2009年4月 物 探 装 备
第19卷 第2期
一种摆动式支重轮三角履带轮系介绍
王永芳 傅德莲
(东方地球物理公司装备制造事业部装备研究中心, 河北涿州072751)
*
摘 要
王永芳, 傅德莲. 一种摆动式支重轮三角履带轮系介绍. 物探装备, 2009, 19(2) :83~85
摆动式支重轮三角履带轮系是一种履带式行走装置, 应用在K Z-30铰接可控震源车上可实现轮履互换, 提高车辆在松软地表条件下的通行能力。本文介绍了其基本工作原理、结构特点和野外试验效果, 提出了下一步改进的措施。
关键词 三角履带轮系 结构设计 铰接式震源
ABSTRAC T
Wang Y ongfang and Fu Delian. A kind of swing thrust wheel triangular pedrail system introduction. EGP, 2009, 19(2) :83~85
Sw ing thrust w heel t riangular pedrail system is a pedrail offro ad driv ing equipment , it can be ex changed be -tw een t ires and pedr ails w hen applied to the K Z -30articulated vibr ator , w hich impr oves the tr affic ability of v ehicle on t he loose land. T he paper intr oduces t he basic w or king principle, st ructur al cha racters and field ex per imental re -sult, and presents the measur es fo r nex t improv ement.
Key words tr iangular pedrail w heel system, str uctural desig n, ar ticulated vibrat or
角轮系采用了驱动轮高置的三角形结构, 轮系通过
0 引言
随着可控震源勘探的广泛应用, 东方地球物理公司自主研发的KZ 系列可控震源在地震勘探中发挥着越来越重要的作用。勘探地理环境涉及戈壁、沙漠、农田、沼泽等多种复杂地貌, 这对可控震源车辆行驶性能提出了更高的要求。为了更好地适应这些复杂地形, 提高可控震源作业效率、车辆的行驶能力和通过性, 开发履带式可控震源十分必要。我们经过两年多的努力, 在多方调研的基础上, 最终成功地研制出三角式履带轮系行走系统并应用到KZ-30铰接式可控震源车上。
安装架与车桥、车架连接, 使驱动轮脱离了行走架, 消除了地面直接传递到驱动轮上的垂直载荷, 提高了传动系统的寿命。这在卡特彼勒、凯斯工程机械上可以看到。另一方面, 三角履带轮系选用橡胶履带, 相对于传统的钢制履带板, 具有重量轻、柔韧性好、噪声低的优点, 更加适合松软地表。
考虑到铰接式可控震源KZ-30的大梁具体结构和三角履带轮系的上述特点, 我们在KZ-30可控震源上采用了三角履带轮系结构。
整个履带轮系由橡胶履带、驱动轮、安装架、导向轮、摆架、支重轮和张紧装置等部件组成, 见图1、图2所示。该行走系统采用车桥驱动, 动力传动顺序为:驱动桥 驱动轮 履带 支重轮(导向轮) 。驱动轮直接安装在驱动桥轮毂上, 由驱动桥带动旋转, 然后通过齿块啮合带动履带转动, 履带依靠摩擦力带动导向轮、支重轮转动, 达到行走的目的。驱动轮上有齿孔, 与橡胶履带内表面上的齿块相啮合, 齿
1 三角履带轮系结构概述
将三角履带轮系结构与目前常规的履带结构进行比较后发现:一方面, 相对于传统的履带结构, 三
*
王永芳, 男, 1976年出生, 硕士研究生。2005年毕业于华北电力大学机械设计及理论专业。现在东方地球物理公司装备研究中心
84
物 探 装 备
2009年
块兼有导向作用。履带为橡胶材料, 外表面是人字花纹, 适合雪地、农田、沙漠、浮土等松软地表。轮系承载顺序为:车架 驱动桥 安装架 摆动架 支重轮(导向轮) 。驱动桥固定在车架上, 安装架用4个高强度螺栓固定在驱动桥上, 并由加强筋通过连接板与大梁连接, 起加固作用。摆动架通过两个主销轴与安装架连接, 可绕销轴前后摆动一定的角度( 25 ) , 以适应车辆上下坡或在不平地面行走。摆动架与前导向轮之间安装有张紧装置, 通过张紧装置导向轮带动履带可前后伸缩, 来缓冲路面带来的冲击载荷。摆动架与后方导向轮刚性连接。摆动架下部通过4个销轴连接2套支重轮, 路面平坦时车身重量由支重轮承担, 上下坡时导向轮也承担部分重量。支重轮可绕销轴摆动一定角度( 10 ) , 以适应复杂地表。在导向轮、支重轮与履带接触的外表面涂有橡胶层, 可减少对履带的磨损, 延长履带寿命。在行驶过程中砂土等杂物可从两者表面滑出,
具有自润滑功能。
浮动密封是一种在推土机等工程机械中广泛应用的一种液体密封方式, 可靠性较高。
图3 支重轮(导向轮) 轴端密封结构
2 结构计算
