裝煤機履帶行走機構分析與選用

摘要:履帶行走機構廣泛應用于工程機械、煤礦機械中，如工程挖掘機械、煤礦井下掘進與裝載機械等。履帶行走機構具有接地面積大、接地壓力小、轉彎半徑小等特點，它主要是由導向輪、張緊裝置、履帶架、履帶鏈、支重輪、驅動裝置等組成的。

關鍵詞:履帶行走機構驅動裝置內置式外置式

1 基本形式結構[1]

目前，履帶行走機構基本采用兩種形式結構，一種是履帶行走動力裝置內置在履帶架中，如圖1所示;另一種是履帶行走動力裝置外置于履帶架一側，一般多在內側，如圖2所示。內置式的履帶板寬度尺寸不受影響，工程機械基本采用這種形式結構;外置式的履帶板寬度尺寸受動力裝備的約束，調整受到一定限制，煤礦掘進設備中，兩種形式結構都有采用。

采用履帶行走機構的機械設備，動力裝置基本采用液壓傳動，用液壓馬達作驅動元件。馬達在履帶架上安裝的方式不同，對履帶行走機構適用的作業場合有一定影響。

動力裝置內置式，履帶架結構受內置動力元件制約，外形幾何形狀較大，隨著動力的增大，外形尺寸也隨之增大。動力裝置內置式，履帶板寬度可按實際需要設計，不受履帶架及動力裝置的約束。

動力裝置外置式，側掛在與機架連接的一側，動力側掛鏈輪設計不受動力元件約束，履帶行走機構外形尺寸可相對較小，適宜施工場地相對低矮狹小的煤礦井下作業。我們公司設計制造的裝煤機就是采用這種形式結構，其設計依據之一就是基于上述對兩種結構的初步分析比較。

1.1 內置式結構[2]

動力裝置內置的履帶行走機構，多數是采用軸向柱塞馬達與大速比行星傳動機構組合的動力裝置。動力裝置安裝在履帶架中，履帶驅動鏈輪直接安裝在動力裝置輸出殼體上，與動力裝置組成一體，裝上組裝式履帶板，動力裝置和履帶架等一起包裹在履帶形成的閉環中，動力元件不易受外力碰撞而損壞。由于履帶鏈輪與動力裝置組成一體，鏈輪幾何尺寸受到動力裝置殼體幾何尺寸的影響，內置式履帶行走機構幾何尺寸相對較大。

根據牽引力公式，T=

式中:T——牽引力 N

Mm——動力裝置輸出轉矩 N·m

R——驅動鏈輪節圓半徑 m

ηm——液壓馬達機械總效率 %

可以看出，當驅動鏈輪節圓半徑增大時，要得到需要的牽引力，動力裝置輸出轉矩就要相應地增大。

1.2 外置式結構[3]

動力裝置外置側掛的履帶行走機構，多數采用低速大扭矩液壓馬達與單級行星傳動機構組合的動力裝置。

動力裝置外置，根據牽引力公式，在牽引力相同時，隨著驅動鏈輪節圓半徑的減小，動力裝置輸出轉矩可隨之相應減小。這樣，由于驅動鏈輪節圓半徑的減小，履帶行走機構的幾何尺寸相應減小，其設備重量可減輕，對動力的要求也同步減小。

另一方面，為適應工作環境的需要，要求加大設備牽引力而只允許加大機重不能改變外形尺寸時，外置式履帶行走機構更適合這種實際需求。

2 行走機構對機械性能的影響

履帶行走機構是各種自行走工程機械的關鍵部件，它的幾何尺寸影響整機外形尺寸，同時還一定程度地影響整機的使用性能。

進一步分析可以看出，當動力裝置輸出轉矩相同、驅動鏈輪節圓半徑不同時，根據牽引力公式，T=，在驅動鏈輪節圓半徑R↑時，牽引力T↓，反之，當R↓時，T↑。

以下是兩種相同輸出轉矩履帶行走機構外形的比較。

圖1所示的內置式履帶行走機構，其理論輸出轉矩為:7000～8000 N·M，外形尺寸是:2692×350×571MM。

圖2所示的外置式履帶行走機構，其理論輸出轉矩同為:7000～8000N·M，外形尺寸是:2150×350×441MM。

履帶板寬度可根據實際需要，在對機架結構進行調整后再調整，驅動裝置不影響履帶寬度的變化，這是內置式履帶機構的特點。

當實際需要輸出轉矩為:9500～11000N·M時，

內置式由于液壓驅動裝置外形尺寸的變化，帶來履帶行走機構外形尺寸調整增大為:2800×350×656MM。

外置式僅需要調整液壓馬達安裝法蘭幾何尺寸，對履帶架相關部分進行加固，其它部件不變，外形尺寸也不變。

這進一步說明外置式履帶行走機構更適用于煤礦井下小型連續作業的裝載機械。

3 裝煤機對行走機構的要求

裝煤機在實現替代人工完成裝載轉運功能后，外形尺寸盡可能小型化以滿足煤巷作業現場需要，是設計考慮的依據之一，而履帶行走機構是其關鍵問題。

從履帶行走機構與地面接觸時，平均接地比壓來分析。

平均接地比壓公式，P= ×103

式中:P——設備的平均接地比壓 Mpa

G——設備整機重量 KN

L——單側履帶行走機構接地長度 mm

b——履帶板寬度 mm

可以看出，當平均接地比壓相等時，隨著設備整機重量的增大，履帶板寬度和單側履帶行走機構接地長度需要相應增大。在煤礦煤巷相對狹小的空間里，設備體積的增大，使得其運行的機動性能受到一定制約，這會給煤巷現場作業帶來很大的不方便。

同時，由于內置式履帶架自身較高，操縱臺架也相應較高，難以適應煤巷現場相對低矮的工作環境。

裝煤機主要用于煤礦井下煤巷炮掘現場自動裝載轉運，持續行走的同時鏟板插入料堆，耙爪連續耙取物料送入受料口，輸送機將物料輸送到后部的轉運設備上。裝煤機在行進過程中同時要完成鏟取、輸送、轉運作業，因此對設備的動力要求比其它工程機械高。同時因為受到煤礦井下作業環境和工作條件的制約，設備外形要求緊湊。

4 結論

通過分析比較，裝煤機設計采用動力外置式履帶行走機構具有合理性、實用性。動力外置式履帶行走機構也存在一些問題，如影響后部轉運設備的連接，動力裝置懸掛偏重等。

我們公司在設計中對動力外置式履帶行走機構存在的問題進行綜合考慮，采用一些合理的解決方法，滿足了煤礦井下炮掘作業現場的需求。通過工業試驗和用戶實際使用，我們公司設計制造的蟹爪式全液壓裝煤機達到設計要求，取得較好的使用效果。

注釋:

[1]鏟土運輸機械設計.機械工業出版社1981年.工程機械底盤構造與設計.中國建筑工業出版社.1980年.

[2]礦山機械.冶金工業出版社.1981年.

[3]國外掘進機.煤炭工業出版社.1986年.掘進機選型手冊.煤炭工業出版社.1989年.采掘機械.煤炭工業出版社.1981年.