裝煤機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)分析與選用

余　揚(yáng)

摘要:履帶行走機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、煤礦機(jī)械中,如工程挖掘機(jī)械、煤礦井下掘進(jìn)與裝載機(jī)械等。履帶行走機(jī)構(gòu)具有接地面積大、接地壓力小、轉(zhuǎn)彎半徑小等特點(diǎn),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(dòng)裝置等組成的。

關(guān)鍵詞:履帶行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)基本采用兩種形式結(jié)構(gòu),一種是履帶行走動(dòng)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(dòng)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(jī)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(dòng)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(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備,動(dòng)力裝置基本采用液壓傳動(dòng),用液壓馬達(dá)作驅(qū)動(dòng)元件。馬達(dá)在履帶架上安裝的方式不同,對(duì)履帶行走機(jī)構(gòu)適用的作業(yè)場(chǎng)合有一定影響。

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

動(dòng)力裝置外置式,側(cè)掛在與機(jī)架連接的一側(cè),動(dòng)力側(cè)掛鏈輪設(shè)計(jì)不受動(dòng)力元件約束,履帶行走機(jī)構(gòu)外形尺寸可相對(duì)較小,適宜施工場(chǎng)地相對(duì)低矮狹小的煤礦井下作業(yè)。我們公司設(shè)計(jì)制造的裝煤機(jī)就是采用這種形式結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)依據(jù)之一就是基于上述對(duì)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(dòng)力裝置內(nèi)置的履帶行走機(jī)構(gòu),多數(shù)是采用軸向柱塞馬達(dá)與大速比行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合的動(dòng)力裝置。動(dòng)力裝置安裝在履帶架中,履帶驅(qū)動(dòng)鏈輪直接安裝在動(dòng)力裝置輸出殼體上,與動(dòng)力裝置組成一體,裝上組裝式履帶板,動(dòng)力裝置和履帶架等一起包裹在履帶形成的閉環(huán)中,動(dòng)力元件不易受外力碰撞而損壞。由于履帶鏈輪與動(dòng)力裝置組成一體,鏈輪幾何尺寸受到動(dòng)力裝置殼體幾何尺寸的影響,內(nèi)置式履帶行走機(jī)構(gòu)幾何尺寸相對(duì)較大。

根據(jù)牽引力公式,T=

式中:T——牽引力 N

Mm——?jiǎng)恿ρb置輸出轉(zhuǎn)矩 N·m

R——驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)圓半徑 m

ηm——液壓馬達(dá)機(jī)械總效率 %

可以看出,當(dāng)驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)圓半徑增大時(shí),要得到需要的牽引力,動(dòng)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(dòng)力裝置外置側(cè)掛的履帶行走機(jī)構(gòu),多數(shù)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)與單級(jí)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合的動(dòng)力裝置。

動(dòng)力裝置外置,根據(jù)牽引力公式,在牽引力相同時(shí),隨著驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)圓半徑的減小,動(dòng)力裝置輸出轉(zhuǎn)矩可隨之相應(yīng)減小。這樣,由于驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)圓半徑的減小,履帶行走機(jī)構(gòu)的幾何尺寸相應(yīng)減小,其設(shè)備重量可減輕,對(duì)動(dòng)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(jī)重不能改變外形尺寸時(shí),外置式履帶行走機(jī)構(gòu)更適合這種實(shí)際需求。

2 行走機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)械性能的影響

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

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

以下是兩種相同輸出轉(zhuǎn)矩履帶行走機(jī)構(gòu)外形的比較。

圖1所示的內(nèi)置式履帶行走機(jī)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(jī)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(shí)際需要,在對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整后再調(diào)整,驅(qū)動(dòng)裝置不影響履帶寬度的變化,這是內(nèi)置式履帶機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。

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

內(nèi)置式由于液壓驅(qū)動(dòng)裝置外形尺寸的變化,帶來(lái)履帶行走機(jī)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(duì)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(shuō)明外置式履帶行走機(jī)構(gòu)更適用于煤礦井下小型連續(xù)作業(yè)的裝載機(jī)械。

3 裝煤機(jī)對(duì)行走機(jī)構(gòu)的要求

裝煤機(jī)在實(shí)現(xiàn)替代人工完成裝載轉(zhuǎn)運(yùn)功能后,外形尺寸盡可能小型化以滿足煤巷作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要,是設(shè)計(jì)考慮的依據(jù)之一,而履帶行走機(jī)構(gòu)是其關(guān)鍵問(wèn)題。

從履帶行走機(jī)構(gòu)與地面接觸時(shí),平均接地比壓來(lái)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(jī)重量 KN

L——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)接地長(zhǎng)度 mm

b——履帶板寬度 mm

可以看出,當(dāng)平均接地比壓相等時(shí),隨著設(shè)備整機(jī)重量的增大,履帶板寬度和單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)接地長(zhǎng)度需要相應(yīng)增大。在煤礦煤巷相對(duì)狹小的空間里,設(shè)備體積的增大,使得其運(yùn)行的機(jī)動(dòng)性能受到一定制約,這會(huì)給煤巷現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)帶來(lái)很大的不方便。

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

裝煤機(jī)主要用于煤礦井下煤巷炮掘現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)裝載轉(zhuǎn)運(yùn),持續(xù)行走的同時(shí)鏟板插入料堆,耙爪連續(xù)耙取物料送入受料口,輸送機(jī)將物料輸送到后部的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備上。裝煤機(jī)在行進(jìn)過(guò)程中同時(shí)要完成鏟取、輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè),因此對(duì)設(shè)備的動(dòng)力要求比其它工程機(jī)械高。同時(shí)因?yàn)槭艿矫旱V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(guò)分析比較,裝煤機(jī)設(shè)計(jì)采用動(dòng)力外置式履帶行走機(jī)構(gòu)具有合理性、實(shí)用性。動(dòng)力外置式履帶行走機(jī)構(gòu)也存在一些問(wèn)題,如影響后部轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的連接,動(dòng)力裝置懸掛偏重等。

我們公司在設(shè)計(jì)中對(duì)動(dòng)力外置式履帶行走機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)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(chǎng)的需求。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)和用戶實(shí)際使用,我們公司設(shè)計(jì)制造的蟹爪式全液壓裝煤機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,取得較好的使用效果。

注釋:

[1]鏟土運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社1981年.工程機(jī)械底盤構(gòu)造與設(shè)計(jì).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1980年.

[2]礦山機(jī)械.冶金工業(yè)出版社.1981年.

[3]國(guó)外掘進(jìn)機(jī).煤炭工業(yè)出版社.1986年.掘進(jìn)機(jī)選型手冊(cè).煤炭工業(yè)出版社.1989年.采掘機(jī)械.煤炭工業(yè)出版社.1981年.