考虑到轮系承载重量大, 且为动态承载, 为合理设计结构, 和北京理工大学车辆工程系进行合作, 采用有限单元法, 利用软件对轮系结构件进行了计算分析。根据车辆行驶情况, 主要分析了静载状态、行驶动载、侧轮悬空等工况。从计算结果来看, 固定框架内侧支撑结构应力较大, 最大应力值达到980MPa, 超过材料屈服极限, 如图4所示。我们对结果进行了评价, 认为该处应力最大值主要是应力集中所致, 通过改善加工工艺可以消除应力集中的影响。另外在内部增加2个加强板, 以改善受力状况。
图1
轮系示意图
图2 组装后的轮系实物图
在轮系设计中, 导向轮和支重轮端部密封是一个非常重要的问题。由于震源车辆长期在野外作业, 要充分考虑在沙漠、浮土、沼泽等特殊地形时的轴端密封问题。经过调研, 我们决定在内侧使用浮
, 图4 固定框架内侧支撑结构应力云图
从图5可以看出, 加强后受力情况得到很大改善, 最大应力值由980M Pa 降到263MPa, 不考虑应,
第19卷 第2期王永芳等:一种摆动式支重轮三角履带轮系介绍 85
图6 K Z-30震源在沙漠地表进行试验
图5 加强后应力示意图
重量明显增加, 轮系张紧结构强度偏弱, 履带张紧量偏小。拟下一步改进措施:
(1) 张紧系统加装一个溢流阀, 以实现张紧油缸内部液压油的循环;
(2) 导向轮结构要便于拆装;
(3) 局部结构减轻重量;
(4) 支重轮改为独立型式或设计液压型式, 以更好地适应地表情况。
改装后
3 改装前后技术参数对比和试验效果
换装履带轮系后的铰接KZ-30可控震源底盘改装前、后的技术参数见表1。
表1 底盘性能参数对比表
项 目长 宽 高(mm) 整机质量(kg) 离去角
接近角最小离地间隙(mm) 最大爬坡度最小转弯直径(m) 最高车速(km/h)
改装前
10170 3400 348010170 3400 3660
3100025 25 48027 2122
3850042 47.5 70022 (试验值)
2114
5 结束语
履带与轮胎相比在对地附着能力上有较大的区别。轮胎主要由滚动摩擦力驱动车辆行驶, 其最大附着系数一般小于0. 7。履带主要由静摩擦力驱动
车辆的行驶, 附着系数最大可接近1, 车辆能发挥更大的牵引力。特别是在松软地表环境中行驶时, 轮胎对泥土或沙子的切割量比较大, 消耗功率大, 而履带则表现出更优越的漂浮行驶性能。目前, ION 公司的X-VIB 震源和Sercel 公司生产的N OM AD90型可控震源都采用了三角履带轮驱动运载底盘, 用于沙漠和雪地环境作业。我国西部的勘探也广泛涉及到沙漠地区, 采用可实现轮履互换的铰接式可控震源车进行施工必然具有良好的应用前景和市场潜力。
参
考
文
献
换装后的铰接式KZ-30震源先后在新疆库尔勒地区的小戈壁和沙漠地区进行了行驶试验, 如图6所示。行驶过程中轮系结构运动合理、灵活自如, 功能满足要求。其通过性能和在软地表的行驶能力较轮胎有很大提高, 在沙漠地表爬坡能力为22 (试验坡度) , 在爬坡过程中没有出现打滑、刨坑等现象, 履带与沙层间也无滑移现象。在一些起伏地形行驶也表现出比轮胎优越的性能。
4 存在的问题及改进措施
, 1 邓东. 履带轮介绍及其在石油物探装备中的应用探讨. 东
方地球物理公司装备事业部第二届物探装备技术研讨会. 2006
2 美国CA SE 工程有限公司. CA SE 农业拖车产品样本. 2002
收稿日期:2008-07-11
2009年4月 物 探 装 备
第19卷 第2期
一种摆动式支重轮三角履带轮系介绍
王永芳 傅德莲
(东方地球物理公司装备制造事业部装备研究中心, 河北涿州072751)
*
摘 要
王永芳, 傅德莲. 一种摆动式支重轮三角履带轮系介绍. 物探装备, 2009, 19(2) :83~85
摆动式支重轮三角履带轮系是一种履带式行走装置, 应用在K Z-30铰接可控震源车上可实现轮履互换, 提高车辆在松软地表条件下的通行能力。本文介绍了其基本工作原理、结构特点和野外试验效果, 提出了下一步改进的措施。
关键词 三角履带轮系 结构设计 铰接式震源
ABSTRAC T
Wang Y ongfang and Fu Delian. A kind of swing thrust wheel triangular pedrail system introduction. EGP, 2009, 19(2) :83~85
Sw ing thrust w heel t riangular pedrail system is a pedrail offro ad driv ing equipment , it can be ex changed be -tw een t ires and pedr ails w hen applied to the K Z -30articulated vibr ator , w hich impr oves the tr affic ability of v ehicle on t he loose land. T he paper intr oduces t he basic w or king principle, st ructur al cha racters and field ex per imental re -sult, and presents the measur es fo r nex t improv ement.
