履带液压张紧缓冲机构的设计计算

关键词： 爬坡 行走机构 矿山机械 接地

履带行走机构具有牵引力大、接地比压低、爬坡能力强、转弯半径小等特点, 在工程机械、矿山机械等领域得到广泛的应用。液压张紧缓冲机构 (以下简称“张紧机构”) 是其中一个重要部件, 它支承引导轮, 引导履带链轨正确卷绕, 并通过调节履带链轨的松紧程度使履带保持在一定的张紧力范围内工作。张紧缓冲机构分为机械调节式和液压调节式两种。液压调节式调整方便、省力, 得到广泛应用。

1 张紧机构的组成及原理

钻车的张紧机构, 主要由连接架、缓冲弹簧、张紧油缸、注油阀组成。借助黄油枪将黄油压入油缸内, 油缸伸出, 使履带获得一定的张紧力, 当履带在运行中遇到冲击时, 冲击力的变化使弹簧不断伸或缩, 从而起到缓冲的作用。

2 主要设计参数分析

2.1 钻车前进时张紧机构的张紧力

如图1所示, 履带的上方区段为松边, 履带对引导轮的作用力由靠近引导轮端的履带段的下垂量来确定, 最大下垂量可认为是履带段L的中间点, 下垂量h一般取:h= (0.015~0.03) L。

式中:h为履带的下垂量, mm;

L为引导轮与拖轮之间的距离, mm;

履带对引导轮的作用力F由下垂段的履带板的重力作用下产生的拉力来确定:式中:F为履带对引导轮的作用力, N;W为单块履带板总成的重量, N;

A为链轨节距, mm;

a为下垂段履带理想方向与水平方向的夹角, (°) 。

钻车在前进时张紧机构所受的张紧力

2.2 履带行走机构后退时张紧机构的张紧力

如图2所示。除了驱动轮与支重轮之间的履带为松边外, 其余各段均为紧边, 此时的驱动力等于履带的行驶阻力

式中:f为滚动阻力系数

G为附着重量N

此时履带对引导轮的作用力为F2:

式中:T为作用在单条履带上的行驶阻力N

所以在后退时张紧机构的预设张紧力F3应为:

由式 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 比较可以得出F3>F2, 即在后退时履带将引导轮向后拉动的距离t最大, 并累积在松边, 若移动距离t过大, 则有脱链的危险, 所以为保证后退行驶, 在设计张紧机构时, 张紧力应以后退时的履带对引导轮的拉力为设计依据。

2.3 弹簧的设计选型原则

弹簧参数的选择和弹簧座、张紧轮支座的连接方式及驱动轮位置等因素有关。其主要参数如下:

(1) 弹簧的预紧力P=F3。

(2) 弹簧工作行程终了时的压缩力Pn= (1.5~2) P。

(3) 弹簧工作行程需考虑履带和驱动轮卡入石块时能脱离啮合, 即工作行程fv为:

式中:DKe为驱动轮齿顶圆直径, mm;

DKi为驱动轮齿根圆直径, mm;

tmax为引导轮向后的最大偏移量, mm;

弹簧其他参数可参考设计手册。

2.4 张紧油缸的设计

此油缸为单作用液压缸, 其主要设计参数为液压缸缸径D (mm) 和液压缸行程D (mm) 。

式中:P为液压缸额定压力, MPa;

当履带因销轴与销孔磨损而延长时, 张紧机构可以对其补偿调节, 也可以拆掉一块履带板并恢复履带的正常张紧度。因此, 液压张紧机构张紧油缸行程S必须有一定调节行程。

3 结语

履带行走机构的张紧机构的设计原则如下。

(1) 当履带行走机构受到冲击载荷或跨越障碍时, 能完全补偿履带的曲线变化, 以防止履带行走机构零件过载。

(2) 在正常工作条件下, 预紧力能保证引导轮不会因为履带跳动而后移, 因此张紧机构必须有合适的预紧力。

(3) 张紧油缸必须有一定的调节行程以使履带保持张紧度。

以上分析及设计方法为张紧机构的设计提供了依据。在钻车的履带行走机构中依据上述方法确定主要参数, 可满足设计要求, 使用实践证明上述参数的确定方法是合理的。

摘要：履带行走机构是机械设备的一个重要组成部分, 履带过分松弛会导致在行走中产生脱链和振跳现象, 过紧, 则会增大磨损, 因此履带必须有合适的张紧度。本文在分析钻车履带的液压张紧缓冲机构工作原理的基础上, 系统的介绍该机构的主要设计参数和计算方法, 并给出相关的设计准则。

关键词：钻车,履带,液压张紧,弹簧,参数计算

参考文献

[1] 工程机械底盘构造与设计[M].中国建筑工业出版社, 1980.

[2] 江创华.履带张紧装置预紧力的计算[J].工程机械, 2004 (6) :18～20.

[3] 成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2002.