带摆动功能的无轨设备中央铰接结构分析

曹 鑫

（山金重工有限公司，烟台 261417）

在地下无轨设备中，中央铰接、前后驱动桥摆动结构是无轨设备的重要组成部分[1]。中央铰接结构要连接前后车架，通过回转轴承或轴套实现车架的左右转向；前后驱动桥摆动结构能实现前后驱动桥在一定角度内摆动，提高胶轮的附着效果，使设备拥有更好的通过性。地下无轨设备的应用环境恶劣，过载频繁，工作过程中冲击大，对结构强度要求比较高。目前，两种结构多采用回转轴承或轴套实现一定角度的转动。两种结构的可靠性与维护便利性在无轨设备应用过程中至关重要[2]。本文介绍的带摆动功能的无轨设备中央铰接结构将这两个功能集成化设计，提高了后期维护便捷性，降低了部件加工难度和安装难度。

1 现有结构

目前，往往将中央铰接和前后驱动桥摆动结构两种结构独立设计。前后车架连接处设计中央铰接，实现前后车间的相对转动；在后车架或前车架与驱动桥安装处设计摆动架，实现前驱动桥或后驱动桥与前车架或后车架间的相互摆动。

对于中央铰接的结构设计，现多在两驱动桥之间设计一个铰接装置，实现前后车架间的相互转动。此处，不仅同时承受径向载荷和轴向载荷，而且转动频繁、冲击大。该处设计多采用上下两个关节轴承、上下两个圆锥棍子轴承、上下两个回转轴套或者不同类型轴承的组合。图1为一种常见的中央铰接结构，采用上下两个圆锥棍子轴承。采用不同的轴承，安装结构也不同。每种结构各有优缺点：圆锥棍子轴承承受载荷大，但安装精度要求较高；关节轴承安装要求低，但承受载荷有限，易出现间隙造成惯性冲击；回转轴套加工难度低，但回转平稳性差。

对于摆动架的结构设计，现在多数设计是在驱动桥安装处设计一个摆动架[3]，将驱动桥安装于摆动架。摆动架两端通过铰接轴、回转轴套或轴承安装于车体。通过摆动架绕轴线的转动实现驱动桥的摆动，如图2所示。该结构采用常见的两个回转铜套的结构形式，驱动桥安装于摆动架，摆动架与车体间通过回转铜套连接。这种结构设计紧凑，承载载荷大，安装空间小，摆动架在车体内部，有时需要进行间隙调节，一旦出现故障，需要将驱动桥拆下，维修难度高，工作量大。

2 设计结构

介绍一种带摆动功能的无轨设备中央铰接结构[4]，在现有结构上进行优化设计，将摆动架与中央结构设计为单独的摆动座，摆动架纵向铰接孔与前车架同心安装，通过角接触关节轴承、关节轴承实现相对定位和转动。摆动座横向铰接孔与车架间通过回转支承进行连接，通过回转支承的内圈与外圈间的相互转动实现前后车架间的相互转动，从而实现前后驱动桥间的相互摆动。这样中央铰接与摆动座都设计在车体的铰接处，维护维修方便，且降低了车体的机械加工难度和对加工设备的要求。

在中央铰接的结构设计上，采用角接触轴承与关节轴承结合的结构方式。上铰接采用角接触关节轴承，安装时轴承内外均进行定位，同时固定前车架铰接架和摆动座的相对位置，下铰接采用关节轴承，轴承外圈固定，安装方便。上下配合应用增加了中央铰接的有效工作时间，降低了故障率，如图3所示。

由图3可知，轴承座套与上铰接轴承压盖通过螺栓将两个角接触轴承外圈紧固，同时轴承座套与摆动座同心安装并焊接于一体。在下铰接中，下铰接上下两个轴承压盖通过摆动座上的螺纹安装孔将关节轴承的轴承外圈固定。在上铰接中，定位挡板通过上铰接轴上的螺纹孔，与上铰接轴紧密连接。同时，定位板通过螺栓的预紧力和上铰接轴套作用在角接触轴承的内圈下平面上。

