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履帶底盤(pán)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

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履帶底盤(pán)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

文獻(xiàn)綜述 題 目 牙輪鉆機(jī)的履帶底盤(pán)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 * 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 *級(jí)*班 學(xué) 號(hào) 541002010* 院 (系) 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) *(副教授) 完成時(shí)間 201*年 *月 * 日 推薦精選牙輪鉆機(jī)的履帶地盤(pán)設(shè)計(jì)摘要:履帶式底盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能決定了它在工程機(jī)械作業(yè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)整體承重對(duì)牙輪鉆機(jī)的要求,進(jìn)行履帶式牙輪鉆機(jī)底盤(pán)的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目研究對(duì)提高工程機(jī)械設(shè)計(jì)水平和履帶行駛技術(shù)水平具有重要意義。該研究應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、汽車(chē)拖拉機(jī)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等理論,對(duì)履帶式行走底盤(pán)的驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究,完成了履帶底盤(pán)主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計(jì)算。利用Auto CAD、Pro/E等工程軟件完成了底盤(pán)的整體設(shè)計(jì),達(dá)到了技術(shù)任務(wù)書(shū)的要求。從而得到了整體機(jī)架與其相關(guān)配合的結(jié)構(gòu)框架,對(duì)以后的進(jìn)一步分析提供了一定的資料。 關(guān)鍵詞:履帶;底盤(pán);行走裝置;設(shè)計(jì)1.該研究的目的及意義 履帶式拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能決定了它在重型工程機(jī)械作業(yè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。首先,支承面積大,接地比壓小。比如,履帶推土機(jī)的接地比壓為0.00020.0008N/,而輪式推土機(jī)的接地比壓一般為0.002 N/。因此,履帶推土機(jī)適合在松軟或泥濘場(chǎng)地進(jìn)行作業(yè),下陷度小,滾動(dòng)阻力也小,通過(guò)性能較好。其次,履帶支承面上有履齒,不易打滑,牽引附著性能好,有利于發(fā)揮交大牽引力。最后,履帶不怕扎、割等機(jī)械損傷。因此,綜合考慮,本設(shè)計(jì)圍繞履帶式行走底盤(pán)的相關(guān)資料對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)及創(chuàng)新。主要以參考工程機(jī)械為主,結(jié)合現(xiàn)有的底盤(pán)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此款履帶拖拉機(jī)適用于我國(guó)大型露天礦山。推薦精選2.履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理 履帶行走裝置有“四輪一帶”(驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪、拖帶輪及履帶),張緊裝置和緩沖彈簧,行走機(jī)構(gòu)組成。履帶行走機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、拖拉機(jī)等野外作業(yè)車(chē)輛。行走條件惡劣,要求該行走機(jī)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,并具有良好的行進(jìn)和轉(zhuǎn)向能力。 履帶與地面接觸,驅(qū)動(dòng)輪不與地面接觸。當(dāng)馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在減速器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合, 連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個(gè)向后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個(gè)向前的反作用力, 這個(gè)反作用是推動(dòng)機(jī)器向前行駛的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力足以克服行走阻力時(shí), 支重輪就在履帶上表面向前滾動(dòng), 從而使機(jī)器向前行駛。整機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)的前后履帶均可單獨(dú)轉(zhuǎn)向,從而使其轉(zhuǎn)彎半徑更小。3.履帶行走機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀自從 20 世紀(jì)初履帶行走機(jī)構(gòu)在坦克上的成功應(yīng)用,隨著科技的發(fā)展,履帶行走機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了大量變型產(chǎn)品,分別應(yīng)用于挖掘機(jī)、推土機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、智能機(jī)器人等產(chǎn)品上,對(duì)其研究也越來(lái)越廣泛。