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1、562015(04)建筑机械化 Product.Technology 产品技术 浮箱履带式行走装置 Pontoon tracked running gear 甄海玉，王良杰，田跃飞，梁晶实 ZHEN Hai-yu, WANG Liang-jie, TIAN Yue-fei, LIANG Jing-shi （北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京 102249） 随着国家经济建设的不断发展，沿海滩涂的 治理和围海工程，浅海油气田的井位工程，石油 天然气管道的铺设工程，防汛抢险和救援工程等 经常会遇到沼泽、滩涂、湿地等施工环境，致使 设备及物资难以进入施工现场，工程无法顺利进 行，严重影响施工进度
2、及施工安全。针对上述长 期困扰的施工的问题，作者所在单位对标准型工 程机械底盘进行分析研究，设计满足上述施工要 求的浮箱履带式行走装置。它可以提供较大的浮 力，还具有超低的接地比压，既可以在陆地上行 走，又能在湿地、沼泽等松软地面中行走，必要 时还可在深水中浮航。浮箱履带式行走装置主要 由浮箱体和驱动装置组成（图 1） 。 角，可以大大减小运行阻力提高其通过性，如图 2 所示。作为提供浮力的主要装置，为减轻浮箱 箱体重量，浮箱设计为内部骨架型结构，外部高 强钢板密封。为提供安全保障，浮箱体内部合理 分隔成若干个水密舱，为整机提供浮力储备，保 证在突发情况下，某一个密封舱破坏进水后不影 响其他舱
3、室， 更不会导致整机浮力不足而下沉， 这样的安全设计为其配备该行走装置的施工机械 水上浮航和作业提供了保障。 浮箱的大小取决于施工设备整机的重量，设 备能否在湿地、沼泽等松软地面上行驶取决于其 接地比压的大小。 接地比压通常按下列公式计算。 式中 P接地比压，kPa； g重力加速度，g 9.81m/s2； M工作重量，kg； W轨链板宽度，m； L组合轨链板接地长度，m； 图1 浮箱履带式行走装置 1-浮箱体；2-驱动装置 浮箱履带式行走装置主要由浮箱体和驱动装置组成，本文重点介绍了浮箱体和驱动装置的作用， 提出各部分的设计要点，总结了相应的设计方法，供从业者参考借鉴。 浮箱体；驱动装置；作用
4、；设计要点 摘 要 关键词 图2 浮箱体主、俯视图 1 浮箱体设计要点 左右浮箱体既是保证履带正常行走的履带 架，又是保证其在泥水中浮行时的浮体。 浮箱参照轮船和两栖车辆设计成船体式结 构，并在浮箱体前后设计有较大的接近角和离去 Mg DOI:10.13311/ki.conmec.2015.04.016 建筑机械化2015(04)57 产品技术 Product.Technology R图示圆弧半径,m, 要求HR1.5H。 设备能否在水中浮航取决于浮箱体提供的浮 力大小，浮力计算根据阿基米德原理，物体在水 中所受到的浮力等于该物体所排开水的质量，因 此，设备所受到的浮力就等于其排开水的质量 （
5、通 常称为排水量） 。 浮力通常按下列公式计算 F=gV 式中 F浮力，kN； 水的质量密度，t/m3； g重力加速度，g 9.81m/s2； V排水体积，m3。 一般情况下，设计浮箱履带式底盘除考虑整 机重量外还需考虑一定的储备浮力。储备浮力通 常按照以下公式计算 式中 F浮力，t； G机重，t。 浮箱体外形尺寸在满足设备总体浮力储备的 前提下合理设计长宽高，依据接地比压确定浮箱 体接地长度及宽度，依据浮力确定浮箱体高度， 在保证接地比压、储备浮力、附着性能和转弯性 能等综合因素的前提下，合理匹配外形尺寸。 2 驱动装置设计要点 驱动装置的作用是将传动系统的动力传至 履带，以产生使行走装置运
6、动的驱动力，通过链 轮驱动链条绕浮箱体转动实现整机移动。驱动轴 为减轻重量通常设计成空心轴，链轮链条是关键 件，设计中应保证驱动链轮与链条的啮合性能良 好，在各种不同行驶条件和履带不同磨损程度下 应啮合平稳，不发生卡滞和履带脱落等现象。 履带板采用箱型封闭结构，提高强度的同时 还可提供一部分浮力，这种间隔式履带装置相对普 通挖掘机履带板其后面有足够的位置形成被动朗肯 区，土壤内聚力可以得到充分的利用。所以这种履 带产生的推力远大于普通履带，此外，这种间隔式 履带还具有接地比压小、脱泥性好等优点。 目前国内的链条生产厂家比较成熟，已形成 标准，设计上主要是选型，其中最重要的技术参 数是节距，选择
