压力，保持30秒。

打开截止阀，测量内泄露量。

注：①多级液压缸仅测量最小缸径中内泄露量。

② 此项试验也可用测量液压缸的沉降来代替。

内泄露量不得超过规定值。

5 外渗漏 在满负载工况下，使被试液压缸全行程往复动作，当：
⑴单级行程在1米以下时，全行程往复动作20米以上；

⑵单级行程在1～3米时，全行程往复动作50米以上；

⑶单级行程在3米以下时，全行程往 动作50次以上复动作100米以上 观察被试液压缸在活塞 杆密封处的外渗漏情况。

外渗漏不能满。

6 缓冲效果 将被试液压缸的缓冲阀打开，调节溢流阀，使被试液压缸的压力为其公称压力的50%。

使被试液压缸以设计的最高速度动作实验缓冲效果。

按设计要求。

7 耐压实验 将被试液压缸的活塞分别停留在全行程的两端：
（1）当被试液压缸的公称压力≤160公斤/厘米时，调节溢流阀，使被试液压缸的压力为其公称压力的1.5倍。保持1分钟以上；

（2）当被试液压缸的公称压力＞160公斤/厘米时，调节溢流阀，使被试液压缸的压力为其公称压力的1.25倍。保持2分钟以上；

在上述条件下实验耐压性。

不得有外漏等不正常现象。

8 全行程实验 使被试液压缸的活塞分别停于两端位置。测量全行程长度。

按设计要求 三、专题研究 Solidworks在双正弦规设计加工斜齿梳齿刀中的造型方法研究 梳齿刀是用展成原理加工直齿、斜齿和人字齿轮的一种刀具。它的外形很象齿条，所以也被称为齿条刀。

斜齿梳齿刀用于加工空刀槽很窄的双联斜齿轮和无空刀槽的人字齿轮。用斜齿梳齿刀加工人字齿轮使用专门的人字齿轮刨齿机，用左右两把梳齿刀分别插制齿轮的左右两侧牙齿。

梳齿刀的切削刃是直线形的，刀具各面都是平面，容易制造准确和测量，齿距误差可以控制在0.002毫米，齿形角误差在～，因此，加工齿轮的表面光洁度高，精度也高，例如在马格插齿机上用梳齿刀可以加工出6级精度的齿轮。用梳齿刀可以加工模数和直径较大的齿轮（模数到60，直径到12），加工效率要比指形铣刀高。

1. 斜齿梳齿刀的工作原理：
斜齿梳齿刀可用于加工斜齿齿轮和人字齿轮，从文献《齿轮刀具设计》P108中图3－17是用斜齿梳齿刀和直齿梳齿刀加工斜齿齿轮的比较，从图中可看到用斜齿梳齿刀可以加工空刀槽很窄的双联斜齿齿轮，而用直齿梳齿刀则要求较宽的空刀槽。斜齿梳齿刀和斜齿插齿刀比较，二者都有可以 加工空刀槽很窄的双联斜齿齿轮，但斜面齿梳齿刀加工齿轮时螺旋角的大小不受机床的限制（要更换刀具），而用斜齿插齿刀加工时必须使用带有螺旋导轨的插齿机，并且齿轮螺旋角是由螺旋导轨的导程决定，不能更改。

用斜齿梳齿刀加工齿轮，梳齿好和齿轮作展成运动，刀具切削刃是直线齿形。斜齿梳齿刀加工人字齿轮和指形铣刀相比，有下列优点：
(1) 制成的齿轮精度高，且左右两侧的牙齿连接处无过渡曲线。如文献《齿轮刀具设计》P108图3－19所示刀刃可一直切到两侧牙齿的连接处，而用指形铣刀加工时左右两侧牙齿连接处不能切净，影响齿轮啮合。

