關于履帶底盤轉向研究

彭琛

【摘 要】 履帶底盤轉向能力會對整臺機器的工作性能產生極大影響，對于履帶底盤的機器而言，其發動機功率在某種程度上取決于轉向能力，因此針對履帶底盤轉向進行深入研究具有相當積極的現實意義。有鑒于此，本文基于履帶底盤轉向進行研究，首先概述了某機械傳動履帶底盤的工作原理，然后分析了相關故障，最后討論了改進方案及其結果。

【關鍵詞】 履帶底盤 ?轉向 ?故障 ?改進

1 某機械傳動履帶底盤概述

某機械傳動履帶的工作原理詳見圖1，發動機利用彈性連接盤將動力傳輸給泵以及馬達液壓系統，然后通過變速器依次傳輸給兩側的離合器、制動器以及輪邊減速器，最后履帶在驅動輪的驅動作用下前進或者后退。機器轉向動作由單側離合器和制動器綜合作用來實現。如果是向左慢轉，則需要松開左側離合器;如果是左急轉，首先要松開離合器，然后再對左側制動器進行制動。右轉和左轉在原理上完全相同[1]。

2 故障分析

該機器在實際應用時，曾發生過無法轉向的故障。深入觀察發現，轉向過程中驅動側離合器存在打滑問題，而這一問題會導致機器轉向時無法獲得所需扭矩。之所以出現打滑問題，是因為離合器沒有具備足夠的傳遞扭矩的能力。然而如果更換可以傳遞更大扭矩的離合器，那么會導致離合器在直徑以及軸向尺寸上均有所增加，如此一來，不僅會增加履帶底盤高度，而且會增加履帶間距，最終削弱機器運行時的通過能力。

離合器借助輪邊減速器以及驅動輪以實現對扭矩的傳遞，當總傳動比保持不變時，其具有的傳遞扭矩的能力主要取決于兩點，一個是輪邊減速器的減速比，另一個是驅動輪的直徑。在某個工況下，隨著輪邊減速器減速比的增大，離合器實際需要傳遞的扭矩則會越小;驅動輪直徑越小，那么驅動扭矩所對應的力臂也會越小，從而提供更大的驅動力。

3 改進方案及其結果

由上述分析可知，若想實現對離合器傳遞扭矩的改變，有兩種方案可供選擇：方案一，整機減速比以及參數保持不變，對變速器以及輪邊減速器的傳動比進行相應調整，從而使離合器可以承受正常轉向所需要的扭矩。方案二，適當減小驅動輪的直徑。考慮到方案二會導致履帶的彎曲半徑變小，縮減其服役壽命。為保持整臺機器各項參數不變，建議選擇方案一。

原變速器泵、馬達之間的傳動比為1，變速器I檔對應的傳動比為3.5923，II檔對應的傳動比為1.8059，輪邊減速器對應的傳動比為9.009，由此可得知，變速器I檔和II檔對應的總傳動比分別為32.3656、16.2708。

在履帶底盤運行過程中，履帶、地面之間出現打滑現象時，應使得驅動扭矩達到最大，還應超過打滑扭矩，除此之外，還應給出相應的安全系數。由實踐經驗可知，這一安全系數通常在1.2～2.0之間。考慮到相同工況情形下，I檔能夠傳遞的扭矩要明顯大于II檔，因此選擇變速器I檔所對應的傳動比。機器出現打滑現象時，其單側離合器扭矩可通過下述公式進行計算：

（1）

上式中：指的是機器出現打滑現象時，單側離合器實際需要傳遞的扭矩，單位N·m;指的是地面附著系數，如果工況不理想，則取0.8;mg指的是機器滿載情況下的重力，取值5300×9.8N;指的是底盤動力半徑，取值200.5mm;指的是減速器傳動比，取9.009。

馬達傳遞給單側離合器的扭矩可通過下述公式進行計算：

（2）

上式中：指的是馬達傳遞給單側離合器的扭矩，單位N·m;指的是馬達每轉排量，取34mL/r;指的是液壓系統壓力，取30MPa;指的是馬達效率，取0.95;指的是I檔傳動比，取3.5924。

原選單側離合器能夠傳遞的理論扭矩M的大小為500N·m，和馬達施加給單側離合器的扭矩相當接近，可見馬達和離合器并不存在明顯的選用冗余，具有比較理想的綜合成本。理論扭矩超過機器打滑情形下單側離合器的扭矩，再加上正常行駛狀態下所需扭矩明顯小于轉向等特殊工況，因此其正常行駛不會出現問題。

在轉彎情形下，一側動力被完全切斷，此時完全通過另一個離合器以實現對扭矩的傳遞。該種情形下，馬達傳遞過來的扭矩會被單側離合器全部吸收，因而離合器面臨負載加大的問題;一旦接近或達到打滑扭矩，如果離合器理論扭矩無法完成對動力的有效傳遞，則無法正常轉向。

打滑扭矩和所有履帶所能夠承受的載荷密切相關。在轉彎動作時，履帶附著地面所實際需要的打滑扭矩保持不變，換而言之，單側離合器仍舊承擔著單側履帶施加的打滑扭矩，而非整臺機器提供的打滑扭矩。離合器所對應的安全系數為M/M1，經相應計算可知，原設計采用的安全系數1.08較小，因此導致機器在部分工況下無法正常轉向。

改進之后，泵和馬達所對應的傳動比為0.8095，變速器I檔所對應的傳動比為0.8095，II檔所對應的傳動比為1.4378，輪邊減速器所對應的傳動比為13.836，由此計算出，I檔和II檔所對應的傳動比分別為32.4606、16.1045。泵和馬達傳動比可借助適當增加泵排量的做法進行調整，而變速器和輪邊減速器各自對應的傳動比都可借助更換齒輪的做法進行調整。利用公式2進行相關計算，能夠得出M1新、M2新以及離合器安全系數分別為301.0688、447.1779、1.66。如此一來，使得該機器具有了更為理想的轉向能力。

4 結語

對于履帶底盤的機器而言，履帶底盤是其至關重要的組成部分，決定了機器的整體性能，因而務必要保證履帶底盤轉向的正常工作性能，一旦發現故障，應深入分析，有效解決，避免安全事故的發生。

參考文獻

[1]歐陽聯格，熊承楊，盛精.沙灘清潔車履帶底盤擺動軸優化設計[J].機械設計與制造，2014，08：224-226.