重型掘進機履帶式行走機構的研究

楊春海

摘 要：介紹了重型掘進機履帶式行走機構的工作方式和技術特點，主要對行走機構運行過程中易出現的問題進行了分析，并提出了解決方法，以期為行走機構的可靠性設計提供參考依據。

關鍵詞：掘進機；行走機構；履帶；過載能力

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.100

履帶作為井下重型設備的行走機構，在整機的正常運行中起著非常重要的作用。井下環境惡劣、底板不平整，如果煤泥水排放不及時，則履帶在工作時常處于被物料包裹的狀態，導致履帶被磨損、破壞。因此，井下履帶設計的影響因素較多，不僅要保證履帶的正常嚙合行走，還要考慮石塊進入履帶時對其的磨損。

1 履帶行走裝置的工作方式和技術特點

目前，國內外履帶行走的方式主要有以下2種：①電機驅動。是指由電機通過減速器驅動履帶行走。②液壓驅動。是指由液壓馬達通過減速器降速增扭驅動履帶行走。

履帶行走裝置的電驅技術有以下4個特點：①過載能力強。由于電機具有較強的過載能力，在外界轉速降低時，扭矩能迅速、成倍增長，從而有效提高整機的通過性。②行走速度快、能量損失小、傳動效率高。③為了實現整機行走無級變速功能，電驅需配備相應的變頻器，但成本較高。④傳動系統復雜。整個傳動線路由電機、制動器、減速器和輸出鏈輪組成，占用空間較大。

液壓驅動技術有以下4個特點：①無過載能力。受液壓壓力和溢流閥的限制，實際輸出的驅動力基本與設計驅動力一致。在行走中遇到堵轉的情況下，液壓處于完全卸載狀態，無任何過載能力。②行走速度慢、能量損失大、傳動效率低。由于液壓傳動過程中的能量損耗較大，導致液壓系統的整體運行效率較低，損耗的能量會使整個產生系統發熱，因此，應增加相應的冷卻裝置。③變量泵+變量馬達的配置無需增設其他配置，即可輕松實現履帶驅動的無級變速，并具有自動調節功能。此外，配置平衡閥還可提升系統的平衡性。④傳動系統緊湊。傳動線路由馬達、內制動器、內制式減速器和輸出鏈輪組成。由于馬達、制動器和減速器可合成一體，并安裝在履帶鏈內部，不會占用較大的空間，這有利于整機的空間布置。

從上述特點可以看出，液壓驅動比較適合整機結構緊湊、對過載能力要求低、行走功率小的系統；而電機驅動比較適合整機質量較大、具有一定的過載能力和行走功率大的系統。受到煤礦井下巷道條件的限制，掘進機整體的尺寸應緊湊，質量不可超過130 t，且應具有水冷散熱、行走速度較慢的特點。因此，基本可全部采用液壓驅動的方式。

2 履帶行走裝置的可靠性研究

2.1 導向裝置的可靠性設計

井下掘進機履帶所處的環境較為惡劣，履帶兩側物料受到巷道的擠壓后極易卷入履帶，進而封死履帶內部空隙。因此，為了保證導向裝置的可靠性，取消了履帶中常用的緩沖裝置，且為了避免導向裝置中的張緊油缸受損，在張緊后加入了墊板，從而保證油缸卸壓后的張緊行程穩定。

2.2 鏈輪的可靠性設計

鏈輪齒形復雜，以往較難精確計算鏈輪的受力情況。隨著三維有限元軟件的普及，復雜零部件的計算變得越來越簡單。因此，鏈輪的可靠性計算可在利用三維軟件建模后開展有限元分析。雖然鏈輪在嚙合時為多個齒同時受力，但理論計算可以按驅動力的平均數對單個齒進行受力分析。而在實際嚙合過程中，受履帶節距磨損的影響，加之鏈輪嚙合表面有物料堆積，可能出現單齒受力的情況。因此，鏈輪輪齒有限元分析可按單齒計算，且可滿足履帶的可靠性要求。

2.3 支重輪的可靠性設計

支重輪為整機的支重部分。極端條件下，單個支重輪將承受整機50%的質量，因此，支重輪的可靠性設計至少應按整機質量的50%計算；支重輪內部的銅瓦應能承受側向力，因此，需要按照單個受牽引力的最大點計算。為了加強支重輪表面的抗磨損能力，需對支重輪表面進行強化處理，一般采用表面淬火或滲碳淬火的方式。

2.4 履帶鏈的可靠性設計

掘進機履帶鏈主要由整體鑄造或鍛造履帶板加裝履帶銷和安裝在兩側的擋銷組成，具有結構簡單、井下使用方便的特點。輕、中型掘進機可使用鑄造履帶板，這樣可有效降低使用成本；重型掘進機主要用于巖巷的截割，機身振動較嚴重，作用力傳遞到履帶時，需要履帶具有較強的抗沖擊能力，因此，應選用鍛造履帶板。此外，履帶銷應具有較高的強度和較強的抗沖擊性、耐磨性，因此，可選擇調質材料，并采取淬火后低溫回火的熱處理或調處理加表淬的工藝來保證材料的性能。

3 結束語

綜上所述，通過分析履帶行走裝置各部件的設計及其使用中易出現的問題，提出了相應的解決方案，有效提高了履帶各部件的強度和耐磨性，對履帶行走裝置的設計有一定的指導意義。

〔編輯：張思楠〕