工程機械的分類及其底盤機構(gòu)分析

王曉賞

（河北省曲周縣第一中學(xué)，河北 邯鄲 057250）

1 緒論

1.1 工程機械簡介

工程機械作為重型裝備制造工業(yè)的重要組成部分，只要是涉及到建筑施工與城市路面建設(shè)與維護、可移動式起重裝卸作業(yè)等各類工程所需的在施工工程中所必需的綜合性自動化機械裝備，稱為工程機械。國防、新型能源、農(nóng)業(yè)水利、交通以及城市建設(shè)、礦山等資源的開采、工業(yè)與民用建筑、環(huán)境保護等各種不同的領(lǐng)域都能見到工程機械的廣泛應(yīng)用。近年來隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展和國家建設(shè)的不斷開展，工程機械也在其中起著越來越重要的作用，逐漸的也出現(xiàn)了多種不同類型的工程機械，而有關(guān)工程機械制造、機械自動化的相關(guān)技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟。工程機械正在朝著高度集成化、智能化的方向發(fā)展。

1.2 工程機械的分類

按照不同的功能，工程機械被分成了不同的類型。一般來說工程機械可以分為起重運輸裝卸機械、土石方挖掘類機械、樁工機械、礦山開采機械、路面施工與維護機械、隧道鑿巖施工機械、橋梁施工機械、鉆孔機械等。

1.2.1 起重機械

起重機械一般用于各類重型貨物的裝卸和運輸。其基本結(jié)構(gòu)一般為垂直升降、平臺回轉(zhuǎn)、平面內(nèi)變幅、行走機構(gòu)四部分，垂直升降機構(gòu)為主要部分。按照執(zhí)行機構(gòu)的不同可以分為一般式、動臂旋轉(zhuǎn)式和橋式三類；按照行走機構(gòu)的不同可以分為塔式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機等。而其他類型的起重機械如桅桿式起重機、升降機、絞車等，不同于起重機的一般結(jié)構(gòu)，而缺少上述四部分中的某些機構(gòu)。

1.2.2 土石方挖掘機械

土石方挖掘機械，顧名思義，一般用于土石方的鏟掘、運送，也可用于路面的壓實和平整。按照其實現(xiàn)功能的不同，分為土石方挖掘運輸機械、路面壓實機械和路面平整作業(yè)機械等。

土石方挖掘運輸機械一般采用帶有切削刃的斗形工作裝置分割或挖掘土壤，利用動臂和斗桿的組合動作將土石裝入斗內(nèi)進而運送。按照其執(zhí)行機構(gòu)的不同可分為單斗或多斗挖掘機、推土機、裝載運輸機等。

路面壓實機械是利用振動、沖擊原理并使用機器自重壓實土體，使土體變得緊實。其最為常見的機種為壓路機。

路面平整作業(yè)機械則是利用執(zhí)行機構(gòu)—刮刀進行地面平整，可用于推送貨物、掃除積雪積冰、修筑路基等，主要機種為平地機。

1.2.3 樁工機械

樁工機械一般出現(xiàn)在各類施工中的基礎(chǔ)工程當中，其作用是在地面上打孔、地層中打設(shè)各種基樁并進行沉樁。按照其施工作用的不同，分為鉆孔機、打樁機以及壓樁機等。

打樁機是用機身配置的重錘下落產(chǎn)生的沖擊力工作將基樁打入地下，重錘按照驅(qū)動方式的不同分為重力落錘、汽動錘、柴油錘、液壓錘等；打樁機是利用振動甚至振動沖擊作用將基樁打入地層，該種機械適用于砂質(zhì)地層等較軟的地面；壓樁機大多是通過液壓原理將基樁抱死，然后通過油壓將基樁壓入地面，該種機械適用于巖石層等較硬的地面；鉆孔機可以在地面打出樁孔同時用鋼筋固定孔型，然后再向孔中灌注混凝土進而一體式成樁。

2 底盤機構(gòu)介紹

上述各類對各方面建設(shè)頗為重要的工程機械,其性能又與各自的底盤機構(gòu)性能有很大關(guān)系，因此認識了解底盤機構(gòu)的相關(guān)知識是至關(guān)重要的。

2.1 工程機械底盤的功用

自行式工程機械在各種類型的工程機械中占有很大的比重。自行式工程機械基本上是由原動機、工作機構(gòu)以及底盤等部件組成。原動機為工程機械提供動力、執(zhí)行機構(gòu)進行相應(yīng)的工作作業(yè)，而底盤部分作為整機最下部的支撐機構(gòu),需要使整臺機器按照工作要求的速度和方向運動。對于像礦山開采機、平巷掘進機、礦用載運車和推土機等在行進中施工的機械,其牽引性底盤的性能對整機的性能起著至關(guān)重要的作用。對于像鑿巖車、牙輪鉆孔機和挖掘機等在行進中不施工的機械,其承載型底盤的性能對整個機械的性能也有很直接的影響。

2.2 底盤機構(gòu)的組成及分類

工程機械底盤機構(gòu)由傳動裝置、行走系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動裝置和回轉(zhuǎn)支承裝置等五大部分組成。

