履帶式斗輪取料機中覆帶機構(gòu)設(shè)計計算

馮學慧 王丹

摘 要：履帶式斗輪取料機在散料轉(zhuǎn)運料場中，無需軌道，運轉(zhuǎn)靈活，占地面積小，集斗輪取料系統(tǒng)及排料系統(tǒng)于一身，可實現(xiàn)連續(xù)、高效的高集成化動作與功能。本文介紹了履帶式斗輪取料機中覆帶機構(gòu)的各參數(shù)設(shè)計計算與選取，包括履帶系統(tǒng)的接地比壓、各運行阻力、轉(zhuǎn)彎附著情況驗算、驅(qū)動功率及額定工作扭矩等，為應(yīng)用于堆取料機中履帶系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計計算提供了設(shè)計參考與重要理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：履帶式斗輪取料機；履帶系統(tǒng)；接地比壓；履帶運行阻力

中圖分類號：U653 文獻標志碼：A

0 概述

以傳統(tǒng)堆取料機產(chǎn)品、工程機械履帶底盤、移動式散料連續(xù)搬運設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，露天礦用轉(zhuǎn)載機為理論依據(jù)。本設(shè)備同時服務(wù)于兩個料場，每個料場寬58.4m，長326.3m，兩個料場的儲料量非常大、要求本設(shè)備靈活運作于兩個料中，實現(xiàn)自動化程度高、功能高度集成化，高效率的連續(xù)型散料運輸設(shè)備，如圖1所示。

1 接地比壓計算

料場平均接地比壓小于0.3Pa，設(shè)備重力G=2300kN，履帶板寬b=1.1m，履帶接地長度L=5.4m，單條履帶的平均接地比壓：

在設(shè)計履帶式機器時，要力求做到在任何情況下，使履帶接地部分都承受一定壓力。當0≤e≤L/6時，此區(qū)域為履帶接地核心區(qū)域，整機重心在此區(qū)域內(nèi)時履帶沿接地長度都承受載荷，如圖2所示。

履帶的接地比壓不允許出現(xiàn)三角形分布狀況，不得在接地長度上出現(xiàn)零比壓，重心位置應(yīng)在履帶接地平面核心之內(nèi)。其中履帶中心距B=7m，整機重心橫向偏心距c=1.1m，整機重心縱向偏心距e=1.45 m，當上部結(jié)構(gòu)發(fā)生偏心時，單側(cè)履帶最大接地比壓為：

單側(cè)履帶最小接地比壓為：

求出最大接地比壓以后，一定要用土壤的最大容許比壓校核，最大容許比壓是履帶擠壓土壤沉陷深度不大于120mm時的比壓。

2 運行總阻力計算

覆帶取料機在運行過程中主要受到阻力為：慣性阻力FG，風阻力FF ，履帶運行滾動阻力FR，履帶行走坡道阻力FP，轉(zhuǎn)彎阻力FW，總阻力如下：

F=FR+FP+FW+FG+FF kN

履帶行走裝置的總行走阻力主要分為以下3種工況進行計算：直行時：F=FR+FG+FF ；爬坡時：F=FP+FG+FF ；轉(zhuǎn)彎時：F=FW+FG+FF。

2.1 慣性阻力

風阻慣性阻力按勻加速平穩(wěn)啟動工況計算，其中：Vmax—履帶調(diào)車速度Vmax=0.167m/s，重力加速度g=9.8m/s2，履帶啟動時間tG=6s，單側(cè)履帶在加速到最大速度產(chǎn)生的慣性力：

2.2 風載荷阻力

風阻力根據(jù)風載公式，其中cf（風載系數(shù)）=1.6，Af（迎風面積）=130m2，最大工作風壓時，風速v=25m/s，則qf=v2/1600=0.39 kN/m2，按照工作風速來進行計算履帶風載阻力：

FF=cf·Af·qf kN=81kN

2.3 直行時單側(cè)運行阻力

為了安全和載荷的考慮履帶在坡道上只能直行，不能轉(zhuǎn)彎，其中fr（履帶滾動阻力系數(shù)）=0.1，覆帶運行阻力如下：

2.4 履帶行走單側(cè)坡道阻力

式中：

c-整機重心橫向偏心距，1.54m；

α-路面坡道傾角，0.05（弧度）。

2.5 轉(zhuǎn)彎外側(cè)履帶行走阻力

根據(jù)堆料取料及調(diào)車工藝，大半徑28m轉(zhuǎn)彎。由于R>B/2，雙側(cè)差速轉(zhuǎn)彎，Vo與Vi同向，其中Vo（外側(cè)履帶速度）=4.14m/s，Vi（內(nèi)側(cè)履帶速度）=3m/s，如圖3所示。

