-狭窄空间运输机械之橡胶履带行走机构的设计【全套图纸】.doc
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1、绪论 改革开放以来,我国的经济建设取得了举世瞩目的成绩,但同时也给环境带来了具大压力。合理利用有限的资源和保护环境关系到能否实现可持续发展的战略目标。随着我国农业产业结构的优化调整,林果业已成为农民致富的一条重要渠道。我国果树种类繁多,分布的地域辽阔。果园的地形有丘陵、山地、平原和荒滩,造成果园植保机械地域之间发展的不平衡。在现代工程机械和军事车辆中,运载底盘是以地基为承载对象,加之各种工作装置来完成各种工程需要。按功能可分为轮胎式、步履式、轨道式、无限轨道式(即履带式)。履带式因其接地比压小,承载能力大而受到重视。但以往的履带式都采用钢履带,不能适应全路面的要求,经过多年的探索,人们开始研究
2、橡胶履带式运载底盘。 行走机构是运输机一个非常重要的部件,它担负着掘进机的截割进给运动,以及整机的前进、后退和转弯(两条履带分别由各自的动力来驱动,可实现原地转向) 等各种运动,同时又是整台掘进机的连接、支撑基础,其结构的可靠性将影响整机的工作性能。目前,运输机的行走部分基本全部是履带行走机构,动力装置基本采用液压传动,用液压马达驱动履带实现不同的动作。马达在履带架上安装的方式基本采用两种形式,一种是履带行走驱动装置内置在履带架中,内置式的履带板宽度尺寸不受影响,掘进机基本采用这种形式结构;另一种是履带行走驱动装置外置于履带架一侧,一般多在内侧。外置式的履带板宽度尺寸受动力装备的约束,调整受到
3、一定限制,煤矿掘进设备中,很少采用这种结构。采用履带行走机构的机械设备,动力装置内置式,履带架结构受内置动力元件制约,外形几何形状较大,随着动力的增大,外形尺寸也随之增大。动力装置内置式,履带板宽度可按实际需要设计,不受履带架及动力装置的约束。动力装置外置式,侧掛在与机架连接的一侧,动力侧掛链轮设计不受动力元件约束,履带行走机构外形尺寸可相对较小,适宜施工场地相对低矮狭小的煤矿井下作业。应用价值有如下几方面: 1橡胶履带适用于全路面,克服了各种不利地形条件对机械作业的制约,极大地扩展了履带式和轮式行走运输机械的应用范围; 2橡胶履带的使用寿命也比钢制履带长 1 倍,而且橡胶履带的重量轻,车辆耗
4、油量大幅下降,降低了运输和作业成本;3我国各种重大建设工程日益增多和公路交通的快速发展,急待采用新的基础车辆。橡胶履带基础车辆可满足我国经济发展和国防建设的需要。 履带车辆在现代军事、农业、城市建筑和桥梁建设等领域中得到广泛应用。随着国民经济的发展,对履带车辆特别是橡胶履带式车辆的要求也在不断提高,履带车辆正在向轻型化、大型化、高速化等方向发展。全套图纸,加153893706 第一章 履带车辆行走系统概述 履带车辆行走系统与轮式车辆具有明显的不同。履带车辆不像轮式车辆那样用前后轮支承,而是靠两条履带与地面接触。履带车辆的左、右两侧各有一个驱动轮来驱动该侧履带实现行驶。目前运用最广泛的是金属履带
5、行走系统,传统的金属履带行走系统由履带、驱动轮、支重轮、托轮、引导轮和履带张紧装置等组成。它的突出优点是:牵引力大,适合重负荷作业,接地比压小,对地面压实、破坏程度轻,这是轮式车辆所不能替代的。但金属履带行走系统的缺点也很明显,远距离转移需要借助专用运输工具才能穿越公路,转移、运输作业速度低,直接影响履带车辆的工作效率和使用范围,发展前景也逐渐被大功率轮式车辆等替代。 橡胶履带行走系统是现代高新工业技术发展的产物。橡胶履带行走系统的发展拓宽了履带车辆的应用范围,克服了金属履带行走系统固有缺点,使履带车辆可以上路行驶,无需专用运载车辆。同时由于保留了履带车辆低接地比压、高牵引能力的特性,与一般轮
6、式驱动车辆相比性能更优越。橡胶履带车辆集成了大型轮式车辆行走系统和普通金属履带行走系统的优点,形成诸如农业拖拉机、军事工程装甲车辆以及基建工程用推土机、挖掘机、运输车,工程钻机等一系列高性能的军用和民用履带工程车辆,有着非常良好的经济效益和社会效益。它具有: 1短途运输不需要专用运输工具,橡胶履带不破坏路面,具有可以自行上路行驶的优势; 2纵向柔顺、横向刚韧、转动灵活、牵引性好、重量轻、接地比压小,减少对岩土的压实程度,有利于农作物生长,提高产量; 3机动性好,可靠性强; 4越野能力强,田间作业效率高; 5具有良好的操纵舒适性,噪声低,缓冲性好。因此橡胶履带代表了未来履带车辆的发展方向和研究趋
