1、第一節 鏟土運輸機械的履帶式行走系一、組成與特點 如右圖8-1所示，履帶式拖拉機的行走系由驅動輪1、履帶2、支重輪3、履帶張緊裝置和導向輪5、托鏈輪7以及連接支重輪和機體的懸架等組成。主要功能：1、將由發動機傳到驅動輪上的驅動扭矩變為拖拉機在地面上的行走移動(扭矩變成驅動力,轉速變成車輛移動速度.)。2、支承拖拉機的全部重量。特點：1、履帶拖拉機的驅動輪只卷繞履帶而不在地面上滾動，機器全部重量經支重輪壓在多片履帶板上，履帶式機器的牽引附著性能要好得多；2、與同馬力的輪式機器相比，由于履帶支承面大，接地壓力小（一般小于0.1MPa)，所以在松軟土壤上的下陷深度小，因而滾動阻力小，有利于發揮較大的

2、牽引力；3、履帶銷子、銷套等運動副使用中要磨損，要有張緊裝置調節履帶張緊度，它兼起一定的緩沖作用。 導向輪既是張緊裝置的一部分，也引導履帶正確卷繞，但不能引導機器轉向；4、履帶式行走系重量大，運動慣性大，緩沖減振作用小，結構中最好有某些彈性元件；5、履帶式行走系結構復雜，金屬消耗多，磨損嚴重，維修量大，運動速度受到限制。特點：二、車架型式：全梁式、半梁式兩種。 全梁架式車架是一完整的框架，如東方紅75拖拉機，Caterpillar后置發動機式裝載機等采用這種全梁式車架。 半梁架式車架一部分是梁架，而另一部分則利用傳動系的殼體。這種車架廣泛用于工程機械履帶拖拉機中。 如圖7-1為兩根箱形縱梁和后

3、橋橋體焊成一體，其前部用橫梁相連。 由于鏟土運輸機械特別是履帶式推土機的作業環境惡劣，上述結構車架的縱梁容易變形，因此國內外很重視加強此類機械車架的強度與剛度，故多采用箱形斷面的縱梁以增強其抗彎抗扭強度，斷面高度也適當增加。三、懸架懸架或懸掛：在工程機械中，機架（車架）與行走系之間的連接裝置。彈性懸架：機架的全部重量經過彈性元件傳遞給履帶架的懸架。三種懸掛：剛性懸架、半剛性懸架和彈性懸架。彈性元件可以是彈性橡膠塊、彈簧裝置或油氣懸架。半剛性懸架：機架的重量一部分經過彈性元件、另一部分經過剛性元件傳遞給履帶架的懸架。如工業用履帶拖拉機之懸架。剛性懸架：機架上的重量全部不經彈性元件傳遞到履帶的懸架

4、。如單斗挖掘機其底架與履帶架之間的懸架。 剛性懸架結構簡單、適合于行走速度低，不經常行走的工程機械。履帶架的傳統形式：八字架式，如下圖8-2所示。 半剛性懸架較剛性懸架能更好地適應地面的高低不平，在松軟不平地面接地壓力較均勻，附著性能好。 半剛性懸架中的彈性元件能部分地緩和行駛時的沖擊，但其非彈性支承部分重量很大，高速行駛時沖擊大，故其行駛速度一般不超過15km/h。 設計履帶架時，要妥善確定履帶架擺動軸線、驅動輪軸線、導向輪軸線間的距離。 圖8-3為TY150推土機行走系布置圖。其履帶架鉸接中心線與驅動輪軸線重合。 右圖8-4為D10推土機行走系布置圖，其履帶架鉸接中心線與驅動輪軸線不重合。

5、 現代結構的半剛性懸架履帶拖拉機中，廣泛采用平衡梁，如右圖8-5所示。半剛性懸架中的履帶架（圖8-2）是行走系中一個很重要的骨架，支重輪、張緊裝置等都要安裝在這個骨架上，它本身的剛度對履帶行走系的使用可靠性和壽命有很大影響。 剛度不足，作業時容易變形，引起四輪（驅動輪、支重輪、導向輪、托鏈輪）中心點不在同一垂直面內或各軸線不能保證平行度和垂直度的要求等，最終導致跑偏、啃軌或脫軌等多種使用故障。 國外的履帶式推土機很重視加強履帶架的結構，使之堅固耐用，尤其注意加強后托架（一般稱作八字架的斜撐），增加其尺寸與壁厚并加以熱處理，以承受不良作業面引起的扭矩和振動。（一）、懸架受力分析 與履帶架有關的元

