重型掘進(jìn)機(jī)履帶式行走機(jī)構(gòu)的研究

楊春海

摘 要：介紹了重型掘進(jìn)機(jī)履帶式行走機(jī)構(gòu)的工作方式和技術(shù)特點(diǎn)，主要對(duì)行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了解決方法，以期為行走機(jī)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；行走機(jī)構(gòu)；履帶；過(guò)載能力

中圖分類號(hào)：TD421.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.100

履帶作為井下重型設(shè)備的行走機(jī)構(gòu)，在整機(jī)的正常運(yùn)行中起著非常重要的作用。井下環(huán)境惡劣、底板不平整，如果煤泥水排放不及時(shí)，則履帶在工作時(shí)常處于被物料包裹的狀態(tài)，導(dǎo)致履帶被磨損、破壞。因此，井下履帶設(shè)計(jì)的影響因素較多，不僅要保證履帶的正常嚙合行走，還要考慮石塊進(jìn)入履帶時(shí)對(duì)其的磨損。

1 履帶行走裝置的工作方式和技術(shù)特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)外履帶行走的方式主要有以下2種：①電機(jī)驅(qū)動(dòng)。是指由電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)履帶行走。②液壓驅(qū)動(dòng)。是指由液壓馬達(dá)通過(guò)減速器降速增扭驅(qū)動(dòng)履帶行走。

履帶行走裝置的電驅(qū)技術(shù)有以下4個(gè)特點(diǎn)：①過(guò)載能力強(qiáng)。由于電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力，在外界轉(zhuǎn)速降低時(shí)，扭矩能迅速、成倍增長(zhǎng)，從而有效提高整機(jī)的通過(guò)性。②行走速度快、能量損失小、傳動(dòng)效率高。③為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)行走無(wú)級(jí)變速功能，電驅(qū)需配備相應(yīng)的變頻器，但成本較高。④傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜。整個(gè)傳動(dòng)線路由電機(jī)、制動(dòng)器、減速器和輸出鏈輪組成，占用空間較大。

液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)有以下4個(gè)特點(diǎn)：①無(wú)過(guò)載能力。受液壓壓力和溢流閥的限制，實(shí)際輸出的驅(qū)動(dòng)力基本與設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力一致。在行走中遇到堵轉(zhuǎn)的情況下，液壓處于完全卸載狀態(tài)，無(wú)任何過(guò)載能力。②行走速度慢、能量損失大、傳動(dòng)效率低。由于液壓傳動(dòng)過(guò)程中的能量損耗較大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率較低，損耗的能量會(huì)使整個(gè)產(chǎn)生系統(tǒng)發(fā)熱，因此，應(yīng)增加相應(yīng)的冷卻裝置。③變量泵+變量馬達(dá)的配置無(wú)需增設(shè)其他配置，即可輕松實(shí)現(xiàn)履帶驅(qū)動(dòng)的無(wú)級(jí)變速，并具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。此外，配置平衡閥還可提升系統(tǒng)的平衡性。④傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊。傳動(dòng)線路由馬達(dá)、內(nèi)制動(dòng)器、內(nèi)制式減速器和輸出鏈輪組成。由于馬達(dá)、制動(dòng)器和減速器可合成一體，并安裝在履帶鏈內(nèi)部，不會(huì)占用較大的空間，這有利于整機(jī)的空間布置。

從上述特點(diǎn)可以看出，液壓驅(qū)動(dòng)比較適合整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)過(guò)載能力要求低、行走功率小的系統(tǒng)；而電機(jī)驅(qū)動(dòng)比較適合整機(jī)質(zhì)量較大、具有一定的過(guò)載能力和行走功率大的系統(tǒng)。受到煤礦井下巷道條件的限制，掘進(jìn)機(jī)整體的尺寸應(yīng)緊湊，質(zhì)量不可超過(guò)130 t，且應(yīng)具有水冷散熱、行走速度較慢的特點(diǎn)。因此，基本可全部采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式。

2 履帶行走裝置的可靠性研究

2.1 導(dǎo)向裝置的可靠性設(shè)計(jì)

井下掘進(jìn)機(jī)履帶所處的環(huán)境較為惡劣，履帶兩側(cè)物料受到巷道的擠壓后極易卷入履帶，進(jìn)而封死履帶內(nèi)部空隙。因此，為了保證導(dǎo)向裝置的可靠性，取消了履帶中常用的緩沖裝置，且為了避免導(dǎo)向裝置中的張緊油缸受損，在張緊后加入了墊板，從而保證油缸卸壓后的張緊行程穩(wěn)定。

2.2 鏈輪的可靠性設(shè)計(jì)

鏈輪齒形復(fù)雜，以往較難精確計(jì)算鏈輪的受力情況。隨著三維有限元軟件的普及，復(fù)雜零部件的計(jì)算變得越來(lái)越簡(jiǎn)單。因此，鏈輪的可靠性計(jì)算可在利用三維軟件建模后開(kāi)展有限元分析。雖然鏈輪在嚙合時(shí)為多個(gè)齒同時(shí)受力，但理論計(jì)算可以按驅(qū)動(dòng)力的平均數(shù)對(duì)單個(gè)齒進(jìn)行受力分析。而在實(shí)際嚙合過(guò)程中，受履帶節(jié)距磨損的影響，加之鏈輪嚙合表面有物料堆積，可能出現(xiàn)單齒受力的情況。因此，鏈輪輪齒有限元分析可按單齒計(jì)算，且可滿足履帶的可靠性要求。

2.3 支重輪的可靠性設(shè)計(jì)

支重輪為整機(jī)的支重部分。極端條件下，單個(gè)支重輪將承受整機(jī)50%的質(zhì)量，因此，支重輪的可靠性設(shè)計(jì)至少應(yīng)按整機(jī)質(zhì)量的50%計(jì)算；支重輪內(nèi)部的銅瓦應(yīng)能承受側(cè)向力，因此，需要按照單個(gè)受牽引力的最大點(diǎn)計(jì)算。為了加強(qiáng)支重輪表面的抗磨損能力，需對(duì)支重輪表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，一般采用表面淬火或滲碳淬火的方式。

2.4 履帶鏈的可靠性設(shè)計(jì)

掘進(jìn)機(jī)履帶鏈主要由整體鑄造或鍛造履帶板加裝履帶銷和安裝在兩側(cè)的擋銷組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、井下使用方便的特點(diǎn)。輕、中型掘進(jìn)機(jī)可使用鑄造履帶板，這樣可有效降低使用成本；重型掘進(jìn)機(jī)主要用于巖巷的截割，機(jī)身振動(dòng)較嚴(yán)重，作用力傳遞到履帶時(shí)，需要履帶具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，因此，應(yīng)選用鍛造履帶板。此外，履帶銷應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的抗沖擊性、耐磨性，因此，可選擇調(diào)質(zhì)材料，并采取淬火后低溫回火的熱處理或調(diào)處理加表淬的工藝來(lái)保證材料的性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析履帶行走裝置各部件的設(shè)計(jì)及其使用中易出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方案，有效提高了履帶各部件的強(qiáng)度和耐磨性，對(duì)履帶行走裝置的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

〔編輯：張思楠〕