7、势。1.1我国果园机械研发与应用存在的问题 果园规模化、专业化、标准化程度低 我国大部分果园主要采取一家一户的经营模式, 生产规模小, 地势和土壤复杂多变, 树种和栽培模式多种多样,机械作业空间狭小,栽培管理专业化和标准化程度低,不利于果园机械的推广和应用。 果园农机与农艺孤立, 未能有机融合 国内外实践表明,农机农艺融合,相互适应,相互促进,是建设现代果业的内在要求和必然选择。目前,我国农机与农艺专家之间缺乏交流, 果树种植和栽培管理模式与机械装备不能相互配套问题特别突出。 果园标准化主要是从农艺角度开展, 缺乏对机械装备和设施的考虑, 没有预留机械装备和设施的安装及使用空间;同时果园机械装
8、备的研发缺乏针对性,严重影响果树机械化生产的推广应用, 大规模机械化作业实现十分困难。 研发经费不足, 果园专用机械研发与应用落后 由于我国果园机械化生产处于起步阶段, 对果园机械研发的重视程度不够, 在果园机械研发上的投入远不如粮棉油麻等大宗作物相关机械的科研投入,致使果园机械相关人才缺乏,科研力度不够,果园机械的引进、消化、吸收、创新工作落后,果园机械的研发、 推广远远滞后于粮棉油麻等大宗作物机械的发展。果园从种植到收获全程机械化生产过程中果园专用机械的研发和生产刚刚起步, 现有果园机械生产和研发主要集中在中耕机械、喷药机械、灌溉机械和埋土防寒机械等方面, 无论从类型和质量上都难以满足果树
9、产业规模化、专业化、标准化和信息化发展需要。 1.2 橡胶履带的国外发展 橡胶履带(rubber track)是为了适应近代各种机械技术发展,模拟金属履带而研发的跨机械、橡胶专业的新型行走部件。橡胶履带的发展历史是橡胶制品不断配合和满足各种机械发展的历史。在上世纪 60 年代日本一家农业机械制造公司(ISEKI)的工程师提出设想,委托橡胶企业(BRIDGE STONE)开发了第一条替代金属履带的橡胶履带,并应用在水稻收割机械上。由于橡胶履带比重轻,机器的接地比压较小,收割机可以在泥水的稻田中工作,从而使水稻机械化收割得以推广。经几十年的发展,日本发展成为橡胶履带的主要生产国家,以 BRIDGE
10、 STONE(BS)、FUKUYAMA(FRC)为代表的橡胶履带制造厂,在产品品质、规格品种、市场知名度及份额上都占有排头的地位 在世界上发达国家使用橡胶履带作为行走部件较为普遍,使用橡胶履带多的国家和地区依次是日本、北美、欧洲。1.3 橡胶履带的国内发展 我国橡胶履带开发研制工作始于 20 世纪 80 年代末期,是利用日本 BS 和 FRC 技术发展起来的。BS 在中国等国家均有工厂生产橡胶履带。FRC 与中国杭州橡胶(集团)公司永固橡胶厂建立技术合作关系,永固厂现己发展成大型橡胶履带生产基地,向全世界供应橡胶履带。我国先后在杭州、镇江、沈阳、开封及上海等地成功开发了多种橡胶履带,用于农业机
11、械、工程机械和输送车辆等,并形成了批量生产能力。目前,估计全国新机械橡胶履带特别是农用橡胶履带的用量为10万条/年,销后服务市场10万条/年,从总数上看,我国己成为世界上橡胶履带生产使用大国,但由于产品品质及知名度的关系,还多属于低端产品,在国际上廉价销售。 由于采用了橡胶履带行走系统噪声低、振动小、乘坐舒适。目前,我国橡胶履带的品质与国外的产品差距甚小,而且还具有一定的价格优势。但我国在橡胶履带使用范围较窄,工程机械仍多采用金属履带。国内工程机械主机厂装配橡胶履带的产品也多数销售到海外市场。 表 1.1 橡胶履带的应用应用领域应用产品工程机械挖掘机、装载机、钻机、压实机、起重机农用机械大型拖
12、拉机、多功能机械运输机械运输车辆、装甲运兵车雪地机械除雪机、雪地摩托特种机械全路面坦克装载机 挖掘机起重机械 农业多功能机械橡胶履带的使用极大地扩展了履带式和轮式行走运输机械的应用范围,克服了各种不利地形条件对机械作业的制约,其在拖拉机、各种农业和工程及运输机械中的应用必将进一步扩大。其发展趋势是在改进结构、采用新材料和新技术基础上提高寿命,并向轻量化、大型化、高强化、多品种、多功能与可调换化方向发展,进一步满足在各种恶劣气候与地形条件下使用和大吨位工程机械运输车辆使用的要求。随着科学技术的发展和完善,橡胶履带将由易损件演变为功能件,其使用寿命的极大提高是完全可以实现的第二章 橡胶履带结构2.
