多功能履帶式線路施工載重運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)

陸峰　陳金威　朱企華

摘 要：履帶式車輛具有接地面積大、接地比壓小、附著性能好、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、跨溝越埂能力強(qiáng)等特點(diǎn)，特別是液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的履帶式車輛其因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)功能和安裝布局方面均有特殊的優(yōu)點(diǎn)，因此，在農(nóng)業(yè)、工程建筑、現(xiàn)代軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。履帶式工作車輛兼具行走和作業(yè)兩種功能，應(yīng)用日益廣泛。本論文以企業(yè)委托的一種中功率履帶移動(dòng)式排灌車的研制項(xiàng)目為背景，以車輛工程、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、液壓技術(shù)等理論為基礎(chǔ)，對(duì)履帶式工作車輛的性能建模、動(dòng)力共用與切換方法、關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法等共性問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：履帶式車輛;液壓驅(qū)動(dòng);性能分析;設(shè)計(jì)方法

一、液壓履帶式車輛的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究概況

履帶是人類繼發(fā)明車輪之后又跨出的一大步，擴(kuò)展了車輛由“線”到“面””的活動(dòng)范圍，履帶式車輛既加強(qiáng)了離開道路的越野能力，同時(shí)也增大了負(fù)重能力。這是因?yàn)椋?/p>

（一）履帶行走裝置支承機(jī)器的履帶面積能做的足夠大，以滿足土壤強(qiáng)度所能承受的平均接地比壓的要求

（二）履帶行走裝置能適應(yīng)一定坡度的地面，能克服行走平面的不平度

（三）車輛靜止時(shí)，借助于履帶板和地面之間的摩擦力，使車輛停在---定的位置上

（四）履帶行走裝置在非常不利的氣候和地面條件下，也能保持其行走功能。

由于履帶式車輛具有接地面積大、接地比壓小、附著性能好、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、跨溝越埂能力強(qiáng)等優(yōu)良的特點(diǎn)。因此，在工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械、軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如有履帶式挖掘機(jī)、履帶式裝甲車、履帶式起重機(jī)、履帶式拖拉機(jī)等。對(duì)履帶式車輛的研究隨著履帶式車輛的出現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷地進(jìn)展與深入。由于履帶式車輛本身是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，而且其使用環(huán)境十分復(fù)雜多變。加之缺乏對(duì)路面特性的認(rèn)識(shí)和車輛對(duì)路譜響應(yīng)的研究，人們很難對(duì)履帶車輛的機(jī)動(dòng)性能有深刻全面的認(rèn)識(shí)。

（五）液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代工程、農(nóng)機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械和軍、民用特種車輛等行走機(jī)械的重要標(biāo)志之一。

一方面，這些主機(jī)自身的發(fā)展促進(jìn)了為之配套的液壓驅(qū)動(dòng)元件的進(jìn)步;另一方面，正是因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)功能和安裝布局方面均有特殊優(yōu)點(diǎn)的液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，才得以研制在功能和形態(tài)上都有特殊要求的主機(jī)，并使它們的性能有了質(zhì)的提高。行走機(jī)械液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)及其應(yīng)用之所以能達(dá)到今天這樣的深度和廣度，是由于液壓元件這樣的機(jī)械基礎(chǔ)件產(chǎn)業(yè)和它的用戶即各種主機(jī)產(chǎn)業(yè)之間存在著相互影響、相互促進(jìn)的辯證關(guān)系的結(jié)果，也體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品專業(yè)分工的一些特點(diǎn)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有：

1.體積小、重量輕

例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的10% ～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊

2.能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000（- -般為1：100）

3.換向容易

在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換;

4.液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置.上彼此不受嚴(yán)格限制

5.由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng);

6.操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高;

7.容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù);

8.液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用

由于液壓履帶式車輛兼有履帶接地面積大、接地比壓小、附著性能好、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、跨溝越埂能力強(qiáng)等優(yōu)良的特點(diǎn)和液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)因此，在工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械、軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如有液壓履帶式挖掘機(jī)、液壓履帶式裝甲車、液壓履帶式起重機(jī)、液壓履帶式拖拉機(jī)等。對(duì)液壓履帶式車輛的研究隨著履帶式車輛的出現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷地進(jìn)展與深入。

