驱动轮引导轮布置设计及其轮距的确定.doc

驱动轮引导轮布置设计及其轮距的确定_程械:亮娩卷2on.每4再驱动轮引导轮布置设计及其轮距的确定吴兆成,吕伟祥,韩立华(徐州徐工基础工程机械公司).摘要:在履带行走装置的设计过程中,对链轨销轴中心绕引导轮的分布轨迹,引导轮与驱动轮中心水平距离的确定,进行必要的研究.经过分析认为,链轨绕引导轮分布时,其销轴中心的分布圆与链轨直线布置区域销轴中心的连线,两切点之间各链轨节距所对应引导轮的圆心角应该是相等的;另外,在圆整履带总成的节数时,只要确保该设备作业的安全性能即可,没有必要过分增加该设备作业期间的稳定性系j数.经过对在线生产不同型号履带行走装置的验证,初步认为该方法行之有效,对新产品开发以及老产品改进均有一定的指导作用.I_1.I.|.|I.1._.ll_|.|.I.1.1I_l-.1l-.I._.|.11._I_lf.1T._.1.1.1._._l1.|._I_.关键词:工程机械底盘;履带行走装置;轮距确定;接近角;离去角设计由于履带行走装置在一般的地面上具有超强的附着力(其附着系数可达0.9),在泥泞无路的环境中,还显示出超强的越野性能,从而被推土机,挖掘机,起重机,旋挖钻机等诸多门类工程机械产品所广泛采用,其结构见图1.履带总成引导轮托链轮张紧装置支重轮驱动轮行走减速机图1XR460D履带行走装置结构布置示意图由链轨,履带板所构成的履带总成,在动力传递及运动过程中,与驱动轮,引导轮的接触具有非连续(非匀速)的特点,且它们相互之间运动的关系与其结构尺寸密不可分.引导轮与驱动轮回转中心之间的水平距离(履带轮距参数),直接影响到主机作业稳定性能,目前还未见到可直接用来计算其数值的公式,需要进行必要的手工排列及校核.本文结合徐州徐工基础工程机械公司XR460D型旋挖钻机行走装置的设计,对此进行讨论.1履带行走装置的实际工况与设计假设众所周知,履带行走装置在机器行走过程中,其前进速度具有非匀速的特点,随着移动每一节轨链节距的距离而周期性变化一次,在此期间轮距也会随之发生微量变化.图1中该设备向左行走,引导轮在前进方向一侧,在正常的行驶过程中,只有参数,J范围内接近地面部分的链轨处于被拉紧(可认为绝对张紧),而其余各部分链轨均处于松弛状态.上部同时均会出现不同程度的下垂现象,其下垂的程度直接取决于张紧装置实际作用力的大小.当图1中的装置向右行走时(驱动轮反向驱动),上述链轨的状态则完全相反,其上部的下垂程度也只会略有改善,不能完全消除.实际使用过程中,无论该设备处于运动或静止状态,无论张紧装作者简介:吴兆成(1954一),男,江苏睢宁人,高级工程师,学士,研究方向:汽车起重机底盘,工程机械及履带底盘开发设计.-40-筹42蕾2011车月,f工程粕械置对引导轮的作用力有多大(对应某一型号的履带都有具体的参数范围要求,不可能无限增加),均无法确保该履带总成中各节链轨均达到绝对张紧的状态(链轨连接销轴处在理想位置),履带的下垂现象也根本无法完全消除,只会随张紧装置作用力的增加而有所减小.另外,随着作业时间的不断累加,销轴及其偶合表面的磨损,又导致链轨实际节距的增加,引导轮的位置也会随之发生变化.