13、1橡胶履带的术语和定义花纹:橡胶履带外层所呈现的几何形状;花纹侧胶:橡胶履带的外侧胶,行走时与地而相对的部分;轮侧胶:橡胶履带的内侧胶,行走时与转轮相对的部分。橡胶应具有耐磨、耐气候、耐屈挠等性能;芯金:橡胶履带中传递动力、导向及横向支撑的部分,应为铸造品或锻造品;强力层:橡胶履带中承受张力和传递动力的骨架层,通常为钢丝帘线(绳)等材料;节距:橡胶履带平直部分相邻两芯金的中心距离;导向角:橡胶履带行走时起导向作用的凸起部分;轨道:限定轮系行走方向的导向角特定部位;履带宽:橡胶履带的外缘宽度;节数:一条橡胶履带的传动件个数;花纹代号:橡胶履带的花纹类型,以代号表示;金属传动件类型:金属传动件凸起
14、的形状,以代号表示。2.2橡胶履带的构造 橡胶履带(见图 2-1)通常是由橡胶主体、芯金、帘线骨架材料通过模压硫化而形成的环形体。为了保持张力,内设钢丝帘线。为了补强带体,将突出的金属传动件包了覆盖胶。图2-1 橡胶履带结构图 强力层(图 2-1 中 A)是牵引件,是橡胶履带的纵向抗拉体,承受牵引力并保持履带节距的稳定性。使用材料主要有钢丝帘线、镀锌钢丝、不锈钢钢丝、玻璃纤维、芳纶(或其它高强度低伸长合成纤维线绳)或帘布。 芯金(图 2-1 中 B)是传动承载件,起动力传递导向与横向支撑作用,使用材料主要有球墨铸铁、铸铁锻钢、铝合金与合金钢板材冲压成型组合件等,有些履带可使用塑料。 缓冲层(图
15、 2-1 中 C)是承受带体强烈的振荡和冲击,承受履带行驶中径向力、侧向力和切向力所引起的多次变形。同时也是牵引件保护层,保护牵引件不受外力作用而破坏,防止强力层的钢丝与芯金磨擦。使用材料主要有锦纶帘子布、锦纶帆布以及其它纤维材料。橡胶履带(图 2-1 中 D)由强力层、芯金、缓冲层和橡胶弹性体四大部分组成。其中橡胶弹性体又分为花纹侧胶、底胶、钢丝帘线胶与缓冲层胶、布层胶、齿胶和轮侧胶。橡胶弹性体把其它部件紧密地结合为一个整体,提供行走能力及整体的缓冲、减震和降噪功能。橡胶材料一般以 NR 为主的 NR/SBR、NR/SBR/BR 和 NR/BR 并用体系,以及加用聚氨酯弹性材料等。2.3橡胶
16、履带的分类方法橡胶履带的分类方法有多种。(1) 橡胶履带按结构可分为以下类型: 专用型(图 2-2、图 2-3)专用型 履带更换型A 履带更换型B1、2放脱离凸起 3下部滚轮 4内凸缘 5外凸缘图2-2 下部滚轮的类型橡胶履带金属传动件按凸起类型不同传动方式可分为轮孔式和轮齿式两种。轮孔式是机械驱动轮,像一个平皮带轮并有与履带节距对应的孔,履带金属传动件凸齿插入孔内靠驱动轮与履带之间的吻合摩擦传动。细分又有单行孔和双行孔。而轮齿式则是机械链轮与履带金属传动件齿啮合传动。专用型 履带更换型B1、2、3、4放脱离凸起 5接地面 6内周面 7启动轮机 8凸起 图2-3橡胶履带的结构 无芯金型 是用橡
17、胶凸起齿替代金属传动件,无噪声,振动小。履带内表面与驱动轮而接触,磨擦传动。 履带更换型(图 2-2、图 2-3) 可根据工作地形条件需要,橡胶履带与金属履带替换使用。 摩擦型 橡胶履带按驱动方式分类及各类型的特征和缺点如表 2.1 所示。 表 2.1 按驱动方式的分类及其特征和缺点驱动方式 特征与缺点链轮驱动型由链轮驱动芯金;驱动牢靠,可用于轻负荷至重负荷的驱动。橡胶突起驱动型由橡胶突起代替芯金驱动型,可用于轻负荷驱动。有的与摩擦驱动并用;需注意链轮的设计。缺点为易咬入石子和脱轮等摩擦驱动型橡胶履带内面由带轮驱动的类型;无驱动且耐久性好,但依条件不同其有产生滑动和易咬入石子的缺点。(2)按用
