多功能履帶式線路施工載重運輸車的設計

陸峰　陳金威　朱企華

摘 要：履帶式車輛具有接地面積大、接地比壓小、附著性能好、爬坡能力強、轉彎半徑小、跨溝越埂能力強等特點，特別是液壓系統驅動的履帶式車輛其因為在調節功能和安裝布局方面均有特殊的優點，因此，在農業、工程建筑、現代軍事等領域發揮著十分重要的作用。履帶式工作車輛兼具行走和作業兩種功能，應用日益廣泛。本論文以企業委托的一種中功率履帶移動式排灌車的研制項目為背景，以車輛工程、機械設計與制造、液壓技術等理論為基礎，對履帶式工作車輛的性能建模、動力共用與切換方法、關鍵機構的設計方法等共性問題進行了深入的研究。

關鍵詞：履帶式車輛;液壓驅動;性能分析;設計方法

一、液壓履帶式車輛的應用現狀與研究概況

履帶是人類繼發明車輪之后又跨出的一大步，擴展了車輛由“線”到“面””的活動范圍，履帶式車輛既加強了離開道路的越野能力，同時也增大了負重能力。這是因為：

（一）履帶行走裝置支承機器的履帶面積能做的足夠大，以滿足土壤強度所能承受的平均接地比壓的要求

（二）履帶行走裝置能適應一定坡度的地面，能克服行走平面的不平度

（三）車輛靜止時，借助于履帶板和地面之間的摩擦力，使車輛停在---定的位置上

（四）履帶行走裝置在非常不利的氣候和地面條件下，也能保持其行走功能。

由于履帶式車輛具有接地面積大、接地比壓小、附著性能好、爬坡能力強、轉彎半徑小、跨溝越埂能力強等優良的特點。因此，在工程機械、礦山機械、建筑機械、軍事等領域得到廣泛的應用，如有履帶式挖掘機、履帶式裝甲車、履帶式起重機、履帶式拖拉機等。對履帶式車輛的研究隨著履帶式車輛的出現和相關技術的發展而不斷地進展與深入。由于履帶式車輛本身是一個非常復雜的機械系統，而且其使用環境十分復雜多變。加之缺乏對路面特性的認識和車輛對路譜響應的研究，人們很難對履帶車輛的機動性能有深刻全面的認識。

（五）液壓驅動技術是現代工程、農機、起重運輸機械和軍、民用特種車輛等行走機械的重要標志之一。

一方面，這些主機自身的發展促進了為之配套的液壓驅動元件的進步;另一方面，正是因為在調節功能和安裝布局方面均有特殊優點的液壓驅動技術的不斷發展，才得以研制在功能和形態上都有特殊要求的主機，并使它們的性能有了質的提高。行走機械液壓驅動技術及其應用之所以能達到今天這樣的深度和廣度，是由于液壓元件這樣的機械基礎件產業和它的用戶即各種主機產業之間存在著相互影響、相互促進的辯證關系的結果，也體現了現代工業產品專業分工的一些特點。液壓驅動的優點有：

1.體積小、重量輕

例如同功率液壓馬達的重量只有電動機的10% ～20%。因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發生大的沖擊

2.能在給定范圍內平穩的自動調節牽引速度，并可實現無極調速，且調速范圍最大可達1：2000（- -般為1：100）

3.換向容易

在不改變電機旋轉方向的情況下，可以較方便地實現工作機構旋轉和直線往復運動的轉換;

4.液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置.上彼此不受嚴格限制

5.由于采用油液為工作介質，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長;

6.操縱控制簡便，自動化程度高;

7.容易實現過載保護;

8.液壓元件實現了標準化、系列化、通用化、便于設計、制造和使用

由于液壓履帶式車輛兼有履帶接地面積大、接地比壓小、附著性能好、爬坡能力強、轉彎半徑小、跨溝越埂能力強等優良的特點和液壓傳動的優點因此，在工程機械、礦山機械、建筑機械、軍事等領域得到廣泛的應用，如有液壓履帶式挖掘機、液壓履帶式裝甲車、液壓履帶式起重機、液壓履帶式拖拉機等。對液壓履帶式車輛的研究隨著履帶式車輛的出現和相關技術的發展而不斷地進展與深入。

二、小型液壓驅動履帶式車輛的液壓站的設計

液壓裝置總體分為兩種類型：

（一）分散配置型

分散配置型液壓裝置、是將液壓控制系統的液壓泵及其驅動電動機、執行原器件和輔助元件按照機械設備的布局、工作特性和操作要求等分散設計在主機的適當位置，液壓系統各組成元件通過管道連接起來。分散配置型液壓裝置的優點是節省安裝空間。缺點是元件布置零亂，安裝維護復雜。

（二）集中配置型。

集中配置型液壓裝置、是將系統的執行器安放在主機上，而將液壓泵及其驅動電機、輔助元件等安裝在主機之上，按照操作執行器的液壓控制裝置的安放位置及液壓站的功能，又可進一-步將液壓站分為動力型液壓站和復合型液壓站兩種結構類型。散裝在主機各適當位置上的動力型液壓站，其形態較為簡單，它主要由液壓泵及其驅動電動機、油箱及附件、少數控制原器件等組成，因此經常稱之為液壓站。其主要功能是為液壓執行器提供一定壓力、 流量。而系統的控制.任務主要由散裝在主機各處的控制閥來成擔。液壓站的優點是外形美觀，便利安裝維護，便利檢測。

三、履帶式工作車輛設計布局

履帶式工作車輛總體布局的任務是正確選定整車參數，合理布置工作裝置和其他附件，使動力裝置、行走裝置、專用工作裝置及其它附件構成相互協調和匹配的整體，達到整車基本性能和專用性能的要求。在總體布局時應遵循以下原則：

（一）在滿足裝配空間和操作空間的前提下，盡量降低總體尺寸和重量

較小的總體尺寸和重量便于履帶式工作車輛的長途裝運，同時也能提高整車的機動性能。

（二）應能滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分發揮

在進行總布置時，應充分考慮履帶式工作車輛特殊用途的作業功能，盡量提高車輛在作業時的安全性和穩定性。

（三）裝載質量，整體質量的合理分配

應盡量減少履帶式工作車輛的整體質量，提高裝載質量，增大質量利用系數，降低耗材和成本。

（四）應避免動力裝置、行走裝置、專用工作裝置相對集中

整體質量都集中在車輛的前部或后部不利于車輛的機動性能，也不利于車輛的穩定性，對車輛的支重輪和履帶的使用壽命也會造成影響。

（五）應避免動力裝置或工作裝置的布置對車架造成集中載荷

必要時采用具有足夠剛性的副車架，將集中載荷轉化為均布載荷，有利于改善主車架的強度和壽命。

（六）為了使整車質量分布均勻合理，便于在起伏不平的復雜路面上行駛

保證該車具有良好的穩定性及安全性，該車的柴油機及混流泵的安裝底角應低于履帶面以降低整車重心。

四、總結

本章對履帶式工作車輛的總體布局、動力共用與匹配、動力切換、性能評價指標等進行了建模和分析。首先闡述了履帶式工作車輛總體布局的意義，并說明了總體布局時應遵循的原則。其次，分析了不同工況下的機動性能及對車輛行走爬坡性能的分析。