6、件受力情況復雜，如半剛性懸架的履帶架受以下力和力矩作用：1、機架經彈性元件作用到履帶架上的重量G1，每一側為0.5G1；2、機架經鉸接軸剛性作用到懸架上的重力G2，每一側為0.5G2，顯然機架以上的重量為G=G1+G2；3、地面的重力反力，它在各輪上的分配，隨地面情況而變；4、履帶作用于引導輪的拉力，如設P為每邊履帶的張力，引導輪受力可視為2P，則fqlP83式中 q 履帶單位長度的重力； l 引導輪和第一個托鏈輪間的履帶長度； f 引導輪和第一個托輪間履帶的垂度。 在倒檔行駛時，履帶作用于引導輪的拉力最大，這時，一側履帶引導輪上作用的P力為倒檔時最大牽引力的一半。5、轉向時，地面對于履帶機械

7、作用有轉向阻力矩Mz，一側履帶的轉向阻力矩M為421LGM式中L 履帶接地長度。（二）、履帶架的計算要求：履帶架應有足夠的強度和剛度，使不易損壞或因變形發生啃軌和脫軌。履帶架的縱梁在以下三種工況時受力最嚴重：1、履帶式機械倒檔越過溝渠，其全部重量支承在最前或最后的一對支重輪上； 2、履帶式機械倒檔越過溝渠，其全部重量支承在引導輪和驅動輪上；3、履帶式機械倒檔越過一突起的障礙物，其全部重量支承在兩邊各一個支重輪上，此支重輪是重心附近的支重輪。計算步驟：由這三種工況計算出各危險斷面垂直面內的彎矩，再考慮在這些位置上同時又在轉彎，從而將水平面內的彎矩疊加進來。在分別計算應力值后，再計算其應力之和。

8、另外由于履帶式工程機械速度不高，計算考慮的是其最不利的情況，同時又忽略了斜撐的加強作用，故強度計算只考慮了靜載就可以了，但最好再校核其剛度。（三）、平衡梁的計算將平衡梁視為簡支梁作強度計算。 平衡梁到驅動輪軸的縱向水平距離，一般為（0.650.72)L，L為引導輪軸到驅動軸的水平距離。（四）、履帶架擺動軸的計算1、遇障礙以最大牽引力推土時，計算擺動軸的受力和不利斷面的應力；2、遇障礙以全部功率驅動一側履帶強行轉彎時，計算擺動軸的受力和不利斷面的應力。四、履帶作用：履帶用來將工程機械的重力傳給地面并保證機械發出足夠的驅動力。工作環境：經常在泥水中、凹凸不平地面、石質土壤中工作，條件惡劣、受力情況

9、不良，極易磨損。要求：具有良好的附著性能、足夠的強度、剛度和耐磨性，重量盡可能輕。每條履帶都由幾十塊履帶板組成，如右圖8-6所示。履帶板由具有履齒的支承板和兩根導軌組成。 履帶銷與前一塊履帶板的后鉸鏈孔采用壓配合，壓入力均為500750kN。 銷和銷套之間具有間隙，可使兩塊履帶板自由相對轉動。銷套同時也是驅動輪驅動履帶運轉的節銷。 工程機械用的履帶一律采用軋制，以利于節省材料，提高質量和批量生產。 圖8-6之結構對履帶防塵未考慮，這是其不足之處。在D80A推土機軌鏈節的凹槽中各放置了一個防塵圈，這樣以來對于防止灰塵砂礫的進入很有效，使履帶銷和銷子套間的磨損大為減小，如下圖8-7所示。另一種密封

