装煤机履带行走机构分析与选用

余　扬

摘要:履带行走机构广泛应用于工程机械、煤矿机械中,如工程挖掘机械、煤矿井下掘进与装载机械等。履带行走机构具有接地面积大、接地压力小、转弯半径小等特点,它主要是由导向轮、张紧装置、履带架、履带链、支重轮、驱动装置等组成的。

关键词:履带行走机构驱动装置内置式外置式

1 基本形式结构[1]

目前,履带行走机构基本采用两种形式结构,一种是履带行走动力装置内置在履带架中,如图1所示;另一种是履带行走动力装置外置于履带架一侧,一般多在内侧,如图2所示。内置式的履带板宽度尺寸不受影响,工程机械基本采用这种形式结构;外置式的履带板宽度尺寸受动力装备的约束,调整受到一定限制,煤矿掘进设备中,两种形式结构都有采用。

采用履带行走机构的机械设备,动力装置基本采用液压传动,用液压马达作驱动元件。马达在履带架上安装的方式不同,对履带行走机构适用的作业场合有一定影响。

动力装置内置式,履带架结构受内置动力元件制约,外形几何形状较大,随着动力的增大,外形尺寸也随之增大。动力装置内置式,履带板宽度可按实际需要设计,不受履带架及动力装置的约束。

动力装置外置式,侧掛在与机架连接的一侧,动力侧掛链轮设计不受动力元件约束,履带行走机构外形尺寸可相对较小,适宜施工场地相对低矮狭小的煤矿井下作业。我们公司设计制造的装煤机就是采用这种形式结构,其设计依据之一就是基于上述对两种结构的初步分析比较。

1.1 内置式结构[2]

动力装置内置的履带行走机构,多数是采用轴向柱塞马达与大速比行星传动机构组合的动力装置。动力装置安装在履带架中,履带驱动链轮直接安装在动力装置输出壳体上,与动力装置组成一体,装上组装式履带板,动力装置和履带架等一起包裹在履带形成的闭环中,动力元件不易受外力碰撞而损坏。由于履带链轮与动力装置组成一体,链轮几何尺寸受到动力装置壳体几何尺寸的影响,内置式履带行走机构几何尺寸相对较大。

根据牵引力公式,T=

式中:T——牵引力 N

Mm——动力装置输出转矩 N·m

R——驱动链轮节圆半径 m

ηm——液压马达机械总效率 %

可以看出,当驱动链轮节圆半径增大时,要得到需要的牵引力,动力装置输出转矩就要相应地增大。

1.2 外置式结构[3]

动力装置外置侧掛的履带行走机构,多数采用低速大扭矩液压马达与单级行星传动机构组合的动力装置。

动力装置外置,根据牵引力公式,在牵引力相同时,随着驱动链轮节圆半径的减小,动力装置输出转矩可随之相应减小。这样,由于驱动链轮节圆半径的减小,履带行走机构的几何尺寸相应减小,其设备重量可减轻,对动力的要求也同步减小。

另一方面,为适应工作环境的需要,要求加大设备牵引力而只允许加大机重不能改变外形尺寸时,外置式履带行走机构更适合这种实际需求。

2 行走机构对机械性能的影响

履带行走机构是各种自行走工程机械的关键部件,它的几何尺寸影响整机外形尺寸,同时还一定程度地影响整机的使用性能。

进一步分析可以看出,当动力装置输出转矩相同、驱动链轮节圆半径不同时,根据牵引力公式,T=,在驱动链轮节圆半径R↑时,牵引力T↓,反之,当R↓时,T↑。

以下是两种相同输出转矩履带行走机构外形的比较。

图1所示的内置式履带行走机构,其理论输出转矩为:7000～8000 N·M,外形尺寸是:2692×350×571MM。

图2所示的外置式履带行走机构,其理论输出转矩同为:7000～8000N·M,外形尺寸是:2150×350×441MM。

履带板宽度可根据实际需要,在对机架结构进行调整后再调整,驱动装置不影响履带宽度的变化,这是内置式履带机构的特点。

当实际需要输出转矩为:9500～11000N·M时,

内置式由于液压驱动装置外形尺寸的变化,带来履带行走机构外形尺寸调整增大为:2800×350×656MM。

外置式仅需要调整液压马达安装法兰几何尺寸,对履带架相关部分进行加固,其它部件不变,外形尺寸也不变。

这进一步说明外置式履带行走机构更适用于煤矿井下小型连续作业的装载机械。

3 装煤机对行走机构的要求

装煤机在实现替代人工完成装载转运功能后,外形尺寸尽可能小型化以满足煤巷作业现场需要,是设计考虑的依据之一,而履带行走机构是其关键问题。

从履带行走机构与地面接触时,平均接地比压来分析。

平均接地比压公式,P= ×103

式中:P——设备的平均接地比压 Mpa

G——设备整机重量 KN

L——单侧履带行走机构接地长度 mm

b——履带板宽度 mm

可以看出,当平均接地比压相等时,随着设备整机重量的增大,履带板宽度和单侧履带行走机构接地长度需要相应增大。在煤矿煤巷相对狭小的空间里,设备体积的增大,使得其运行的机动性能受到一定制约,这会给煤巷现场作业带来很大的不方便。

同时,由于内置式履带架自身较高,操纵台架也相应较高,难以适应煤巷现场相对低矮的工作环境。

装煤机主要用于煤矿井下煤巷炮掘现场自动装载转运,持续行走的同时铲板插入料堆,耙爪连续耙取物料送入受料口,输送机将物料输送到后部的转运设备上。装煤机在行进过程中同时要完成铲取、输送、转运作业,因此对设备的动力要求比其它工程机械高。同时因为受到煤矿井下作业环境和工作条件的制约,设备外形要求紧凑。

4 结论

通过分析比较,装煤机设计采用动力外置式履带行走机构具有合理性、实用性。动力外置式履带行走机构也存在一些问题,如影响后部转运设备的连接,动力装置悬掛偏重等。

我们公司在设计中对动力外置式履带行走机构存在的问题进行综合考虑,采用一些合理的解决方法,满足了煤矿井下炮掘作业现场的需求。通过工业试验和用户实际使用,我们公司设计制造的蟹爪式全液压装煤机达到设计要求,取得较好的使用效果。

注释:

[1]铲土运输机械设计.机械工业出版社1981年.工程机械底盘构造与设计.中国建筑工业出版社.1980年.

[2]矿山机械.冶金工业出版社.1981年.

[3]国外掘进机.煤炭工业出版社.1986年.掘进机选型手册.煤炭工业出版社.1989年.采掘机械.煤炭工业出版社.1981年.