出于以上及其它诸多原因,为简化设计过程,假设链轨节距加工为零误差,完成装配后,在该张紧装置张紧力的作用下,履带总成中的各链轨无下垂现象(无论悬空与否),链轨销轴的中心均位于理想的分布中心线上.2驱动轮引导轮布置设计及其轮距的确定根据整机相关的性能,质量等参数,应首先确定该产品行走装置中四轮一带(驱动轮,引导轮,支重轮,托链轮及履带总成)的规格,一旦其规格及支重轮数量,分布位置得到初步的确认,即可依据其相互之间的位置进行履带总成的布置设计.2.1离去角的确定设定该行走装置驱动轮中心为0.,距离0点最近的支重轮,托链轮中心分别为0,0(见图2).托链轮中心支重轮中心一一参U,.L02一图2履带行走装置离去角设计首先确定履带总成链轨连接销轴中心的分布轨迹,步骤如下:1)分别以0,0,0为圆心,以r2+h,r3+h为半径划圆(r.为驱动轮分度圆半径;r为支重轮踏面圆半径;r为托链轮踏面圆半径;h为链轨销轴中心到与上述踏面圆接触平面的垂直距离;其中,踏面圆为履带行走装置中支重轮,托链轮及引导轮与链轨上平面相接触的圆柱面);2)分别作0,O和0,0,圆的公切线,在0圆上其切点分别为b和C(图2);在0圆上切点为a(见图3,局部结构的相对比例做了夸大处理);支重轮中心驱动轮中心/图3a点的确定3)作0圆的水平切线,其垂足为O.o,交0.,0圆公切线6n于a点;4)采用同样的方法,绘出与0圆相切的水平线,并确定图2中两切线的交点d;5)用测量a,b点间距所得到数值除以链轨的节距(设为p),得到的商采取四舍五人整数化处理后,再乘以该链轨的节距,将其值设为R;6)以n点为圆心,以尺为半径划弧交D.圆右下方于e点(图2)(如果此时该交点位于b点的左侧,则需要以尺却为半径划弧重新确定该点),连线a,e点.直线伽与水平面之间的夹角(锐角)则可认为是该履带装置的离去角.如果此时得到角度的数值不符合设计要求(超出相关资料推荐的范围),则可通过适当改变D,0点之间相对的坐标位置进行必要的调整,直到满意为止(一般推荐2.5.).当ae-,的水平坐标与O点一样时,所得到的离去角为最小值,随着图1驱动轮逆时针方向逐步转动(即a点处链轨销轴中心相对支重轮()点不断右移),在一定范围内其离去角会有所增加,其幅度直接由该装置中各零部件结构尺寸决定.2.2托链轮中心点D的调整托链轮中心点o的调整:1)按照上述方法,确认最终的e点后,从该点开始并以链轨节距p为半径,沿着ec圆弧及cd线一41一/段依次划弧则可获得C,e:,e,e各点,相邻两点间的距离等于所选链轨的节距,在截取最后一个e点时,必须确保该点到O,圆上所作切点的距离为最短(便于优化该装置总成高度尺寸),如果有把握确认所要求的点略超过d点而无法与cd线段相交,可以适当延长cd的长度,以便求出该点(见图4).托链轮中心支重轮中心驱动轮中心图4托链轮中心点的确定2)在设计过程中是否需要延长cd线段的长度,要视整机结构尺寸而定,因为只要延长该线段的长度,将直接导致行走装置总成高度的增加.原则上所选取的e点距离d点最短(所在该链轨节e,e点中比较,选取),所确定的e点就是该装置上部水平布置链轨销轴中心线所在位置的设计基准点.只有满足其距离为最短的条件才能作为调整0坐标点的依据.如果没有其它特殊的要求,根据图4所示,保持托链轮中心0与d点的坐标位置关系不变,直接把d点平移至ei点,此时得到托链轮的中心就是所要求解的点(设为0,).