宋 捷，呂紅瑞，鄧文星，牛帥帥

（1.山西機電職業(yè)技術(shù)學院，山西 長治 046012；2.山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治046012）

0 引言

履帶作為履帶車輛整車的關(guān)鍵部件，是整車設(shè)備實現(xiàn)快速、穩(wěn)定、可靠運行的保障組件，在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。履帶車輛的工作條件惡劣，特別是工作中行走過程中的履帶需要承受較大的拉力、沖擊力，隨著履帶車輛使用一段較長時間后，常發(fā)生履帶斷鏈、松動脫鏈、鏈磨損等故障，將使履帶車輛無法行走和作業(yè)，維修此類故障往往耗費大量時間，對于整個工程按節(jié)點的完成有極大的影響。履帶行走裝置的維修效率成為目前影響履帶車輛出勤率的關(guān)鍵因素，有必要改進現(xiàn)有裝配維修技術(shù)，提高裝配維修效率，從而實現(xiàn)履帶的快速可靠裝配，提高維修效率和安全性，減輕維修人員的勞動強度，解決目前履帶車輛裝配中存在的問題。針對不同損壞工況維修全過程，提取共性裝配難點進行分析，設(shè)計出一套滿足不同履帶規(guī)格特點，具有可以快速更換的便攜式履帶維修裝配液壓夾緊裝置[1-2]。

1 履帶結(jié)構(gòu)

履帶結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要是由主動輪驅(qū)動、負重輪、誘導(dǎo)輪、履帶板、履帶銷、端部連接器等組成[3]。履帶銷及端部連接器等將各履帶板連接起來構(gòu)成履帶鏈環(huán)，履帶板的兩端有孔，與主動輪嚙合，另一頭有誘導(dǎo)齒，用來規(guī)正履帶，并防止履帶車輛轉(zhuǎn)向或側(cè)傾行駛時履帶脫落，中間為負重輪，在與地面接觸的一面有加強防滑筋，以提高履帶板的堅固性和履帶與地面的附著力[4]。

圖1 履帶結(jié)構(gòu)示意圖

2 現(xiàn)有裝維修裝配工藝分析

通過梳理兩種工況斷鏈裝配或換鏈維修的全流程，尋找制約維修的關(guān)鍵瓶頸問題，如圖2、3所示。履帶車輛履帶維修中，常用的方法是依靠人力進行機械牽引夾緊兩鏈板，對履帶進行維修，實際維修過程中存在效率較低和安全隱患較大的問題。針對維修裝配過程的問題和難點，通過設(shè)計技術(shù)要求的確定，工藝裝備設(shè)計方案的制定，關(guān)鍵零部件設(shè)計及校核等幾個方面，開展?jié)M足不同履帶規(guī)格，可以快速更換的便攜式履帶維修裝配液壓夾緊裝置的技術(shù)研究。

圖2 履帶換鏈流程圖

圖3 履帶斷鏈流程圖

3 履帶維修裝配液壓夾緊裝置

3.1 確定設(shè)計技術(shù)要求

1）行走功能滿足不同地點履帶的安裝，且結(jié)構(gòu)簡單，能拆卸便也攜帶運輸；

2）適應(yīng)不同高度位置履帶板的安裝；

3）具有自動夾緊功能，實現(xiàn)履帶銷的合攏，使要拆卸或安裝的履帶板之間預(yù)緊力為0 N，使端部連接器順利取出或安裝；

4）適應(yīng)不同規(guī)格型號履帶車輛的維修裝配。

3.2 制定工藝裝備設(shè)計方案

設(shè)計了柔性便攜式履帶維修裝配液壓夾緊工藝裝置，如圖4所示。該裝置主要由行走機構(gòu)、升降機構(gòu)、夾緊機構(gòu)，拆裝頭等組成。

圖4 總體結(jié)構(gòu)圖

為解決以人力進行機械牽引夾緊兩履帶板，對斷鏈或換鏈進行維修，致使勞動強度大的問題，設(shè)計了此種液壓升降、夾緊手推行走的方案：首先購買市面成熟的液壓搬運車作為行走機構(gòu)的基礎(chǔ)，在液壓搬運車上用螺釘安裝固定架，方便拆卸，作為升降機構(gòu)的基準，升降機構(gòu)一端與固定支架連接，一端與升降油缸支耳連接，通過油缸升降實現(xiàn)升降機構(gòu)升降，夾緊機構(gòu)可以繞升降機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，滿足不同角度位置履帶的拆卸和裝配，操作夾緊油缸使拆裝頭的半圓柱對準履帶銷，然后通過夾緊油缸收緊夾緊，使履帶板預(yù)緊為0，完成履帶銷端部連接件的安裝與拆卸。

3.3 關(guān)鍵零部件設(shè)計

1）行走機構(gòu)設(shè)計

如圖5所示，行走機構(gòu)由液壓搬運車、固定支架、升降臂支耳、升降油缸支耳組成，行走機構(gòu)能為升降機構(gòu)提供基準和行走功能，其中液壓搬運車是液壓千斤頂來進行升降的一種方便的小巧的運輸工具，運動方便敏捷。選擇DF20液壓搬運車，由手柄、兩叉子組成，可承載二噸左右的重物，參數(shù)如表1所示。行走機構(gòu)輪子帶剎車功能，能夠在任何位置停止；固定支架采用鋼管形式，滿足基準剛度的要求。

表1 液壓搬運車型號參數(shù)表

圖5 行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2）升降機構(gòu)

