重型掘进机履带式行走机构的研究

杨春海

摘 要：介绍了重型掘进机履带式行走机构的工作方式和技术特点，主要对行走机构运行过程中易出现的问题进行了分析，并提出了解决方法，以期为行走机构的可靠性设计提供参考依据。

关键词：掘进机；行走机构；履带；过载能力

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.100

履带作为井下重型设备的行走机构，在整机的正常运行中起着非常重要的作用。井下环境恶劣、底板不平整，如果煤泥水排放不及时，则履带在工作时常处于被物料包裹的状态，导致履带被磨损、破坏。因此，井下履带设计的影响因素较多，不仅要保证履带的正常啮合行走，还要考虑石块进入履带时对其的磨损。

1 履带行走装置的工作方式和技术特点

目前，国内外履带行走的方式主要有以下2种：①电机驱动。是指由电机通过减速器驱动履带行走。②液压驱动。是指由液压马达通过减速器降速增扭驱动履带行走。

履带行走装置的电驱技术有以下4个特点：①过载能力强。由于电机具有较强的过载能力，在外界转速降低时，扭矩能迅速、成倍增长，从而有效提高整机的通过性。②行走速度快、能量损失小、传动效率高。③为了实现整机行走无级变速功能，电驱需配备相应的变频器，但成本较高。④传动系统复杂。整个传动线路由电机、制动器、减速器和输出链轮组成，占用空间较大。

液压驱动技术有以下4个特点：①无过载能力。受液压压力和溢流阀的限制，实际输出的驱动力基本与设计驱动力一致。在行走中遇到堵转的情况下，液压处于完全卸载状态，无任何过载能力。②行走速度慢、能量损失大、传动效率低。由于液压传动过程中的能量损耗较大，导致液压系统的整体运行效率较低，损耗的能量会使整个产生系统发热，因此，应增加相应的冷却装置。③变量泵+变量马达的配置无需增设其他配置，即可轻松实现履带驱动的无级变速，并具有自动调节功能。此外，配置平衡阀还可提升系统的平衡性。④传动系统紧凑。传动线路由马达、内制动器、内制式减速器和输出链轮组成。由于马达、制动器和减速器可合成一体，并安装在履带链内部，不会占用较大的空间，这有利于整机的空间布置。

从上述特点可以看出，液压驱动比较适合整机结构紧凑、对过载能力要求低、行走功率小的系统；而电机驱动比较适合整机质量较大、具有一定的过载能力和行走功率大的系统。受到煤矿井下巷道条件的限制，掘进机整体的尺寸应紧凑，质量不可超过130 t，且应具有水冷散热、行走速度较慢的特点。因此，基本可全部采用液压驱动的方式。

2 履带行走装置的可靠性研究

2.1 导向装置的可靠性设计

井下掘进机履带所处的环境较为恶劣，履带两侧物料受到巷道的挤压后极易卷入履带，进而封死履带内部空隙。因此，为了保证导向装置的可靠性，取消了履带中常用的缓冲装置，且为了避免导向装置中的张紧油缸受损，在张紧后加入了垫板，从而保证油缸卸压后的张紧行程稳定。

2.2 链轮的可靠性设计

链轮齿形复杂，以往较难精确计算链轮的受力情况。随着三维有限元软件的普及，复杂零部件的计算变得越来越简单。因此，链轮的可靠性计算可在利用三维软件建模后开展有限元分析。虽然链轮在啮合时为多个齿同时受力，但理论计算可以按驱动力的平均数对单个齿进行受力分析。而在实际啮合过程中，受履带节距磨损的影响，加之链轮啮合表面有物料堆积，可能出现单齿受力的情况。因此，链轮轮齿有限元分析可按单齿计算，且可满足履带的可靠性要求。

2.3 支重轮的可靠性设计

支重轮为整机的支重部分。极端条件下，单个支重轮将承受整机50%的质量，因此，支重轮的可靠性设计至少应按整机质量的50%计算；支重轮内部的铜瓦应能承受侧向力，因此，需要按照单个受牵引力的最大点计算。为了加强支重轮表面的抗磨损能力，需对支重轮表面进行强化处理，一般采用表面淬火或渗碳淬火的方式。

2.4 履带链的可靠性设计

掘进机履带链主要由整体铸造或锻造履带板加装履带销和安装在两侧的挡销组成，具有结构简单、井下使用方便的特点。轻、中型掘进机可使用铸造履带板，这样可有效降低使用成本；重型掘进机主要用于岩巷的截割，机身振动较严重，作用力传递到履带时，需要履带具有较强的抗冲击能力，因此，应选用锻造履带板。此外，履带销应具有较高的强度和较强的抗冲击性、耐磨性，因此，可选择调质材料，并采取淬火后低温回火的热处理或调处理加表淬的工艺来保证材料的性能。

3 结束语

综上所述，通过分析履带行走装置各部件的设计及其使用中易出现的问题，提出了相应的解决方案，有效提高了履带各部件的强度和耐磨性，对履带行走装置的设计有一定的指导意义。

〔编辑：张思楠〕