履带板受力情况分析

2 2 6 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n u f a c t ur e 第 4期 2 0 1 1 年 4月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 4 0 2 2 6 0 2 履带板受力情况分析 田洪杰高顺德 肖 华 大连理工大学 机械 工程学院 大连 1 1 6 0 2 5 Th e d i a g r a m a n a l y s i s o f t r a c k b o a r d T I A N H o n g j i e G A O S h u n d e X I A O H u a S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y D a l i a n 1 1 6 0 2 5 C h i n a 摘 要 履带 板作 为履带 式车 辆的 主要承 栽 零件 由 于 其工况的 复杂 性 使它的 受力 情况 很 难得到 计I 算 在 a l A 的基础上 对履带车辆的转弯和履带 板的啮合工况进行分析 得到了这两种工况下履带板的受力情 I 况 对履 带 板受 力 J睛 况的 研究 有利于 更好 的 设计 履带 板 关键词 履带板 转弯阻力 啮合关系 A b s t r a c t T r a c k is t h e m a i n l o a d i n g p a r t o f tr a c k l a y e r b e c a u s e of i ts w o r k i n g c o n d i t io n c o m p le x i ty r e s u h i n c a l c u l a t i n g t h e t r a c k b o a r d s f o r c e v e r y d if fi c u l t O n t h e b a s i s off o r n e r r e s e a r c h e s r 一 b o a r d s d ia g r a m a n a ly s is 肌 d e r rk in g n d iti 如 c r毗 r j s w e r v in g a n d tr a c k b o a r d j o g g lin g w o rk in g c o n d it io n ar e a n al y s e d T h e r e s e a rc h of tra c k b o a r d s d ia g r am i an al y s is is p ro p i舶 幻 d e 5 b e tte r trac k 一 6 ar d Ke y wo r d s T r a c k b o a r d S we r v i n g r e s i s t a n c e J o g g i n g r e l a t i o n s h i p 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1 引言 工程机械的行走装置通常采用轮式机构和履带机构 其中履 带行走机构由驱动轮 导向轮 支重轮 托链轮 履带板和履带架组 成 发动机功率通过减速机构传递给驱动轮 再通过啮合于其上的 履带板将牵引力传到地面 借助地面反作用力驱动整车前进m 履带 板作为整车与地面直接接触的部件 其工作环境和使用环境极其恶 劣 它不但与土壤 砂石 水泥土甚至钢板直接接触 而且承受挤压 弯曲等应力的作用 加上其材质 铸造上的一些缺陷 使它成为履带 起重机上消耗量最多 备件最多的零件 小吨位履带板多采用敞开 式结构 大吨位履带板多采用封闭式结构 如图1 所示 a 封闭式 b 敞开式 图 1履带板结构形式 履带板齿的形式随啮合驱动形式的不同而不同 如图2所 示 为两种常用的驱动方式对比 一 一 a 方式一 b 方式二 图 2驱动形式对 比 履带板作为整车的行走部件 其受力工况主要分为两种 工 况一是驱动轮与履带板相 啮合驱动行走 如 图 2所示 该工况 主 女来稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 9 要验证履带板齿的强度 常见的破坏形式为履带板齿面磨损 工 况二是履带板运行到支重轮下部直接与地面接触 如图2 b 所 示 该工况是对履带整体结构是一种考验 