帶擺動(dòng)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(tái) 261417）

在地下無軌設(shè)備中，中央鉸接、前后驅(qū)動(dòng)橋擺動(dòng)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(shí)現(xiàn)車架的左右轉(zhuǎn)向；前后驅(qū)動(dòng)橋擺動(dòng)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)前后驅(qū)動(dòng)橋在一定角度內(nèi)擺動(dòng)，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(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩種結(jié)構(gòu)的可靠性與維護(hù)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(dòng)功能的無軌設(shè)備中央鉸接結(jié)構(gòu)將這兩個(gè)功能集成化設(shè)計(jì)，提高了后期維護(hù)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(dòng)橋擺動(dòng)結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)計(jì)。前后車架連接處設(shè)計(jì)中央鉸接，實(shí)現(xiàn)前后車間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；在后車架或前車架與驅(qū)動(dòng)橋安裝處設(shè)計(jì)擺動(dòng)架，實(shí)現(xiàn)前驅(qū)動(dòng)橋或后驅(qū)動(dòng)橋與前車架或后車架間的相互擺動(dòng)。

對(duì)于中央鉸接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)多在兩驅(qū)動(dòng)橋之間設(shè)計(jì)一個(gè)鉸接裝置，實(shí)現(xiàn)前后車架間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)。此處，不僅同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，而且轉(zhuǎn)動(dòng)頻繁、沖擊大。該處設(shè)計(jì)多采用上下兩個(gè)關(guān)節(jié)軸承、上下兩個(gè)圓錐棍子軸承、上下兩個(gè)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(gè)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(diǎn)：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(duì)于擺動(dòng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在多數(shù)設(shè)計(jì)是在驅(qū)動(dòng)橋安裝處設(shè)計(jì)一個(gè)擺動(dòng)架[3]，將驅(qū)動(dòng)橋安裝于擺動(dòng)架。擺動(dòng)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(dòng)架繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋的擺動(dòng)，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)采用常見的兩個(gè)回轉(zhuǎn)銅套的結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動(dòng)橋安裝于擺動(dòng)架，擺動(dòng)架與車體間通過回轉(zhuǎn)銅套連接。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，承載載荷大，安裝空間小，擺動(dòng)架在車體內(nèi)部，有時(shí)需要進(jìn)行間隙調(diào)節(jié)，一旦出現(xiàn)故障，需要將驅(qū)動(dòng)橋拆下，維修難度高，工作量大。

2 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

介紹一種帶擺動(dòng)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將擺動(dòng)架與中央結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單獨(dú)的擺動(dòng)座，擺動(dòng)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(shí)現(xiàn)相對(duì)定位和轉(zhuǎn)動(dòng)。擺動(dòng)座橫向鉸接孔與車架間通過回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行連接，通過回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈與外圈間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)前后車架間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)前后驅(qū)動(dòng)橋間的相互擺動(dòng)。這樣中央鉸接與擺動(dòng)座都設(shè)計(jì)在車體的鉸接處，維護(hù)維修方便，且降低了車體的機(jī)械加工難度和對(duì)加工設(shè)備的要求。

在中央鉸接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)軸承內(nèi)外均進(jìn)行定位，同時(shí)固定前車架鉸接架和擺動(dòng)座的相對(duì)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(shí)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(gè)角接觸軸承外圈緊固，同時(shí)軸承座套與擺動(dòng)座同心安裝并焊接于一體。在下鉸接中，下鉸接上下兩個(gè)軸承壓蓋通過擺動(dòng)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(shí)，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(shí)會(huì)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(dòng)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(jìn)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(duì)前車架鉸接架與擺動(dòng)座的上下位置進(jìn)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(jì)了通孔，可以通過定位銷防止下鉸接軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)現(xiàn)分析

在擺動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)上，擺動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)前車架鉸接架與后車架鉸接架間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)。可在擺動(dòng)座與后車架上設(shè)計(jì)限位塊，限制兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。中空的支承軸承可以便于傳動(dòng)軸的通過，便于布置傳動(dòng)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(shí)與擺動(dòng)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(jì)上，上鉸接采用兩個(gè)角接觸關(guān)節(jié)軸承，下鉸接采用一個(gè)關(guān)節(jié)軸承的設(shè)計(jì)。在上鉸接中采用角接觸軸承內(nèi)圈與外圈固定的設(shè)計(jì)，在下鉸接中采用下關(guān)節(jié)軸承外圈固定的設(shè)計(jì)，既可以調(diào)整前車架鉸接架與擺動(dòng)座的上下間隙，又降低了現(xiàn)場(chǎng)的裝配難度。

上鉸接中采用兩個(gè)角接觸軸承，既能夠同時(shí)承受徑向力和軸向力，又使面接觸承載力更強(qiáng)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(jì)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(jì)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(jì)了調(diào)整墊片。一方面，可以調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部位的相對(duì)間隙，防止砂石等大顆粒雜質(zhì)進(jìn)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(jìn)入，防止內(nèi)部金屬部件的氧化、腐蝕，有效延長(zhǎng)各部件的使用壽命。

擺動(dòng)結(jié)構(gòu)采用支承軸承的設(shè)計(jì)方式[5]，且將其設(shè)計(jì)在中央鉸接位置，同中央鉸接結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單獨(dú)的擺動(dòng)座，既實(shí)現(xiàn)了中央鉸接的結(jié)構(gòu)需要，又滿足了擺動(dòng)的結(jié)構(gòu)需求。單獨(dú)設(shè)計(jì)的擺動(dòng)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(dòng)架的設(shè)計(jì)改變更利于后期維護(hù)保養(yǎng)，降低了檢修或備件更換難度，節(jié)省了維保時(shí)間。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)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(diǎn)軸承配合使用，增加了中央鉸接的可靠性和有效工作時(shí)間，同時(shí)在單獨(dú)設(shè)計(jì)的擺動(dòng)座上采用大直徑內(nèi)孔形式的回轉(zhuǎn)支承實(shí)現(xiàn)前后車架間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了車輛的擺動(dòng)功能。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于前車架鉸接架與后車架鉸接架之間，便于后期維護(hù)維修。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以降低后車架鉸接架的加工難度，將兩個(gè)回轉(zhuǎn)鉸接孔的加工轉(zhuǎn)移到體積更小的擺動(dòng)架，降低對(duì)加工設(shè)備的要求，上下配合延長(zhǎng)了中央鉸接的有效工作時(shí)間，降低了故障率。