專利名稱：滑動式阻尼緩沖支重輪裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于履帶式工程車輛支重輪裝置的技術領域，具體涉及一種滑動式阻尼緩沖支重輪裝置。

背景技術：
大型、超大型的現(xiàn)代工程車輛具有高作業(yè)生產(chǎn)率、低單位土方施工成本的優(yōu)點，但機型的加大必然造成振動、沖擊越來越劇烈。隨著國際環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格和國際貿(mào)易競爭的白熱化，目前世界上許多國家已把工程機械振動和噪聲指標作為限制進口的技術壁壘。傳統(tǒng)的履帶式工程車輛，其行走系支重輪采用剛性連接，即支重輪軸與臺車架直接剛性相聯(lián)，臺車架與支重輪隨地面波動一起運動，不能保證所有支重輪都與地面相接觸。由于機身重量幾乎由支重輪來承擔，而來自地面的反作用力直接由支重輪傳至機身，其行走機構易產(chǎn)生劇烈的振動和沖擊，影響車輛部件的使用壽命以及駕駛的舒適性。特別是車輛在不平的地面上工作或車輛翻越障礙物時，會出現(xiàn)單側某一支重輪受力為其均值的數(shù)倍，甚至十多倍的情況，將嚴重降低支重輪本身的使用壽命；并且由于履帶接地面積減少，履帶附著力減少，車輛牽引力降低；另外由于有部分支重輪與鏈軌相脫離，行走過程中易產(chǎn)生履帶脫軌的危險。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中履帶式工程車輛支重輪采用剛性連接，行走機構易產(chǎn)生劇烈的振動和沖擊，影響車輛部件的使用壽命以及駕駛的舒適性，而且有可能造成履帶脫軌的危險的問題，提供了一種滑動式阻尼緩沖支重輪裝置。
本發(fā)明采用如下的技術方案實現(xiàn)滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，包括支重輪、支撐架以及懸掛機構，支撐架與臺車架之間安裝粘彈性減振器，懸掛機構為滑塊導軌式結構，可使支重輪上下運動。
所述的滑塊導軌機構包括開有滑動孔的導軌以及可在滑動孔內(nèi)滑動的固定滑塊，固定滑塊與臺車架連接，導軌與支撐架連接。
固定滑塊位于導軌外側和導軌內(nèi)側的部位上都設置有擋板?；蛘吖潭ɑ瑝K位于導軌外側的部位上設置有擋板，固定滑塊位于導軌內(nèi)側的部位的寬度大于滑塊中部的寬度。
本發(fā)明相對現(xiàn)有技術具有如下有益效果 1、由于工程機械作業(yè)工況惡劣，現(xiàn)有支重輪裝置的使用壽命約為2000～3000h，而本發(fā)明所述的結構使支重輪始終與鏈軌接觸，所有支重輪同時起到作用，這樣保證了車輛行走時履帶接觸面積，減輕了振動和沖擊，使用壽命可達8000～10000h，部件耐用性提高，另外車輛可獲得較大的牽引力，避免了履帶脫軌的危險； 2、提高了車輛的駕駛舒適性，在駕駛座椅處所測的振動水平降低7％； 3、提高車輛作業(yè)生產(chǎn)率達10％。



圖1為本發(fā)明的結構示意圖 圖2為圖1的側視圖 圖3為“路面-履帶式工程機械”隨機振動系統(tǒng)圖 圖4為f＝3hz時緩沖件的動態(tài)載荷～變形曲線 圖5為f＝8hz時緩沖件的動態(tài)載荷～變形曲線 圖6為實施例行走系受力分析圖 圖7為水平地面時懸掛受力分析圖 圖8為上、下坡時懸掛受力分析圖 圖9導軌機構的受力簡圖 圖10為推土、切土工況下剛性懸掛與滑塊導軌式懸掛時質(zhì)心位移曲線 圖11為推土、切土工況下剛性懸掛與滑塊導軌式懸掛時角位移曲線 圖12為松土工況下剛性懸掛與滑塊導軌式懸掛時質(zhì)心位移曲線 圖13為松土工況下剛性懸掛與滑塊導軌式懸掛時角位移曲線 圖中1-導軌，2-固定滑塊，3-臺車架，4-擋板，5-減振器，6-支撐架，7-支重輪