如圖6所示，升降機構(gòu)由升降油缸、升降臂、轉(zhuǎn)接臂、萬向臂等組成，升降油缸升降，帶動升降臂繞行走機構(gòu)中升降臂連接支耳旋轉(zhuǎn)，從而使所有部件上升下降，從而實現(xiàn)夾緊機構(gòu)的升降，為了夾緊機構(gòu)能在空間適應(yīng)不同角度履帶板的安裝，特設(shè)計萬向臂，萬向臂自身能在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，下端有夾緊油缸旋轉(zhuǎn)支耳，能實現(xiàn)夾緊機構(gòu)豎直平面的旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)了夾緊機構(gòu)的空間不同位置的要求，為了減少加工難度，特設(shè)計轉(zhuǎn)接臂，連接升降臂和萬向臂。此結(jié)構(gòu)為放大結(jié)構(gòu)，油缸每升降1 mm，夾緊油缸旋轉(zhuǎn)軸升降4.5 mm，能夠滿足快速移動到合適位置的要求。

圖6 升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3）夾緊機構(gòu)

如圖7所示，該機構(gòu)由夾緊油缸、油缸固定支架、拆卸頭連接座等組成。固定支架有三個功能，一是與萬向臂連接，二是固定夾緊油缸外缸筒，三是為拆裝頭連接座移動提供軌道。為了適應(yīng)不同規(guī)格履帶的維修和安裝，特設(shè)計安裝座，可以根據(jù)不同規(guī)格調(diào)換安裝座上的拆裝頭即可。為確保維修裝配過程的可控，采用夾緊油缸加拉力傳感器來實現(xiàn)對推力實時檢測并顯示，根據(jù)推力變化情況，及時反饋，一方面及時發(fā)現(xiàn)維修過程問題并進行調(diào)整[5]，另一方面實時監(jiān)測夾緊力，確?？煽堪惭b與拆卸。

圖7 行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

4）拆裝頭設(shè)計

為了能實現(xiàn)加緊油缸與履帶銷的快速連接，根據(jù)履帶銷結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計拆裝頭結(jié)構(gòu)，如圖8所示。半圓柱面用于履帶銷相連，下方孔與夾緊機構(gòu)的連接座相連。可以根據(jù)不同履帶規(guī)格更換此轉(zhuǎn)接頭，下方連接結(jié)構(gòu)不變，更改上方尺寸即可滿足不同規(guī)格履帶的安裝，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 拆裝頭結(jié)構(gòu)

3.4 關(guān)鍵零部件強度校核

升降部件升降臂和轉(zhuǎn)接臂因為懸臂較長，承受前段所有的部件重量，拆卸頭承受著整個個履帶的拆卸力，都為關(guān)鍵受力件，因此對升降臂、轉(zhuǎn)接臂和轉(zhuǎn)接頭進行強度校核[5]。

對升降臂、轉(zhuǎn)接臂進行有限元分析，如圖9所示為應(yīng)力結(jié)果，等效應(yīng)力最大為位于轉(zhuǎn)角處，其數(shù)值為153 MPa。其材料為Q345A，熱處理后屈服強度可達到345 MPa，安全系數(shù)為2.25，滿足設(shè)計要求。

圖9 升降臂、轉(zhuǎn)接臂應(yīng)力云圖

查閱資料某規(guī)格履帶的平均張緊力為30 kN[6]，安裝拆卸時需對此規(guī)格拆卸頭進行強度校核及對拆卸頭進行有限元分析，如圖10所示為應(yīng)力結(jié)果，最大等效應(yīng)力最大位于螺紋連接孔處，其數(shù)值為310 MPa。拆卸頭材料為30CrMnSiA，熱處理后屈服強度可達到900 MPa，安全系數(shù)為2.9，滿足拆卸的設(shè)計要求。

圖10 拆卸頭應(yīng)力云圖

3.5 結(jié)構(gòu)方法特點

1）具有快速可更換夾緊拆裝頭功能，適用于不同履帶車輛的不同規(guī)格履帶的維修。

2）具有便攜式，可移動的特點，有利于在各種極端惡劣維修環(huán)境的使用。

3）液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性??；液壓元件可以實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。

3.6 使用方法

1）更換后履帶定好位置，根據(jù)不同履帶規(guī)格更換拆裝頭，將履帶維修裝配液壓夾緊裝置靠近要維修的履帶車輛。

2）根據(jù)履帶維修的位置啟動升降油缸，使頭拆裝頭移動到合適位置。

3）控制夾緊油缸伸縮，使拆裝頭處于張開狀態(tài)。

4）晃動夾緊機構(gòu)使兩端拆裝頭半圓柱面分別于履帶板上兩端履帶銷連接。

5）啟動夾緊油缸使履帶銷合攏，使要維修的履帶板之間的預(yù)緊力為零。

6）安裝端部連接件。

7）安裝緊定螺釘。

4 結(jié)束語

針對現(xiàn)有履帶裝配維修的特點及難點，通過確定履帶裝配工藝裝置的技術(shù)要求，制定工藝裝置的設(shè)計方案及對關(guān)鍵零部件設(shè)計開展工藝裝置的研制，并對關(guān)鍵部件進行了有限元分析校核，最終設(shè)計出功能和強度都滿足要求的維修裝配液壓夾緊裝置，并介紹了該裝置的特點及使用方法。履帶維修裝配液壓夾緊裝置的使用，使履帶夾緊不再靠人工機械裝配，工人可從笨重體力勞動中解放出來，有良好的應(yīng)用前景，達到了提高效率和解放勞動力的目的。