18、途可分为五类 农机橡胶履带:用于各种联合收割机、中小型田园耕作机械和农田输送机械;工程机械橡胶履带:用于挖掘机、推土机、自卸车、高空作业机械和各种道路建筑机械;运输车辆橡胶履带:用于森林、水草、沼泽、湿地、深雪、冰川、冻土等难以通行环境下的运输车辆;军用车橡胶履带:用于军用特种车辆。目前,橡胶履带的宽度多为 180920mm,节距一般为 72109mm,节数多为 2974。在选择理想的橡胶履带规格、花纹类型时,可根据图 2.5 所示的各部位尺寸(具体尺寸暂缺)并参考最大适应重量来选定(履带宽节数节距)。图2-4 橡胶履带各部位尺寸示意图2.4橡胶履带的标记方法1标记方法橡胶履带的规格通常以带宽
19、、节距、花纹形式代号和传动件代号组合来表示。 图 2-5 橡胶履带规格表示以 CRT40072.5A80-050 为例,CRT 代表轮齿式橡胶履带,通常可不标注。其它类别必须标注。40072.5A80050 表示履带宽度为 400mm、节距为 72.5mm、轨道为 A型、节数为 80 的橡胶履带,适用机重为 5000kg 以下。2.5 橡胶履带基本性能 橡胶履带的基本性能要求有:牵引能力、不脱轮性、抗振性和耐久性。 1牵引能力:牵引性能受行驶路面影响。作业时,与橡胶履带的拉伸强度、剪切强度、带宽、横向刚性、节距和花纹块高度有关,也受路面状况和载荷的影响。直线型花纹和侧面拉长间距花纹效果较好。工
20、程机械车辆在较硬路面上行驶时,牵引性能与花纹块刚度和花纹高度有关系。 2不脱轮性:取决于驱动转轮直径、转轮的配置、橡胶履带刚度、履带突起高度、接地长度和履带的导向长度。脱轮多发生在主动轮或张紧轮与转轮之间。最好将该部分的长度减小到最小程度。保持履带具有一定的张紧度是十分必要的。橡胶履带的扭曲刚度、横向刚性、纵向柔顺性、节距与凸缘高度也对不脱轮性有重要影响。 3抗振性:消除振源是减轻振动和降低噪声的最好办法。橡胶履带振动与其节距、转轮数及其配置、重心位置、胶料性能和花纹构形有关。设计时要对这些因素进行最佳匹配,且花纹块节距小且高度低的较好。4耐久性:表现为橡胶履带耐磨损切割、穿刺、龟裂和碎裂的能
21、力。目前为止,橡胶履带仍属易损件。除传动件和牵引件的品质外,强力保护层与橡胶弹性体的性能也是影响橡胶履带耐久性的重要因素。橡胶胶料不仅要有良好的物理性能、动态疲劳性能、抗应力集中和耐天候老化性能,还需要具有与传动件和保护层间优异的粘合强度。对于某些特殊产品,还要求有耐盐碱、耐油、耐寒、和防火阻燃等特殊功能。提高橡胶履带的耐久性能是一项非常艰巨的任务。2.6橡胶履带结构配置橡胶履带的结构配置如图 2-6,橡胶履带的结构特征见表 2,橡胶履带驱动轮配置如图 2-7。图2-6 橡胶履带结构配置图表 2 橡胶履带的结构特征类型特征普通型重视接地长度,以求机械稳定性的类型。适用于挖掘机、铲土机、推土机等
22、战车型前后具有离地角,重视行驶性的类型。部分用于搬运车、转运机和联合收割机等联合型前进方向具有离地角,而且接地长度尽量长的类型。适用于联合收割机和搬运车等三角型可使行走机构小型化,且可提高离地高度的类型。适用于收割机、旱田作业机械等 图 2-7 橡胶履带驱动轮配置图本设计选用的是战车型。2.7国内橡胶履带生产方式我国橡胶履带在生产制造工艺方面,基本可以归结为两种方式: 一种为钢丝帘无接头式。此种方式通常采用单根缠绕生产钢丝帘布,平板硫化机一次硫化。此种生产方式的优点是,橡胶履带伸长小、履带节距稳定性佳、芯金与机械齿轮配合好,履带整体的抗拉强度高,工艺简便,设备投资少。缺点是影响履带质量的生产工
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