10、式履帶其結構見右圖8-8所示。 由于履帶密封技術在實踐中卓有成效，國內外又研制成功另一種密封潤滑履帶，其結構見右圖8-9所示。潤滑密封履帶特點：底盤的維修工作和費用減少，它使履帶銷和銷套間的接觸表面形成一油膜層，從而可減少二者的磨損，使壽命延長。履帶銷中心有儲油孔，故可保持長期潤滑。此外，采用密封潤滑履帶還使履帶噪音減小。 上面所講的履帶板均由幾種零件組合而成，通常將這種由幾種零件組合而成的履帶稱為組合式履帶。組合式履帶的優點：鏈軌節和支承板可以分別用不同的材料制造，鏈軌節（履帶節）常用易加工的中碳鋼或中碳低合金鋼，因而容易將鉸鏈作成封閉式使塵土不易進入，延長履帶的使用壽命。支承板用耐磨的特種

11、合金鋼軋制成型，然后切斷而成。此外當履帶磨損后，只需根據具體情況單獨更換支承板或鏈軌節，不必一起更換。換用不同型式的支承板，還可以使拖拉機進行不同的作業。缺點：重量大、拆卸不便，此外，履帶螺栓名義上是可分式連接，其實修理時很難拆卸下來。履帶板上履齒的形狀：對拖拉機的牽引附著性能和其它一些使用性能有很大影響。各種變形履帶板如右圖8-10所示。一般用履帶板：其上有一條較高的抓土齒（單齒式），保證拖拉機在干燥的1-2級土壤（砂土、粘砂土等）上作業時有較好的牽引附著性能和防側滑性能，但不能抓住冰或凍土，只會將其表面刮破。多石土壤用履帶板：有兩條或三條低而寬的抓土齒（如圖所示三齒式），與前者相比，其強度

12、和耐磨性均有所提高，因為履帶板的磨損主要是抓土齒磨損最快。 在抓土齒不能深入土層深處的情況下，例如在堅實的多石土壤上作業時,這種履帶板保證了抓土齒的支承面與土壤有較大的接觸面積。但在粘質土壤，這種履帶板的附著系數比單齒式約小10%左右。這種履帶板適用于履帶式裝載機。寒冷地帶冬季用履帶板：其抓土齒的支承面上開有缺口，中間開一個缺口為雙刃式，兩側開兩個缺口為單刃式。 由于支承面面積減少，保證履齒陷入冰雪內，從而提高了拖拉機的牽引附著性能。缺口只在抓土爪的上端，因此它在粘砂土或砂粘土等土壤上作業時，和一般用途的履帶板幾乎沒有區別。為了使履帶板能夠自凈化，其支承面留有方孔。 表8-1為美國公司裝在DH

13、-7G拖拉機上的各種不同用途的履帶板主要參數。平面式履帶板：對于主要不是提供牽引力而是攜帶負荷運行的機器，又怕抓土齒將地面破壞時，采用平面式履帶板。特點：這種履帶板有時在拖拉機、裝載機上采用，但不能提供足夠的牽引力，側滑的可能性也比較大。橡膠襯墊式履帶板：在建筑物內或鋪好的路面上作業履帶拖拉機上采用，它在路面上的牽引力比平面式履帶板好，對路面的破壞最小。可換裝式履帶板：例如為了保護道路，可在一般的履帶板上用螺栓裝上金屬的或橡膠的襯墊，或者在平面或多石土壤用履帶板上用螺栓裝上抓土齒。整體式履帶板：其履帶板由高錳鋼整塊鑄造而成。東方紅75拖拉機就采用這種局長帶板，其結構見右圖8-11。特點：整體式

14、履帶板結構簡單、制造方便、拆裝容易、重量較組合式履帶板輕；但由于履帶銷與銷孔間的間隙較大，沒有辦法采用密封措施，泥砂很容易進入，使履帶銷和銷孔的磨損較快，且磨損后履帶板只能整塊更換，不適用于重載的履帶式工程機械和工業用拖拉機。履帶的計算載荷：按機械在橫坡上作業時，機重的75%由下方履帶承受，發動機提供給驅動輪以足夠的扭矩，傳到此側履帶的最大驅動力Pmax為附著條件所限，即Pmax=.0.75Gt式中 - 附著系數,履帶式機械初算時可取 =1; Gt 推土機總重. 組合式履帶由履帶板、軌鏈節、履帶銷、銷套、螺栓等零件組成。 一般來講，銷子的剪切、銷與銷套間的擠壓、銷子的抗彎強度都不成問題，因為履

