履带式液压挖掘机张紧装置受力计算

吴金锋，黄金辉，张亚龙

（徐州徐工挖掘机械有限公司，江苏 徐州 221000）

履带行走机构具有牵引力大、接地比压低、爬坡能力强、转弯半径小等特点，在工程机械、矿山机械等领域得到了广泛应用。履带行走机构主要包括引导轮、张紧缓冲装置、链轨及履带板、支重轮、托链轮、纵梁、驱动轮等。液压张紧缓冲机构是一个很重要的部件，它支承引导轮，引导履带链轨正确卷绕，并通过调节履带链轨的松紧程度使履带链保持在一定的张紧力范围内工作。

挖掘机张紧缓冲装置在履带机构行走过程中受到冲击时起到缓冲作用，防止履带行走机构零件过载，并能够减小履带振跳。在设计履带行走机构时，履带必须要有合适的张紧度。张紧度过大会增加履带销与销套以及各轴承间的摩擦力，加快磨损；张紧度过小会引起履带振跳，降低行驶稳定性，在转弯或倒退过程中甚至引起履带脱轨［1］。因此，液压张紧缓冲机构的设计具有重要意义。

1 机构组成

挖掘机的履带张紧装置在履带行走机构前端，主要由张紧油缸、弹簧、活塞轴和油杯等组成。这种带有辅助液压缸的弹簧张紧装置借助润滑用的黄油枪将黄油压注入油缸中，一端移动导向轮，另一端压缩弹簧使之预紧。预紧后的弹簧尚需留有适当的行程起缓冲作用。如果履带太紧需放松时，可拧开注油嘴，从液压缸中放出适量的黄油。在工作过程中，张紧装置的活塞轴一端贴靠在纵梁内部的挡板上，另一端与引导轮相连。在履带受到冲击时，引导轮可以通过压缩张紧弹簧向后移动。当冲击消退时，引导轮在张紧装置弹簧的作用下推动活塞杆，使引导轮张紧履带恢复到正常的张紧力。图1为一种挖掘机履带用张紧缓冲机构。

图1 张紧装置

2 主要设计参数分析

2.1 挖掘机前进时张紧机构的张紧力

挖掘机在工作过程中履带行驶方向始终在前进方向上时，挖掘机前进时履带各段的受力情况如图2所示。

图2 挖掘机前进时履带各段的受力情况

履带上方区段为松边，履带对引导轮的作用力由靠近引导轮端履带段的下垂量来确定。最大下垂量可认为是在履带段L的中间点，下垂量一般取为

式中h——履带的下垂量，mm；

L——引导轮与托链抡之间的距离，mm。履带对引导轮的作用力F由下垂段的履带板在重力作用下产生的拉力来确定

式中F——履带对引导轮的作用力，N；N—— 单块履带板、链轨及连接螺栓组的重量，N；

t——链轨节距，mm；

α—— 下垂段履带理想方向与水平方向的夹角，°。

挖掘机在前进时张紧装置的张紧力为

2.2 挖掘机后退时液压张紧机构的张紧力

在挖掘机转场时会倒退行车，这时履带各段的受力情况如图3所示。除了驱动轮与支重轮之间的履带段为松边外，其余各段均为紧边。此时的驱动力等于履带的行驶阻力

式中f——滚动阻力系数，挖掘机取f=0.07；

G——附着重量，N。

图3 挖掘机后退时履带各段的受力情况

此时履带对引导轮的作用力

式中T——作用在单条履带上的行驶阻力，N。所以挖掘机在后退时张紧机构的预设张紧力

在后退的情况下履带上方区段为紧边，履带下垂量变小，下垂段履带理想方向与水平方向的夹角变小，下垂段的履带在重力作用下对引导轮的作用力变大。由式（1）-（4）比较可以得出：FH>FQ，即在挖掘机前进时履带行走机构可以正常行驶，在后退时履带会将引导轮向后拉动一定的距离，直到张紧机构的张紧力与履带对其产生的拉力平衡为止。这时引导轮身后移动距离e，并累积在履带松边段。若移动距离e过大，则有脱链危险，所以为保证挖掘机在后退行驶中正常驱动，在设计挖掘机张紧机构时，张紧力应以后退时的履带对引导轮的拉力为设计依据。

3 结束语

本文介绍了履带式挖掘机用张紧装置的工作原理，分析了在前进和后退两种工况下张紧装置的受力情况，可为挖掘机张紧装置的设计选型提供参考。