具體實施例方式 結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明。
如圖1、圖2所示滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，包括支重輪7、支撐架6以及懸掛機構，支撐架包括平臺、肋板、支承座。支撐架6與臺車架3之間安裝粘彈性減振器5，懸掛機構為滑塊導軌式結構。
所述的滑塊導軌機構包括開有滑動孔的導軌1以及可在滑動孔內(nèi)滑動的固定滑塊2，固定滑塊2與臺車架3連接，導軌1與支撐架5連接。
固定滑塊2位于導軌外側和導軌內(nèi)側的部位上都設置有擋板4?；蛘吖潭ɑ瑝K2位于導軌外側的部位上設置有擋板7，固定滑塊2位于導軌內(nèi)側的部位的寬度大于滑塊中部的寬度。
本發(fā)明的安裝順序如下1、將支重輪裝置(連同支撐架)安放于臺車架下方；2、首先固定滑塊2焊接于臺車架的合適位置；3、導軌1套入固定滑塊2內(nèi)，并用螺栓連接導軌1和支撐架6；4、將擋板4焊接在固定滑塊2上。
(一)、本發(fā)明的滑塊導軌機構各組成部件的說明 1.1、此滑塊導軌機構包括滑塊、導軌。由于履帶式車輛在非路面上作業(yè)行駛，其滑塊導軌機構受到的載荷非常復雜，各個方向(水平方向、垂直方向和橫向)都會受到載荷?；瑝K導軌機構的受力方向，分析如下 a.由于地面高低起伏等原因，造成滑塊導軌機構受力載荷發(fā)生變化，從而上、下減振器會壓縮變形或恢復原形。即滑塊導軌機構會相對于車體上下垂直運動。本發(fā)明所述的滑塊導軌機構既可滿足支重輪的上下運動。
b.滑塊導軌機構還受到水平?jīng)_擊載荷，例如當鏟刀遇阻到作業(yè)土石方而發(fā)生碰撞時，車體就受到水平的沖擊力，并由于慣性，會出現(xiàn)滑塊導軌機構與車體左右錯位的運動趨勢。這種運動趨勢會導致支撐架傾倒。因此將導軌與支撐架螺栓連接成一體，再通過固定滑塊限制導軌的水平運動，從而防止支撐架不會傾倒及上下粘彈性減振器不會發(fā)生顯著的水平錯位。
c.當履帶式車輛左、右履帶所處地面高度不同時，就可能會對滑塊導軌機構產(chǎn)生橫向載荷。為防止此載荷對懸掛造成較大的向外橫向位移，甚至使導軌脫離固定滑塊，故在固定滑塊外側設置一檔板，擋在導軌外側。同時將固定滑塊設計成內(nèi)側比中間寬，防止導軌向內(nèi)產(chǎn)生橫向位移，也利于固定滑塊與臺車架的聯(lián)接。
1.2、滑軌機構的行程確定 在履帶式車輛靜止時，粘彈性減振器被靜載荷壓縮變形，處于平衡狀態(tài)；當履帶式車輛工作時，隨著地面不平度等原因引起的對滑塊導軌機構的激勵，減振器受到動態(tài)載荷的不斷壓縮和回復變形。因此在履帶式車輛靜止時，固定滑塊需保持與導軌上、下面一定的距離，以保證導軌機構不干涉減振器的運動。
(二)、工程車輛阻尼緩沖模型的建立及分析 1、工程車輛阻尼緩沖模型的建立 為了更好的研究履帶式工程機械的振動情況，把工程機械拆分為“路面-履帶式工程機械”模型和“履帶式工程機械-駕駛員”模型進行研究，對于履帶式工程機械來講，其減振主要集中在“路面-履帶式工程機械”的模型上，故本申請就此進行建模而進行分析。
