工程机械的分类及其底盘机构分析

王晓赏

（河北省曲周县第一中学，河北 邯郸 057250）

1 绪论

1.1 工程机械简介

工程机械作为重型装备制造工业的重要组成部分，只要是涉及到建筑施工与城市路面建设与维护、可移动式起重装卸作业等各类工程所需的在施工工程中所必需的综合性自动化机械装备，称为工程机械。国防、新型能源、农业水利、交通以及城市建设、矿山等资源的开采、工业与民用建筑、环境保护等各种不同的领域都能见到工程机械的广泛应用。近年来随着国家经济的不断发展和国家建设的不断开展，工程机械也在其中起着越来越重要的作用，逐渐的也出现了多种不同类型的工程机械，而有关工程机械制造、机械自动化的相关技术也逐渐发展成熟。工程机械正在朝着高度集成化、智能化的方向发展。

1.2 工程机械的分类

按照不同的功能，工程机械被分成了不同的类型。一般来说工程机械可以分为起重运输装卸机械、土石方挖掘类机械、桩工机械、矿山开采机械、路面施工与维护机械、隧道凿岩施工机械、桥梁施工机械、钻孔机械等。

1.2.1 起重机械

起重机械一般用于各类重型货物的装卸和运输。其基本结构一般为垂直升降、平台回转、平面内变幅、行走机构四部分，垂直升降机构为主要部分。按照执行机构的不同可以分为一般式、动臂旋转式和桥式三类；按照行走机构的不同可以分为塔式起重机、轮胎式起重机、履带式起重机等。而其他类型的起重机械如桅杆式起重机、升降机、绞车等，不同于起重机的一般结构，而缺少上述四部分中的某些机构。

1.2.2 土石方挖掘机械

土石方挖掘机械，顾名思义，一般用于土石方的铲掘、运送，也可用于路面的压实和平整。按照其实现功能的不同，分为土石方挖掘运输机械、路面压实机械和路面平整作业机械等。

土石方挖掘运输机械一般采用带有切削刃的斗形工作装置分割或挖掘土壤，利用动臂和斗杆的组合动作将土石装入斗内进而运送。按照其执行机构的不同可分为单斗或多斗挖掘机、推土机、装载运输机等。

路面压实机械是利用振动、冲击原理并使用机器自重压实土体，使土体变得紧实。其最为常见的机种为压路机。

路面平整作业机械则是利用执行机构—刮刀进行地面平整，可用于推送货物、扫除积雪积冰、修筑路基等，主要机种为平地机。

1.2.3 桩工机械

桩工机械一般出现在各类施工中的基础工程当中，其作用是在地面上打孔、地层中打设各种基桩并进行沉桩。按照其施工作用的不同，分为钻孔机、打桩机以及压桩机等。

打桩机是用机身配置的重锤下落产生的冲击力工作将基桩打入地下，重锤按照驱动方式的不同分为重力落锤、汽动锤、柴油锤、液压锤等；打桩机是利用振动甚至振动冲击作用将基桩打入地层，该种机械适用于砂质地层等较软的地面；压桩机大多是通过液压原理将基桩抱死，然后通过油压将基桩压入地面，该种机械适用于岩石层等较硬的地面；钻孔机可以在地面打出桩孔同时用钢筋固定孔型，然后再向孔中灌注混凝土进而一体式成桩。

2 底盘机构介绍

上述各类对各方面建设颇为重要的工程机械,其性能又与各自的底盘机构性能有很大关系，因此认识了解底盘机构的相关知识是至关重要的。

2.1 工程机械底盘的功用

自行式工程机械在各种类型的工程机械中占有很大的比重。自行式工程机械基本上是由原动机、工作机构以及底盘等部件组成。原动机为工程机械提供动力、执行机构进行相应的工作作业，而底盘部分作为整机最下部的支撑机构,需要使整台机器按照工作要求的速度和方向运动。对于像矿山开采机、平巷掘进机、矿用载运车和推土机等在行进中施工的机械,其牵引性底盘的性能对整机的性能起着至关重要的作用。对于像凿岩车、牙轮钻孔机和挖掘机等在行进中不施工的机械,其承载型底盘的性能对整个机械的性能也有很直接的影响。

