关于履带底盘转向研究

彭琛

【摘 要】 履带底盘转向能力会对整台机器的工作性能产生极大影响，对于履带底盘的机器而言，其发动机功率在某种程度上取决于转向能力，因此针对履带底盘转向进行深入研究具有相当积极的现实意义。有鉴于此，本文基于履带底盘转向进行研究，首先概述了某机械传动履带底盘的工作原理，然后分析了相关故障，最后讨论了改进方案及其结果。

【关键词】 履带底盘  转向  故障  改进

1 某机械传动履带底盘概述

某机械传动履带的工作原理详见图1，发动机利用弹性连接盘将动力传输给泵以及马达液压系统，然后通过变速器依次传输给两侧的离合器、制动器以及轮边减速器，最后履带在驱动轮的驱动作用下前进或者后退。机器转向动作由单侧离合器和制动器综合作用来实现。如果是向左慢转，则需要松开左侧离合器;如果是左急转，首先要松开离合器，然后再对左侧制动器进行制动。右转和左转在原理上完全相同[1]。

2 故障分析

该机器在实际应用时，曾发生过无法转向的故障。深入观察发现，转向过程中驱动侧离合器存在打滑问题，而这一问题会导致机器转向时无法获得所需扭矩。之所以出现打滑问题，是因为离合器没有具备足够的传递扭矩的能力。然而如果更换可以传递更大扭矩的离合器，那么会导致离合器在直径以及轴向尺寸上均有所增加，如此一来，不仅会增加履带底盘高度，而且会增加履带间距，最终削弱机器运行时的通过能力。

离合器借助轮边减速器以及驱动轮以实现对扭矩的传递，当总传动比保持不变时，其具有的传递扭矩的能力主要取决于两点，一个是轮边减速器的减速比，另一个是驱动轮的直径。在某个工况下，随着轮边减速器减速比的增大，离合器实际需要传递的扭矩则会越小;驱动轮直径越小，那么驱动扭矩所对应的力臂也会越小，从而提供更大的驱动力。

3 改进方案及其结果

由上述分析可知，若想实现对离合器传递扭矩的改变，有两种方案可供选择：方案一，整机减速比以及参数保持不变，对变速器以及轮边减速器的传动比进行相应调整，从而使离合器可以承受正常转向所需要的扭矩。方案二，适当减小驱动轮的直径。考虑到方案二会导致履带的弯曲半径变小，缩减其服役寿命。为保持整台机器各项参数不变，建议选择方案一。

原变速器泵、马达之间的传动比为1，变速器I档对应的传动比为3.5923，II档对应的传动比为1.8059，轮边减速器对应的传动比为9.009，由此可得知，变速器I档和II档对应的总传动比分别为32.3656、16.2708。

在履带底盘运行过程中，履带、地面之间出现打滑现象时，应使得驱动扭矩达到最大，还应超过打滑扭矩，除此之外，还应给出相应的安全系数。由实践经验可知，这一安全系数通常在1.2～2.0之间。考虑到相同工况情形下，I档能够传递的扭矩要明显大于II档，因此选择变速器I档所对应的传动比。机器出现打滑现象时，其单侧离合器扭矩可通过下述公式进行计算：

（1）

上式中：指的是机器出现打滑现象时，单侧离合器实际需要传递的扭矩，单位N·m;指的是地面附着系数，如果工况不理想，则取0.8;mg指的是机器满载情况下的重力，取值5300×9.8N;指的是底盘动力半径，取值200.5mm;指的是减速器传动比，取9.009。

马达传递给单侧离合器的扭矩可通过下述公式进行计算：

（2）

上式中：指的是马达传递给单侧离合器的扭矩，单位N·m;指的是马达每转排量，取34mL/r;指的是液压系统压力，取30MPa;指的是马达效率，取0.95;指的是I档传动比，取3.5924。

原选单侧离合器能够传递的理论扭矩M的大小为500N·m，和马达施加给单侧离合器的扭矩相当接近，可见马达和离合器并不存在明显的选用冗余，具有比较理想的综合成本。理论扭矩超过机器打滑情形下单侧离合器的扭矩，再加上正常行驶状态下所需扭矩明显小于转向等特殊工况，因此其正常行驶不会出现问题。

在转弯情形下，一侧动力被完全切断，此时完全通过另一个离合器以实现对扭矩的传递。该种情形下，马达传递过来的扭矩会被单侧离合器全部吸收，因而离合器面临负载加大的问题;一旦接近或达到打滑扭矩，如果离合器理论扭矩无法完成对动力的有效传递，则无法正常转向。

打滑扭矩和所有履带所能够承受的载荷密切相关。在转弯动作时，履带附着地面所实际需要的打滑扭矩保持不变，换而言之，单侧离合器仍旧承担着单侧履带施加的打滑扭矩，而非整台机器提供的打滑扭矩。离合器所对应的安全系数为M/M1，经相应计算可知，原设计采用的安全系数1.08较小，因此导致机器在部分工况下无法正常转向。

改进之后，泵和马达所对应的传动比为0.8095，变速器I档所对应的传动比为0.8095，II档所对应的传动比为1.4378，轮边减速器所对应的传动比为13.836，由此计算出，I档和II档所对应的传动比分别为32.4606、16.1045。泵和马达传动比可借助适当增加泵排量的做法进行调整，而变速器和轮边减速器各自对应的传动比都可借助更换齿轮的做法进行调整。利用公式2进行相关计算，能够得出M1新、M2新以及离合器安全系数分别为301.0688、447.1779、1.66。如此一来，使得该机器具有了更为理想的转向能力。

4 结语

对于履带底盘的机器而言，履带底盘是其至关重要的组成部分，决定了机器的整体性能，因而务必要保证履带底盘转向的正常工作性能，一旦发现故障，应深入分析，有效解决，避免安全事故的发生。

参考文献

[1]欧阳联格，熊承杨，盛精.沙滩清洁车履带底盘摆动轴优化设计[J].机械设计与制造，2014，08：224-226.