(2)同一梳齿刀可以加工相同模数和压力角并任意齿数的齿轮，而指形铣刀只能加工固定齿数的齿轮。

使用梳齿刀的机床结构复杂，一般被加工齿轮的模数在24以下。

斜齿梳齿刀工作时，前刀面和齿轮的端面平行，故前刀面即为基面，梳齿刀前刀面中的齿形即为基准齿形。人字齿轮平时采用端面齿形为基准备齿形，端面参数为标准值。

斜齿梳齿刀加工人字齿轮时切削运动是斜面向的，故刚度不高，此外每刀齿的左右两切削刃的工作条件不同，切削用量不能太大，一般要走刀2～6次（根据模数而定）才能将齿轮切成。分析切削图形可知，内切削刃（切入边）的切削负荷大而外刃切削负荷 小。可在每次走好切完后，将齿转过一个小角度再切，这样不仅可使刀具两侧切削刃负载均衡些，减少刀具磨损并提高加工效率。

2. 斜齿梳齿刀的切削角度 (1)斜齿梳齿刀的顶刃前角和后角 斜齿梳齿刀的切削运动方向是沿着齿轮牙齿的螺旋角方向，因此切削时的基面和静止时的不同，切削时的基面就是和切削运动相垂直的平面。梳齿刀的顶刃角度可以从文献《齿轮刀具设计》P109图3－20中去分析。

顶刃刃倾角 ；

顶刃前角 在不同截面中前角都是零度。但是由于顶刃有较大的刃倾角，根据斜角切削原理，顶刃真正工作前角将为正值。

顶刃后角应在牙齿倾斜的方向测量，即在文献《齿轮刀具设计》
P109 图3－20 中的A－A截面中测量。

对螺旋角的梳齿刀，当=时，=。

(2) 斜齿梳齿刀的侧刃后角和 如非SH型m4.25右旋斜齿梳齿排刀图纸所示，切削刃上任意点A的侧后角应是该点在切削运动中的轨迹的后刀面之间的夹角，应在N—N截面中测量。

自截面：
自投影4 =6.4984 故 =2.2226 自投影1 自投影4 =2.0885 故 =20.7536 将和值代入前式，化简后得到 式中角可用下式计算 同理可得另一侧刃的后角 当梳齿刀端面齿形角时，如果，则侧刃后角为， 。

(3)斜齿梳齿刀的侧刃前角和 梳齿刀切削时基面应和切削运动方向垂直，侧刃前角应在N—N截面中测量，是基面O O 和前刀面间的夹角。在N—N截面中可看到侧刃前角为 自投影4 =4.2726 自投影1 =0.7621 代入前式，得到 同理可以得到另一侧刃的前角 可以看到两侧刃前角绝对值相等，符号相反，即一边为正前角，另一边为负前角。式中的角可用公式计算。

对斜齿梳齿刀，，可算出，。这样的梳齿刀工作时两侧刃的切削条件是极不平衡的，一侧前角太大，另一侧负前角。这样的刀具工作时的切削力、刀具磨损都不均衡，工作条件恶劣。为改善两侧切削刃的工作条件采取先特殊刃磨的方法如文献《齿轮刀具设计》
P111 图3－22所示，使两侧刃的楔角为，这样实际得到的侧刃前角在左右。

3. 斜齿梳齿刀的结构尺寸 斜齿梳齿刀一般采用端面参数为标准值，如，标准值，，等。如果给的齿轮参数是法向值时，应先换算成端面数值，如 在设计梳齿刀时，要知道前刀面中的各项参数，这是测量梳齿刀时用的。此外还要知道梳齿刀和它齿背相垂直的N—N截面中的齿形，这是为设计加工梳齿刀的二次刀具用的。文献《齿轮刀具设计》
P112 图3－23是梳齿刀的工作位置，前角，磨成的后角，在前刀面中。齿倾斜角为工作位置牙齿投影的斜角。