二、小型液壓驅(qū)動(dòng)履帶式車輛的液壓站的設(shè)計(jì)

液壓裝置總體分為兩種類型：

（一）分散配置型

分散配置型液壓裝置、是將液壓控制系統(tǒng)的液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行原器件和輔助元件按照機(jī)械設(shè)備的布局、工作特性和操作要求等分散設(shè)計(jì)在主機(jī)的適當(dāng)位置，液壓系統(tǒng)各組成元件通過(guò)管道連接起來(lái)。分散配置型液壓裝置的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省安裝空間。缺點(diǎn)是元件布置零亂，安裝維護(hù)復(fù)雜。

（二）集中配置型。

集中配置型液壓裝置、是將系統(tǒng)的執(zhí)行器安放在主機(jī)上，而將液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助元件等安裝在主機(jī)之上，按照操作執(zhí)行器的液壓控制裝置的安放位置及液壓站的功能，又可進(jìn)一-步將液壓站分為動(dòng)力型液壓站和復(fù)合型液壓站兩種結(jié)構(gòu)類型。散裝在主機(jī)各適當(dāng)位置上的動(dòng)力型液壓站，其形態(tài)較為簡(jiǎn)單，它主要由液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、油箱及附件、少數(shù)控制原器件等組成，因此經(jīng)常稱之為液壓站。其主要功能是為液壓執(zhí)行器提供一定壓力、 流量。而系統(tǒng)的控制.任務(wù)主要由散裝在主機(jī)各處的控制閥來(lái)成擔(dān)。液壓站的優(yōu)點(diǎn)是外形美觀，便利安裝維護(hù)，便利檢測(cè)。

三、履帶式工作車輛設(shè)計(jì)布局

履帶式工作車輛總體布局的任務(wù)是正確選定整車參數(shù)，合理布置工作裝置和其他附件，使動(dòng)力裝置、行走裝置、專用工作裝置及其它附件構(gòu)成相互協(xié)調(diào)和匹配的整體，達(dá)到整車基本性能和專用性能的要求。在總體布局時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

（一）在滿足裝配空間和操作空間的前提下，盡量降低總體尺寸和重量

較小的總體尺寸和重量便于履帶式工作車輛的長(zhǎng)途裝運(yùn)，同時(shí)也能提高整車的機(jī)動(dòng)性能。

（二）應(yīng)能滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分發(fā)揮

在進(jìn)行總布置時(shí)，應(yīng)充分考慮履帶式工作車輛特殊用途的作業(yè)功能，盡量提高車輛在作業(yè)時(shí)的安全性和穩(wěn)定性。

（三）裝載質(zhì)量，整體質(zhì)量的合理分配

應(yīng)盡量減少履帶式工作車輛的整體質(zhì)量，提高裝載質(zhì)量，增大質(zhì)量利用系數(shù)，降低耗材和成本。

（四）應(yīng)避免動(dòng)力裝置、行走裝置、專用工作裝置相對(duì)集中

整體質(zhì)量都集中在車輛的前部或后部不利于車輛的機(jī)動(dòng)性能，也不利于車輛的穩(wěn)定性，對(duì)車輛的支重輪和履帶的使用壽命也會(huì)造成影響。

（五）應(yīng)避免動(dòng)力裝置或工作裝置的布置對(duì)車架造成集中載荷

必要時(shí)采用具有足夠剛性的副車架，將集中載荷轉(zhuǎn)化為均布載荷，有利于改善主車架的強(qiáng)度和壽命。

（六）為了使整車質(zhì)量分布均勻合理，便于在起伏不平的復(fù)雜路面上行駛

保證該車具有良好的穩(wěn)定性及安全性，該車的柴油機(jī)及混流泵的安裝底角應(yīng)低于履帶面以降低整車重心。

四、總結(jié)

本章對(duì)履帶式工作車輛的總體布局、動(dòng)力共用與匹配、動(dòng)力切換、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等進(jìn)行了建模和分析。首先闡述了履帶式工作車輛總體布局的意義，并說(shuō)明了總體布局時(shí)應(yīng)遵循的原則。其次，分析了不同工況下的機(jī)動(dòng)性能及對(duì)車輛行走爬坡性能的分析。