1500m3/h雙履帶斗輪挖掘機(jī)行走計(jì)算淺析

【摘要】本文分析了斗輪挖掘機(jī)雙履帶裝置的主要特點(diǎn)及工作原理，對(duì)其平地直行，坡道直行及平地轉(zhuǎn)彎三種工況時(shí)的行走阻力進(jìn)行了分別的計(jì)算分析，針對(duì)影響履帶行走的因素提供了分析。對(duì)三種工況下的驅(qū)動(dòng)力矩和功率進(jìn)行了計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】斗輪挖掘機(jī)；雙履帶；行走計(jì)算

1.雙履帶斗輪挖掘機(jī)行走裝置主要特點(diǎn)及工作原理

1.1雙履帶斗輪挖掘機(jī)行走裝置的主要特點(diǎn)

雙履帶斗輪挖掘機(jī)行走裝置與其它一般類型雙履帶機(jī)器（如單斗挖掘機(jī)、推土機(jī)等）行走裝置相比較，具有下列特點(diǎn)：

（l）機(jī)器重量大。大多數(shù)雙履帶斗輪挖掘機(jī)的重量為80～1000t。最大重量已超過1400t。

（2）履帶較寬。由于機(jī)器重量大，為適應(yīng)斗輪挖掘和采礦或剝離工作面較低的承載能力，常采用較寬的履帶。并且，大型履帶板都采用不帶履刺的平底結(jié)構(gòu)。

（3）爬坡度較小。由于受地面承載能力的限制，行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能太大，所以一般斗輪搶掘機(jī)爬坡度為1：10。重量較小的斗輪挖掘機(jī)為1：8～1：6或更高些。

（4）行走速度慢。大型斗輪搶掘機(jī)的行走速度較低，約為2～12m/min。

1.2斗輪挖掘機(jī)履帶行走裝置組成及工作原理

履帶行走裝置是由連接底盤、履帶架總成、履帶及行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。履帶走行裝置采用剛接底盤設(shè)計(jì)，具有良好的抗傾覆性能，它對(duì)地面土壤具有足夠的附著力，可適應(yīng)不平的路面，而且有較大的支承面積，對(duì)地比壓較小，可通過淺灘，窄溝及其它障礙物；具有足夠好的機(jī)動(dòng)性，具有良好地機(jī)動(dòng)性能，可方便地通過陡坡或進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。

履帶行走裝置的工作原理：整個(gè)斗輪挖掘機(jī)支持在履帶架上，履帶架前端為導(dǎo)向輪，后端是驅(qū)動(dòng)輪，中間是支承輪。履帶架通過支重輪把載荷傳遞給履帶板。履帶板當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與驅(qū)動(dòng)輪相嚙合的履帶有移動(dòng)的趨勢(shì)，由于履帶板和地面間的附著力大于驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支承輪的流動(dòng)阻力，因此履帶并不移動(dòng)，而履帶臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支承輪沿履帶滾動(dòng)，使整個(gè)斗輪挖掘機(jī)向前移動(dòng)。履帶行走裝置轉(zhuǎn)彎時(shí)通過兩邊履帶所受的驅(qū)動(dòng)速度不同，或者反向來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

2.雙履帶行走運(yùn)行阻力分析

2.1履帶接地核心區(qū)域的條件

實(shí)際工況中，整機(jī)的重心偏于幾何中心時(shí)：

L是履帶的接地長度，B是兩履帶中心距，e是整機(jī)重心縱向偏移量，c是整機(jī)重心橫向偏移量。

為確保土壤接地比壓，應(yīng)保證整機(jī)重心在，此區(qū)域范圍內(nèi)，此區(qū)域?yàn)槁膸Ы拥睾诵膮^(qū)域，以下所有計(jì)算都是建立在這樣的基礎(chǔ)上，才保證整機(jī)的穩(wěn)定性。

