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路面冷铣刨机履带行走机构设计参数分析 |
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作者：中联重工 周曼川 彭福人 |
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摘 要：在分析路面冷铣刨机履带行走机构工作原理的基础上，提出了履带行走机构牵引 力及输入功率的计算公式，并给出了驱动链轮、支重轮及导向轮的设计原则。
关键词：牵引力 输入功率 附着力
1 概述
近几年来随着我国公路建设普遍进入维修期，路面冷铣刨机(图1)得到了迅速的发展。由于履带 行走机构具有牵引力大、接地比压低、爬坡能力强、转弯半径小等优良的特点，所有大型路面冷铣刨机 (铣刨宽度≥1.5米)均采用了履带行走机构。
图1 路面冷铣刨机外形示意图
履带行走机构是大型路面冷铣刨机整机的支承件，用来支承整机的重量，承受铣刨机构在铣刨作业过程中产生的力，并完成铣刨机在铣刨、装运、 转场时的移动。路面冷铣刨机一般设计成四履带或三履带驱动结构(其中三履带驱动结构其后部支撑 为一条履带)，履带沿着铣刨机纵向中心对称布置。履带行走机构主要包括导向轮、张紧装置、履带架、 支重轮、驱动装置、链轨及履带板等组成。如图2所示。 
图2 履带行走机构结构图
当液压马达带动驱动链轮转动时，与驱动链轮相啮合的链轨及履带板有相对移动的趋势，但是， 由于履带板与路面之间的附着力大于驱动链轮、支重轮和导向轮的滚动阻力，所以履带板不会滑动， 而驱动链轮、支重轮和导向轮则沿着铺设的链轨滚动，从而驱使路面冷铣刨机行走。路面冷铣刨机履 带行走机构的前后履带均可单独转向，从而使机器转弯半径更小或实现蟹行。
2 路面冷铣刨机履带行走机构主要设计参数分析
2.1 平均接地比压的计算确定
式中:P——路面冷铣刨机的平均接地比压
G——路面冷铣刨机的重力
b——履带板的宽度
L——单条履带行走机构的接地长度
平均接地比压主要根据地面条件、聚氨脂履带板允许压强、机器的附着性能、机器的外形尺寸 进行合理选取。在设计路面冷铣刨机时，在结构允许的范围内，尽量取小值，推荐平均接地比压p≤ 0.26Mpa。
在行走机构设计中，履带的接地比压不得出现三角形分布状态，不得在履带接地长度上出现零比 压，路面冷铣刨机重心位置应在四履带(三履带)的中心。
2.2 履带接地长度与履带板宽度的推荐范围
接地长度L与履带板宽度b的合理配合，对提高路面冷铣刨机的牵引附着性能有较大的影响。窄 长的履带，滚动阻力较小，有较好的牵引附着性能，但转向阻力较大，会导致路面冷铣刨机转弯功率的 增加，转弯困难。路面冷铣刨机的b/L推荐一般为:0.20~0.28。受机器结构的限制，路面冷铣刨机的履 带接地长度一般在1000~1800mm之间，履带板宽度一般在250~380mm之间。
2.3 左右履带中心距的推荐范围
在铣刨宽度尺寸的影响范围内，为保证机器的稳定性，降低机器的转弯功率，应尽量增大履带的中心距。前轴中心距推荐范围1500~1700mm，后轴(四履带)中心距推荐范围1400~1600mm。
2.4 行走速度推荐范围
推荐履带式路面冷铣刨机工作、移动速度为0~5Km/h(84m/min)。
工作速度根据铣刨机铣刨路面的情况确定。铣刨厚度较厚的沥青层(32cm)应选用较低的速度，以 减少铣刨截齿的损耗;铣刨拉毛厚度较薄的水泥层(1cm)可选用较高的速度，以提高铣刨效率。为了 减少履带机构的磨损，移动速度应控制在5Km/h以内。
2.5 履带对地面附着力的校核计算
履带行走机构的牵引力必须大于或等于各阻力之和，但应小于或等于履带对地面的附着力。
