ＩＳＳＮ １６７１——２９００ ＣＮ ４３—１３４７／ＴＤ 采矿技术 第１３卷 第４期 Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１３，Ｎｏ．４ ２０１３年７月 Ｊｕｌｙ ２０１３
履带行走机构的计算与选型设计
刘海燕
（湖南有色重型机器有限责任公司， 湖南长沙４１０２０５）
摘要：履带行走机构是履带机械设备的重要组成部分，也是履带设备的基础，其主要用 来支承设备的总重量，并完成整机移动、转向时的各个工作，其主要由四轮一带、张紧装
置、连接架、驱动装置等组成。介绍履带行走机构在设计选型时的相关理论计算及相关参
数系数的选用。 关键词：履带行走机构；选型设计；理论计算
履带底盘通过绕在驱动轮和一系列滚轮外侧的 履带，使车轮不直接与地面接触，而是通过循环履带
与地面发生作用，再通过驱动轮带动履带，实现车轮
在履带上的相对滚动，同时履带在地面反复向前铺 设，从而带动底盘运动。具体结构如图ｌ所示。
图１ 履带行走机构结构示意
１ 四轮一带的计算与选型
１．１ 履带 履带是用来将履带机械设备的重量传给地面，
并保证有足够的驱动力来驱动履带机械整机设备。 履带工作条件恶劣，经常与泥水、凹凸不平的地面及
砂石土壤相接触，还承受冲击和不均匀负荷、传递驱 动力，是最易损坏的部件之一，因此履带除有良好的
附着性能外，还要求它有足够的强度、刚度、耐磨性， 并应尽可能轻。
履带结构有整体式和组成式两种。整体式每一
节履带铸造成整体，结构简单、重量轻、易拆装，但销 孔间隙大，易进泥沙、易磨损，适于高速车辆。工程
车辆大多采用组合式履带结构，这种结构密封性能 好，泥砂不易进入相对的转动面，因此使用寿命长， 但零件多，制造复杂，拆装困难。
常用履带板分单筋、双筋、三筋三种，单筋履带 板筋较高，易插入地面产生较大牵引力，主要用于推
土机上；双筋履带板筋稍矮，且履带板刚度大，具有 良好的牵引和转向能力，主要用于装载机；三筋式履
带板由于筋多，承重能力大，主要用于挖掘机和潜孔
钻机。三筋履带板上有４个联接孔，中间有清泥孔，
当链轨绕过驱动轮时可借助轮齿清除链轨节上的淤 泥；相邻两履带板制成搭接部分，防止履带板之间夹
进石块而产生过高的张力。
（１）履带节距ｔ。。不同的吨位，选用不同节距
的履带，履带节距ｔ。通常随机重Ｇ的增加而线型增
大，计算公式为：
ｔｏ一（１５～１７．５） （ｒａｍ） 式中：Ｇ 整机重量，ｋｇ。
（２）履带板宽度ｂ。履带板的宽度取决于工作 条件所要求的平均接地比压，宽度越大，接地比压越
小，一般参照公式为：
ｂ一（ｏ．９～１．１）×２０９× ｒ（ｒａｍ）
式中：Ｇ一整机重量，ｋｇ。
１．２驱动轮
驱动轮用以将动力传给履带。驱动轮和履带的 啮合质量，影响动力的传递和行驶的均匀性。履带
行走装置的驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履
带张紧段的长度，减小功率损失，也可提高履带的使
用寿命。 （１）驱动轮齿数Ｚ。卷绕在驱动轮上的履带板
数目Ｚ‘增加，使履带运动速度均匀性好，铰链摩擦 损失减少，但使驱动轮直径增大，引起底盘高度及重