2.2 底盘机构的组成及分类

工程机械底盘机构由传动装置、行走系统、转向系统、制动装置和回转支承装置等五大部分组成。

（1）传动装置是指从原动机至驱动轮至从动轮这之间的动力传递装置。其功用是将原动机提供的动力传递给驱动轮,再通过驱动桥等结构传递至从动轮，同时满足在使用时对底盘机构性能的要求。

（2）行走系统的作用是把整机支撑起来，使之离开地面,传递并承受地面作用在行走机构上的各种力和力矩,同时减小振动和冲击对底盘的影响，保证机械正常运行。履带式底盘机构的行走系统主要由车架、履带架、悬架和四轮一带等组成。其中四轮一带是指驱动轮、支重轮、导向轮、托链轮和履带。

（3）转向系统的作用是使整机按照所需要的方向行驶。履带式底盘机构的转向系统主要由制动器、转向离合器以及操纵机构组成。

（4）制动装置主要用来使工程机械在短时间内降低其行驶速度，甚至在各种路段安全停车。履带式底盘机构中一般不设专门用来制动的装置，因为其运行速度不会过快，只需靠其转向制动器进行减速甚至制动。

（5）回转支承系统的主要作用是让工程机械能转换施工方向，同时提起挖掘的物料并绕机械做圆周运动，从而实现运输物料的目标。

由于工作环境和工作情况之间的差异，各类工程机械采用的底盘机构不尽相同，而其分类的标准也多种多样。根据行走系统类型的不同，我们习惯上把底盘机构分为步行式、轨轮式、履带式以及轮胎式4种类型。根据传动方式类型的区别，一般又把底盘机构分为液压传动式、电力传动式和机械传动式3种。其中履带式和轮胎式最为常见，它们都有着自己各自的优缺点。履带式底盘的工作环境较恶劣，需要其具备足够的刚度和强度，而且耐磨性要足够好，并且质量小以减少金属的损耗量，同时减轻履带运转时所承受的动载荷，履带还要能很好地附着在地面上，又要尽最大可能减少行进和转向时机械受到的阻力。

2.3 履带式底盘机构

以履带作为其底盘的工程机械是机械工程行业的一个重要门类, 其中行走机构的主要组成部分是“四轮一带”（驱动轮、支重轮、导向轮、托链轮和履带架）。而行走机构的性能直接关系到工程机械的安全与否,因此对履带式工程机械的“四轮一带”的结构设计与制造有着很重要的意义。

驱动轮，顾名思义是驱使机械行进的轮子，它的功用是将传动系统的动力传给履带，进而产生使底盘行进的牵引力。通常情况下驱动轮处于机械行走系统的后部。后轮驱动的优点之一是使前轮承受的压力减小从而使得机车的灵活程度得到较大提高，而且其维修费用也较低。

支重轮的功用主要是将机械重量传递给路面。当履带式工程机械在不平坦的路面上行进时，支重轮会受到地面较大的冲击力，因此支重轮所受载荷大，而且其工作环境较恶劣，大多数情况下暴露于尘土中，有时还可能浸泡在泥水里，所以需要支重轮有良好的密封条件。又因其所受载荷大，所以要尽可能均匀地分布其接地比压，为此可使用多个直径较小的支重轮。

导向轮的用途是将履带限制在正确绕转的轨道之内以防止其跑偏。大多数机械的导向轮同时也起到了支重的功用，增大了履带和地面的正接触面积，进而减小了接地比压。导向轮性能的好坏取决于与其最近支重轮间的距离，距离越小，导向性越好。

履带因为其工作条件恶劣故对其性能具有较高的要求。在选择履带的材料时，需考虑材料的刚度、强度、耐磨性以及成本等因素。

3 传动系统详述

作为底盘机构的重要组成部分之一的传动系统，对工程机械功能的正常发挥起着枢纽的作用。

3.1 传动系统简介

工程机械上将源动力装置的驱动力传递到驱动系统上的一系列传动部件总称为传动系统。由于源动力装置转速高且速度变化范围小，输出转矩较小，而驱动工程机械所需要的是大转矩，并且工作速度低，同时速度波动较大，这样就需要一个转换的结构使两者相适应。因此，所谓传动系统，其作用就是将发动机所输出的动力按照工作需要适当的降速增扭并传递给驱动系统，使之能够适应工程机械在运行或作业过程中的实际需要。