閆清東等對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行坡道轉(zhuǎn)向特性的研究,推導(dǎo)出轉(zhuǎn)向所需的制動(dòng)力和牽引力隨著履帶車(chē)輛方位角的變化關(guān)系,分析了坡道轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)履帶所需的制動(dòng)力和牽引力的變化規(guī)律,同時(shí)指出了導(dǎo)致履帶車(chē)輛坡道轉(zhuǎn)向的不穩(wěn)定因素5。龔計(jì)劃以小型挖掘機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,通過(guò)采用經(jīng)驗(yàn)公式和對(duì)比同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù),確定了履帶行走機(jī)構(gòu)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù),并采用參數(shù)化方法對(duì)履推薦精選帶行走機(jī)構(gòu)主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)6。劉莉提出了根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定履帶行走機(jī)構(gòu)參數(shù)的方法,并根據(jù)履帶行走機(jī)構(gòu)行駛力學(xué),采用離散復(fù)合形法對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化7。李軍等采用測(cè)量圓錐指數(shù)的方法預(yù)測(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引性能及爬坡性能,從而分析其在軟路面的通過(guò)性8。宿月文等根據(jù)履帶車(chē)輛行駛力學(xué)平衡原理, 提出一套牽引動(dòng)力匹配算法,并與實(shí)車(chē)測(cè)試功率結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了該算法的正確性9。陳兵等對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)的硬地面原地轉(zhuǎn)向特性做了研究,通過(guò)分析得出履帶車(chē)輛所受的阻力矩與轉(zhuǎn)向速度無(wú)關(guān)10隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,通用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件日趨完善,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始更多的采用計(jì)算機(jī)數(shù)值分析法對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)開(kāi)展研究。美國(guó)學(xué)者 Q. Li 和 P.D. Ayers等成功開(kāi)發(fā)建立了數(shù)學(xué)分析模型用來(lái)預(yù)測(cè)不同地形對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)的影響11。新加坡學(xué)者 Z.S. Liu 等采用數(shù)值方法對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,首先在 ADAMS 軟件中求出履帶行走機(jī)構(gòu)所受到的力,然后通過(guò)有限元法在 MSC/NASTRAN 中得出履帶行走機(jī)構(gòu)的震動(dòng)響應(yīng),最后在 SYSNOISE 軟件中預(yù)測(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的噪音,從而改進(jìn)履帶行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)12。北京理工大學(xué)學(xué)者陳澤宇, 張承寧在 Matlab/Simulink 中建立動(dòng)力學(xué)仿真模型,討論了履帶中心距和履帶接地長(zhǎng)寬比對(duì)履帶式車(chē)輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向難度的影響13-14;大連理工大學(xué)學(xué)者田洪杰、王國(guó)明分別在 Matlab/Simulink 和 recurdyn 中建立分析模型,對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向性能做了深入的研究15-16;吉林大學(xué)的學(xué)者孔德文、隋文濤等在 ADAMS 環(huán)境中建立了挖掘機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)仿真模型,分別分析了前進(jìn)和后退兩種工況,發(fā)現(xiàn)后退行駛行走阻力大于前進(jìn)行駛的行走阻力,后退行駛比前進(jìn)行駛更平穩(wěn)17;吉林大學(xué)學(xué)者王得勝對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)的履帶架進(jìn)行有限元分析,并提出對(duì)履帶架的一些改進(jìn)的地方18;太原理工大學(xué)學(xué)者凌靜秀通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真和有限元分析對(duì)履帶板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,提高了履帶行走機(jī)構(gòu)的對(duì)地附著力和排泥功能19。從以上的研究現(xiàn)狀可以看出,目前對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)研究主要集中在履帶行走機(jī)構(gòu)的性能、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面以提高履帶行走機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。然而市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)提出了越來(lái)越多的個(gè)性化和多樣化的需求,企業(yè)不僅應(yīng)該提高履帶行走機(jī)構(gòu)的質(zhì)量,同時(shí)還應(yīng)盡可能滿足這些需求。