浮箱履带式行走装置

甄海玉，王良杰，田跃飞，梁晶实ZHEN Hai-yu, WANG Liang-jie, TIAN Yue-fei, LIANG Jing-shi（北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京 102249）

浮箱履带式行走装置

甄海玉，王良杰，田跃飞，梁晶实
ZHEN Hai-yu, WANG Liang-jie, TIAN Yue-fei, LIANG Jing-shi
（北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京 102249）

[摘 要]浮箱履带式行走装置主要由浮箱体和驱动装置组成，本文重点介绍了浮箱体和驱动装置的作用，提出各部分的设计要点，总结了相应的设计方法，供从业者参考借鉴。

[关键词]浮箱体；驱动装置；作用；设计要点

随着国家经济建设的不断发展，沿海滩涂的治理和围海工程，浅海油气田的井位工程，石油天然气管道的铺设工程，防汛抢险和救援工程等经常会遇到沼泽、滩涂、湿地等施工环境，致使设备及物资难以进入施工现场，工程无法顺利进行，严重影响施工进度及施工安全。针对上述长期困扰的施工的问题，作者所在单位对标准型工程机械底盘进行分析研究，设计满足上述施工要求的浮箱履带式行走装置。它可以提供较大的浮力，还具有超低的接地比压，既可以在陆地上行走，又能在湿地、沼泽等松软地面中行走，必要时还可在深水中浮航。浮箱履带式行走装置主要由浮箱体和驱动装置组成（图1）。

图1 浮箱履带式行走装置

1 浮箱体设计要点

左右浮箱体既是保证履带正常行走的履带架，又是保证其在泥水中浮行时的浮体。

浮箱参照轮船和两栖车辆设计成船体式结构，并在浮箱体前后设计有较大的接近角和离去角，可以大大减小运行阻力提高其通过性，如图2所示。作为提供浮力的主要装置，为减轻浮箱箱体重量，浮箱设计为内部骨架型结构，外部高强钢板密封。为提供安全保障，浮箱体内部合理分隔成若干个水密舱，为整机提供浮力储备，保证在突发情况下，某一个密封舱破坏进水后不影响其他舱室， 更不会导致整机浮力不足而下沉，这样的安全设计为其配备该行走装置的施工机械水上浮航和作业提供了保障。

图2 浮箱体主、俯视图

浮箱的大小取决于施工设备整机的重量，设备能否在湿地、沼泽等松软地面上行驶取决于其接地比压的大小。接地比压通常按下列公式计算。

式中 P——接地比压，kPa；

g——重力加速度，g＝9.81m/s2；

W——轨链板宽度，m；

L——组合轨链板接地长度，m；

R——图示圆弧半径,m,要求H

设备能否在水中浮航取决于浮箱体提供的浮力大小，浮力计算根据阿基米德原理，物体在水中所受到的浮力等于该物体所排开水的质量，因此，设备所受到的浮力就等于其排开水的质量（通常称为排水量）。

浮力通常按下列公式计算

F=ρgV

式中 F——浮力，kN；

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ρ——水的质量密度，t/m3；

g——重力加速度，g＝9.81m/s2；

V——排水体积，m3。

一般情况下，设计浮箱履带式底盘除考虑整机重量外还需考虑一定的储备浮力。储备浮力通常按照以下公式计算

式中 F——浮力，t；

G——机重，t。

浮箱体外形尺寸在满足设备总体浮力储备的前提下合理设计长宽高，依据接地比压确定浮箱体接地长度及宽度，依据浮力确定浮箱体高度，在保证接地比压、储备浮力、附着性能和转弯性能等综合因素的前提下，合理匹配外形尺寸。

2 驱动装置设计要点

驱动装置的作用是将传动系统的动力传至履带，以产生使行走装置运动的驱动力，通过链轮驱动链条绕浮箱体转动实现整机移动。驱动轴为减轻重量通常设计成空心轴，链轮链条是关键件，设计中应保证驱动链轮与链条的啮合性能良好，在各种不同行驶条件和履带不同磨损程度下应啮合平稳，不发生卡滞和履带脱落等现象。

履带板采用箱型封闭结构，提高强度的同时还可提供一部分浮力，这种间隔式履带装置相对普通挖掘机履带板其后面有足够的位置形成被动朗肯区，土壤内聚力可以得到充分的利用。所以这种履带产生的推力远大于普通履带，此外，这种间隔式履带还具有接地比压小、脱泥性好等优点。

目前国内的链条生产厂家比较成熟，已形成标准，设计上主要是选型，其中最重要的技术参数是节距，选择节距的依据是链轨节的破断拉力是履带最大牵引力的2～3倍，即履带总牵引力小于或等于链轨节的拉力。标准链轨节允许拉力已经确定，根据最大牵引力和标准链轨节的允许拉力来确定标准节矩。

齿槽形状如图3所示。

图3 齿槽形状

驱动轮节距与链轨节距相等；增加驱动轮齿数能使履带速度的均匀性改善，摩擦损失减少，但会导致驱动轮直径增大，引起行走牵引力的减小。浮箱履带式底盘行走机械驱动轮齿数一般为奇数，使得啮合过程中每个齿都能和链轨节啮合，其齿数通常为8～15。

分度圆直径d＝p/(sin180°/z)；齿顶圆直径da计算公式damax＝d+0.625p－d1，damin＝d+p(0.5-0.4/z)-d1，damax和damin对最小或最大的齿槽形状都可采用，其受到的限制是刀具受最大加工直径的限制；齿根圆直径df=d-d1；齿沟中心分离量s用于非加工齿或脏污环境下工作时，s=0.1p;用于机加工或清洁环境下工作时，s=0.003p。

齿廓（齿顶）段圆弧半径re=p/2，齿沟圆弧半径rimin=0.505d1，链条滚子的最大直径Ød1，由于滚子制造过程中有误差，取滚子上偏差；最大齿侧凸缘直径Ødg=pcot(180°/z)-1.05h2-1-2ra，式中h2为链板高度，如果轮毂、垫圈、凸缘和嵌条一旦超出上述限制就会与链板发生干涉；齿宽

bf计算公式bfmax=0.95b1；齿侧倒角宽ba=0.65P；齿侧半径rx=0.5P；齿侧圆弧半径ra=0.15h2，式中h2为链板高度。

链轮链条的主要技术参数与使用工况、制造加工等因素有关，设计中可根据具体要求适当调整部分参数。

3 结 语

目前，浮箱履带式行走装置主要用于挖掘机、运输车、清淤机、起重机等，应用证实该底盘特别适用于湿地、沼泽等松软地面上的作业设备。但由于浮箱履带式底盘行驶阻力大，发动机功率利用率低和链条寿命短等问题还需要进行技术攻关，力争加快施工进度的同时降低施工成本。

[参考文献]

[1] 陈大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1969．

[2] 杨楚泉．水陆两栖车辆原理与设计[M]．北京：国防工业出版社，2003．

[3] 蒋崇贤．车辆地面行驶理论[M]．武汉：武汉工业大学出版社，1989．

（编辑 张磊庆）

［中图分类号］TU621

［文献标识码］C

［文章编号］1001-1366(2015)04-0056-02

［收稿日期］2015-02-02

Pontoon tracked running gear