如果通过这样操作,所获得托链轮的中心点仍不理想,还可以通过上下变更0的坐标,但此时需要重新确定C,d及e点,最终再确认该托链轮的坐标点.2.3接近角的确定接近角的确定:1)根据初步设计行走装置的轮距(驱动轮,引导轮水平中心距离),支重轮数量,链轨节距等参数,如图5所示,确定引导轮(圆心0)与其最近距离的支重轮(圆心O)以及水平放置链轨销轴之间的相对位置(点);2)利用引导轮踏面圆的半径(设为rv)及上述P,h参数,作出该链轨绕引导轮分布时其连接销轴一42一引导轮中心链轨销轴中心支重轮中心图5履带行走装置接近角的确定中心的分布圆(其半径设为);3)过距离引导轮最近且水平放置链轨销轴的中心点,按照链轨环绕引导圆轮方向,作该分布圆的切线,切点设为k;4)测量,k点间距,将所得到数值除以链轨的节距,把得到的商仍采取四舍五入整数化处理后再乘以该链轨的节距P,将其值设为R;5)以点为圆心,以R为半径划弧交销轴中心分布圆左下方于,n点(如果此时该交点位于k点的右侧,则需要以却为半径划弧重新确定该点),并连线,m,所得直线.与水平面之间的夹角(锐角)则可认为是该履带装置的接近角.如果此时得到的角度不符合设计要求(超出相关资料推荐的范围),则可通过调整引导轮中心0垂直坐标的数值,即可得到较为满意的结果(一般推荐lO_3o).假如点处于0点的正下方(两者的水平坐标相同),此时所得到的接近角应为最小值,在一定范围内随着超前(正常行驶方向)与0点距离的增加,以及工作过程中引导轮遇到阻力的后移,其接近角都会有所增加(忽略销轴,链轨之间磨损等因素).2.4距离引导轮最近的托链轮坐标确定距离引导轮最近的托链轮坐标确定:1)根据履带行走装置的初步设计方案,以距离引导轮最近托链轮中心为圆心(设为0),以r3+h为半径划圆;2)作该圆与链轨销轴中心分布圆(图5中半径为)的公切线(设切点分别为,s,见图6).引导轮托链轮图6引导轮附近托链轮中心的校核03)从图5中的m点开始则可沿着mu圆弧及线段,以P为半径依次划弧确定m,m,m一,m诸点,其相邻两点间的距离等于链轨的节距P,在截取最后一个m点时,必须确保该点到切点s的距离为最短(为使该行走装置高度合理,必要时,可以在线段的延长线上求出m点);4)再过上述(图4中)最终确认的d点(即e点,两点已经合并)作水平线,以图6中引导轮的链轨销轴中心分布圆上且靠近u点的销轴中心为圆心(设为,见图7),以vm距离为半径划圆,并交过图7托链轮中心Df点的确定5)连接13,w点,再分别作vw,wd(也可以认为we)直线的平行线,其偏移的距离为r3+h并交0点附近于0点,则0就是所要求托链轮最终的坐标点.2.5W,d两点之间距离的确定W,d两点之间距离的确定:1)测量W,d两点的间距,将所得到数值除以链轨的节距P,其商通过四舍五人整数化,即两点之间链轨的节数.节数再乘以P,这样,两点最终的间距参数则可得到,该履带总成链轨的节数也随之确定.2)计算确认前,后W,d两点间距离之差,取其绝对值设为.2.6参数的确定完成了以上若干步骤的设计与计算,现在可确定该履带行走装置中,驱动轮与引导轮水平距离的跨度(轮距)参数L=L6/2(正负号的确认取决于上述W,d两点之间链轨节数整数化过程中所采用的入还是舍).尽管由于履带,驱动轮及引导轮在相互之间接触的过程中,存在非等速的特点,驱动轮与引导轮中心的距离,在底盘行驶过程中也会发生周期性微量的变化(其轮距参数也会同时随之改变),利用上述公式所得到参数与实际距离存在一定的误差,但是,对于各类履带行走装置的计算精度已经足够,其结果不会影响到该机械设备的正常使用,其误差完全可以忽略不计.3结论关于履带行走装置中四轮一带(引导轮,驱动轮,支重轮,托链轮以及履带总成)的布置设计,缺少统一,可遵循的范本可执行.采用上述设计方法,对于该装置履带总成的布置设计,产品设计效率提高.经过实际操作,无论在新产品开发还是