帶擺動功能的無軌設備中央鉸接結構分析

曹 鑫

（山金重工有限公司，煙臺 261417）

在地下無軌設備中，中央鉸接、前后驅動橋擺動結構是無軌設備的重要組成部分[1]。中央鉸接結構要連接前后車架，通過回轉軸承或軸套實現車架的左右轉向；前后驅動橋擺動結構能實現前后驅動橋在一定角度內擺動，提高膠輪的附著效果，使設備擁有更好的通過性。地下無軌設備的應用環境惡劣，過載頻繁，工作過程中沖擊大，對結構強度要求比較高。目前，兩種結構多采用回轉軸承或軸套實現一定角度的轉動。兩種結構的可靠性與維護便利性在無軌設備應用過程中至關重要[2]。本文介紹的帶擺動功能的無軌設備中央鉸接結構將這兩個功能集成化設計，提高了后期維護便捷性，降低了部件加工難度和安裝難度。

1 現有結構

目前，往往將中央鉸接和前后驅動橋擺動結構兩種結構獨立設計。前后車架連接處設計中央鉸接，實現前后車間的相對轉動；在后車架或前車架與驅動橋安裝處設計擺動架，實現前驅動橋或后驅動橋與前車架或后車架間的相互擺動。

對于中央鉸接的結構設計，現多在兩驅動橋之間設計一個鉸接裝置，實現前后車架間的相互轉動。此處，不僅同時承受徑向載荷和軸向載荷，而且轉動頻繁、沖擊大。該處設計多采用上下兩個關節軸承、上下兩個圓錐棍子軸承、上下兩個回轉軸套或者不同類型軸承的組合。圖1為一種常見的中央鉸接結構，采用上下兩個圓錐棍子軸承。采用不同的軸承，安裝結構也不同。每種結構各有優缺點：圓錐棍子軸承承受載荷大，但安裝精度要求較高；關節軸承安裝要求低，但承受載荷有限，易出現間隙造成慣性沖擊；回轉軸套加工難度低，但回轉平穩性差。

對于擺動架的結構設計，現在多數設計是在驅動橋安裝處設計一個擺動架[3]，將驅動橋安裝于擺動架。擺動架兩端通過鉸接軸、回轉軸套或軸承安裝于車體。通過擺動架繞軸線的轉動實現驅動橋的擺動，如圖2所示。該結構采用常見的兩個回轉銅套的結構形式，驅動橋安裝于擺動架，擺動架與車體間通過回轉銅套連接。這種結構設計緊湊，承載載荷大，安裝空間小，擺動架在車體內部，有時需要進行間隙調節，一旦出現故障，需要將驅動橋拆下，維修難度高，工作量大。

2 設計結構

介紹一種帶擺動功能的無軌設備中央鉸接結構[4]，在現有結構上進行優化設計，將擺動架與中央結構設計為單獨的擺動座，擺動架縱向鉸接孔與前車架同心安裝，通過角接觸關節軸承、關節軸承實現相對定位和轉動。擺動座橫向鉸接孔與車架間通過回轉支承進行連接，通過回轉支承的內圈與外圈間的相互轉動實現前后車架間的相互轉動，從而實現前后驅動橋間的相互擺動。這樣中央鉸接與擺動座都設計在車體的鉸接處，維護維修方便，且降低了車體的機械加工難度和對加工設備的要求。

在中央鉸接的結構設計上，采用角接觸軸承與關節軸承結合的結構方式。上鉸接采用角接觸關節軸承，安裝時軸承內外均進行定位，同時固定前車架鉸接架和擺動座的相對位置，下鉸接采用關節軸承，軸承外圈固定，安裝方便。上下配合應用增加了中央鉸接的有效工作時間，降低了故障率，如圖3所示。

由圖3可知，軸承座套與上鉸接軸承壓蓋通過螺栓將兩個角接觸軸承外圈緊固，同時軸承座套與擺動座同心安裝并焊接于一體。在下鉸接中，下鉸接上下兩個軸承壓蓋通過擺動座上的螺紋安裝孔將關節軸承的軸承外圈固定。在上鉸接中，定位擋板通過上鉸接軸上的螺紋孔，與上鉸接軸緊密連接。同時，定位板通過螺栓的預緊力和上鉸接軸套作用在角接觸軸承的內圈下平面上。

