液壓挖掘機履帶漲緊裝置的設計計算

姜海濤，張艷明，謝 廣

（山重建機（濟寧）有限公司，山東 濟寧 272000）

液壓挖掘機履帶漲緊裝置的設計計算

姜海濤，張艷明，謝 廣

（山重建機（濟寧）有限公司，山東 濟寧 272000）

因液壓挖掘機的使用環境普遍都是泥土、沙石等較惡劣的工況，履帶式行走裝置具有牽引力強和路面適應能力好等優點，所以履帶式的行走裝置得到了廣泛的應用。

履帶式的行走裝置其與地面有較大的接觸面積，這樣會大大降低接地比壓，在泥濘的路面上也可以行走自如，不會出現輪式挖掘機因接地比壓大而深陷泥潭的尷尬處境。

履帶式液壓挖掘機行走時，漲緊裝置起到了非常重要的作用，漲緊裝置參數設計的正確與否直接影響著整個挖掘機行走裝置能否正常使用。如果漲緊裝置參數設計小了，那么挖掘機在行走時就會出現異響、跳齒，嚴重時還會出現脫軌等現象。如果漲緊裝置參數設計大了，行走時又會出現卡滯、內阻增大從而影響四輪一帶的使用壽命，嚴重時將影響下車的使用壽命。怎么才能確定漲緊裝置設計的正確與否？

1 工作原理

如圖1所示是某8噸挖掘機履帶漲緊彈簧，它的工作原理是通過2和導向輪上的支座固定在下車上，從1處注入黃油將4頂出，從而使安裝在4上面的導向輪向前移動，達到漲緊履帶的目的，當導向輪受力時，4會向后移動從而壓縮3，當3的壓縮產生的力與外力平衡時，3將不再壓縮。當外力減小或消失時，3將向前形變恢復初始的狀態，履帶將重新被漲緊。這種通過漲緊彈簧的壓縮、釋放改變輪距可以有效地減小下車行走時對行走馬達的沖擊、防止履帶脫軌等。

漲緊裝置就是通過漲緊彈簧的壓縮、恢復產生的形變進行輪距的調節，從而達到緩解沖擊、漲緊履帶的目的，所以漲緊彈簧的參數設計就尤為重要了。

圖1 某8噸挖掘機履帶漲緊彈簧

2 設計計算

挖掘機履帶漲緊裝置的設計必須要先確定3個參數，即安裝載荷、最大載荷、最大行程。

驅動輪前驅時是挖掘機行走的一種極限狀態，如圖2所示，其中①、②、③處受力最大均是驅動力F，④處不受力，當行走馬達驅動力最大時（低速最大扭矩），F值達到最大，此時漲緊裝置受力達到最大值2F(F=M/R)。M為行走馬達驅動的最大輸出扭矩，R為驅動輪分度圓的半徑。

挖掘機原地轉彎是正常工作經常出現的一種狀態，這種狀態下受到的阻力要比直行時受到的阻力大，而此時圖2中漲緊裝置受到的力就是2Fr，Fr=0.25βμmgL/B。

圖2 驅動輪前驅時是挖掘機行走的一種極限狀態

μ—— 履帶轉彎時最大摩擦因數，一般取值0.4～0.7，此處取極限值1.0；

β—— 履帶板側邊與地面刮土的附加阻力系數，β=1.15；

m——整機質量；

L——整機輪距；

B——整機軌距。

根據以上兩個狀態分析，導向輪傳給漲緊裝置的力分別是2F、2Fr

因挖掘機行走時允許跳齒

驅動力最大漲緊壓縮量

原地轉彎阻力漲緊壓縮量

S——漲緊裝置的最大行程，取45mm；

F——行走馬達驅動力，F=38 007.5N；

Fr——原地轉彎阻力，Fr=31 442.5N；

P1——漲緊裝置的安裝載荷，P1=53 900N；

K——彈簧的彈性系數，K=589N/mm；

D頂——驅動輪的齒頂圓直徑，mm；

D根——驅動輪的齒根圓直徑，mm；

L——驅動力最大彈簧漲緊壓縮量，mm；

L1—— 原地轉彎彈簧漲緊壓縮量，L1= 15.3mm。

1）因式1中π（D頂-D根)/4是一個定值（42.3mm,根據驅動輪計算得來），指定S＝45mm,漲緊裝置的最大行程就確定了。

2）按式2行走馬達最大驅動力時漲緊彈簧壓縮量L≤S，因為履帶正常工作時有一定的下垂量，當履帶受力繃緊時，履帶走過的距離為2h,所以正確的公式應該是L+h≤S(h可以根據履帶正常漲緊時下垂狀態來計算)，此處h取值4.8mm，確定L取值37.5mm。

3）式3中L1≤節距/4=X,根據收集、整理的國外知名品牌的挖掘機參數，L1/X的比值在0.3～0.5之間，正常工作時此值過大容易引起異響、跳齒、脫軌等問題，過小又會出現緩沖差、內阻增大、行走馬達沖擊大、卡死等問題。

綜上所述，設安裝載荷P1、漲緊彈簧剛度K為未知數

根據式4可求出P1、K的值。確定了P1、K值之后，根據彈簧的參數計算，查《機械設計手冊》可得彈簧的具體參數。

3 結 語

本文提出了通過確定挖掘機行走時的兩個狀態下漲緊彈簧壓縮量，來計算漲緊裝置的安裝載荷P1和彈簧剛度K,從而計算漲緊裝置的各個參數。

本文中的計算方法可以應用于挖掘機行走裝置的新設計，也可以對已設計完成的挖掘機行走裝置是否合理進行判定。

[1]成大先.機械設計手冊(5版)[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]陳國俊.液壓挖掘機(上冊)[M].武漢：華中科技大學出版社，2011.

(編輯 吳學松）

Calculation in design of hydraulic excavator crawler tension bridle device

JIANG Hai-tao, ZHANG Yan-ming, XIE Guang

TU621

B

1001-1366(2015)01-0044-02

2014-09-22