量的增加。一般Ｚ’在１２～１５之间，可为整数，也可
为０．５的倍数。为增加驱动轮使用寿命，一般Ｚ一２
Ｚ’，当驱动轮齿数为偶数时，驱动轮上有一半齿不参
加啮合，待齿面磨损严重后，拆下重装时，使未参加 刘海燕： 履带行走机构的计算与选型设计 ９１
啮合的齿开始工作，以增加使用寿命；当驱动齿为奇
数时，驱动轮上各齿轮流与节销啮合，同样增加使用
寿命，且使用方便。因此，一般情况下，驱动轮齿数 为奇数。
（２）驱动轮齿形。按齿面形状，驱动轮齿形可
分为凸形，直线形和凹形，其齿形要求为：使履带节 销顺利地进入和退出啮合，减少接触面的冲击力；齿
面接触应力应小，以减少磨损；当履带节距因磨损而
增大时，履带节销与驱动轮齿仍能保持工作。为了
减少接触应力，工作面形状最好用凹形。当履带节 距因磨损而增大时，节销将沿着齿面向上爬，为保证
此时仍能啮合，轮齿应有一定高度。节圆直径Ｄ ：
一ｔｎ ， 、 一■ ｍｍ ｍ ／
式中：￡。一履带板节距，ｍｍ；
Ｚ’一围绕驱动轮一周的履带板数目。
１．３ 支重轮 支重轮用来将整机重量传到履带上，使整机沿 履带轨道滚动，并夹持履带，不使其横向滑脱，迫使
履带在地面上滑移。
支重轮经常在泥水中工作，且承受重载和强烈
冲击，因此要求支重轮强度高，特别是轮缘和滚动表 面应具有高强度和耐磨性，支重轮要具有可靠的密
封结构。 支重轮的个数和布置应有利于履带接地压力分
布均匀。布置时，应尽可能增大履带的接地长度，同
时应注意防止支重轮间、支重轮与驱动轮、支重轮与 引导轮的相互干涉。
１．４托链轮 托链轮装在履带的上方区段托住履带，以减少
上方履带的跳动和下垂量，并防止履带发生侧向滑
脱。托轮的个数取决于履带上方的长度，一般驱动
轮到引导轮的距离≥２ ｍ时，每侧的托链轮设２个， 小于２ ｍ时，一般设一个。托链轮的高度，应使其
滚动表面和驱动轮、引导轮的滚动表面大约在一条 直线上。也有一些国外底盘，为了减小履带的振跳，
将托链轮的高度增加，并保持一定的张紧力。
１．５ 引导轮
引导轮用于履带正确运转，可以防止跑偏和越 轨。同时利用张紧装置使引导轮移动调整履带的张
紧度。所以引导轮既是履带的引导轮又是履带的张
紧轮。引导轮的移动方式分为摆动式和滑动式，目 前工程机械多用滑动式。
２ 张紧装置的设计与计算
履带的张紧装置的调整方式一般有螺杆调整和
液压调整。 ２．１ 螺杆调整 螺杆调整是通过调节螺杆和螺母来改变导向轮
的位置，从而达到张紧的目的，其结构简单，但调整 费力且螺纹易锈死而使调整更难。螺杆调整是一种
刚性张紧，不具备缓冲作用，张紧力主要由螺杆来调 节，只要螺杆直径足够大，具有一定强度和刚度。此
张紧调节型式一般用在小型机械和超大型机器上。 ２．２ 液压调整 液压调整是借助黄油枪将黄油压人张紧油缸
内，使张紧油缸一端移动导向轮一端压缩弹簧，从而 使缓冲弹簧获得一定的预张紧力。当履带在运行中
遇到冲击时，通过油缸的伸缩和履带的作用力使导 向轮前后移动，实现履带张紧或松弛，从而减少冲
击，起到缓冲的作用。而弹簧的缓冲作用在很大程 度上决定于弹簧的预张紧力及弹簧的行程。