因此本文將采用模塊化設(shè)計(jì)方法,通過(guò)設(shè)計(jì)出不同的模塊,并以這些模塊的配置來(lái)快速的滿足市場(chǎng)提出的個(gè)性化和多樣化需求。推薦精選4.國(guó)外的研究與發(fā)展 1989年W. C. Evans 和D. S. Gove 公布了在硬地面和已耕地上,1種橡膠履帶與1 種四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)牽引性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在相同的底盤(pán)結(jié)構(gòu)情況下,橡膠履帶牽引效率與動(dòng)態(tài)牽引比高,在已耕地和硬地面上其最大牽引效率是85%90%,四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)是70%85%。1988年D.Culshaw試驗(yàn)對(duì)比了摩擦驅(qū)動(dòng)橡膠履帶車(chē)輛和子午線輪胎驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī),橡膠履帶的拉力比輪式多25 %。同時(shí)對(duì)比了裝橡膠履帶的小型自卸車(chē)和類似重量的傳統(tǒng)拖拉機(jī),試驗(yàn)表明履帶自卸車(chē)是輪式拖拉機(jī)拉力的2倍并且在軟土上車(chē)轍小得多。在支撐良好的情況下,橡膠履帶與鋼履帶性能相似。1990年J . H. Esch ,L. L. Bashford ,K. Von Bar2gen ,R. E. Ekstrom 在Nebraska 大學(xué)1986年與1987年實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)和對(duì)比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)在4 種地面(未耕、已耙過(guò)、已犁過(guò)燕麥茬地和玉米茬地)的牽引性能(動(dòng)力牽引比、牽引系數(shù)與打滑率的關(guān)系)。對(duì)比的橡膠履帶拖拉機(jī)質(zhì)量為13 970 kg,履帶寬635 mm ,10 個(gè)前進(jìn)擋。四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)質(zhì)量與之近似,為13 010 kg ,12 個(gè)前進(jìn)擋。兩者均為動(dòng)力換擋,實(shí)驗(yàn)時(shí)的最高限速均為10. 5 km/ h。1993年日本學(xué)者T. Muro , R. Fukagawa , S.Kawahara 在質(zhì)量為4t的橡膠履帶拖拉機(jī)上,為找到最合適的抓地爪形狀,以獲得最大的有效驅(qū)動(dòng)力與破斷力,分析了各種斜坡柏油路面的牽引與破斷性能。結(jié)果表明橡膠抓地爪最合適的形狀是高5 cm的等邊梯形。斜角增加,有效的牽引與破斷效果降低。同時(shí)在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)斜角越大,法向(normal)接觸壓強(qiáng)趨向于朝著橡膠履帶后部增加,對(duì)破斷力的影響則相反。1993 年M. J . Dwyer ,J . A. Okello ,A. J . Scarlett等介紹了西爾索伊研究所(Silsoe Research Institute)在橡膠履帶上所作的工作,建立預(yù)測(cè)橡膠履帶性能的兩種數(shù)學(xué)模型。一種假設(shè)履帶是無(wú)限剛性,一種假設(shè)是無(wú)限柔性。用兩種模型預(yù)測(cè)的性能和從一專用實(shí)驗(yàn)車(chē)輛的試驗(yàn)履帶裝置上得到的田間數(shù)據(jù)相比,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在兩種模型預(yù)測(cè)值之間。試驗(yàn)車(chē)數(shù)據(jù)顯示,接地長(zhǎng)是影響牽引性能的最重要的因素,在接地長(zhǎng)上的壓力分布也是重要的。但履帶的張緊在一定的范圍與所試驗(yàn)的田間條件下是不重要的。圖7是橡膠履帶車(chē)輛和四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的牽引效率,在不同滑轉(zhuǎn)率下的計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,結(jié)果顯示橡膠履帶最高效率比輪式高10%20%。1994 年加拿大Alberta 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究中心(Al2berta FarmMachinery Research Centre) Reed Turner 研究了在四輪驅(qū)動(dòng)Case2IH 9250 拖拉機(jī)上裝4 個(gè)Gilbert和Riplo“GripTrac”橡膠履帶驅(qū)動(dòng)裝置。推薦精選1996 年K. Watanabe 、M. Kitano 、K. Takano 、H.Kato 對(duì)橡膠履帶用于高速越野車(chē)輛進(jìn)行了研究。橡膠履帶裝置的滾動(dòng)阻力比輪胎大得多,文中描述了不同運(yùn)行條件下,如初始張緊、履帶速度、橡膠履帶的溫度對(duì)滾動(dòng)阻力的影響。1995 年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65 橡膠履帶拖拉機(jī),是在其4項(xiàng)結(jié)構(gòu)研究成果基礎(chǔ)上誕生的:(1)橡膠履帶得益于無(wú)輪輞輪胎項(xiàng)目的研究。(2)獨(dú)特的行走系參考CAT SA 型提高速度的研究與L 系列高置驅(qū)動(dòng)輪、平衡臺(tái)車(chē)項(xiàng)目的研究。(3)全動(dòng)力換擋傳動(dòng)系、現(xiàn)代駕駛室與操縱借鑒于鉸接四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的研制項(xiàng)目。(4)液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)源于CAT 推土機(jī)的液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)??ㄌ乇死盏难芯孔C明橡膠履帶拖拉機(jī)在未耕土壤與已耕土壤上的牽引性能都比四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)有明顯的提高(見(jiàn)圖13) 。