以安裝有新型的彈性滑塊導軌機構的履帶式工程機械為對象，建立多支重輪履帶式工程機械“路面-履帶式工程機械”隨機振動阻尼緩沖模型。
為便于研究，對工程機械系統(tǒng)進行簡化處理，作如下假設 (1)、路面對左右履帶的激勵相同，而且車輛對稱于其縱軸線，因而認為車輛沒有橫向角振動，履帶式車輛的振動問題可以簡化為一個平面內(nèi)的振動問題。
(2)、支重輪和履帶板、履帶板與地面間接觸良好，無彈跳現(xiàn)象。
(3)、履帶架、車身的剛度足夠大，所引起的各階振型暫不考慮，且履帶架與車身之間為可靠的剛性連接，履帶架與車身統(tǒng)一視為車體。車體與各支重輪之間的粘彈性減振器的剛度-阻尼特性可用復剛度進行描述。
(4)、只考慮工程機械勻速直線前行，即第2、3、4、5、6支重輪均重復第1支重輪的時間歷程，地面通過履帶對各支重輪的隨機激勵只有軸距引起的時間差別。
(5)、地面的隨機不平度是平穩(wěn)和各態(tài)歷經(jīng)的，可以用功率譜密度函數(shù)對其隨機不平度進行描述。
通過簡化后的“路面-履帶式工程機械”模型，如圖3所示。圖3為“路面-履帶式工程機械”兩自由度六輸入二輸出隨機振動系統(tǒng)的簡化力學模型。
模型參數(shù)說明如下 m——車體質(zhì)量一半(除支重輪、履帶及懸掛裝置以外的質(zhì)量)； I——車體慣性矩； ki*——第i個支重輪上的粘彈性減振器復剛度； z——車體質(zhì)心垂直位移； θ——車體質(zhì)心繞橫軸角位移； qi——第i個支重輪的垂直位移； 其中的非獨立自由度參數(shù) z0i——第i個滑動式阻尼緩沖支重輪裝置與車體連接處的垂直位移； ZLi——第i個支重輪與第一支重輪之間的軸距。
非獨立自由度與獨立自由度間的換算關系為
2、阻尼緩沖模型分析 根據(jù)達朗貝爾原理，可得該系統(tǒng)的運動微分方程為
由式(1)，上式可展開為
把上式用矩陣形式表示為
其中


由式(4)變換得 其中
對于“地面-履帶式工程機械”，根據(jù)運動微分方程(4)令H(jω)為該系統(tǒng)位移對位移的頻率響應函數(shù)，則根據(jù)定義有
上式代入式(5)則 H(jω)＝[D]-1[k′](6) 其中 D＝-ω2[M]+[k](7) 顯然，H(jω)是2行6列的矩陣，即 由式(7)，得 因為 故 由式(6)，有 考慮到工程上一般使用Hz作為頻率單位，據(jù)ω＝2πf，有 (三)具體實施例如下 一300kW履帶式推土機，其質(zhì)量為50000kg(不包括松土器的質(zhì)量)，其工作環(huán)境溫度在-40℃～50℃之間。
1、滑塊導軌機構設計 固定滑塊與導軌上、下距離確定如下 1.1、固定滑塊與導軌下方垂直距離的確定 支重輪裝置的最大設計載荷為過障礙時，僅有一對支重輪裝置承受整機重量的工況。故可認為在極限載荷下，粘彈性減振器達到最大壓縮變形。此時支重輪裝置相對于車體的垂直距離即為固定滑塊與導軌下方垂直距離確定的依據(jù)，此時固定滑塊與導軌下方垂直距離應保留至少1mm以上?？紤]到安裝、設計等不可避免的誤差，很難精確的保證懸掛機構安裝后，固定滑塊與導軌下方垂直距離等于設計數(shù)值，因此需對設計數(shù)值限定一范圍。本實施例取整機運動時，固定滑塊與導軌下方最近垂直距離為5mm。由于粘彈性減振器中的高分子材料，具有大變形，嚴重非線性及不可壓縮等特性，其實際受力情況相當復雜，而且減振器形狀不規(guī)則，要得到精確的解析解非常困難，因此一般使用有限元軟件進行近似計算，得到其數(shù)值解。減振器在不同工況不同振動頻率下的壓縮最大位移，取其最大變形值為30mm。圖4、5為動態(tài)接觸有限元模型分析結果中的減振器動態(tài)載荷～變形曲線。由圖可見，在其初始靜載荷時，減振器的變形量為12mm～14mm之間，本實施例取δ＝13mm。因此在設計導軌時，當車體靜止時，固定滑塊與導軌的下方垂直距離應保留30mm-13mm+5mm，即22mm，以防止導軌下方撞擊固定滑塊，干涉減振器的上、下變形，并對導軌產(chǎn)生破壞。