15、帶的主要破壞形式是磨損。右圖8-12所示軌鏈節1-1、2-2、3-3斷面處常出現斷裂。斷裂原因：有設計因素（如圓角半徑過小、有應力集中等），更重要的是熱處理工藝不佳，沒有消除應力集中或者經熱處理后反而產生微細裂紋。驗算軌鏈節的抗拉強度如下)(275.0maxDBGFPt式中 B 軌鏈節高度； D 銷子套外徑； - 軌鏈節最小厚度。軌鏈節的主要破壞形式仍為踏面磨損。履帶板寬度b由設計規定的機械平均單位接地壓力Pp確定ptLPGb2應處理好參數b和履帶接地長度L的關系。窄而長的履帶，滾動阻力小（因土壤變形阻力較小），牽引附著性能較好，但轉向阻力較大。b/L之值一般為：對于通用式機械：0.180.2

16、2對于濕地用機械：0.240.28五、驅動輪作用：用來卷繞履帶，以保證車輛行駛。位置：安裝在最終傳動的從動軸或從動輪轂上。材料：中碳鋼鑄成（如40號鑄鋼）硬度：熱處理后齒面硬度HB300-400或者更高，熱處理后不加工。與履帶的嚙合方式 1、節銷式嚙合：驅動輪輪齒與履帶板的節銷進行嚙合。 這種嚙合方式履帶銷所在的圓周近似地等于驅動輪的節圓，驅動輪輪齒作用在節銷上的壓力通過履帶銷的中心，如圖8-6和8-7所示。1、節銷式嚙合：驅動輪輪齒與履帶板的節銷進行嚙合。2、節齒式嚙合：驅動輪輪齒與履帶板上的節圓嚙合，如圖8-13所示。受力特征：履帶銷所在的圓周比驅動輪的節圓大，輪齒給節齒的作用力不通過履帶

17、銷中心，使履帶銷上作用有一個附加扭矩，增加其負荷。特點：履帶板具有較大剛度，因此過去挖掘起重機所用履帶板多數采用這種節齒嚙合式整體履帶板。由于它同樣存在與東方紅75履帶板相同的缺點，有人建議在挖掘起重機上也改用組合式節銷履帶板。驅動輪的分類A、按齒圈結構分為整體式、齒圈式、齒塊式。B、按驅動輪輪轂與最終傳動輸出軸的聯接方式分為錐形漸開線花鍵聯接如紅旗100、錐形六平鍵聯接如TY150、螺栓聯接如移山180。按驅動輪輪齒節距t分為173、203、216mm三種； 齒圈結構以齒圈式比整體式為好，而齒塊式拼合輪圈（圖8-14）使用更加方便，驅動輪輪齒磨損超限即可在工地拆裝更換，不必解開履帶，更無需拉

18、出驅動輪，但在工藝上要保證安裝精度。 一般認為車速小于1520km/h，驅動輪后置有利，車速大于20km/h時，驅動輪前置有利。 驅動輪的計算載荷與履帶相同，即驅動鏈輪所傳遞的最大驅動力Pmax=0.75Gt，并假設扭矩只由一個齒傳遞。計算驅動輪輪齒抗彎強度75. 0WhGWMt式中h 齒高（假設力作用在齒頂）； 許用彎曲應力， =400-500MPa。計算驅動輪輪齒齒面抗擠壓強度582jtjbdG式中 b 輪齒寬度（cm）； d 履帶銷套外徑（cm）； Gt 推土機重力（KN）； j 許用擠壓應力， j =500-1000MPa。六、支重輪與托鏈輪作用：支重輪用來支承車輛的重量并在履帶的導軌

19、（鏈軌節）面上移動。此外它還用來夾持履帶，不使履帶橫向滑脫，并在車輛轉向時迫使履帶在地面上滑動。工作環境：支重輪經常在泥水中工作，且受到強烈沖擊，工作條件很差。要求：密封可靠、輪圈耐磨。（一）、支重輪支重輪分類1、按支重輪軸的型式可分為：中間凸肩式軸如TY150；中間無凸肩式直軸如宣化T-120；2、按軸承型式可分為：雙金屬套如TY150，尼龍軸套如移山180，銅套如移山80，非標準滾柱軸承如紅旗100；3、按密封型式可分為：浮動油封式如TY150，油封式如紅旗100，皮碗式如移山80； 在我國為數不多的履帶式鏟土運輸機械中，先后出現了近二十種支重輪。單邊支重輪和雙邊支重輪的基本結構型式如右圖