Key words tr iangular pedrail w heel system, str uctural desig n, ar ticulated vibrat or
角轮系采用了驱动轮高置的三角形结构, 轮系通过
0 引言
随着可控震源勘探的广泛应用, 东方地球物理公司自主研发的KZ 系列可控震源在地震勘探中发挥着越来越重要的作用。勘探地理环境涉及戈壁、沙漠、农田、沼泽等多种复杂地貌, 这对可控震源车辆行驶性能提出了更高的要求。为了更好地适应这些复杂地形, 提高可控震源作业效率、车辆的行驶能力和通过性, 开发履带式可控震源十分必要。我们经过两年多的努力, 在多方调研的基础上, 最终成功地研制出三角式履带轮系行走系统并应用到KZ-30铰接式可控震源车上。
安装架与车桥、车架连接, 使驱动轮脱离了行走架, 消除了地面直接传递到驱动轮上的垂直载荷, 提高了传动系统的寿命。这在卡特彼勒、凯斯工程机械上可以看到。另一方面, 三角履带轮系选用橡胶履带, 相对于传统的钢制履带板, 具有重量轻、柔韧性好、噪声低的优点, 更加适合松软地表。
考虑到铰接式可控震源KZ-30的大梁具体结构和三角履带轮系的上述特点, 我们在KZ-30可控震源上采用了三角履带轮系结构。
整个履带轮系由橡胶履带、驱动轮、安装架、导向轮、摆架、支重轮和张紧装置等部件组成, 见图1、图2所示。该行走系统采用车桥驱动, 动力传动顺序为:驱动桥 驱动轮 履带 支重轮(导向轮) 。驱动轮直接安装在驱动桥轮毂上, 由驱动桥带动旋转, 然后通过齿块啮合带动履带转动, 履带依靠摩擦力带动导向轮、支重轮转动, 达到行走的目的。驱动轮上有齿孔, 与橡胶履带内表面上的齿块相啮合, 齿
1 三角履带轮系结构概述
将三角履带轮系结构与目前常规的履带结构进行比较后发现:一方面, 相对于传统的履带结构, 三
*
王永芳, 男, 1976年出生, 硕士研究生。2005年毕业于华北电力大学机械设计及理论专业。现在东方地球物理公司装备研究中心
84
物 探 装 备
2009年
块兼有导向作用。履带为橡胶材料, 外表面是人字花纹, 适合雪地、农田、沙漠、浮土等松软地表。轮系承载顺序为:车架 驱动桥 安装架 摆动架 支重轮(导向轮) 。驱动桥固定在车架上, 安装架用4个高强度螺栓固定在驱动桥上, 并由加强筋通过连接板与大梁连接, 起加固作用。摆动架通过两个主销轴与安装架连接, 可绕销轴前后摆动一定的角度( 25 ) , 以适应车辆上下坡或在不平地面行走。摆动架与前导向轮之间安装有张紧装置, 通过张紧装置导向轮带动履带可前后伸缩, 来缓冲路面带来的冲击载荷。摆动架与后方导向轮刚性连接。摆动架下部通过4个销轴连接2套支重轮, 路面平坦时车身重量由支重轮承担, 上下坡时导向轮也承担部分重量。支重轮可绕销轴摆动一定角度( 10 ) , 以适应复杂地表。在导向轮、支重轮与履带接触的外表面涂有橡胶层, 可减少对履带的磨损, 延长履带寿命。在行驶过程中砂土等杂物可从两者表面滑出,
具有自润滑功能。
浮动密封是一种在推土机等工程机械中广泛应用的一种液体密封方式, 可靠性较高。
图3 支重轮(导向轮) 轴端密封结构
2 结构计算