（1）傳動裝置是指從原動機至驅(qū)動輪至從動輪這之間的動力傳遞裝置。其功用是將原動機提供的動力傳遞給驅(qū)動輪,再通過驅(qū)動橋等結(jié)構(gòu)傳遞至從動輪，同時滿足在使用時對底盤機構(gòu)性能的要求。

（2）行走系統(tǒng)的作用是把整機支撐起來，使之離開地面,傳遞并承受地面作用在行走機構(gòu)上的各種力和力矩,同時減小振動和沖擊對底盤的影響，保證機械正常運行。履帶式底盤機構(gòu)的行走系統(tǒng)主要由車架、履帶架、懸架和四輪一帶等組成。其中四輪一帶是指驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪、托鏈輪和履帶。

（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用是使整機按照所需要的方向行駛。履帶式底盤機構(gòu)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由制動器、轉(zhuǎn)向離合器以及操縱機構(gòu)組成。

（4）制動裝置主要用來使工程機械在短時間內(nèi)降低其行駛速度，甚至在各種路段安全停車。履帶式底盤機構(gòu)中一般不設(shè)專門用來制動的裝置，因為其運行速度不會過快，只需靠其轉(zhuǎn)向制動器進行減速甚至制動。

（5）回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)的主要作用是讓工程機械能轉(zhuǎn)換施工方向，同時提起挖掘的物料并繞機械做圓周運動，從而實現(xiàn)運輸物料的目標。

由于工作環(huán)境和工作情況之間的差異，各類工程機械采用的底盤機構(gòu)不盡相同，而其分類的標準也多種多樣。根據(jù)行走系統(tǒng)類型的不同，我們習慣上把底盤機構(gòu)分為步行式、軌輪式、履帶式以及輪胎式4種類型。根據(jù)傳動方式類型的區(qū)別，一般又把底盤機構(gòu)分為液壓傳動式、電力傳動式和機械傳動式3種。其中履帶式和輪胎式最為常見，它們都有著自己各自的優(yōu)缺點。履帶式底盤的工作環(huán)境較惡劣，需要其具備足夠的剛度和強度，而且耐磨性要足夠好，并且質(zhì)量小以減少金屬的損耗量，同時減輕履帶運轉(zhuǎn)時所承受的動載荷，履帶還要能很好地附著在地面上，又要盡最大可能減少行進和轉(zhuǎn)向時機械受到的阻力。

2.3 履帶式底盤機構(gòu)

以履帶作為其底盤的工程機械是機械工程行業(yè)的一個重要門類, 其中行走機構(gòu)的主要組成部分是“四輪一帶”（驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪、托鏈輪和履帶架）。而行走機構(gòu)的性能直接關(guān)系到工程機械的安全與否,因此對履帶式工程機械的“四輪一帶”的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造有著很重要的意義。

驅(qū)動輪，顧名思義是驅(qū)使機械行進的輪子，它的功用是將傳動系統(tǒng)的動力傳給履帶，進而產(chǎn)生使底盤行進的牽引力。通常情況下驅(qū)動輪處于機械行走系統(tǒng)的后部。后輪驅(qū)動的優(yōu)點之一是使前輪承受的壓力減小從而使得機車的靈活程度得到較大提高，而且其維修費用也較低。

支重輪的功用主要是將機械重量傳遞給路面。當履帶式工程機械在不平坦的路面上行進時，支重輪會受到地面較大的沖擊力，因此支重輪所受載荷大，而且其工作環(huán)境較惡劣，大多數(shù)情況下暴露于塵土中，有時還可能浸泡在泥水里，所以需要支重輪有良好的密封條件。又因其所受載荷大，所以要盡可能均勻地分布其接地比壓，為此可使用多個直徑較小的支重輪。

導(dǎo)向輪的用途是將履帶限制在正確繞轉(zhuǎn)的軌道之內(nèi)以防止其跑偏。大多數(shù)機械的導(dǎo)向輪同時也起到了支重的功用，增大了履帶和地面的正接觸面積，進而減小了接地比壓。導(dǎo)向輪性能的好壞取決于與其最近支重輪間的距離，距離越小，導(dǎo)向性越好。

履帶因為其工作條件惡劣故對其性能具有較高的要求。在選擇履帶的材料時，需考慮材料的剛度、強度、耐磨性以及成本等因素。

3 傳動系統(tǒng)詳述

作為底盤機構(gòu)的重要組成部分之一的傳動系統(tǒng)，對工程機械功能的正常發(fā)揮起著樞紐的作用。

3.1 傳動系統(tǒng)簡介

工程機械上將源動力裝置的驅(qū)動力傳遞到驅(qū)動系統(tǒng)上的一系列傳動部件總稱為傳動系統(tǒng)。由于源動力裝置轉(zhuǎn)速高且速度變化范圍小，輸出轉(zhuǎn)矩較小，而驅(qū)動工程機械所需要的是大轉(zhuǎn)矩，并且工作速度低，同時速度波動較大，這樣就需要一個轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)使兩者相適應(yīng)。因此，所謂傳動系統(tǒng)，其作用就是將發(fā)動機所輸出的動力按照工作需要適當?shù)慕邓僭雠げ鬟f給驅(qū)動系統(tǒng)，使之能夠適應(yīng)工程機械在運行或作業(yè)過程中的實際需要。