在加工梳齿刀时要将梳齿刀齿背放在水平位置如A2图纸所示，用铣刀进行铣齿（或磨齿），所以要求出这时刀具牙齿的斜角和牙齿的左右齿形角。

从非SH型m4.25右旋斜齿梳齿排刀图纸中可看到，齿背的斜角为 还可看到在和梳齿刀齿背相垂直的N—N截面中的齿形角为（钝边齿形角）
在投影2中 代入前式 因为 ， 代入上式化简 同理可以得到另一侧锐边的齿形角 斜齿梳齿刀的其他结构尺寸，如长度L、厚度B等都是经验数据。加工人字齿轮的梳齿刀都是两把一付，一个左斜齿，另一个右斜齿，同对梳齿刀除牙齿斜向不同外，其他尺寸完全一致。人字齿轮梳齿刀的结构尺寸见文献《齿轮刀具设计》
P113 图3－25和表3—4。

加工斜齿双联齿轮推荐用文献《齿轮刀具设计》
P113图3－26中的结构，这种梳齿刀的尺寸见表文献《齿轮刀具设计》
P113表3—5。

4. 梳齿刀的公差技术要求 目前我国未定有梳齿刀的标准，建议参考使用下面的公差技术要求。

(1)梳齿刀切削部分用高速钢制造，热处理后最终硬度在HRC63~66范围内，硬度可在前刀面上测量。梳齿刀切削部分不得有脱炭或其他软点。

(2)齿刀夹持部分用40Cr或其他工具钢制造，热处理后最终硬度在HRC35~45范围内。

(3)齿刀按加工条件要求不同，分为下面四种：
1)精切梳齿刀A级——用于加工6级精度的齿轮；

2)精切梳齿刀B级——用于加工7~8级精度的齿轮；

3)粗切梳齿刀——用于齿轮的粗加工；

4)磨前梳齿刀——用于磨前齿轮的加工。

(4)梳齿刀的制造公差按下表中规定的数值。

表3.1 梳齿刀齿形参数的公差 检测项目 模数范围 精切梳齿刀 粗切梳齿刀 磨前梳齿刀 A级 B级 齿距极限误差 4.25～6.0 0.006 0.010 0.045 0.030 相邻齿距最大误差 4.25～6.0 0.008 0.017 — — 齿形直线性误差 4.25～6.0 0.009 0.015 0.050 0.035 节线到齿顶修缘起点间距离偏差 4.25～6.0 0.140 0.170 — — 齿厚偏差 1.0～8.0 0.015 0.070 0.030 用量棒测齿厚时量棒过端止端尺寸 1.0～8.0 0.01 0.05 0.02 顶刃对后支承面不平等度的偏差 1.0～6.0 0.015 0.040 0.030 (5)直齿梳齿刀的齿厚和齿高常用量棒来测量，量棒的直径根据文献《齿轮刀具设计》
P113图3—27可用下式计算 量棒过端和止端的直径见文献《齿轮刀具设计》
P113表3—6。

对于斜齿梳齿刀齿厚和齿高亦可用量棒测量，量棒直径可用下式计算 式中 ——法向齿距；

——法向齿顶宽度，可用下式计算：
，——左、右法向齿形角，可用式、计算。

(6)梳齿刀厚度的公差，和名义尺寸差不应超过，上下两平面不平等度的最大偏差（每100mm的长度）为 m=1.0~5.5时，0.01mm；

m时， 0.015mm。

(7)齿刀后角和名义值的最大偏差。

(8)梳齿刀齿形修缘部分的齿形角偏差。

(9)梳齿刀宽度A和名义值的偏差。

(10)梳齿刀齿倾角的偏差，对精切梳齿刀（每10mm差）；
对粗切梳齿刀（每10mm差）。

(11)梳齿刀长度和名义值的偏差：
当模数 m=1~5时，；

m>5时， . (12)切人字齿轮用的斜齿梳齿刀，每对（右斜齿和左斜齿梳齿刀）拼合公差如下：
1)自基准端面到第三齿的距离a（文献《齿轮刀具设计》
P116图3—28）。每对梳齿刀的差别，精切梳齿刀不超过0.03mm，粗切梳齿刀不超过0.05mm。