在上铰接轴上面，上铰接轴压盖通过外圈螺栓紧固在前车架铰接架上，并通过内圈螺栓连接上铰接轴，使内圈螺栓在紧固的同时会通过安装在上铰接轴上的定位挡板。通过上铰接轴套将摆动座整体拉升，直至角接触轴承上面与上铰接轴轴肩下面接触，使上铰接的角接触轴承的外圈与内圈都进行了紧固定位。调整上铰接轴承盖下的调整垫厚度可以对前车架铰接架与摆动座的上下位置进行调整，使得上下铰接的间隙处于合适位置。

在下铰接中，下铰接固定套与下铰接孔同心安装，且安装后与后车架铰接架焊接于一体。下铰接固定套与下铰接轴上设计了通孔，可以通过定位销防止下铰接轴的转动。同样，下铰接套也与下铰接孔同心安装，并焊接于后车架铰接架。

3 结构功能实现分析

在摆动功能的实现上，摆动座通过螺栓与支承轴承内圈连接，后车架铰接架通过螺栓与支承轴承外圈连接，这样通过支承轴承内圈与外圈的相对转动就可以实现前车架铰接架与后车架铰接架间的相互转动。可在摆动座与后车架上设计限位块，限制两者的转动角度。中空的支承轴承可以便于传动轴的通过，便于布置传动系统。在支承轴承的安装上，轴承支撑套与支承轴承内圈紧密配合，同时与摆动座支承轴承安装孔同心安装，焊接于支承轴承。轴承支撑套既可以安装定位，又能够分担安装螺栓的径向承载力。在后车架铰接架上，加工与支承轴承外圈安装孔同心的加工孔，与支承轴承外圈紧密连接，这样通过加工孔和轴承支撑套既可以保证支承轴承的安装精度，又可以很好地分担紧固螺栓的径向承载力。

在中央铰接的设计上，上铰接采用两个角接触关节轴承，下铰接采用一个关节轴承的设计。在上铰接中采用角接触轴承内圈与外圈固定的设计，在下铰接中采用下关节轴承外圈固定的设计，既可以调整前车架铰接架与摆动座的上下间隙，又降低了现场的装配难度。

上铰接中采用两个角接触轴承，既能够同时承受径向力和轴向力，又使面接触承载力更强更可靠。下铰接采用关节轴承，既可以承受一定的轴向力和径向力，又方便安装，能够承受一定的冲击。上下铰接的不同类型轴承、不同安装方式保证了中央铰接结构的可靠性。

在下铰接中，下铰接固定套与下铰接套的设计一方面可以增加与下铰接轴的接触面积，另一方面可以局部提高下铰接固定套与下铰接套的材料力学性能来增加使用寿命。在上铰接轴与下铰接轴上不仅设计有润滑油道，可以润滑角接触轴承与关节轴承，而且在铰接面的缝隙处设计了调整垫片。一方面，可以调整转动部位的相对间隙，防止砂石等大颗粒杂质进入，防止轴承快速磨损；另一方面，用于润滑轴承的润滑油脂可以聚集到调整垫片间形成润滑油膜，以防止泥土、水的进入，防止内部金属部件的氧化、腐蚀，有效延长各部件的使用寿命。

摆动结构采用支承轴承的设计方式[5]，且将其设计在中央铰接位置，同中央铰接结构统一设计，设计单独的摆动座，既实现了中央铰接的结构需要，又满足了摆动的结构需求。单独设计的摆动座可以降低后车架铰接架的加工难度，便于装夹与加工精度的控制。此外，摆动架的设计改变更利于后期维护保养，降低了检修或备件更换难度，节省了维保时间。

4 结语

设计的结构中央铰接采用上下双铰接结构形式，上铰接采用角接触关节轴承，下铰接采用关节轴承，不同结构特点轴承配合使用，增加了中央铰接的可靠性和有效工作时间，同时在单独设计的摆动座上采用大直径内孔形式的回转支承实现前后车架间的相对转动，实现了车辆的摆动功能。该结构设计于前车架铰接架与后车架铰接架之间，便于后期维护维修。该结构设计可以降低后车架铰接架的加工难度，将两个回转铰接孔的加工转移到体积更小的摆动架，降低对加工设备的要求，上下配合延长了中央铰接的有效工作时间，降低了故障率。