液壓挖掘機履帶漲緊裝置的設計計算

姜海濤，張艷明，謝 廣

（山重建機（濟寧）有限公司，山東 濟寧 272000）

液壓挖掘機履帶漲緊裝置的設計計算

姜海濤，張艷明，謝 廣

（山重建機（濟寧）有限公司，山東 濟寧 272000）

因液壓挖掘機的使用環(huán)境普遍都是泥土、沙石等較惡劣的工況，履帶式行走裝置具有牽引力強和路面適應能力好等優(yōu)點，所以履帶式的行走裝置得到了廣泛的應用。

履帶式的行走裝置其與地面有較大的接觸面積，這樣會大大降低接地比壓，在泥濘的路面上也可以行走自如，不會出現(xiàn)輪式挖掘機因接地比壓大而深陷泥潭的尷尬處境。

履帶式液壓挖掘機行走時，漲緊裝置起到了非常重要的作用，漲緊裝置參數(shù)設計的正確與否直接影響著整個挖掘機行走裝置能否正常使用。如果漲緊裝置參數(shù)設計小了，那么挖掘機在行走時就會出現(xiàn)異響、跳齒，嚴重時還會出現(xiàn)脫軌等現(xiàn)象。如果漲緊裝置參數(shù)設計大了，行走時又會出現(xiàn)卡滯、內(nèi)阻增大從而影響四輪一帶的使用壽命，嚴重時將影響下車的使用壽命。怎么才能確定漲緊裝置設計的正確與否？

1 工作原理

如圖1所示是某8噸挖掘機履帶漲緊彈簧，它的工作原理是通過2和導向輪上的支座固定在下車上，從1處注入黃油將4頂出，從而使安裝在4上面的導向輪向前移動，達到漲緊履帶的目的，當導向輪受力時，4會向后移動從而壓縮3，當3的壓縮產(chǎn)生的力與外力平衡時，3將不再壓縮。當外力減小或消失時，3將向前形變恢復初始的狀態(tài)，履帶將重新被漲緊。這種通過漲緊彈簧的壓縮、釋放改變輪距可以有效地減小下車行走時對行走馬達的沖擊、防止履帶脫軌等。

漲緊裝置就是通過漲緊彈簧的壓縮、恢復產(chǎn)生的形變進行輪距的調節(jié)，從而達到緩解沖擊、漲緊履帶的目的，所以漲緊彈簧的參數(shù)設計就尤為重要了。

圖1 某8噸挖掘機履帶漲緊彈簧

2 設計計算

挖掘機履帶漲緊裝置的設計必須要先確定3個參數(shù)，即安裝載荷、最大載荷、最大行程。

驅動輪前驅時是挖掘機行走的一種極限狀態(tài)，如圖2所示，其中①、②、③處受力最大均是驅動力F，④處不受力，當行走馬達驅動力最大時（低速最大扭矩），F(xiàn)值達到最大，此時漲緊裝置受力達到最大值2F(F=M/R)。M為行走馬達驅動的最大輸出扭矩，R為驅動輪分度圓的半徑。

挖掘機原地轉彎是正常工作經(jīng)常出現(xiàn)的一種狀態(tài)，這種狀態(tài)下受到的阻力要比直行時受到的阻力大，而此時圖2中漲緊裝置受到的力就是2Fr，F(xiàn)r=0.25βμmgL/B。

圖2 驅動輪前驅時是挖掘機行走的一種極限狀態(tài)

μ—— 履帶轉彎時最大摩擦因數(shù)，一般取值0.4～0.7，此處取極限值1.0；

β—— 履帶板側邊與地面刮土的附加阻力系數(shù)，β=1.15；

m——整機質量；

L——整機輪距；

B——整機軌距。

根據(jù)以上兩個狀態(tài)分析，導向輪傳給漲緊裝置的力分別是2F、2Fr

因挖掘機行走時允許跳齒

驅動力最大漲緊壓縮量

原地轉彎阻力漲緊壓縮量

S——漲緊裝置的最大行程，取45mm；

F——行走馬達驅動力，F(xiàn)=38 007.5N；

Fr——原地轉彎阻力，F(xiàn)r=31 442.5N；

P1——漲緊裝置的安裝載荷，P1=53 900N；

K——彈簧的彈性系數(shù)，K=589N/mm；

D頂——驅動輪的齒頂圓直徑，mm；

D根——驅動輪的齒根圓直徑，mm；

L——驅動力最大彈簧漲緊壓縮量，mm；

L1—— 原地轉彎彈簧漲緊壓縮量，L1= 15.3mm。

1）因式1中π（D頂-D根)/4是一個定值（42.3mm,根據(jù)驅動輪計算得來），指定S＝45mm,漲緊裝置的最大行程就確定了。

2）按式2行走馬達最大驅動力時漲緊彈簧壓縮量L≤S，因為履帶正常工作時有一定的下垂量，當履帶受力繃緊時，履帶走過的距離為2h,所以正確的公式應該是L+h≤S(h可以根據(jù)履帶正常漲緊時下垂狀態(tài)來計算)，此處h取值4.8mm，確定L取值37.5mm。

3）式3中L1≤節(jié)距/4=X,根據(jù)收集、整理的國外知名品牌的挖掘機參數(shù)，L1/X的比值在0.3～0.5之間，正常工作時此值過大容易引起異響、跳齒、脫軌等問題，過小又會出現(xiàn)緩沖差、內(nèi)阻增大、行走馬達沖擊大、卡死等問題。

綜上所述，設安裝載荷P1、漲緊彈簧剛度K為未知數(shù)

根據(jù)式4可求出P1、K的值。確定了P1、K值之后，根據(jù)彈簧的參數(shù)計算，查《機械設計手冊》可得彈簧的具體參數(shù)。

3 結 語

本文提出了通過確定挖掘機行走時的兩個狀態(tài)下漲緊彈簧壓縮量，來計算漲緊裝置的安裝載荷P1和彈簧剛度K,從而計算漲緊裝置的各個參數(shù)。

本文中的計算方法可以應用于挖掘機行走裝置的新設計，也可以對已設計完成的挖掘機行走裝置是否合理進行判定。

[1]成大先.機械設計手冊(5版)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2]陳國俊.液壓挖掘機(上冊)[M].武漢：華中科技大學出版社，2011.

(編輯 吳學松）

Calculation in design of hydraulic excavator crawler tension bridle device

JIANG Hai-tao, ZHANG Yan-ming, XIE Guang

TU621

B

1001-1366(2015)01-0044-02

2014-09-22