２．２．１弹簧张紧力计算
弹簧预紧力是钻机后退爬坡时，缓冲弹簧不产 生附加变形来决定的。如图２所示。
驱动轮
图２导向轮受力分析
钻机两条履带所提供的牵引力应大于整机质量 沿斜面方面上产生的分力Ｇｓｉｎ０，每侧履带所提供
的牵引力应大于 Ｇｓｉｎ０，即：
Ｎ＞ Ｇｓｉｎ０×９．８（Ｎ） 么 Ｐ。一２Ｎ＞９．８×Ｇ ｓｉｎ０（Ｎ） 式中：０一最大爬坡角度，。；
Ｇ一整机重量，ｋｇ。 缓冲弹簧安装时必须有一定的预压缩量，使履 带中产生一定预紧力，该预紧力保证缓冲弹簧不会
在受到外来微小的冲击时就产生附加变形而引起履
带振跳，同时又可保证引导轮在正常工作时不会向 ９２ 采矿技 术 ２０１３，１３（４）
后移动，从而避免脱轨。但缓冲弹簧预紧力亦不能 太大，当履带和各轮之间卡入坚硬石块时或当前方
受到较大的冲击力时，缓冲弹簧应能进一步压缩，以 保护行走系各零件不致损坏。其计算经验公式 如下：
Ｐ。一（１．２～１．４）×９．８×Ｇ ｓｉｎ０（Ｎ） 缓冲弹簧最大变形时的弹簧压力
Ｐ…一（１．５～２）Ｐ。（Ｎ） ２．２．２缓冲弹簧的工作行程Ｓ
缓冲弹簧的工作行程ｓ是指弹簧预紧状态到 最大变形状态时的附加变形量，其对履带行走性能 有很大影响，如果缓冲弹簧的行程过小，当导向轮受
到前方的冲击载荷或因泥沙、小石头等潜入驱动链 轮的齿沟、履带里时，就有可能导致刚性碰撞，造成
履带过载和油缸活塞杆变形，从而影响履带行走系 统的整体性能。因此缓冲弹簧必须具有一定的缓冲
行程，其计算公式为： Ｓ —ｒｃ（Ｄ￣－ Ｄｋ１）（ｒａｍ）
式中：Ｄ 一驱动轮齿顶圆直径，ｍｍ Ｄ 一驱动轮齿根圆直径，ｍｍ。
３ 连接架
连接架一般由中间架与左右履带梁组成，根据 结构形式可分为Ｘ架与Ｈ架，其主要参数直接影响
整机的性能，包括牵引能力，转弯能力等。 ３．１履带轨距Ｂ
Ｂ一（３．５～４．５）ｂ（ｍｍ） 式中：６一履带板宽度，ｍｍ； ３．２履带支撑面长度Ｌ。
一般按总体设计及工作条件要求的平均接地比
压．Ｐ确定：
Ｌ０一 （ｒａｍ）
式中：Ｇ一整机重量，ｋｇ； ６一履带宽度，ｍｍ；
Ｐ一平均接地比压，一般工程机械平均接地比
压为３０～７０ ｋＰａ。 同时，计算所得的Ｌ。应满足转向要求：
（翌二 ） Ｂ— 式中：Ｌ。一履带支撑面长度，ｍｍ； Ｂ一履带轨距，ｍｍ；
一牵引附着系数，具体见表１； 滚动阻力系数，具体见表２；
回转阻力系数，具体见表３。
表ｌ履带机械不同路面牵引附着系数
表２不同路面的滚动阻力系数
表３履带与各种土壤之间的回转阻力系数
路面条件 回转阻力系数
计算回转阻力系数的经验公式为：
，，一——— 生 坚—一 Ｐ ａ＋（１一ａ）＋（一ａ）
式中：ｔ￣ｍａｘ一回转阻力系数平均最大值；
ａ一与土壤力学性质有关的无因次经验系数，其
平均值为ａ—Ｏ．８５； Ｒ一行走履带的转弯半径，ｍｍ；
Ｂ一履带轨距，ｍｍ。
４ 行走驱动的计算与选型
４．１单侧履带牵引力
Ｎ＝｛ＧＸ等＋ ×Ｇ× （１一簪））×９．８×１０。
式中：Ｎ一单侧履带牵引力，Ｎ Ｇ一整机重量，ｋｇ； Ｌ。一履带接地长度，ｍｍ；
．厂一滚动阻力系数；
转向阻力系数；
Ｔ一钻机重心与行走机构接地形心的纵向偏心