2)自圆柱到另一端面A的距离b，每对梳齿刀的差别不超过0.1mm。

3)每对梳齿刀厚度的差别，不应超过0.02mm. 4)每以梳齿刀宽度的差别，精切梳齿刀不超过0.02mm，粗切梳齿刀不超过0.05mm。

5)每对梳齿刀的底基面和基准端面垂直性的误差不应超过0.05mm。

5. 以加工模数4.25非SH型斜齿人字齿轮用的梳齿刀为设计对象：
已知刀具尺寸及相关参数：，，，，B级精度。查参考资料［4］中表3-4，可得如下参数：，，，，，，。

（1）、梳齿刀端面参数计算：
端面齿距：
p=13.5902 法面齿距：
p= 端面齿厚：
s=p/2=6.7951 法面齿厚：
s=p/2=6.6759 端面模数：m= 端面压力角：
全齿高：
h=(1.25+1.3)m=11.0310 齿顶高：
h=1.25m=5.4074（从图3.1、图3.2中可看出梳齿刀的端面齿形）
图3.1 梳齿刀的端面齿形 图3.2 梳齿刀的螺旋角 （2）、梳齿刀各角度计算：
1)斜齿梳齿刀的顶刃前角和后角：
顶刃刃倾角：
顶刃前角：
顶刃后角：() 2)斜齿梳齿刀的侧刃后角和：
自截面：
=6.4984 故 =2.2226 =2.0885 故 =20.7536 得 同理可推知：
代入已知参数，可得，。

3)斜齿梳齿刀的侧刃前角和：
=4.2726 =0.7621 同理可知：
代入已知参数，可得，′ (3)、斜齿梳齿刀的结构尺寸：
斜角和牙齿的左右齿形角和：
故 因 ， 同理可推 代入已知参数得′（即第一个正弦规的旋转角度，如图3.3所示）
锐边齿形角 钝边齿形角 。

图3.3 第一个正弦规的旋转角度 经分析、计算可知第二个正弦规应旋转如图3.4所示 图3.4 第二个正弦规的旋转角度 （4）、N-N剖和端面参数的转换关系 p =pcos=13.3518 s=p/2=6.6759 h=hcos=10.4911 h= h cos=5.1427 （5）、线切割的加工齿形参数的转换关系 p =p =13 .3740 s=p/2=6.6870 h=hcos=10.4911 h= h cos=5.1427 锐边齿形角，钝边齿形角。

