多功能履带式线路施工载重运输车的设计

陆峰　陈金威　朱企华

摘 要：履带式车辆具有接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越埂能力强等特点，特别是液压系统驱动的履带式车辆其因为在调节功能和安装布局方面均有特殊的优点，因此，在农业、工程建筑、现代军事等领域发挥着十分重要的作用。履带式工作车辆兼具行走和作业两种功能，应用日益广泛。本论文以企业委托的一种中功率履带移动式排灌车的研制项目为背景，以车辆工程、机械设计与制造、液压技术等理论为基础，对履带式工作车辆的性能建模、动力共用与切换方法、关键机构的设计方法等共性问题进行了深入的研究。

关键词：履带式车辆;液压驱动;性能分析;设计方法

一、液压履带式车辆的应用现状与研究概况

履带是人类继发明车轮之后又跨出的一大步，扩展了车辆由“线”到“面””的活动范围，履带式车辆既加强了离开道路的越野能力，同时也增大了负重能力。这是因为：

（一）履带行走装置支承机器的履带面积能做的足够大，以满足土壤强度所能承受的平均接地比压的要求

（二）履带行走装置能适应一定坡度的地面，能克服行走平面的不平度

（三）车辆静止时，借助于履带板和地面之间的摩擦力，使车辆停在---定的位置上

（四）履带行走装置在非常不利的气候和地面条件下，也能保持其行走功能。

由于履带式车辆具有接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越埂能力强等优良的特点。因此，在工程机械、矿山机械、建筑机械、军事等领域得到广泛的应用，如有履带式挖掘机、履带式装甲车、履带式起重机、履带式拖拉机等。对履带式车辆的研究随着履带式车辆的出现和相关技术的发展而不断地进展与深入。由于履带式车辆本身是一个非常复杂的机械系统，而且其使用环境十分复杂多变。加之缺乏对路面特性的認识和车辆对路谱响应的研究，人们很难对履带车辆的机动性能有深刻全面的认识。

（五）液压驱动技术是现代工程、农机、起重运输机械和军、民用特种车辆等行走机械的重要标志之一。

一方面，这些主机自身的发展促进了为之配套的液压驱动元件的进步;另一方面，正是因为在调节功能和安装布局方面均有特殊优点的液压驱动技术的不断发展，才得以研制在功能和形态上都有特殊要求的主机，并使它们的性能有了质的提高。行走机械液压驱动技术及其应用之所以能达到今天这样的深度和广度，是由于液压元件这样的机械基础件产业和它的用户即各种主机产业之间存在着相互影响、相互促进的辩证关系的结果，也体现了现代工业产品专业分工的一些特点。液压驱动的优点有：

1.体积小、重量轻

例如同功率液压马达的重量只有电动机的10% ～20%。因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击

2.能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000（- -般为1：100）

3.换向容易

在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换;

4.液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置.上彼此不受严格限制

5.由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长;

6.操纵控制简便，自动化程度高;

7.容易实现过载保护;

8.液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用

由于液压履带式车辆兼有履带接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越埂能力强等优良的特点和液压传动的优点因此，在工程机械、矿山机械、建筑机械、军事等领域得到广泛的应用，如有液压履带式挖掘机、液压履带式装甲车、液压履带式起重机、液压履带式拖拉机等。对液压履带式车辆的研究随着履带式车辆的出现和相关技术的发展而不断地进展与深入。

二、小型液压驱动履带式车辆的液压站的设计

液压装置总体分为两种类型：

（一）分散配置型

分散配置型液压装置、是将液压控制系统的液压泵及其驱动电动机、执行原器件和辅助元件按照机械设备的布局、工作特性和操作要求等分散设计在主机的适当位置，液压系统各组成元件通过管道连接起来。分散配置型液压装置的优点是节省安装空间。缺点是元件布置零乱，安装维护复杂。

（二）集中配置型。

集中配置型液压装置、是将系统的执行器安放在主机上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等安装在主机之上，按照操作执行器的液压控制装置的安放位置及液压站的功能，又可进一-步将液压站分为动力型液压站和复合型液压站两种结构类型。散装在主机各适当位置上的动力型液压站，其形态较为简单，它主要由液压泵及其驱动电动机、油箱及附件、少数控制原器件等组成，因此经常称之为液压站。其主要功能是为液压执行器提供一定压力、 流量。而系统的控制.任务主要由散装在主机各处的控制阀来成担。液压站的优点是外形美观，便利安装维护，便利检测。

三、履带式工作车辆设计布局

履带式工作车辆总体布局的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和其他附件，使动力装置、行走装置、专用工作装置及其它附件构成相互协调和匹配的整体，达到整车基本性能和专用性能的要求。在总体布局时应遵循以下原则：

（一）在满足装配空间和操作空间的前提下，尽量降低总体尺寸和重量

较小的总体尺寸和重量便于履带式工作车辆的长途装运，同时也能提高整车的机动性能。

（二）应能满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥

在进行总布置时，应充分考虑履带式工作车辆特殊用途的作业功能，尽量提高车辆在作业时的安全性和稳定性。

（三）装载质量，整体质量的合理分配

应尽量减少履带式工作车辆的整体质量，提高装载质量，增大质量利用系数，降低耗材和成本。

（四）应避免动力装置、行走装置、专用工作装置相对集中

整体质量都集中在车辆的前部或后部不利于车辆的机动性能，也不利于车辆的稳定性，对车辆的支重轮和履带的使用寿命也会造成影响。

（五）应避免动力装置或工作装置的布置对车架造成集中载荷

必要时采用具有足够刚性的副车架，将集中载荷转化为均布载荷，有利于改善主车架的强度和寿命。

（六）为了使整车质量分布均匀合理，便于在起伏不平的复杂路面上行驶

保证该车具有良好的稳定性及安全性，该车的柴油机及混流泵的安装底角应低于履带面以降低整车重心。

四、总结

本章对履带式工作车辆的总体布局、动力共用与匹配、动力切换、性能评价指标等进行了建模和分析。首先阐述了履带式工作车辆总体布局的意义，并说明了总体布局时应遵循的原则。其次，分析了不同工况下的机动性能及对车辆行走爬坡性能的分析。