T0＝φG (3)
式中:T0——路面冷铣刨机的附着力
φ——附着系数
附着系数可根据表1选取。 表1 不同路面的附着系数φ
 2.6 履带张紧装置静态张紧力的计算确定
履带的静态张紧度是按履带松边(上方区段)的下垂量h的值确定。下垂量h的一般取:
h＝(0.015~0.03)L0 (4)
式中: h——履带的下垂量
L0——张紧轮与驱动轮间中心距
受铣刨机履带行走机构结构尺寸限制，在设计中一般没有托轮。因此，履带的静态张紧力T E可按下列公式计算：
式中:T1——履带的静态张紧力
g——一块履带板、链轨及连接螺栓组的重量
lt——链轨节距
公式符号意义见图3 
图3 履带的静态张紧力计算示意图
2.7 履带张紧装置行程的推荐范围
张紧装置的行程应大于履带节距的一半，以便在履带因磨损而伸长时可拆去一块而继续使用。受 铣刨机结构尺寸限制，张紧装置的行程一般应设计在0.65~0.85个履带节距。
2.8 履带行走机构牵引力的计算确定
履带行走机构的最小牵引力应满足路面冷铣刨机在最大设计坡度上作业、爬坡和转弯等工况的要 求，最大牵引力应小于在水平路面履带的附着力。一般情况下，履带行走机构爬坡不得与铣刨作业、 转弯同时进行。路面冷铣刨机在最大设计爬坡能力时的牵引力为最大，而且移动速度低，空气阻力可 以忽略不计，所以履带行走机构的牵引力的计算以下列公式为依据。
T2＝Tf+Ti＝fG+sinα G (6)
式中:T2——履带行走机构的牵引力
Tf——履带行走机构的滚动阻力
Ti——履带行走机构的坡道阻力
f——履带行走机构的滚动阻力系数
α——最大设计坡度角
不同土质路面的滚动阻力系数f见下表2：表2 不同土质路面的滚动阻力系数f
 2.9 履带行走机构输入功率的确定
P＝T2V/η1η2 (7)
式中:P——履带行走机构的输入功率
V——履带行走机构工作时的行走速度
η1——履带链的传动效率。取0.89~0.92
η2——驱动装置减速机的传动效率
2.10 驱动链轮的设计原则
路面冷铣刨机驱动链轮为延长寿命一般采用间齿啮合，齿数取15~23;为降低齿面接触应力采用凹 齿齿形。计算载荷为单根履带行走机构的最大牵引力，并假定其扭矩仅有一个轮齿传递，同时轮齿还 应进行弯曲和挤压强度校核计算。
2.11 支重轮的设计原则
路面冷铣刨机采用四履带结构时，其后面两条履带一般采用浮动方式，以保证四履带三点定位， 单个支重轮可能承受整机重量的25%，所以每个支重轮应能承受不小于整机25%重力的径向载荷;当 采用三履带结构时，其后面的履带单个支重轮可能承受整机重量的50%，所以后面的履带支重轮应能 承受不小于整机50%重力的径向载荷。
2.12 导向轮的设计原则
路面冷铣刨机一般履带行走机构采用后驱动方式(受结构限制，也有采用前驱动方式)。当铣刨机 后退时，导向轮承受2倍的牵引力，所以导向轮应能承受不小于2倍最大牵引力的径向载荷。
3 结束语
在BG2000型路面冷铣刨机设计过程中，根据以上分析结果确定了履带行走机构的主要技术参 数。该机经广大客户多年使用，履带行走机构使用状态良好，完全能满足使用要求，证明上述履带行 走机构主要技术参数的分析是完全正确的。
参考文献
1、同济大学《工程机械底盘构造与设计》中国建筑工业出版社，1982年6月
2、同济大学《工程机械底盘设计》机械工业出版社，1994年10月
3、诸文农.吉林工业大学《底盘设计》机械工业出版社，1981年6月(end)
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(7/7/2005) |
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