线切割的加工齿形如图3.5所示 图3.5 线切割加工齿形 再根据资料［26］表3-6，可查得梳齿刀齿形参数的公差：
1)齿距极限误差：mm；

2)相邻齿距最大误差：0.017mm；

3)齿形直线性误差：0.015mm；

4)节线到齿顶修缘起点间距离偏差：mm；

5)齿厚偏差：mm；

6)用量棒测齿厚时量棒过端止端尺寸：mm；

顶刃对后支承面不平行度的偏差：0.015mm。

参考文献 1. 高梦雄 .地下装载机——机构设计与使用 .冶金工业出版社，2002 2. 陈伟，战凯 .DKC-12地下自卸汽车工作及转向液压系统的设计 .矿冶，1996 年6月（第8卷 第2期）：16～19 3. 战凯. DKC-12地下自卸汽车制动系统设计及制动过程分析. 矿冶，1997年12月（第6卷 第4期）：9～13 4. 袁哲俊，刘华明，唐宜胜. 齿轮刀具设计. 新时代出版社，1983 5. 汽车工程手册编辑委员会 .汽车工程手册 .人民交通出版社，2000 6. 齿轮手册编委会 .齿轮手册（上册）第二版 .机械工业出版社，2000 7. 唐增宝，何永然，刘安俊 .机械设计课程设计 .华中科技大学出版社 ，1998 8. 廖念钊，莫雨松，李硕根 .互换性与技术测量 .中国计量出版社，1981 9. 濮良贵，纪名刚 .机械设计 .高等教育出版社，2000 10. 周志雄，孙宗禹 .机械设计制造及自动化英语教程 .湖南大学出版 社，2000 11. 蔡春源 .新编机械设计手册 .辽宁科学技术出版社，1993 12. 天津齿轮机床研究所 .齿轮工手册 .天津人民出版社，1974 13. 北京第一通用机械厂 .机械工人切削手册 .机械工业出版社，1977 14. 中国第一汽车集团公司编写组 .机械工程材料手册 .机械工业出版社，1997 15. 机械传动装置选用手册编委会 .机械传动装置选用手册 .机械工业出版社，1999 16. 辛一行 .现代机械设备设计手册第一卷设计基础 .机械工业出版社，1996 17. 刘鸿文 .材料力学上册第三版 .高等教育出版社，1991 18. 线值计量技术编写组 .齿轮测量 .上海科学技术出版社，1978 19. 机械工程手册，电机工程手册编辑委员会 .机械工程手册第十二卷机械产品（二）
.机械工业出版社，1982 20. 机械工程手册，电机工程手册编辑委员会 .机械工程手册第四卷机械设计（一）
.机械工业出版社，1982 21. 中国人民解放军工程兵机械学校 .工程机械构造（底盘）
.（内部资料）
22. 中国人民解放军工程兵机械学校 .工程机械修理（底盘）下册 .（内部资料）
23. 王沫然 .MATLAB6.0与科学计算 .电子工业出版社，2001 24. 四川省机械工业局 .复杂刀具设计手册 .机械工业出版社，1979 谢辞 历时四个多月的毕业设计到现在已经初步完成。此次毕业设计课题为CA-20地下自卸汽车桥及其制动系统的设计，以提高我国在地下自卸汽车领域的设计和制造能力。通过这次设计，我学到了许多原来未能学到的东西，对过去没有掌握的知识得到了更进一步巩固。独立思考，综合运用所掌握理论知识的能力得到很大的提高，学会了从生产实际出发，针对实际课题解决实际问题，掌握了综合使用各种设计手册、图册、资料的方法，提高了电脑绘图水平，也是为我们即将参加工作所做的必要准备，打下基础，更是我们四年机械设计制造及其自动化专业知识的一次综合。

此次毕业设计是对我们大学四年所学知识做的一次总测验和提升我们设计和解决问题的能力的手段，指导老师李必文副教授不仅在专业知识上对我们细心教导，而且还教导我们正确的人生观，价值观，对我们这些即将走向工作岗位上的学生来说受益匪浅。

本次设计也暴露了我们不少的缺点和问题：对于所学知识还没有做到仔细、认真消化，许多方面还是只有一个大概的认识，没有深入探讨，对实际事物没有深刻得了解，没有做到理论联系实际，没有达到对所学的知识熟练运用的水平。这也从一个侧面反映出我们设计经验不足，思维不够开拓，不够灵活。从而是我得出一个结论：无论是现在还是以后走上工作岗位，还是再深造，都应该虚心向老师和前辈们学习，从而不断完善自我，提高自我水平。

最后，感谢李必文副教授在我们毕业设计过程中帮助与指导，使我在各个方面都有了较大的发展，同时感谢何彬老师在我们液压系统设计过程中给予的帮助。由于这是我们第一次系统性的设计，存在许多缺点和不足，望各位老师谅解！ 附页：
单刃刀具 刀具有切削部分（或产生切屑的部分）和刀杆，常用于车床、转塔车床、龙门刨床、牛头刨床、镗床及类似的机床。图2.30为一典型的单刃刀具，其最重要的特征是切削刃及相邻的刀面。如图所示，可定义如下：
1. 前刀面是切屑流经的表面；