20、8-15所示。（二）、托鏈輪作用：用來托住履帶的上方部分，防止履帶下垂過大，以減少履帶運動時的振跳現象并防止履帶側向滑落。 托鏈輪的個數一般是每邊兩個。托輪與支重輪相比，它受力較小，工作時少受污物侵蝕，工作條件較好，故其結構較簡單，尺寸較小，對材質的要求也低。曾規定托鏈輪采用錐柱軸承及浮動油封，如圖8-16所示。（三）、支重輪及托鏈輪的設計 為了使接地壓力均勻，支重輪數目最好等于履帶支承區段的履帶板數，即支重輪間距t1=履帶節距td。 支重輪太小，滾動阻力增加，如支重輪數目為履帶支承區段履帶板數的一半即t1=2td，則將使支重輪下履帶板的接地壓力很不均勻，導致在松軟地面下陷深度增加，運行阻力加

21、大。 一般取tdt1200mm。而一側支重輪數目一般為5 7個。 支重輪有雙邊支重輪和單邊支重輪之分，輪緣高度為2025mm，頂部厚度為6 10mm。為減少支重輪輪面摩擦，支重輪輪緣靠踏面一側常做成傾斜的（200300）。 為減少支重輪輪面磨損，支重輪與軌鏈節間的接觸應力在許用范圍內，可按下式計算4340jtjbrnG式中Gt 推土機總重（kN）； b 支重輪輪面與軌鏈節的接觸寬度（mm）； r 支重輪半徑（mm）； n 支重輪總數； j 許用接觸應力（MPa）， j =230 MPa。 當推土機越過突起的障礙物時，整機重量有可能由每邊各一個支重輪承受，即一個支重輪上的最大徑向載荷是推土機整機

22、重量的一半。 當推土機在越過突起的障礙物轉彎，此支重輪還將受到最大的軸向力A=Gt/2（為履帶沿地面橫向滑動摩擦系數，一般取=0.7），因此推土機支重輪軸應具有中間凸肩以承受此軸向力，凸肩大小可根據此力之值予以確定。 按照上述最大徑向載荷由軸的抗彎強度確定支重輪軸的尺寸。 支重輪軸承宜采用滑動軸承，軸承載荷按經常載荷計算，不應按偶而受到的最大載荷計算，經常載荷是按壓力中心偏移，受力最大的一個支重輪進行計算。按滑動軸承一般計算方法計算其單位壓力P及發熱（pv值）。 當履帶接地長度L2m時，每側用兩個托鏈輪。托鏈輪上側應與引導輪及驅動輪上側在一條直線上。有的機械將托鏈輪適當抬高以減小履帶振跳。七、

23、張緊緩沖裝置與引導輪作用：使履帶保持一定的張緊度，從而可以減少履帶在運動中的振跳現象。振跳的危害：引起沖擊載荷和額外地消耗功率，加快履帶銷和銷套的磨損。 履帶張緊后，還可防止在工作過程中脫落（太緊也不好，也會加快履帶銷和銷套的磨損，所以要調整合適）。 在一般的履帶式拖拉機上由于驅動輪都在拖拉機的后部，所以張緊輪都布置在前部。導向輪直徑一般較大，以使履帶的卷繞較為均勻，減少沖擊。 當今工程機械常見的張緊裝置為潤滑脂調整滑塊式，見圖8-17。引導輪的結構和支承輪托輪一樣也有多種結構。 軸承結構有滾柱軸承如紅旗100、雙金屬套如TY150等，油封結構也有浮動油封（TY150）、彈簧膠碗密封如紅旗10

24、0等。雙金屬套和浮動油封結構見右圖8-18所示。 引導輪尺寸較大，一般僅略小于驅動輪，目的是為了減少履帶卷繞時的功率損失。其上方位置比驅動輪輪緣低3080mm，以使這一段履帶運動時順勢前滑。 引導輪輪軸設計：按機械倒檔行駛，履帶上作用有最大輪周牽引力進行設計計算，此值為附著條件所限，即P=0.5G=0.5G 近似取引導輪上下邊履帶平行，則引導輪軸的計算載荷2P=G。引導輪的許用彎曲應力=250300MPa。 當引導輪兼起支重輪作用時，應計入地面反力、動載荷的影響，這時動載荷系數可取為2。 現代工程機械將引導輪再串到一彈簧裝置上，使它在運行遇到障礙物時能再后移，從而起到一定的彈性緩沖作用，以保護

