帶擺動功能的無軌設(shè)備中央鉸接結(jié)構(gòu)分析

曹 鑫

（山金重工有限公司，煙臺 261417）

在地下無軌設(shè)備中，中央鉸接、前后驅(qū)動橋擺動結(jié)構(gòu)是無軌設(shè)備的重要組成部分[1]。中央鉸接結(jié)構(gòu)要連接前后車架，通過回轉(zhuǎn)軸承或軸套實現(xiàn)車架的左右轉(zhuǎn)向；前后驅(qū)動橋擺動結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)前后驅(qū)動橋在一定角度內(nèi)擺動，提高膠輪的附著效果，使設(shè)備擁有更好的通過性。地下無軌設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境惡劣，過載頻繁，工作過程中沖擊大，對結(jié)構(gòu)強度要求比較高。目前，兩種結(jié)構(gòu)多采用回轉(zhuǎn)軸承或軸套實現(xiàn)一定角度的轉(zhuǎn)動。兩種結(jié)構(gòu)的可靠性與維護便利性在無軌設(shè)備應(yīng)用過程中至關(guān)重要[2]。本文介紹的帶擺動功能的無軌設(shè)備中央鉸接結(jié)構(gòu)將這兩個功能集成化設(shè)計，提高了后期維護便捷性，降低了部件加工難度和安裝難度。

1 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)

目前，往往將中央鉸接和前后驅(qū)動橋擺動結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)獨立設(shè)計。前后車架連接處設(shè)計中央鉸接，實現(xiàn)前后車間的相對轉(zhuǎn)動；在后車架或前車架與驅(qū)動橋安裝處設(shè)計擺動架，實現(xiàn)前驅(qū)動橋或后驅(qū)動橋與前車架或后車架間的相互擺動。

對于中央鉸接的結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)多在兩驅(qū)動橋之間設(shè)計一個鉸接裝置，實現(xiàn)前后車架間的相互轉(zhuǎn)動。此處，不僅同時承受徑向載荷和軸向載荷，而且轉(zhuǎn)動頻繁、沖擊大。該處設(shè)計多采用上下兩個關(guān)節(jié)軸承、上下兩個圓錐棍子軸承、上下兩個回轉(zhuǎn)軸套或者不同類型軸承的組合。圖1為一種常見的中央鉸接結(jié)構(gòu)，采用上下兩個圓錐棍子軸承。采用不同的軸承，安裝結(jié)構(gòu)也不同。每種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點：圓錐棍子軸承承受載荷大，但安裝精度要求較高；關(guān)節(jié)軸承安裝要求低，但承受載荷有限，易出現(xiàn)間隙造成慣性沖擊；回轉(zhuǎn)軸套加工難度低，但回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差。

對于擺動架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)在多數(shù)設(shè)計是在驅(qū)動橋安裝處設(shè)計一個擺動架[3]，將驅(qū)動橋安裝于擺動架。擺動架兩端通過鉸接軸、回轉(zhuǎn)軸套或軸承安裝于車體。通過擺動架繞軸線的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)驅(qū)動橋的擺動，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)采用常見的兩個回轉(zhuǎn)銅套的結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動橋安裝于擺動架，擺動架與車體間通過回轉(zhuǎn)銅套連接。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，承載載荷大，安裝空間小，擺動架在車體內(nèi)部，有時需要進行間隙調(diào)節(jié)，一旦出現(xiàn)故障，需要將驅(qū)動橋拆下，維修難度高，工作量大。

2 設(shè)計結(jié)構(gòu)

介紹一種帶擺動功能的無軌設(shè)備中央鉸接結(jié)構(gòu)[4]，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化設(shè)計，將擺動架與中央結(jié)構(gòu)設(shè)計為單獨的擺動座，擺動架縱向鉸接孔與前車架同心安裝，通過角接觸關(guān)節(jié)軸承、關(guān)節(jié)軸承實現(xiàn)相對定位和轉(zhuǎn)動。擺動座橫向鉸接孔與車架間通過回轉(zhuǎn)支承進行連接，通過回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈與外圈間的相互轉(zhuǎn)動實現(xiàn)前后車架間的相互轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)前后驅(qū)動橋間的相互擺動。這樣中央鉸接與擺動座都設(shè)計在車體的鉸接處，維護維修方便，且降低了車體的機械加工難度和對加工設(shè)備的要求。

在中央鉸接的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，采用角接觸軸承與關(guān)節(jié)軸承結(jié)合的結(jié)構(gòu)方式。上鉸接采用角接觸關(guān)節(jié)軸承，安裝時軸承內(nèi)外均進行定位，同時固定前車架鉸接架和擺動座的相對位置，下鉸接采用關(guān)節(jié)軸承，軸承外圈固定，安裝方便。上下配合應(yīng)用增加了中央鉸接的有效工作時間，降低了故障率，如圖3所示。

由圖3可知，軸承座套與上鉸接軸承壓蓋通過螺栓將兩個角接觸軸承外圈緊固，同時軸承座套與擺動座同心安裝并焊接于一體。在下鉸接中，下鉸接上下兩個軸承壓蓋通過擺動座上的螺紋安裝孔將關(guān)節(jié)軸承的軸承外圈固定。在上鉸接中，定位擋板通過上鉸接軸上的螺紋孔，與上鉸接軸緊密連接。同時，定位板通過螺栓的預(yù)緊力和上鉸接軸套作用在角接觸軸承的內(nèi)圈下平面上。