1.2、固定滑塊與導軌上方垂直距離的確定 此時考慮的極限狀態(tài)為懸掛機構不受到來自車體施加的重力，亦即導軌將“吊”住支撐架，支重輪與履帶暫時不接觸。此時固定滑塊與導軌上方垂直距離為最近?？紤]導軌行程過大，會加大滑塊導軌機構的動載荷沖擊和支重輪裝置的穩(wěn)定性，本實施例取整機運動時，固定滑塊與導軌上方最近垂直距離為0mm。由上可知，整機靜止時減振器的變形為13mm。因此當車體靜止時，固定滑塊與導軌的上方垂直距離應保留13mm。當導軌向下運動位移達到13mm時，減振器恢復變形，若懸掛機構再有向下運動趨勢，則導軌將“吊”住支撐架。
2、導軌校核 2.1、導軌受力分析 分別討論推土機在水平地面、上下斜坡兩種工況下的導軌受力情況。
(1)、在水平路面上低速推土作業(yè) 計算條件為推土機在水平地面作業(yè)，帶載的推土機鏟刀從切削位置提升到運輸位置，且以最大頂推力工作。推土機鏟刀受到的水平反力Px的最大值取決于推土機的牽引性能，本實施例的410馬力推土機，可求得Px＝5.95×105N。
行走系進行受力分析見圖6。因推土鏟刀的推桿與行走系的臺車架鉸接，故在推土作業(yè)時，臺車架受到的水平?jīng)_擊力FL主要來自鏟刀。FNi(i＝1，2，3，s)為滑動式支重輪裝置在水平方向上的受力載荷。又推桿在推土作業(yè)時與臺車架的夾角較小，故可認為臺車架受到的力FL≈Px＝5.95×105N。建立水平方向上的平衡方程有 FN1+FN2+FN3+FNS＝FL(12) 對在水平方向上對單組滑動式支重輪裝置進行受力分析見圖7。Fh為導軌受到的水平?jīng)_擊力； Ffs為懸掛上、下粘彈性減振器之間的摩擦力，F(xiàn)fs＝μFGs，μ為減振器接觸面的摩擦系數(shù)，約等于0.5，F(xiàn)Gs為垂直作用于減振器的擠壓力(來自機身載荷)。
因為FNs由Fh和Ffs構成，故FNs＝Fh+Ff。
0.5×25×103×9.8×1.7+4Fh＝5.95×105/2 可計算得Fh＝2.23×104N (2)當推土機上、下坡行駛時 由圖8可見，當整機勻速上、下坡時，可沿平行于坡面的方向建立平衡方程如下 Ff+Fh＝FG·sin30°(13) 解得Fh＝0.067FG＝0.067×1/4×25×103×9.8＝4.1×103 由此可見，導軌受力極限載荷為推土機在水平地面以最大頂推力工作時的工況。且力的值為Fh＝2.23×104N。
2.2、導軌強度分析 支撐架的水平橫截面為Ax，支撐架的垂直橫截面為Ay。Ax＝Ay＝50mm×25mm＝1.25×10-3m2。
本實施例中材料采用45#調(diào)質(zhì)鋼，對稱循環(huán)疲勞極限σ-1＝307MPa，循環(huán)基數(shù)N0＝5×106。彈性模量E＝210GPa，抗拉強度600MPa，強度極限σB＝650MPa，屈服極限σs＝360MPa，硬度217～255HBS。對導軌的受力分析見圖9，由于導軌在水平上的受力Fx遠大于其垂直方向上的受力Fy，故只需校核其x面即可。
