彭琛

【摘 要】 履帶底盤轉(zhuǎn)向能力會(huì)對(duì)整臺(tái)機(jī)器的工作性能產(chǎn)生極大影響，對(duì)于履帶底盤的機(jī)器而言，其發(fā)動(dòng)機(jī)功率在某種程度上取決于轉(zhuǎn)向能力，因此針對(duì)履帶底盤轉(zhuǎn)向進(jìn)行深入研究具有相當(dāng)積極的現(xiàn)實(shí)意義。有鑒于此，本文基于履帶底盤轉(zhuǎn)向進(jìn)行研究，首先概述了某機(jī)械傳動(dòng)履帶底盤的工作原理，然后分析了相關(guān)故障，最后討論了改進(jìn)方案及其結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 履帶底盤 ?轉(zhuǎn)向 ?故障 ?改進(jìn)

1 某機(jī)械傳動(dòng)履帶底盤概述

某機(jī)械傳動(dòng)履帶的工作原理詳見圖1，發(fā)動(dòng)機(jī)利用彈性連接盤將動(dòng)力傳輸給泵以及馬達(dá)液壓系統(tǒng)，然后通過變速器依次傳輸給兩側(cè)的離合器、制動(dòng)器以及輪邊減速器，最后履帶在驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)作用下前進(jìn)或者后退。機(jī)器轉(zhuǎn)向動(dòng)作由單側(cè)離合器和制動(dòng)器綜合作用來實(shí)現(xiàn)。如果是向左慢轉(zhuǎn)，則需要松開左側(cè)離合器;如果是左急轉(zhuǎn)，首先要松開離合器，然后再對(duì)左側(cè)制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)在原理上完全相同[1]。

2 故障分析

該機(jī)器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，曾發(fā)生過無法轉(zhuǎn)向的故障。深入觀察發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向過程中驅(qū)動(dòng)側(cè)離合器存在打滑問題，而這一問題會(huì)導(dǎo)致機(jī)器轉(zhuǎn)向時(shí)無法獲得所需扭矩。之所以出現(xiàn)打滑問題，是因?yàn)殡x合器沒有具備足夠的傳遞扭矩的能力。然而如果更換可以傳遞更大扭矩的離合器，那么會(huì)導(dǎo)致離合器在直徑以及軸向尺寸上均有所增加，如此一來，不僅會(huì)增加履帶底盤高度，而且會(huì)增加履帶間距，最終削弱機(jī)器運(yùn)行時(shí)的通過能力。

離合器借助輪邊減速器以及驅(qū)動(dòng)輪以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的傳遞，當(dāng)總傳動(dòng)比保持不變時(shí)，其具有的傳遞扭矩的能力主要取決于兩點(diǎn)，一個(gè)是輪邊減速器的減速比，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)輪的直徑。在某個(gè)工況下，隨著輪邊減速器減速比的增大，離合器實(shí)際需要傳遞的扭矩則會(huì)越小;驅(qū)動(dòng)輪直徑越小，那么驅(qū)動(dòng)扭矩所對(duì)應(yīng)的力臂也會(huì)越小，從而提供更大的驅(qū)動(dòng)力。

3 改進(jìn)方案及其結(jié)果

由上述分析可知，若想實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器傳遞扭矩的改變，有兩種方案可供選擇：方案一，整機(jī)減速比以及參數(shù)保持不變，對(duì)變速器以及輪邊減速器的傳動(dòng)比進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而使離合器可以承受正常轉(zhuǎn)向所需要的扭矩。方案二，適當(dāng)減小驅(qū)動(dòng)輪的直徑。考慮到方案二會(huì)導(dǎo)致履帶的彎曲半徑變小，縮減其服役壽命。為保持整臺(tái)機(jī)器各項(xiàng)參數(shù)不變，建議選擇方案一。

原變速器泵、馬達(dá)之間的傳動(dòng)比為1，變速器I檔對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為3.5923，II檔對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為1.8059，輪邊減速器對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為9.009，由此可得知，變速器I檔和II檔對(duì)應(yīng)的總傳動(dòng)比分別為32.3656、16.2708。