2.2平地直行工況行走阻力計(jì)算

FZ為單側(cè)履帶直行行走阻力

G為整機(jī)重量300t 。

為行走阻力系數(shù)，通常取值0.1，其中包含滾動(dòng)阻力（內(nèi)阻）和土壤變形阻力（外阻）。

得

2.3坡道直行工況行走阻力計(jì)算

（橫向偏心）

式中Fp為單側(cè)履帶爬坡行走阻力。

本工況調(diào)車行走坡度為1：10，即α=5.71°

得

從式中可以看出橫向偏載會(huì)加大履帶行走阻力。

2.4履帶平地轉(zhuǎn)彎工況分析

2.4.1履帶轉(zhuǎn)彎半徑

履帶理論轉(zhuǎn)彎半徑：（式中R等于履帶轉(zhuǎn)向中心到履帶機(jī)構(gòu)中心的距離）

式中，Vi為內(nèi)側(cè)履帶速度V0為外側(cè)履帶速度。

1）當(dāng)Vi=0時(shí)為內(nèi)側(cè)履帶制動(dòng)，外側(cè)履帶轉(zhuǎn)彎。

2）當(dāng)Vi=-V0時(shí)，兩側(cè)履帶以同速反向轉(zhuǎn)彎，此時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑為R=0。（原地轉(zhuǎn)彎）

3）當(dāng)Vi與V0同向，不等速時(shí)，履帶以理論半徑R轉(zhuǎn)彎，但實(shí)際轉(zhuǎn)彎時(shí)由于履帶板與地面發(fā)生橫向滑移的原因，實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑。此工況為重載履帶常用轉(zhuǎn)向工況，本文的斗輪挖掘機(jī)采用的就是這種轉(zhuǎn)彎方式。

本機(jī)Vi=3m/min V0=5.5m/min Vi為內(nèi)側(cè)履帶行走速度，V0為外側(cè)履帶行走速度，則

2.4.2履帶轉(zhuǎn)彎行駛阻力

考慮轉(zhuǎn)彎的偏心工況：

從式中可以看出橫向偏載會(huì)增大轉(zhuǎn)向阻力，縱向偏載會(huì)減小轉(zhuǎn)向阻力，履帶與地面的摩擦阻力矩取決于摩擦系數(shù)和載荷，而與接地比壓和行走速度無關(guān)。

式中F0為外側(cè)履帶的轉(zhuǎn)彎阻力

為履帶轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)

L=7.382m L為履帶接地長度 相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪中心距加一個(gè)履帶節(jié)距的長度，得F0=665KN

2.5風(fēng)阻力

重型機(jī)器必須克服和運(yùn)動(dòng)方向相反的風(fēng)阻力Fw。

2.6慣性阻力

重型機(jī)器必須克服最初改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)自身的慣性所產(chǎn)生的阻力Fg，這里已知Fg=2.75KN

2.7履帶行走裝置的總阻力

直行時(shí)

爬坡時(shí)

轉(zhuǎn)彎時(shí)

可見轉(zhuǎn)彎時(shí)阻力最大，計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩和馬達(dá)功率應(yīng)以轉(zhuǎn)彎工況為計(jì)算工況。

3.履帶行走動(dòng)力半徑，驅(qū)動(dòng)力矩及驅(qū)動(dòng)馬達(dá)功率

3.1動(dòng)力半徑

3.2三種工況下的履帶行走驅(qū)動(dòng)力矩

3.3三種工況下履帶行走驅(qū)動(dòng)馬達(dá)功率

1）平地直行功率為

這里直行速度取最大值 得

2）坡道直行功率為

這里

3）平地轉(zhuǎn)彎功率為

這里轉(zhuǎn)彎速度取外側(cè)履帶速度

4）已知履帶傳動(dòng)裝置效率 減速器機(jī)械效率

容積效率 機(jī)械液壓效率

直行馬達(dá)功率

坡道馬達(dá)功率

轉(zhuǎn)彎馬達(dá)功率

爬坡工況占總工作時(shí)間相對(duì)很長，對(duì)馬達(dá)壽命影響較大，所以此工況時(shí)系統(tǒng)壓力定為20MPa左右，即可以滿足正常工作要求；然而轉(zhuǎn)彎行駛的工況占總工作時(shí)間相對(duì)很短，此時(shí)系統(tǒng)壓力提升至25-30MPa可滿足要求。故通過以上計(jì)算結(jié)果，就可以對(duì)液壓馬達(dá)及減速器進(jìn)行選型。

4.結(jié)論

根據(jù)上文的討論可以得出斗輪挖掘機(jī)雙履帶行走裝置直行，爬坡和轉(zhuǎn)彎三種工況下的行走阻力，驅(qū)動(dòng)力矩及驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算方法，并得出橫向偏載的存在使得轉(zhuǎn)彎阻力和爬坡阻力增大，所以控制好整機(jī)的橫向重心偏移可以減小轉(zhuǎn)彎和爬坡行走阻力。通過計(jì)算得出了驅(qū)動(dòng)力矩和馬達(dá)功率，為正確的選擇液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供了理論依據(jù)。