传动系统也分为很多类，主要包括机械式传动、液力机械式传动、液压式传动和电传动。

机械式传动系统的主要结构包括离合器（凸爪式、摩擦式）、变速器（有级式、无级式）、万向传动装置（刚性、柔性）和驱动桥（轮式、履带式）。万向传动装置由两个万向节和中间的传动轴组成，能通过万向节角度和位置的变化在相邻的轴间传递动力；驱动桥的主要机构包括主减速器和差速器，主减速器可以起到降速增扭的作用，而差速器主要是能使车辆两侧的车轮以不同转速运行，以达到顺利过弯的目的。机械式传动工作可靠，工作效率较高，曾经在工程机械领域得到广泛的应用。但同时它也有以下不足：当系统处于复杂多变的环境中时其工作性能表现不良，容易出现熄火等故障；采用纯机械传动，工人的劳动强度大、机械所受的冲击大、零件易磨损，需要频繁更换，成本较高。

液力机械式传动系统其结构上最大的特点是具备一个液力变矩器，通过液体的环形运动使涡轮输出的扭矩增大。液力机械式传动系统由于其工作介质一般为液体，不仅能吸收传动过程中产生的冲击、振动以及噪声，还能实现换挡时的无级调速，大大降低了驾驶人员的工作强度。但同时由于液力变矩器以及动力换挡变速器制造较为复杂，因此该系统成本也要高一些，而且传动效率较低。

3.2 离合器简介

常见的传动系统，一般具有离合器、变速器、万向传动装置等机构。下面选取其中较为重要的离合器进行介绍。

离合器作为传递动力的枢纽，一般位于动力源（发动机）与变速器之间，其作用是根据工作环境的变化或工作情况需要及时将相邻的传动轴连接或分离，在两轴连接的情况下保护系统避免系统过载，在两轴分离的情况下通过变速器进行换挡。

根据不同的分类标准，离合器可以分为多种类别。根据离合器接合方式的不同，离合器可分为摩擦式、凸爪式、电磁式、齿轮式等几种，其中摩擦式离合器运用的最为广泛。该种离合器又可根据其从动盘上摩擦片数量的不同，分为单片式、双片式、多片式几种，常见于工程机械、寻常车辆之上；根据离合器上压紧弹簧布置情况的不同，可以将离合器分为具有多个弹簧的周布弹簧式、只有一个主弹簧的中央弹簧式以及膜片弹簧离合器等；根据离合器在不受任何外力的自然状态下的工作状态，可分为经常结合式离合器和非经常结合式离合器。

离合器在经过长时间的工作之后，从动盘会因不断磨损而变薄，该情况以摩擦式离合器最为常见，使得压盘与从动盘之间的自由间隙变小，最终导致离合器难以正常工作。因此离合器在经过长时间使用之后必须进行必要的调整，而最为常见的调节方式为调节连接踏板的拉杆上的调整螺母，依次改变拉杆的有效行程，使得离合器能够保证合适的自由间隙。

4 结语

本文主要论述了工程机械的分类和具体的结构及其作用，以及工程机械中起支撑作用的底盘机构的功用组成及其分类，并详细介绍了“四轮一带”底盘机构各部分的组成和功用。工程机械作为重型装备工业的重要部分，在国防、交通运输、道路桥梁以及城市的建设，甚至在环境保护、可持续发展等领域起到了重要的作用。底盘机构不仅对整机起着支撑性的作用、为工程机械提供移动所需要的驱动力，还能使机械按照规定的速度以及所需的方向行驶，其性能对整机的性能起着决定性的影响。

[1]赵宏强.工程机械底盘构造[D].中南大学,2016.

[2]关成龙.潜孔钻机底盘设计[D].中南大学,2016.

[3]赵宏强.工程机械分类[D].中南大学,2016.

[4]黄毅敏.工业工程视角下中国制造业发展困境与路径[D].天津大学,2015.