余　揚

摘要:履帶行走機構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程機械、煤礦機械中,如工程挖掘機械、煤礦井下掘進(jìn)與裝載機械等。履帶行走機構(gòu)具有接地面積大、接地壓力小、轉(zhuǎn)彎半徑小等特點,它主要是由導(dǎo)向輪、張緊裝置、履帶架、履帶鏈、支重輪、驅(qū)動裝置等組成的。

關(guān)鍵詞:履帶行走機構(gòu)驅(qū)動裝置內(nèi)置式外置式

1 基本形式結(jié)構(gòu)[1]

目前,履帶行走機構(gòu)基本采用兩種形式結(jié)構(gòu),一種是履帶行走動力裝置內(nèi)置在履帶架中,如圖1所示;另一種是履帶行走動力裝置外置于履帶架一側(cè),一般多在內(nèi)側(cè),如圖2所示。內(nèi)置式的履帶板寬度尺寸不受影響,工程機械基本采用這種形式結(jié)構(gòu);外置式的履帶板寬度尺寸受動力裝備的約束,調(diào)整受到一定限制,煤礦掘進(jìn)設(shè)備中,兩種形式結(jié)構(gòu)都有采用。

采用履帶行走機構(gòu)的機械設(shè)備,動力裝置基本采用液壓傳動,用液壓馬達(dá)作驅(qū)動元件。馬達(dá)在履帶架上安裝的方式不同,對履帶行走機構(gòu)適用的作業(yè)場合有一定影響。

動力裝置內(nèi)置式,履帶架結(jié)構(gòu)受內(nèi)置動力元件制約,外形幾何形狀較大,隨著動力的增大,外形尺寸也隨之增大。動力裝置內(nèi)置式,履帶板寬度可按實際需要設(shè)計,不受履帶架及動力裝置的約束。

動力裝置外置式,側(cè)掛在與機架連接的一側(cè),動力側(cè)掛鏈輪設(shè)計不受動力元件約束,履帶行走機構(gòu)外形尺寸可相對較小,適宜施工場地相對低矮狹小的煤礦井下作業(yè)。我們公司設(shè)計制造的裝煤機就是采用這種形式結(jié)構(gòu),其設(shè)計依據(jù)之一就是基于上述對兩種結(jié)構(gòu)的初步分析比較。

1.1 內(nèi)置式結(jié)構(gòu)[2]

動力裝置內(nèi)置的履帶行走機構(gòu),多數(shù)是采用軸向柱塞馬達(dá)與大速比行星傳動機構(gòu)組合的動力裝置。動力裝置安裝在履帶架中,履帶驅(qū)動鏈輪直接安裝在動力裝置輸出殼體上,與動力裝置組成一體,裝上組裝式履帶板,動力裝置和履帶架等一起包裹在履帶形成的閉環(huán)中,動力元件不易受外力碰撞而損壞。由于履帶鏈輪與動力裝置組成一體,鏈輪幾何尺寸受到動力裝置殼體幾何尺寸的影響,內(nèi)置式履帶行走機構(gòu)幾何尺寸相對較大。

根據(jù)牽引力公式,T=

式中:T——牽引力 N

Mm——動力裝置輸出轉(zhuǎn)矩 N·m

R——驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑 m

ηm——液壓馬達(dá)機械總效率 %

可以看出,當(dāng)驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑增大時,要得到需要的牽引力,動力裝置輸出轉(zhuǎn)矩就要相應(yīng)地增大。

1.2 外置式結(jié)構(gòu)[3]

動力裝置外置側(cè)掛的履帶行走機構(gòu),多數(shù)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)與單級行星傳動機構(gòu)組合的動力裝置。

動力裝置外置,根據(jù)牽引力公式,在牽引力相同時,隨著驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑的減小,動力裝置輸出轉(zhuǎn)矩可隨之相應(yīng)減小。這樣,由于驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑的減小,履帶行走機構(gòu)的幾何尺寸相應(yīng)減小,其設(shè)備重量可減輕,對動力的要求也同步減小。

另一方面,為適應(yīng)工作環(huán)境的需要,要求加大設(shè)備牽引力而只允許加大機重不能改變外形尺寸時,外置式履帶行走機構(gòu)更適合這種實際需求。

2 行走機構(gòu)對機械性能的影響

履帶行走機構(gòu)是各種自行走工程機械的關(guān)鍵部件,它的幾何尺寸影響整機外形尺寸,同時還一定程度地影響整機的使用性能。

進(jìn)一步分析可以看出,當(dāng)動力裝置輸出轉(zhuǎn)矩相同、驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑不同時,根據(jù)牽引力公式,T=,在驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑R↑時,牽引力T↓,反之,當(dāng)R↓時,T↑。