25、履帶不致損壞，如右圖8-19所示。 張緊裝置的調整量應超過履帶節距td的一半，這樣當履帶銷與套因磨損使履帶節距拉長很多時，張緊裝置調到頭，可以取去一塊履帶板，并將引導輪往驅動輪移近半個節距，重新將履帶接上，從而延長履帶的使用壽命。 引導輪的彈性緩沖行程S（不是引導輪張緊裝置可調行程），由履帶遇障礙時有足夠的垂直變形量h確定，見圖8-19。緩沖彈簧的預緊力一般為（0.60.9)Gt。coscos1cos22llllOBOAS式中l 引導輪和前支重輪間的距離。緩沖彈簧在最大壓縮量時的張力約為（1.22.0）Gt。 對于履帶式拖拉機，引導輪和驅動輪底部均略高于支重輪底部，形成履帶前方區段和地面的夾角

26、1、驅動段和地面的夾角2，見圖8-3所示。 為了改善通過性，應加大1和 2；為了提高整機作業時的平穩性、增加接地長度，應減少1和 2。為此。有些履帶拖拉機取1=1030， 2=2050。第二節 挖掘機械的履帶行走系 無論單斗還是多斗挖掘機，大多有回轉支承裝置，其上為轉臺，其下為行走裝置。對行走機構的要求：接地比壓力低（一般40150kPa）、穩定性好，并有較大的牽引力和良好的越野性能及爬坡能力，這樣履帶式行走裝置在挖掘機械上用得多。下圖8-20為挖掘機履帶行走裝置的一般形式。一、行走架 右圖8-21為WY100液壓挖掘機行走架，它由底架、橫梁和履帶架組成。轉臺以上部分的動靜載荷經底架、橫梁傳給

27、履帶架。 行走架多半采用16Mn鋼板焊成，而WY100挖掘機行走架結構采用鑄焊組合而成。鑄焊的優點：重量輕、剛度好。 回轉滾盤的支承座部分采用鑄鋼件，再與底座焊成一體，這樣既具備焊接件工藝性好的優點，又保證了滾盤的剛度要求。 右圖8-22為一組合式行走架，將底架用高強度螺栓直接緊固在左右履帶架上，不用橫梁。這樣制造方便，但要專用胎具保證裝配質量。二、履帶與驅動輪履帶節距系列：173mm，203mm，216mm，228.5mm 履帶板則根據不同機型，推土機用單齒式，裝載機用雙齒式，挖掘機用三齒式，其軌鏈則統成一種。左圖8-23為挖掘機用的節距為203mm的履帶總成。可圖8-24為單齒式和三齒式履

28、帶板。兩相鄰履帶板搭接唇間隙，當履帶平放時為46mm。 履帶節距小，履帶運轉的均勻性就好，磨損也低，行走效率就高。 履帶板材料大都用40Mn2Si代替45鋼，調質處理后中頻淬火，板體硬度這HRC3845，履齒硬度為HRC5355。 圖8-25為WY60挖掘機用的兩種履帶板，板寬松500mm和800mm，接地比壓分別為54kPa和35kPa。驅動輪的作用：將動力傳給履帶，故應嚙合平穩，并在履帶因銷套磨損而伸長時，仍能很好嚙合。驅動輪的受力：輪齒受彎，輪齒與銷套之間存在磨料磨損，節圓處磨損后引起跳齒和沖擊性磨損。材料：選用高淬透性和較低熱敏性材料制成，目前已用50Mn和45SiMn代替35鋼和45鋼。熱處理：輪齒采用中頻淬火、低溫回火，硬度為HRC5558。 驅動輪結構與最終傳動結構和驅動方式（高速或低速馬達）有關，標準化統圖困難。但由于履帶統一為組合式履帶、節銷式嚙合，即一般推土機常用的型式，也就使驅動輪種類簡化了很多。三、支重輪作用：將挖掘