主要验证履带板的承 载能力 常见的破坏形式为断裂 局部裂纹 2 履带装置转弯情况分析 2 1空载转弯情况 履带车辆在不带负载 在水平地段上绕转向轴 0作稳定转 向的简图 如图3 a 所示 以O T 代表轴线 0在车辆纵向对称面 上的投影 O T的运动速度 代表车辆转向时的平均速度 则车辆 的平均转向角速度为 tO W 转向时 机体上的任意点都绕转 向轴 O作回转 其速度为该点到轴线 O的距离和角速度的乘积 所以快慢侧履带的速度 分别为 w R O 5 B v 0 5 B w 1 v 2 w R O 5 B v 0 5 B w 2 式 中 履带车辆轨距 根据相对运动原理 可以将机体上任一点的运动分解成两 种运动的合成 1 牵连运动 即改点以 O T的速度 所作的直线 运动 2 相对运动 即该点以角速度 叫绕 O T的转动 所 以 t 就是牵连速度 和相对运动速度 0 5 B w的向量和 由 1 和 2 式 可得到以下关系式 U 1 R 百 O 5一 B 一 U2 R 0 一5 B 2 2带载转弯情况 如图3 b 所示 显示了履带带载情况下的转弯情况 图中 0 0 厂两个履带板的瞬心 口 两侧支承轮的运行速 度 也就是起重机在这点上 的运行速度 通过这两点的速度 矢端作直线与 0 0 相交于 0点就是起重机的运动瞬心 0 和 0 两点的位置完全由起重机的受力情况决定 第4期 田洪杰等 履带板受力情况分析 2 2 7 三 二二 0 f q r f 一 0 松 边 地 i 晶 薅力 边 地 毳 力 紧 2 边F a 方式一 b 方式二 图 3转弯方式对 比 在计算单块履带板的受力情况时有如下假设 1 机重平均分布在两条履带上 且单位履带上的负载为 G q 2 形成转弯阻力距 的反力一部分是由横 向力 另一 部分是 由于转弯过程中 两侧履带发生滑移导致的纵向力 由于在横向 r 力的作用下 车辆的转向轴线会做一定的偏移 V 一 式 巾 一机器各个零部件 的质量 I r 机器各 个零部件至履 带 中心的纵 向距离 卜 零部件的序号 n 一 零部件的数量 图 4 履带 板 受 力 图 2 3单个履带板的受力情况 在履带板上取一个微元 则此微元 的是受 到的力 如 图 4 所示 由上面的分析可以得到单个履带板的受力 F x 考 a x e y v V i 4 5 b 2 bL 3 J J nv 1 丁 V 十 F y 南 4 V 3 履带装置啮合情况分析 3 1两种驱 动形式分 析 3 1 1 双驱形 式 如 图 5 a 所示 足双驱 的形式 此时设驱动轮产生的驱动力 为 F 则履带 的上方均为紧边 下方驱动轮一侧为松边 则 上履带 对驱动轮产生 F大小的拉力 从动轮处受到上下方履带对其分别 为 的拉力 从动轮受到 的总力为 2 F 按照行走过程中达到平衡 计算即 图 5履带装置的驱动形式 3 1 2四驱 形式 如图 5 b 所示 是 四驱的形式 此时设驱动轮产生 的驱动力 为 则在左 侧驱动轮处 下方履带为松边 其余部分为紧边 上 方履带对左侧驱动轮产生 的力为 F 由于右侧同样为驱动轮 产 生 F大小的驱动力 结合单驱的受 力形式 右侧驱动轮受 到下方 履带 的拉力 为 2 F 上方履带 的拉 力为 F 右侧驱动轮受力为 3 F 按照行走 过程 中达到平衡计算即 2 F f o 3 2履带板和驱动轮啮合过程受力分析 如 图 6 a 所示 是履带板和驱动论啮合时的受力情况图 3 方式一 b 方式二 图 6履带板啮合受力 图 图中 履带板之问的相互作用力 不考虑内摩擦力 一履带 板 和驱 动轮之 间的相互作用 力 一驱动轮给履带板 的支 反力 F 履带板受 到的驱动力 G 一履带板的 自重 n 一驱 动轮齿数 对单独一块履带板进行受力分析 如图 6 b 所示 据 图可 以得 到三个方程 FI C O S O t l c o s F牵 5 Fi s i n a 1 G s i n 2 6 x L l F x L 2 7 式 中 一 履带板 中心到 的垂直距离 履带板中心到 的垂直距离 d 履带板的啮入角 一 履带板和驱动轮的接触法线和水平线之间的夹角 4结论 由上面的分析 我们对履带板 的受力情况有了大致 的了解 对 我们以后对履带板的 殳计和工况训 算提供 丁一定的依据 但是由于 篇幅的限制没有对履带板和支重轮之间的受力情况进行分析 参考文献 1田嘉兴 黄辉 重型履带板 的研制 建筑机械与施工机械化 l 9 9 5 2杨红旗 工程 机械履带一 地面附着力矩 理论 基础 北 京 机械