在上鉸接軸上面，上鉸接軸壓蓋通過外圈螺栓緊固在前車架鉸接架上，并通過內(nèi)圈螺栓連接上鉸接軸，使內(nèi)圈螺栓在緊固的同時會通過安裝在上鉸接軸上的定位擋板。通過上鉸接軸套將擺動座整體拉升，直至角接觸軸承上面與上鉸接軸軸肩下面接觸，使上鉸接的角接觸軸承的外圈與內(nèi)圈都進行了緊固定位。調(diào)整上鉸接軸承蓋下的調(diào)整墊厚度可以對前車架鉸接架與擺動座的上下位置進行調(diào)整，使得上下鉸接的間隙處于合適位置。

在下鉸接中，下鉸接固定套與下鉸接孔同心安裝，且安裝后與后車架鉸接架焊接于一體。下鉸接固定套與下鉸接軸上設(shè)計了通孔，可以通過定位銷防止下鉸接軸的轉(zhuǎn)動。同樣，下鉸接套也與下鉸接孔同心安裝，并焊接于后車架鉸接架。

3 結(jié)構(gòu)功能實現(xiàn)分析

在擺動功能的實現(xiàn)上，擺動座通過螺栓與支承軸承內(nèi)圈連接，后車架鉸接架通過螺栓與支承軸承外圈連接，這樣通過支承軸承內(nèi)圈與外圈的相對轉(zhuǎn)動就可以實現(xiàn)前車架鉸接架與后車架鉸接架間的相互轉(zhuǎn)動?？稍跀[動座與后車架上設(shè)計限位塊，限制兩者的轉(zhuǎn)動角度。中空的支承軸承可以便于傳動軸的通過，便于布置傳動系統(tǒng)。在支承軸承的安裝上，軸承支撐套與支承軸承內(nèi)圈緊密配合，同時與擺動座支承軸承安裝孔同心安裝，焊接于支承軸承。軸承支撐套既可以安裝定位，又能夠分擔(dān)安裝螺栓的徑向承載力。在后車架鉸接架上，加工與支承軸承外圈安裝孔同心的加工孔，與支承軸承外圈緊密連接，這樣通過加工孔和軸承支撐套既可以保證支承軸承的安裝精度，又可以很好地分擔(dān)緊固螺栓的徑向承載力。

在中央鉸接的設(shè)計上，上鉸接采用兩個角接觸關(guān)節(jié)軸承，下鉸接采用一個關(guān)節(jié)軸承的設(shè)計。在上鉸接中采用角接觸軸承內(nèi)圈與外圈固定的設(shè)計，在下鉸接中采用下關(guān)節(jié)軸承外圈固定的設(shè)計，既可以調(diào)整前車架鉸接架與擺動座的上下間隙，又降低了現(xiàn)場的裝配難度。

上鉸接中采用兩個角接觸軸承，既能夠同時承受徑向力和軸向力，又使面接觸承載力更強更可靠。下鉸接采用關(guān)節(jié)軸承，既可以承受一定的軸向力和徑向力，又方便安裝，能夠承受一定的沖擊。上下鉸接的不同類型軸承、不同安裝方式保證了中央鉸接結(jié)構(gòu)的可靠性。

在下鉸接中，下鉸接固定套與下鉸接套的設(shè)計一方面可以增加與下鉸接軸的接觸面積，另一方面可以局部提高下鉸接固定套與下鉸接套的材料力學(xué)性能來增加使用壽命。在上鉸接軸與下鉸接軸上不僅設(shè)計有潤滑油道，可以潤滑角接觸軸承與關(guān)節(jié)軸承，而且在鉸接面的縫隙處設(shè)計了調(diào)整墊片。一方面，可以調(diào)整轉(zhuǎn)動部位的相對間隙，防止砂石等大顆粒雜質(zhì)進入，防止軸承快速磨損；另一方面，用于潤滑軸承的潤滑油脂可以聚集到調(diào)整墊片間形成潤滑油膜，以防止泥土、水的進入，防止內(nèi)部金屬部件的氧化、腐蝕，有效延長各部件的使用壽命。

擺動結(jié)構(gòu)采用支承軸承的設(shè)計方式[5]，且將其設(shè)計在中央鉸接位置，同中央鉸接結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計，設(shè)計單獨的擺動座，既實現(xiàn)了中央鉸接的結(jié)構(gòu)需要，又滿足了擺動的結(jié)構(gòu)需求。單獨設(shè)計的擺動座可以降低后車架鉸接架的加工難度，便于裝夾與加工精度的控制。此外，擺動架的設(shè)計改變更利于后期維護保養(yǎng)，降低了檢修或備件更換難度，節(jié)省了維保時間。

4 結(jié)語

設(shè)計的結(jié)構(gòu)中央鉸接采用上下雙鉸接結(jié)構(gòu)形式，上鉸接采用角接觸關(guān)節(jié)軸承，下鉸接采用關(guān)節(jié)軸承，不同結(jié)構(gòu)特點軸承配合使用，增加了中央鉸接的可靠性和有效工作時間，同時在單獨設(shè)計的擺動座上采用大直徑內(nèi)孔形式的回轉(zhuǎn)支承實現(xiàn)前后車架間的相對轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了車輛的擺動功能。該結(jié)構(gòu)設(shè)計于前車架鉸接架與后車架鉸接架之間，便于后期維護維修。該結(jié)構(gòu)設(shè)計可以降低后車架鉸接架的加工難度，將兩個回轉(zhuǎn)鉸接孔的加工轉(zhuǎn)移到體積更小的擺動架，降低對加工設(shè)備的要求，上下配合延長了中央鉸接的有效工作時間，降低了故障率。