履帶式液壓挖掘機張緊裝置受力計算

吳金鋒，黃金輝，張亞龍

（徐州徐工挖掘機械有限公司，江蘇 徐州 221000）

履帶行走機構(gòu)具有牽引力大、接地比壓低、爬坡能力強、轉(zhuǎn)彎半徑小等特點，在工程機械、礦山機械等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。履帶行走機構(gòu)主要包括引導(dǎo)輪、張緊緩沖裝置、鏈軌及履帶板、支重輪、托鏈輪、縱梁、驅(qū)動輪等。液壓張緊緩沖機構(gòu)是一個很重要的部件，它支承引導(dǎo)輪，引導(dǎo)履帶鏈軌正確卷繞，并通過調(diào)節(jié)履帶鏈軌的松緊程度使履帶鏈保持在一定的張緊力范圍內(nèi)工作。

挖掘機張緊緩沖裝置在履帶機構(gòu)行走過程中受到?jīng)_擊時起到緩沖作用，防止履帶行走機構(gòu)零件過載，并能夠減小履帶振跳。在設(shè)計履帶行走機構(gòu)時，履帶必須要有合適的張緊度。張緊度過大會增加履帶銷與銷套以及各軸承間的摩擦力，加快磨損；張緊度過小會引起履帶振跳，降低行駛穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)彎或倒退過程中甚至引起履帶脫軌［1］。因此，液壓張緊緩沖機構(gòu)的設(shè)計具有重要意義。

1 機構(gòu)組成

挖掘機的履帶張緊裝置在履帶行走機構(gòu)前端，主要由張緊油缸、彈簧、活塞軸和油杯等組成。這種帶有輔助液壓缸的彈簧張緊裝置借助潤滑用的黃油槍將黃油壓注入油缸中，一端移動導(dǎo)向輪，另一端壓縮彈簧使之預(yù)緊。預(yù)緊后的彈簧尚需留有適當(dāng)?shù)男谐唐鹁彌_作用。如果履帶太緊需放松時，可擰開注油嘴，從液壓缸中放出適量的黃油。在工作過程中，張緊裝置的活塞軸一端貼靠在縱梁內(nèi)部的擋板上，另一端與引導(dǎo)輪相連。在履帶受到?jīng)_擊時，引導(dǎo)輪可以通過壓縮張緊彈簧向后移動。當(dāng)沖擊消退時，引導(dǎo)輪在張緊裝置彈簧的作用下推動活塞桿，使引導(dǎo)輪張緊履帶恢復(fù)到正常的張緊力。圖1為一種挖掘機履帶用張緊緩沖機構(gòu)。

圖1 張緊裝置

2 主要設(shè)計參數(shù)分析

2.1 挖掘機前進(jìn)時張緊機構(gòu)的張緊力

挖掘機在工作過程中履帶行駛方向始終在前進(jìn)方向上時，挖掘機前進(jìn)時履帶各段的受力情況如圖2所示。

圖2 挖掘機前進(jìn)時履帶各段的受力情況

履帶上方區(qū)段為松邊，履帶對引導(dǎo)輪的作用力由靠近引導(dǎo)輪端履帶段的下垂量來確定。最大下垂量可認(rèn)為是在履帶段L的中間點，下垂量一般取為

式中h——履帶的下垂量，mm；

L——引導(dǎo)輪與托鏈掄之間的距離，mm。履帶對引導(dǎo)輪的作用力F由下垂段的履帶板在重力作用下產(chǎn)生的拉力來確定

式中F——履帶對引導(dǎo)輪的作用力，N；N—— 單塊履帶板、鏈軌及連接螺栓組的重量，N；

t——鏈軌節(jié)距，mm；

α—— 下垂段履帶理想方向與水平方向的夾角，°。

挖掘機在前進(jìn)時張緊裝置的張緊力為

2.2 挖掘機后退時液壓張緊機構(gòu)的張緊力

在挖掘機轉(zhuǎn)場時會倒退行車，這時履帶各段的受力情況如圖3所示。除了驅(qū)動輪與支重輪之間的履帶段為松邊外，其余各段均為緊邊。此時的驅(qū)動力等于履帶的行駛阻力

式中f——滾動阻力系數(shù)，挖掘機取f=0.07；

G——附著重量，N。

圖3 挖掘機后退時履帶各段的受力情況

此時履帶對引導(dǎo)輪的作用力

式中T——作用在單條履帶上的行駛阻力，N。所以挖掘機在后退時張緊機構(gòu)的預(yù)設(shè)張緊力

在后退的情況下履帶上方區(qū)段為緊邊，履帶下垂量變小，下垂段履帶理想方向與水平方向的夾角變小，下垂段的履帶在重力作用下對引導(dǎo)輪的作用力變大。由式（1）-（4）比較可以得出：FH>FQ，即在挖掘機前進(jìn)時履帶行走機構(gòu)可以正常行駛，在后退時履帶會將引導(dǎo)輪向后拉動一定的距離，直到張緊機構(gòu)的張緊力與履帶對其產(chǎn)生的拉力平衡為止。這時引導(dǎo)輪身后移動距離e，并累積在履帶松邊段。若移動距離e過大，則有脫鏈危險，所以為保證挖掘機在后退行駛中正常驅(qū)動，在設(shè)計挖掘機張緊機構(gòu)時，張緊力應(yīng)以后退時的履帶對引導(dǎo)輪的拉力為設(shè)計依據(jù)。

3 結(jié)束語

本文介紹了履帶式挖掘機用張緊裝置的工作原理，分析了在前進(jìn)和后退兩種工況下張緊裝置的受力情況，可為挖掘機張緊裝置的設(shè)計選型提供參考。