1997 年美國(guó)迪爾公司也發(fā)表了它對(duì)這一問(wèn)題的研究,對(duì)比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)在不同地面的牽引性能與對(duì)地面的壓強(qiáng)等。數(shù)據(jù)表明(見(jiàn)圖14) ,兩者的差距比圖13 顯示的要小一些。1998 年J . A. Okello 、M. Watany、D. A. Crolla 建立了預(yù)測(cè)橡膠履帶在農(nóng)業(yè)軟地面上的牽引性能與支重輪下接地壓力的模型,此模型考慮到各支重輪對(duì)土壤連續(xù)作用的影響。實(shí)驗(yàn)用土壤剪切與下沉實(shí)驗(yàn)得到的土壤強(qiáng)度參數(shù),成功地模仿了單條橡膠履帶裝置在各支重輪連續(xù)作用下彈塑性土壤變形的效果。在一系列土壤條件下,理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。 1999 年日本學(xué)者Shigeo Awazu、Yoshiaki Kimura 、Shunichi Shibasaki 、Kunihiko Uchida 發(fā)表了對(duì)5條履帶轉(zhuǎn)向車(chē)輛的研究。研究對(duì)象是用于雪地和泥濘地的車(chē)輛,用4 個(gè)獨(dú)立的橡膠履帶裝置代替四輪驅(qū)動(dòng)的4 個(gè)輪胎,接地面積比輪胎增加15 倍。其在類似滑雪場(chǎng)的深雪地與壓實(shí)的雪地以及在泥濘地面上,操作自如。和雪地車(chē)與工程機(jī)械等普通履帶車(chē)輛不同,它在硬路面上能象汽車(chē)一樣轉(zhuǎn)向。為了提高附著能力與自潔能力,橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉(zhuǎn)向并用被證明能減少轉(zhuǎn)向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車(chē)輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒推薦精選的橡膠履帶參數(shù)的方法。 此外,履帶拖拉機(jī)國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機(jī)系列產(chǎn)品。一拖公司的產(chǎn)品無(wú)論是技術(shù)水平、還是生產(chǎn)能力與其相比都不具備競(jìng)爭(zhēng)能力,只有價(jià)格有吸引力,但從性能價(jià)格比分析,一拖產(chǎn)品還是處于劣勢(shì)。因此,公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機(jī)將盡快投放市場(chǎng),借以鞏固傳統(tǒng)市場(chǎng),發(fā)揮競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。5.總結(jié)本次設(shè)計(jì)是在弄清楚履帶底盤(pán)的整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)對(duì)行駛機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程。首先是確定任務(wù)要求的各項(xiàng)參數(shù),然后根據(jù)這這些具體參數(shù)進(jìn)行一步步的計(jì)算,最后把各部分設(shè)計(jì)整合并進(jìn)行細(xì)節(jié)修改。通過(guò)本次文獻(xiàn)綜述的整理,不僅鍛煉了自己查閱資料的能力,讓我熟悉有關(guān)技術(shù)政策及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范手冊(cè),而且對(duì)當(dāng)今社會(huì)機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀有了很大的了解,對(duì)我以后的設(shè)計(jì)奠定了更扎實(shí)的基礎(chǔ),另外,更進(jìn)一步鍛煉了我獨(dú)立思考和動(dòng)手的能力。參考文獻(xiàn)1 吳宗澤.第3版,機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京:高等教育出版社,2006.5:1253. 2 張淑娟、全臘珍.畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖M.中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2007:1196. 3 吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)(上冊(cè))M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,1. 4 吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)(下冊(cè))M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,1.  5 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)第二卷M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000. 6 龔計(jì)劃. 小型液壓挖掘機(jī)履帶行走裝置的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究D. 成都:西南交通大學(xué),2010.7 劉莉. 重型履帶車(chē)輛行走裝置設(shè)計(jì)理論與方法研究D. 吉林:吉林大學(xué), 2005.8 李軍, 李灝, 寧俊帥. 履帶車(chē)輛原地轉(zhuǎn)向特性仿真研究J. 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程, 2010, (5):3-6.9 宿月文, 朱愛(ài)斌, 陳渭, 謝友柏. 連續(xù)采煤機(jī)履帶行走系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)功率匹配與試驗(yàn)J. 煤炭學(xué)報(bào), 2009, 34(3):415-419.10 陳兵, 田政, 尹忠俊, 王文瑞. 履帶車(chē)輛原地轉(zhuǎn)向特性仿真研究J. 車(chē)輛與動(dòng)力技推薦精選術(shù),2011, (2):22-24 . 11 Z.S. 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