傳動系統(tǒng)也分為很多類，主要包括機械式傳動、液力機械式傳動、液壓式傳動和電傳動。

機械式傳動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包括離合器（凸爪式、摩擦式）、變速器（有級式、無級式）、萬向傳動裝置（剛性、柔性）和驅(qū)動橋（輪式、履帶式）。萬向傳動裝置由兩個萬向節(jié)和中間的傳動軸組成，能通過萬向節(jié)角度和位置的變化在相鄰的軸間傳遞動力；驅(qū)動橋的主要機構(gòu)包括主減速器和差速器，主減速器可以起到降速增扭的作用，而差速器主要是能使車輛兩側(cè)的車輪以不同轉(zhuǎn)速運行，以達到順利過彎的目的。機械式傳動工作可靠，工作效率較高，曾經(jīng)在工程機械領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但同時它也有以下不足：當系統(tǒng)處于復(fù)雜多變的環(huán)境中時其工作性能表現(xiàn)不良，容易出現(xiàn)熄火等故障；采用純機械傳動，工人的勞動強度大、機械所受的沖擊大、零件易磨損，需要頻繁更換，成本較高。

液力機械式傳動系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)上最大的特點是具備一個液力變矩器，通過液體的環(huán)形運動使渦輪輸出的扭矩增大。液力機械式傳動系統(tǒng)由于其工作介質(zhì)一般為液體，不僅能吸收傳動過程中產(chǎn)生的沖擊、振動以及噪聲，還能實現(xiàn)換擋時的無級調(diào)速，大大降低了駕駛?cè)藛T的工作強度。但同時由于液力變矩器以及動力換擋變速器制造較為復(fù)雜，因此該系統(tǒng)成本也要高一些，而且傳動效率較低。

3.2 離合器簡介

常見的傳動系統(tǒng)，一般具有離合器、變速器、萬向傳動裝置等機構(gòu)。下面選取其中較為重要的離合器進行介紹。

離合器作為傳遞動力的樞紐，一般位于動力源（發(fā)動機）與變速器之間，其作用是根據(jù)工作環(huán)境的變化或工作情況需要及時將相鄰的傳動軸連接或分離，在兩軸連接的情況下保護系統(tǒng)避免系統(tǒng)過載，在兩軸分離的情況下通過變速器進行換擋。

根據(jù)不同的分類標準，離合器可以分為多種類別。根據(jù)離合器接合方式的不同，離合器可分為摩擦式、凸爪式、電磁式、齒輪式等幾種，其中摩擦式離合器運用的最為廣泛。該種離合器又可根據(jù)其從動盤上摩擦片數(shù)量的不同，分為單片式、雙片式、多片式幾種，常見于工程機械、尋常車輛之上；根據(jù)離合器上壓緊彈簧布置情況的不同，可以將離合器分為具有多個彈簧的周布彈簧式、只有一個主彈簧的中央彈簧式以及膜片彈簧離合器等；根據(jù)離合器在不受任何外力的自然狀態(tài)下的工作狀態(tài)，可分為經(jīng)常結(jié)合式離合器和非經(jīng)常結(jié)合式離合器。

離合器在經(jīng)過長時間的工作之后，從動盤會因不斷磨損而變薄，該情況以摩擦式離合器最為常見，使得壓盤與從動盤之間的自由間隙變小，最終導(dǎo)致離合器難以正常工作。因此離合器在經(jīng)過長時間使用之后必須進行必要的調(diào)整，而最為常見的調(diào)節(jié)方式為調(diào)節(jié)連接踏板的拉桿上的調(diào)整螺母，依次改變拉桿的有效行程，使得離合器能夠保證合適的自由間隙。

4 結(jié)語

本文主要論述了工程機械的分類和具體的結(jié)構(gòu)及其作用，以及工程機械中起支撐作用的底盤機構(gòu)的功用組成及其分類，并詳細介紹了“四輪一帶”底盤機構(gòu)各部分的組成和功用。工程機械作為重型裝備工業(yè)的重要部分，在國防、交通運輸、道路橋梁以及城市的建設(shè)，甚至在環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域起到了重要的作用。底盤機構(gòu)不僅對整機起著支撐性的作用、為工程機械提供移動所需要的驅(qū)動力，還能使機械按照規(guī)定的速度以及所需的方向行駛，其性能對整機的性能起著決定性的影響。

[1]趙宏強.工程機械底盤構(gòu)造[D].中南大學(xué),2016.

[2]關(guān)成龍.潛孔鉆機底盤設(shè)計[D].中南大學(xué),2016.

[3]趙宏強.工程機械分類[D].中南大學(xué),2016.

[4]黃毅敏.工業(yè)工程視角下中國制造業(yè)發(fā)展困境與路徑[D].天津大學(xué),2015.