2. 后刀面是与工件已加工面相对的表面；

3. 切削刃是刀面担负切削任务的边缘，主刀刃是切削刃中担负工件过渡表面上切削任务的部门，其余是副刃；

4. 刀尖是主、副刃相连接处的以小段刀刃，它可以是曲线或直线，也可以是主副刀刃的交点。

一般而言，刀具切削时，相对于工件的运动有两个方面：
1. 来自机床主运动的相对运动，可以称为刀具的主运动。

2. 来自于机床进给运动的相对运动（如图2.31）
这两个运动的合成就称为合成切削运动，定义为机床主运动和进给运动而产生的合成运动 应该注意，机床作进给运动时，如刀具并不接触工件，则合成切削运动就等于主运动。当连续进给运动时，主运动与合成运动间的夹角叫做切削速度角。这个角度通常很小，多数情况下可以假设为零。另外，切削速度v-主刀刃上不同选顶点相对于工作的瞬时速度，沿主切削刃可能时变化的，而进给速度刀刃 上不同选定点相对于工件的进给运动的大小是固定不变的，总之，合成速度-刀刃上选顶相对于工作瞬时合成切削运动的大小可以表示:，但因为对大多数实际加工很小，通常可以假设，考虑切削刀具几何角度时，一个很重要的角度就是主偏角。在刀刃上选定点切下的切削层厚度——未变形切削厚度，极大地影响着切削功率，严格地说，应在既垂直切削刃又垂直合成切削运动方向上地测量。然而实际如前所述，因为很小，就在垂直于主运动方向测量，因此在图2.32和后续各图中，就按此测量。所以，由图2.32可知，其中为进给量，即沿进给运动方向测量地切削层参数。单刃刀具切削时，就等于进给量f。

. 切削层地横截面积A近似表示为，其中为背吃刀量，以前叫切削度，背吃刀量是在包含主运动与进给运动所在平面地垂直方向测量地切削层尺寸（图2.31），一般而言，背吃刀量决定单刃刀具从工件切下材料地厚度。

*图2.30 典型单刃刀具。刀柄， 切削部分，刀具轴线，副切削刃，基面，副后刀面，主切削刃，刀尖，前刀面，主后刀面。* *图2.31 外圆车削时合成切削运动。刀具主运动矢量，合成切削速度角，合成切削运动矢量，刀刃上选定点，刀具进给运动矢量。* *图2.32 单刃刀具切削。

进给量，刀杆，主偏角，切削层截面，前刀面，背吃刀量（切削深度），主切削刃，副切削刃，未变形切削厚度，刀尖，包括主运动及进给运动地平面。

夹具 如前所示，工件必须相对于刀具在一定的位置定位并夹紧。工件在划线以后加工之前，还必须确定出相对于机床运动的位置，并将其夹紧。

当需要加工若干相同工件时，通过使用夹具，可无须对每个工件进行划线。但如果加工的是铸件或者锻件，则仍需要对工件进行划线，以确保加工出合格的工件，而不至于造成肋条、内孔等位置便宜。

钻模和其它夹具相似，都是确保工件正确定位和夹紧装置，但也有不同之处，钻模具有在实际加工过程能导引刀具装置，而其它夹具则没有。实际上，在切削过程中，只有对钻头、绞刀以及类似刀具才能进行引导，所以与钻削加工有关的夹具是钻模，而与其它加工有关的则是夹具。夹具可装有调整刀具相对于定位工件位置的装置。

夹具的优点可概括如下：
可以省去划线及其它测量、调整等手续；
由于能使工件正确定位，刀具能正确地导引和调整，不熟练的工人也能有把握地快速进行操作；

便于零件的装配，因为所有零件的一致性好，尺寸公差的范围较小，所以可以省去“试装”和“锉配”工作；
零件具有互换性，如果产品广销各地，备件的供应问题将为之简化。用于装螺栓的螺栓孔通常有1.5～3.0mm的间隙，读者可能怀疑，对这样的零件是否有必要制造精密夹具。应该牢记，夹具一经制造出来，便可用以加工厂许多零件精密制造夹具的附加成本可分摊给为数众多的工件。此外，在机构的装配过程中，即使是很小的误差，累积起来也是很大的。公差一经规定，最好确保其要求，而不允许随意划线使尺寸超出规定值。