7、节距的依据是链轨节的破断拉力 是履带最大牵引力的 23 倍，即履带总牵引力 小于或等于链轨节的拉力。标准链轨节允许拉力 已经确定，根据最大牵引力和标准链轨节的允许 拉力来确定标准节矩。 齿槽形状如图 3 所示。 驱动轮节距与链轨节距相等；增加驱动轮齿 数能使履带速度的均匀性改善，摩擦损失减少， 但会导致驱动轮直径增大，引起行走牵引力的减 小。浮箱履带式底盘行走机械驱动轮齿数一般 为奇数，使得啮合过程中每个齿都能和链轨节啮 合，其齿数通常为 8 15。 分度圆直径dp/(sin180 /z)；齿顶圆直径da 计算公式damaxd+0.625pd1，damind+p(0.5- 0.4/z)-d1，
8、damax和damin对最小或最大的齿槽形状 都可采用，其受到的限制是刀具受最大加工直径 的限制；齿根圆直径df=d-d1；齿沟中心分离量s 用于非加工齿或脏污环境下工作时，s=0.1p;用于 机加工或清洁环境下工作时，s=0.003p。 齿廓（齿顶）段圆弧半径 re=p/2，齿沟圆弧 半径 rimin=0.505d1，链条滚子的最大直径 d1，由 于滚子制造过程中有误差，取滚子上偏差；最大 齿侧凸缘直径 dg=pcot(180 /z)-1.05h2-1-2ra， 式中 h2为链板高度，如果轮毂、垫圈、凸缘和嵌 条一旦超出上述限制就会与链板发生干涉；齿宽 图3 齿槽形状 P节距；d分度圆直径；
9、da齿顶圆直径；df齿根圆直 径；S齿沟中心分离量；re齿廓（齿顶）段圆弧半径； ri齿沟圆弧半径；d1滚子直径（最大）；dg最大齿侧 凸缘直径；bf齿宽；ba齿侧倒角宽；rx齿侧半径； ra齿侧圆弧半径；z齿数 20%25% （下接第 73 页） 建筑机械化2015(04)73 盾构工程 Shield Equipment & Project 中图分类号TU621 文献标识码B 文章编号1001-1366(2015)04-0071-03 收稿日期2015-03-19 锁紧油缸退回，滑动油缸缩回，刀盘与掌子面之 间形成间隙后，进行刀具的更换作业，如果需要 更大的间距，则通过将滑动油缸向前推动刀盘
10、掘 进一段距离后再缩回，则可获得更大的距离，如 图 4 所示。 图4 刀盘退回后与盾体的相对位置关系 图5 主驱动防扭结构 运用主驱动可伸缩的特性，使刀盘整体与掌子面 土体脱离。在施工过程中，刀盘可伸缩系统对于 刀盘刀具的更换和刀盘脱困作业均能够起到至关 重要的作用，是整个盾构不可或缺的系统，并且 越来越多的实践证明该系统取得的成功。O 参考文献 1 杨书江 , 孙 谋 , 洪开荣富水砂卵石地层盾构施 工技术 M北京：人民交通出版社，2011 （编辑 张海霞） 4 驱动防扭转结构设计 刀盘驱动常规设计与前盾固定连接，无相对 运动，而伸缩主驱动的结构特点是能够与前盾产 生相对运动，进行伸缩动作，
11、从而使刀盘与掌子 面形成一段空间，进行换刀作业，但驱动本身在 刀盘和自重的双重作用下会存在扭转趋势，因此 需要对驱动部设置防扭转结构，如图 5 所示。 5 结 语 通过对盾构可伸缩主驱动系统的研究得知， bf计算公式 bfmax=0.95b1；齿侧倒角宽 ba=0.65P； 齿侧半径 rx=0.5P；齿侧圆弧半径 ra=0.15h2，式 中 h2为链板高度。 链轮链条的主要技术参数与使用工况、制造 加工等因素有关，设计中可根据具体要求适当调 整部分参数。 3 结语 目前，浮箱履带式行走装置主要用于挖掘 机、运输车、清淤机、起重机等，应用证实该底 盘特别适用于湿地、沼泽等松软地面上的作业设 备。但由于浮箱履带式底盘行驶阻力大，发动机 功率利用率低和链条寿命短等问题还需要进行 技术攻关，力争加快施工进度的同时降低施工成 本。O 参考文献 1 陈大先机械设计手册 M北京：化学工业出版 社，1969 2 杨楚泉水陆两栖车辆原理与设计 M北京：国 防工业出版社，2003 3 蒋崇贤车辆地面行驶理论 M武汉：武汉工业 大学出版社，1989 （编辑 张磊庆） 中图分类号TU621 文献标识码C 文章编号1001-1366(2015)04-0056-02 收稿日期2015-02-02 （上接第 57 页）