在履帶底盤運(yùn)行過程中，履帶、地面之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)使得驅(qū)動(dòng)扭矩達(dá)到最大，還應(yīng)超過打滑扭矩，除此之外，還應(yīng)給出相應(yīng)的安全系數(shù)。由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，這一安全系數(shù)通常在1.2～2.0之間?？紤]到相同工況情形下，I檔能夠傳遞的扭矩要明顯大于II檔，因此選擇變速器I檔所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比。機(jī)器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，其單側(cè)離合器扭矩可通過下述公式進(jìn)行計(jì)算：

（1）

上式中：指的是機(jī)器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，單側(cè)離合器實(shí)際需要傳遞的扭矩，單位N·m;指的是地面附著系數(shù)，如果工況不理想，則取0.8;mg指的是機(jī)器滿載情況下的重力，取值5300×9.8N;指的是底盤動(dòng)力半徑，取值200.5mm;指的是減速器傳動(dòng)比，取9.009。

馬達(dá)傳遞給單側(cè)離合器的扭矩可通過下述公式進(jìn)行計(jì)算：

（2）

上式中：指的是馬達(dá)傳遞給單側(cè)離合器的扭矩，單位N·m;指的是馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量，取34mL/r;指的是液壓系統(tǒng)壓力，取30MPa;指的是馬達(dá)效率，取0.95;指的是I檔傳動(dòng)比，取3.5924。

原選單側(cè)離合器能夠傳遞的理論扭矩M的大小為500N·m，和馬達(dá)施加給單側(cè)離合器的扭矩相當(dāng)接近，可見馬達(dá)和離合器并不存在明顯的選用冗余，具有比較理想的綜合成本。理論扭矩超過機(jī)器打滑情形下單側(cè)離合器的扭矩，再加上正常行駛狀態(tài)下所需扭矩明顯小于轉(zhuǎn)向等特殊工況，因此其正常行駛不會(huì)出現(xiàn)問題。

在轉(zhuǎn)彎情形下，一側(cè)動(dòng)力被完全切斷，此時(shí)完全通過另一個(gè)離合器以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的傳遞。該種情形下，馬達(dá)傳遞過來的扭矩會(huì)被單側(cè)離合器全部吸收，因而離合器面臨負(fù)載加大的問題;一旦接近或達(dá)到打滑扭矩，如果離合器理論扭矩?zé)o法完成對(duì)動(dòng)力的有效傳遞，則無法正常轉(zhuǎn)向。

打滑扭矩和所有履帶所能夠承受的載荷密切相關(guān)。在轉(zhuǎn)彎動(dòng)作時(shí)，履帶附著地面所實(shí)際需要的打滑扭矩保持不變，換而言之，單側(cè)離合器仍舊承擔(dān)著單側(cè)履帶施加的打滑扭矩，而非整臺(tái)機(jī)器提供的打滑扭矩。離合器所對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)為M/M1，經(jīng)相應(yīng)計(jì)算可知，原設(shè)計(jì)采用的安全系數(shù)1.08較小，因此導(dǎo)致機(jī)器在部分工況下無法正常轉(zhuǎn)向。

改進(jìn)之后，泵和馬達(dá)所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為0.8095，變速器I檔所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為0.8095，II檔所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為1.4378，輪邊減速器所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為13.836，由此計(jì)算出，I檔和II檔所對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比分別為32.4606、16.1045。泵和馬達(dá)傳動(dòng)比可借助適當(dāng)增加泵排量的做法進(jìn)行調(diào)整，而變速器和輪邊減速器各自對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比都可借助更換齒輪的做法進(jìn)行調(diào)整。利用公式2進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，能夠得出M1新、M2新以及離合器安全系數(shù)分別為301.0688、447.1779、1.66。如此一來，使得該機(jī)器具有了更為理想的轉(zhuǎn)向能力。

4 結(jié)語

對(duì)于履帶底盤的機(jī)器而言，履帶底盤是其至關(guān)重要的組成部分，決定了機(jī)器的整體性能，因而務(wù)必要保證履帶底盤轉(zhuǎn)向的正常工作性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)深入分析，有效解決，避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]歐陽聯(lián)格，熊承楊，盛精.沙灘清潔車履帶底盤擺動(dòng)軸優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014，08：224-226.