（1）
工件的定位。图2.27表示在空间完全不受约束的刚体，此时，它具有6个自由度。考虑这些自由度时，可用三个互相垂直的坐标轴XX、YY、ZZ来表示。物体可沿任一坐标轴移动，因此，它具有三个移动自由度。它还可以绕任一坐标轴转动，因此，又有三个转动自由度，故共有6个自由度。工件定位时，必须限制尽可能多的自由度，以确保加工时获得所需的精度。应尽可能提前加工出合适的定位面来保证精度，并用它人微言轻所有加工面的定位基面，除非有其它原因必须使用另外的定位面。而即使是要用另外的定位面，也必须根据原有的定位面加工新的定位面。

（2）
工件的夹紧。夹紧机构必须夹紧工件，使之能承受切削力，但夹紧力不可过大，以免造成工件变形或损坏。工件夹紧点下方应有支承，以确保力由夹具的主体承受，然后转由机床的工件台和床身承受。设计夹具时，应保证其夹紧机构既能施加合适的夹紧力，又能使夹紧操作迅速、安全。

（3）
内容提要。

1）小批量生产时要对工件进行划线，并用它作为切削的标志线，对铸件、锻件毛坯也要进行划线，以检验是否有足够的加工余量。

2）如果批量允许，工件采用夹具定位夹紧，而不采用划线。夹具上有使工件定位和夹紧的机构，钻模还有切削过程中对刀具导引的元件，而其它夹具则有可在切削前调刀的装置。

译文: Single –Point Tools Single-point tools are cutting tools having one cutting part (or chip producing element) and one shank. They are commonly used in lathes, turret lathes, planers, shapers, boring mills, and similar machine tools. A typical single-point tool is illustrated in Fig.2.30. The most important features are the cutting edges and adjacent surfaces. These are shown in the figure and defined as follows: the face is the surface or surface over which the chip flows. The flank is the tool surface or surfaces over which the surface produced on the work-piece passes. The cutting edge is that edge of the face which is intended to perform cutting. The tool major cutting edge is that entire part of the cutting edge which is intended to be responsible for the transient surface on the work-piece. The tool minor cutting edge is the remainder of the cutting edge. The corner is the relatively small portion of the cutting edge at the junction of the major and minor cutting edges; it may be curved or straight, or it may be the actual intersection of these cutting edges. In general, when a tool is applied to a work-piece, its motion relative to the work-piece has two components: The motion resulting form the primary motion of the machine tool, which can be called the primary motion of the tool. The motion resulting form the feed motion of the machine (Fig.2.31). The resultant of these two tool motions is called the resultant cutting motion and is defined as the motion resulting from simultaneous primary and feed motions. It should be noted that in machine tools where the feed is applied while the tool is not engaged with the work-piece (as in shaping or planning, for example ),the resultant cutting motion is identical to the primary motion. When the feed motion is applied continuously, the angle between the direction of primary motion and the resultant cutting direction is called the resultant cutting-speed angleη. This angle is usually extremely small and for most practical purposes can be assumed to be zero. Further, the cutting speed , the instantaneous velocity of the primary motion of the selected point on the cutting edge relative to the work-piece, can vary along the major cutting edge. The feed speed , the instantaneous velocity of the feed motion of the selected point on the cutting edge relative to the work-piece, is constant. Finally, the resultant cutting speed ,the instantaneous velocity of the resultant cutting motion of the selected point on the cutting edge relative to the work-piece, is given by , ,but since for most practical operations is very small, it can generally be assumed that ,. One of the important tool angles when considering the geometry of a particular machining operation is the angle in Fig.2.32 called the major cutting-edge angle .The thickness of the layer of material being removed at the selected point on the cutting edge, known as the under-formed chip thickness chip thickness ,significantly affects the power required to perform the operation. Strictly, this dimension should be measured both normal to the cutting edge and normal to the resultant cutting direction. However, for all practical purposes, since is small, as described above, can be measured normal to the direction of primary motion; thus in Fig.2.32 and all subsequent figures, will be measured this way. From Fig.2.32, therefore, is given by , where is the feed engagement, the instantaneous engagement of the tool cutting edge with the work-piece measured in the direction of feed motion. For single-point cutting operations is equal to the feed, and therefore, . The cross-sectional area of the layer of material being removed (cross-sectional area of the uncut chip) is approximately giver by, ,where is the base engagement, previously known as depth of cut. The back engagement is the instantaneous engagement of the tool with the work-piece, measured perpendicular to the plane containing the