液压挖掘机履带涨紧装置的设计计算

姜海涛，张艳明，谢 广

（山重建机（济宁）有限公司，山东 济宁 272000）

液压挖掘机履带涨紧装置的设计计算

姜海涛，张艳明，谢 广

（山重建机（济宁）有限公司，山东 济宁 272000）

因液压挖掘机的使用环境普遍都是泥土、沙石等较恶劣的工况，履带式行走装置具有牵引力强和路面适应能力好等优点，所以履带式的行走装置得到了广泛的应用。

履带式的行走装置其与地面有较大的接触面积，这样会大大降低接地比压，在泥泞的路面上也可以行走自如，不会出现轮式挖掘机因接地比压大而深陷泥潭的尴尬处境。

履带式液压挖掘机行走时，涨紧装置起到了非常重要的作用，涨紧装置参数设计的正确与否直接影响着整个挖掘机行走装置能否正常使用。如果涨紧装置参数设计小了，那么挖掘机在行走时就会出现异响、跳齿，严重时还会出现脱轨等现象。如果涨紧装置参数设计大了，行走时又会出现卡滞、内阻增大从而影响四轮一带的使用寿命，严重时将影响下车的使用寿命。怎么才能确定涨紧装置设计的正确与否？

1 工作原理

如图1所示是某8吨挖掘机履带涨紧弹簧，它的工作原理是通过2和导向轮上的支座固定在下车上，从1处注入黄油将4顶出，从而使安装在4上面的导向轮向前移动，达到涨紧履带的目的，当导向轮受力时，4会向后移动从而压缩3，当3的压缩产生的力与外力平衡时，3将不再压缩。当外力减小或消失时，3将向前形变恢复初始的状态，履带将重新被涨紧。这种通过涨紧弹簧的压缩、释放改变轮距可以有效地减小下车行走时对行走马达的冲击、防止履带脱轨等。

涨紧装置就是通过涨紧弹簧的压缩、恢复产生的形变进行轮距的调节，从而达到缓解冲击、涨紧履带的目的，所以涨紧弹簧的参数设计就尤为重要了。

图1 某8吨挖掘机履带涨紧弹簧

2 设计计算

挖掘机履带涨紧装置的设计必须要先确定3个参数，即安装载荷、最大载荷、最大行程。

驱动轮前驱时是挖掘机行走的一种极限状态，如图2所示，其中①、②、③处受力最大均是驱动力F，④处不受力，当行走马达驱动力最大时（低速最大扭矩），F值达到最大，此时涨紧装置受力达到最大值2F(F=M/R)。M为行走马达驱动的最大输出扭矩，R为驱动轮分度圆的半径。

挖掘机原地转弯是正常工作经常出现的一种状态，这种状态下受到的阻力要比直行时受到的阻力大，而此时图2中涨紧装置受到的力就是2Fr，Fr=0.25βμmgL/B。

图2 驱动轮前驱时是挖掘机行走的一种极限状态

μ—— 履带转弯时最大摩擦因数，一般取值0.4～0.7，此处取极限值1.0；

β—— 履带板侧边与地面刮土的附加阻力系数，β=1.15；

m——整机质量；

L——整机轮距；

B——整机轨距。

根据以上两个状态分析，导向轮传给涨紧装置的力分别是2F、2Fr

因挖掘机行走时允许跳齿

驱动力最大涨紧压缩量

原地转弯阻力涨紧压缩量

S——涨紧装置的最大行程，取45mm；

F——行走马达驱动力，F=38 007.5N；

Fr——原地转弯阻力，Fr=31 442.5N；

P1——涨紧装置的安装载荷，P1=53 900N；

K——弹簧的弹性系数，K=589N/mm；

D顶——驱动轮的齿顶圆直径，mm；

D根——驱动轮的齿根圆直径，mm；

L——驱动力最大弹簧涨紧压缩量，mm；

L1—— 原地转弯弹簧涨紧压缩量，L1= 15.3mm。

1）因式1中π（D顶-D根)/4是一个定值（42.3mm,根据驱动轮计算得来），指定S＝45mm,涨紧装置的最大行程就确定了。

2）按式2行走马达最大驱动力时涨紧弹簧压缩量L≤S，因为履带正常工作时有一定的下垂量，当履带受力绷紧时，履带走过的距离为2h,所以正确的公式应该是L+h≤S(h可以根据履带正常涨紧时下垂状态来计算)，此处h取值4.8mm，确定L取值37.5mm。

3）式3中L1≤节距/4=X,根据收集、整理的国外知名品牌的挖掘机参数，L1/X的比值在0.3～0.5之间，正常工作时此值过大容易引起异响、跳齿、脱轨等问题，过小又会出现缓冲差、内阻增大、行走马达冲击大、卡死等问题。

综上所述，设安装载荷P1、涨紧弹簧刚度K为未知数

根据式4可求出P1、K的值。确定了P1、K值之后，根据弹簧的参数计算，查《机械设计手册》可得弹簧的具体参数。

3 结 语

本文提出了通过确定挖掘机行走时的两个状态下涨紧弹簧压缩量，来计算涨紧装置的安装载荷P1和弹簧刚度K,从而计算涨紧装置的各个参数。

本文中的计算方法可以应用于挖掘机行走装置的新设计，也可以对已设计完成的挖掘机行走装置是否合理进行判定。

[1]成大先.机械设计手册(5版)[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]陈国俊.液压挖掘机(上册)[M].武汉：华中科技大学出版社，2011.

(编辑 吴学松）

Calculation in design of hydraulic excavator crawler tension bridle device

JIANG Hai-tao, ZHANG Yan-ming, XIE Guang

TU621

B

1001-1366(2015)01-0044-02

2014-09-22