考虑到轮系承载重量大, 且为动态承载, 为合理设计结构, 和北京理工大学车辆工程系进行合作, 采用有限单元法, 利用软件对轮系结构件进行了计算分析。根据车辆行驶情况, 主要分析了静载状态、行驶动载、侧轮悬空等工况。从计算结果来看, 固定框架内侧支撑结构应力较大, 最大应力值达到980MPa, 超过材料屈服极限, 如图4所示。我们对结果进行了评价, 认为该处应力最大值主要是应力集中所致, 通过改善加工工艺可以消除应力集中的影响。另外在内部增加2个加强板, 以改善受力状况。
图1
轮系示意图
图2 组装后的轮系实物图
在轮系设计中, 导向轮和支重轮端部密封是一个非常重要的问题。由于震源车辆长期在野外作业, 要充分考虑在沙漠、浮土、沼泽等特殊地形时的轴端密封问题。经过调研, 我们决定在内侧使用浮
, 图4 固定框架内侧支撑结构应力云图
从图5可以看出, 加强后受力情况得到很大改善, 最大应力值由980M Pa 降到263MPa, 不考虑应,
第19卷 第2期王永芳等:一种摆动式支重轮三角履带轮系介绍 85
图6 K Z-30震源在沙漠地表进行试验
图5 加强后应力示意图
重量明显增加, 轮系张紧结构强度偏弱, 履带张紧量偏小。拟下一步改进措施:
(1) 张紧系统加装一个溢流阀, 以实现张紧油缸内部液压油的循环;
(2) 导向轮结构要便于拆装;
(3) 局部结构减轻重量;
(4) 支重轮改为独立型式或设计液压型式, 以更好地适应地表情况。
改装后
3 改装前后技术参数对比和试验效果
换装履带轮系后的铰接KZ-30可控震源底盘改装前、后的技术参数见表1。
表1 底盘性能参数对比表
项 目长 宽 高(mm) 整机质量(kg) 离去角
接近角最小离地间隙(mm) 最大爬坡度最小转弯直径(m) 最高车速(km/h)
改装前
10170 3400 348010170 3400 3660
3100025 25 48027 2122
3850042 47.5 70022 (试验值)
2114
5 结束语
履带与轮胎相比在对地附着能力上有较大的区别。轮胎主要由滚动摩擦力驱动车辆行驶, 其最大附着系数一般小于0. 7。履带主要由静摩擦力驱动
车辆的行驶, 附着系数最大可接近1, 车辆能发挥更大的牵引力。特别是在松软地表环境中行驶时, 轮胎对泥土或沙子的切割量比较大, 消耗功率大, 而履带则表现出更优越的漂浮行驶性能。目前, ION 公司的X-VIB 震源和Sercel 公司生产的N OM AD90型可控震源都采用了三角履带轮驱动运载底盘, 用于沙漠和雪地环境作业。我国西部的勘探也广泛涉及到沙漠地区, 采用可实现轮履互换的铰接式可控震源车进行施工必然具有良好的应用前景和市场潜力。
参
考
文
献
换装后的铰接式KZ-30震源先后在新疆库尔勒地区的小戈壁和沙漠地区进行了行驶试验, 如图6所示。行驶过程中轮系结构运动合理、灵活自如, 功能满足要求。其通过性能和在软地表的行驶能力较轮胎有很大提高, 在沙漠地表爬坡能力为22 (试验坡度) , 在爬坡过程中没有出现打滑、刨坑等现象, 履带与沙层间也无滑移现象。在一些起伏地形行驶也表现出比轮胎优越的性能。
4 存在的问题及改进措施
, 1 邓东. 履带轮介绍及其在石油物探装备中的应用探讨. 东
方地球物理公司装备事业部第二届物探装备技术研讨会. 2006
2 美国CA SE 工程有限公司. CA SE 农业拖车产品样本. 2002
收稿日期:2008-07-11