directions of primary and feed motion(Fig.2.31). In general the back engagement determines the depth of material removed from the workpiece in a single point cutting operation. Jigs and Fixtures It has already been stated the work-piece must be located relative to the cutting tool, and be secured in that position. After the work-piece has been marked out, it is still necessary to position it with respect to the machine movement, and to clamp it in that position before machining is started. When several identical work-piece are to be produced the need to mark out each part is eliminated by the use of jigs and fixtures, but if a casting or forging is involve, a trail work-piece is marked out, to ensure that the work-piece can be produced from it, and to ensure that ribs, cores, etc. have not become misplaced. Jigs and fixtures are alike in that they both incorporate devices to ensure that the work-piece is correctly located and clamped, but they fifer in that they both incorporate means of tool guiding during the actual cutting operation, and fixtures do not. In practice ,the only cutting tools that can be guided while actually cutting are drills, reamers, and similar cutters; and so jigs are associated with drilling operations, and fixtures with all other operations. Fixtures may incorporate means of setting the cutting tools relative to the location system. The advantage of jigs and fixtures can be summarized as follows: 1. marking out and measuring and setting out methods are eliminated; 2. unskilled workers may proceed confidently and quickly in the knowledge that the work-piece can be positioned correctly, and the tools guided or set; 3. the assembly of parts is facilitated, since all components will be identical within small limits, and ‘trying’ and filing of work is eliminated; 4. the parts will be interchangeable, and if the product is sold over a wide area, the problem of spare parts will be simplified. Bolt holes often have 1.5mm or even 3.0mm clearance for the bolt, and reader may doubt the necessity of making precision jigs for such work. It must remembered that the jigs, once made, will be used on many components, and the extra cost of an accurately made jigs is spare over a large output. Further more, it is surprising how small errors accumulate in a mechanism during its assembly. When a clearance is specified, it is better to ensure its observance, rather than allow careless marking out and machining to encroach upon it. (1) the location of work-piece. Fig 2.27 represent a body that is completely free in space; in this condition it has six degrees of freedom. Consider these freedom, with respect to the three mutually perpendicular axes XX,YY and ZZ. The body can move along these axes; it therefore has three freedoms of translation. It can also rotate about any of the three axes; it therefore has three freedoms of rotation .the total number of freedoms is six. When work is located, as many of these freedoms as possible must be eliminated, to ensure that the operation is performed with the required accuracy. Accuracy is ensured by machining suitable location features as early as possible, and using them for all location, unless other considerations mean the other location features must be used. If it is necessary, the new location features must be machined as a result of location from the former location features. (2) The clamping of the work-piece. The clamping system must be such that the work-piece is held against the cutting forces, and the clamping force must not be so great as to cause the work-piece to become distorted or damaged. The work-piece must be supported beneath the point of clamping, to ensure that the forces are taken by the main frame of the jig or fixture, and on to the machine table and bed. When jigs and fixtures are designed to ensure that the correct clamping force is applied, and that the clamps can be operated quickly but with safety. (3) Summary 1) small quantity production involves marking out to produce guidelines for machining. Marking out is also done upon trial castings, and forgings, to check that there is enough metal allowed for “cleaning up”. 2) If the quantity permits, work-pieces are located and clamped in jigs or fixtures, instead of marking out each work-piece. Jigs and fixtures incorporate means of locating and clamping the work-piece. Jigs also include means of guiding the tool during the cutting, and fixtures include means of setting the tool before cutting. 3)