以下是兩種相同輸出轉(zhuǎn)矩履帶行走機構(gòu)外形的比較。

圖1所示的內(nèi)置式履帶行走機構(gòu),其理論輸出轉(zhuǎn)矩為:7000～8000 N·M,外形尺寸是:2692×350×571MM。

圖2所示的外置式履帶行走機構(gòu),其理論輸出轉(zhuǎn)矩同為:7000～8000N·M,外形尺寸是:2150×350×441MM。

履帶板寬度可根據(jù)實際需要,在對機架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整后再調(diào)整,驅(qū)動裝置不影響履帶寬度的變化,這是內(nèi)置式履帶機構(gòu)的特點。

當(dāng)實際需要輸出轉(zhuǎn)矩為:9500～11000N·M時,

內(nèi)置式由于液壓驅(qū)動裝置外形尺寸的變化,帶來履帶行走機構(gòu)外形尺寸調(diào)整增大為:2800×350×656MM。

外置式僅需要調(diào)整液壓馬達(dá)安裝法蘭幾何尺寸,對履帶架相關(guān)部分進(jìn)行加固,其它部件不變,外形尺寸也不變。

這進(jìn)一步說明外置式履帶行走機構(gòu)更適用于煤礦井下小型連續(xù)作業(yè)的裝載機械。

3 裝煤機對行走機構(gòu)的要求

裝煤機在實現(xiàn)替代人工完成裝載轉(zhuǎn)運功能后,外形尺寸盡可能小型化以滿足煤巷作業(yè)現(xiàn)場需要,是設(shè)計考慮的依據(jù)之一,而履帶行走機構(gòu)是其關(guān)鍵問題。

從履帶行走機構(gòu)與地面接觸時,平均接地比壓來分析。

平均接地比壓公式,P= ×103

式中:P——設(shè)備的平均接地比壓 Mpa

G——設(shè)備整機重量 KN

L——單側(cè)履帶行走機構(gòu)接地長度 mm

b——履帶板寬度 mm

可以看出,當(dāng)平均接地比壓相等時,隨著設(shè)備整機重量的增大,履帶板寬度和單側(cè)履帶行走機構(gòu)接地長度需要相應(yīng)增大。在煤礦煤巷相對狹小的空間里,設(shè)備體積的增大,使得其運行的機動性能受到一定制約,這會給煤巷現(xiàn)場作業(yè)帶來很大的不方便。

同時,由于內(nèi)置式履帶架自身較高,操縱臺架也相應(yīng)較高,難以適應(yīng)煤巷現(xiàn)場相對低矮的工作環(huán)境。

裝煤機主要用于煤礦井下煤巷炮掘現(xiàn)場自動裝載轉(zhuǎn)運,持續(xù)行走的同時鏟板插入料堆,耙爪連續(xù)耙取物料送入受料口,輸送機將物料輸送到后部的轉(zhuǎn)運設(shè)備上。裝煤機在行進(jìn)過程中同時要完成鏟取、輸送、轉(zhuǎn)運作業(yè),因此對設(shè)備的動力要求比其它工程機械高。同時因為受到煤礦井下作業(yè)環(huán)境和工作條件的制約,設(shè)備外形要求緊湊。

4 結(jié)論

通過分析比較,裝煤機設(shè)計采用動力外置式履帶行走機構(gòu)具有合理性、實用性。動力外置式履帶行走機構(gòu)也存在一些問題,如影響后部轉(zhuǎn)運設(shè)備的連接,動力裝置懸掛偏重等。

我們公司在設(shè)計中對動力外置式履帶行走機構(gòu)存在的問題進(jìn)行綜合考慮,采用一些合理的解決方法,滿足了煤礦井下炮掘作業(yè)現(xiàn)場的需求。通過工業(yè)試驗和用戶實際使用,我們公司設(shè)計制造的蟹爪式全液壓裝煤機達(dá)到設(shè)計要求,取得較好的使用效果。

注釋:

[1]鏟土運輸機械設(shè)計.機械工業(yè)出版社1981年.工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計.中國建筑工業(yè)出版社.1980年.

[2]礦山機械.冶金工業(yè)出版社.1981年.

[3]國外掘進(jìn)機.煤炭工業(yè)出版社.1986年.掘進(jìn)機選型手冊.煤炭工業(yè)出版社.1989年.采掘機械.煤炭工業(yè)出版社.1981年.