對導軌受力進行簡化，按簡支梁計算，見圖9，只考慮其x面的彎曲。當均布載荷q位于中間時，其中點為危險截面。取q＝Fh/60mm＝3.72×105N/m，可計算得 式中M——此中點截面的最大彎曲應力 W——抗彎截面模量 由于δx＜＜[δs]＝360MPa，因此導軌的強度符合要求。
3、改進前后整機性能比較 3.1、取推土機在推土、切土工況下為計算條件 (1)、取該推土機支重輪裝置為滑動式阻尼緩沖支重輪裝置時，其響應為

(2)、取該推土機支重輪裝置為剛性機構時，由于其剛性非常大，可認為變形為零，式2.9化為

3.2、取推土機在松土工況下為計算條件 (1)取該推土機支重輪裝置為滑動式阻尼緩沖支重輪裝置時，其響應為
(2)取支重輪裝置為剛性機構時，其響應為
履帶式推土機的振動主頻率分布在3Hz～8Hz區(qū)域，因此本實施例取頻率f＝1～10Hz，利用Matlab繪制曲線，如圖10、11和圖12、13所示。由圖可見，滑塊導軌式懸掛機構對整機質(zhì)心的加速度響應和對前后起伏運動的振動水平影響很大。使用滑塊導軌式懸掛機構后，車體整體振幅水平的一致性比剛性機構好；車體的起伏程度降低，可提高工作效率。
權利要求
1、一種滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，包括支重輪(7)、支撐架(6)以及懸掛機構，支撐架(6)與臺車架(3)之間安裝粘彈性減振器(4)，其特征在于懸掛機構為滑塊導軌式結構。
2、根據(jù)權利要求1所述的滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，其特征在于所述的滑塊導軌機構包括開有滑動孔的導軌(1)以及可在滑動孔內(nèi)滑動的固定滑塊(2)，固定滑塊(2)與臺車架(3)連接，導軌(1)與支撐架(5)連接。
3、根據(jù)權利要求2所述的滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，其特征在于固定滑塊(2)位于導軌外側和導軌內(nèi)側的部位上都設置有擋板(4)。
4、根據(jù)權利要求2或3所述的滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，其特征在于固定滑塊(2)位于導軌外側的部位上設置有擋板(7)，固定滑塊(2)位于導軌內(nèi)側的部位的寬度大于滑塊中部的寬度。
全文摘要
本發(fā)明屬于履帶式工程車輛支重輪裝置，具體涉及一種滑動式阻尼緩沖支重輪裝置，解決了現(xiàn)有履帶式工程車輛支重輪采用剛性連接，行走機構易產(chǎn)生劇烈的振動和沖擊，影響車輛部件的使用壽命以及駕駛的舒適性，還有可能造成履帶脫軌的危險的問題?；瑒邮阶枘峋彌_支重輪裝置，包括支重輪、支撐架、懸掛機構，支撐架與臺車架之間安裝粘彈性減振器，懸掛機構為滑塊導軌式結構。本發(fā)明具有如下有益效果1.保證了車輛行走時履帶接觸面積，減輕了振動和沖擊，使用壽命可達8000～10000h，車輛可獲得較大的牽引力，避免了履帶脫軌的危險；2.提高了車輛的駕駛舒適性，在駕駛座椅處所測的振動水平降低7％；3.提高車輛作業(yè)生產(chǎn)率達10％。
文檔編號B62D55/08GK101525009SQ20091007415
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月13日 優(yōu)先權日2009年4月13日
發(fā)明者孫大剛, 新 章, 勇 宋 申請人:太原科技大學