理論轉(zhuǎn)彎半徑R：

考慮履帶滑移的影響，實際轉(zhuǎn)彎半徑大約為理論轉(zhuǎn)彎半徑的1.3倍。R實≈1.3R，即28m。Fwo轉(zhuǎn)彎外側(cè)履帶行走阻力為：

kN=405.8kN

式中：fw為轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)，隨著履帶轉(zhuǎn)彎半徑變小而增大，按照以下公式計算：

2.6 轉(zhuǎn)彎附著情況驗算

土壤附著系數(shù)φ取0.5，fw=0.39，λ（履帶長寬比）=L/B=0.77

由下式驗算是否可以轉(zhuǎn)彎：

經(jīng)計算滿足轉(zhuǎn)彎要求。

3 驅(qū)動功率計算

3.1 直行時單側(cè)驅(qū)動功率

直行時總阻力，其中：V（直線運行速度）=10m/min，η（履帶傳動裝置效率）=0.95，計算為：

F直=FR+FG+FF=3.19+81+112.7=197.2kN

計算直行時驅(qū)動功率為：

3.2 爬坡時單側(cè)驅(qū)動功率

爬坡時單側(cè)總阻力為：

F爬= FP+FG+FF=3.19+81+244=328.3kN

爬坡運行速度V=6m/min，爬坡驅(qū)動功率為：

3.3 轉(zhuǎn)彎時外側(cè)驅(qū)動功率

轉(zhuǎn)彎時總阻力為：

F轉(zhuǎn)= FW+FG+FF=405.7+3.19+81=490.2kN

轉(zhuǎn)彎時外側(cè)運行速度V=4.14m/min，轉(zhuǎn)彎外側(cè)驅(qū)動功率為：

4 額定工作扭矩計算

4.1 直行時單側(cè)額定工作扭矩

直行時工作扭矩，其中PR（直行時驅(qū)動功率）=34.6kW，履帶節(jié)距tk=0.33m，履帶驅(qū)動輪齒數(shù)z=10，直線運行速度V=10m/min，直行時驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)

，

計算為：

4.2 爬坡時單側(cè)額定工作扭矩

爬坡時工作扭矩，其中PP（爬坡時驅(qū)動功率）=34.6kW，爬坡運行速度V=6m/min，爬坡時驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)

，

計算為：

4.3 轉(zhuǎn)彎時外側(cè)額定工作扭矩

大半徑轉(zhuǎn)彎時外側(cè)工作扭矩，其中PW（轉(zhuǎn)彎時外側(cè)驅(qū)動功率）= 35.6kW，外側(cè)運行速度V=4.14m/min，轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)

計算為：

5 覆帶運行工況

現(xiàn)場實際工作工況通過以上計算可得出如表1所示表格數(shù)據(jù)為取料機中履帶系統(tǒng)的設(shè)計計算參數(shù)，以便選擇驅(qū)動及工作穩(wěn)定性校核。

結(jié)論

將運動靈活的覆帶系統(tǒng)應(yīng)用于常規(guī)有軌式堆取料機中，具有可以迅速移動到其他地點的優(yōu)勢。通過計算履帶式斗輪取料機中覆帶機構(gòu)的各參數(shù)，包括履帶系統(tǒng)的接地比壓、各運行阻力、轉(zhuǎn)彎附著情況驗算、驅(qū)動功率及額定工作扭矩等，為應(yīng)用于堆取料機中履帶系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計計算提供了設(shè)計參考與重要理論依據(jù)。

參考文獻

[1]MT/T 910—2002，中華人民共和國煤炭行業(yè)標準-懸臂式掘進機 履帶行走機構(gòu)設(shè)計導則[S].

[2]楊紅旗.履帶式工程機械對地附著力矩淺議[J].工程機械，1977（Z1）：10-30.

[3]閻書文.機械式挖掘機設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[4]姚懷新，陳波.工程機械底盤理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5][德]W.Durst，W.Vogt.斗輪挖掘機（斗輪挖掘機翻譯組譯）[M].天津：天津科技翻譯出版公司，1992.

[6]吳宗澤.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2001.