在上鉸接軸上面，上鉸接軸壓蓋通過外圈螺栓緊固在前車架鉸接架上，并通過內圈螺栓連接上鉸接軸，使內圈螺栓在緊固的同時會通過安裝在上鉸接軸上的定位擋板。通過上鉸接軸套將擺動座整體拉升，直至角接觸軸承上面與上鉸接軸軸肩下面接觸，使上鉸接的角接觸軸承的外圈與內圈都進行了緊固定位。調整上鉸接軸承蓋下的調整墊厚度可以對前車架鉸接架與擺動座的上下位置進行調整，使得上下鉸接的間隙處于合適位置。

在下鉸接中，下鉸接固定套與下鉸接孔同心安裝，且安裝后與后車架鉸接架焊接于一體。下鉸接固定套與下鉸接軸上設計了通孔，可以通過定位銷防止下鉸接軸的轉動。同樣，下鉸接套也與下鉸接孔同心安裝，并焊接于后車架鉸接架。

3 結構功能實現分析

在擺動功能的實現上，擺動座通過螺栓與支承軸承內圈連接，后車架鉸接架通過螺栓與支承軸承外圈連接，這樣通過支承軸承內圈與外圈的相對轉動就可以實現前車架鉸接架與后車架鉸接架間的相互轉動。可在擺動座與后車架上設計限位塊，限制兩者的轉動角度。中空的支承軸承可以便于傳動軸的通過，便于布置傳動系統。在支承軸承的安裝上，軸承支撐套與支承軸承內圈緊密配合，同時與擺動座支承軸承安裝孔同心安裝，焊接于支承軸承。軸承支撐套既可以安裝定位，又能夠分擔安裝螺栓的徑向承載力。在后車架鉸接架上，加工與支承軸承外圈安裝孔同心的加工孔，與支承軸承外圈緊密連接，這樣通過加工孔和軸承支撐套既可以保證支承軸承的安裝精度，又可以很好地分擔緊固螺栓的徑向承載力。

在中央鉸接的設計上，上鉸接采用兩個角接觸關節軸承，下鉸接采用一個關節軸承的設計。在上鉸接中采用角接觸軸承內圈與外圈固定的設計，在下鉸接中采用下關節軸承外圈固定的設計，既可以調整前車架鉸接架與擺動座的上下間隙，又降低了現場的裝配難度。

上鉸接中采用兩個角接觸軸承，既能夠同時承受徑向力和軸向力，又使面接觸承載力更強更可靠。下鉸接采用關節軸承，既可以承受一定的軸向力和徑向力，又方便安裝，能夠承受一定的沖擊。上下鉸接的不同類型軸承、不同安裝方式保證了中央鉸接結構的可靠性。

在下鉸接中，下鉸接固定套與下鉸接套的設計一方面可以增加與下鉸接軸的接觸面積，另一方面可以局部提高下鉸接固定套與下鉸接套的材料力學性能來增加使用壽命。在上鉸接軸與下鉸接軸上不僅設計有潤滑油道，可以潤滑角接觸軸承與關節軸承，而且在鉸接面的縫隙處設計了調整墊片。一方面，可以調整轉動部位的相對間隙，防止砂石等大顆粒雜質進入，防止軸承快速磨損；另一方面，用于潤滑軸承的潤滑油脂可以聚集到調整墊片間形成潤滑油膜，以防止泥土、水的進入，防止內部金屬部件的氧化、腐蝕，有效延長各部件的使用壽命。

擺動結構采用支承軸承的設計方式[5]，且將其設計在中央鉸接位置，同中央鉸接結構統一設計，設計單獨的擺動座，既實現了中央鉸接的結構需要，又滿足了擺動的結構需求。單獨設計的擺動座可以降低后車架鉸接架的加工難度，便于裝夾與加工精度的控制。此外，擺動架的設計改變更利于后期維護保養，降低了檢修或備件更換難度，節省了維保時間。

4 結語

設計的結構中央鉸接采用上下雙鉸接結構形式，上鉸接采用角接觸關節軸承，下鉸接采用關節軸承，不同結構特點軸承配合使用，增加了中央鉸接的可靠性和有效工作時間，同時在單獨設計的擺動座上采用大直徑內孔形式的回轉支承實現前后車架間的相對轉動，實現了車輛的擺動功能。該結構設計于前車架鉸接架與后車架鉸接架之間，便于后期維護維修。該結構設計可以降低后車架鉸接架的加工難度，將兩個回轉鉸接孔的加工轉移到體積更小的擺動架，降低對加工設備的要求，上下配合延長了中央鉸接的有效工作時間，降低了故障率。