第二章履帶式底盤行駛理論

1、第二章 履帶式底盤行駛理論第一節(jié) 履帶車輛行駛原理第二節(jié) 履帶車輛行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)第三節(jié) 履帶車輛的滾動阻力第四節(jié) 履帶車輛的附著性能T220履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)圖1-柴油機(jī) 2-主離合器 3-聯(lián)軸節(jié) 4-變速箱 5-主傳動器 6-制動器 7-轉(zhuǎn)向離合器 8-最終傳動 9-驅(qū)動輪T220履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)的輔助說明 主傳動器、轉(zhuǎn)向離合器都裝在同一殼體上，稱為驅(qū)動橋。另外，在柴油機(jī)與主離合器之間通過一組傳動齒輪驅(qū)動工作裝置油泵P1、主離合器油泵P2以及轉(zhuǎn)向泵P3。在變速箱輸入軸后段也可輸出動力，用來驅(qū)動附件。第一節(jié) 履帶車輛行駛原理 1、驅(qū)動力矩與傳動效率、驅(qū)動力矩與傳動效率 驅(qū)動力矩：驅(qū)動力矩：發(fā)

2、動機(jī)通過傳動系統(tǒng)傳遞到驅(qū)動輪上的力矩MK。 傳動效率：傳動效率：從發(fā)動機(jī)到驅(qū)動輪整個傳動系統(tǒng)的效率。主要包括以下功率損失： 齒輪嚙合摩擦阻力； 軸承間摩擦阻力； 油封和軸間摩擦阻力； 齒輪攪油阻力。傳動效率的計(jì)算傳動效率的計(jì)算 驅(qū)動輪的角速度； 發(fā)動機(jī)曲軸的角速度； MK驅(qū)動力矩； Me發(fā)動機(jī)的有效力矩。 eeKKeKmMMPP發(fā)動機(jī)有效功率Pe 驅(qū)動輪上的功率PK Ke履帶車輛的傳動系效率m 假定離合器不打滑 meKmiMMKemiim傳動系總傳動比，它是變速器、中央傳動和最終傳動 各部分傳動比的乘積。 驅(qū)動力矩MK 可以表示為:memKiMM2. 履帶式行駛原理履帶式行駛原理圖2-1 履帶

3、式拖拉機(jī)行駛原理圖履帶式行駛原理：履帶式行駛原理：KemmrtrKrMiFF履帶驅(qū)動段效率驅(qū)動力矩MK驅(qū)動段內(nèi)拉力FtKKtrMF 土壤對接地段的履帶板產(chǎn)生水平反作用力 FK 在FK（驅(qū)動力、切線牽引力）作用下車輛行駛 。思考：作用在履帶上的切線牽引力是如何作用到車架上的？ 驅(qū)動牽引原理履帶驅(qū)動段張力：kkrMT 驅(qū)動輪分力：cosTT sinTT 支重輪分力：cosTTTsinTT 水平及豎直方向合力0coscos TTTTTTTTv水平方向合力T，為推動機(jī)械前進(jìn)的牽引力，該力與驅(qū)動段傾角大小無關(guān)；vT 大小與地面條件有關(guān)；最大值受地面限制；v在驅(qū)動輪與支重輪之間，豎向力平衡，對機(jī)械，地面不

4、附加任何力;v牽引力 T 克服滾動阻力 Ff 和作業(yè)阻力FT ; T 也可以表示為 Fk ；即 Fk=Ff+FTv有效牽引力 Fkp : Fkp=Fk-Ff第二節(jié) 履帶行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)圖2-3 履帶相對于臺架的卷繞運(yùn)動rjvvv車輛速度接地履帶速度車輛相對于接地履帶相對速度第二節(jié) 履帶行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué) 車輛的行駛速度帶有周期變化的性質(zhì)車輛的行駛速度帶有周期變化的性質(zhì) Krv012cos2cos102vrvk圖2-3 履帶相對于臺架的卷繞運(yùn)動1位置履帶速度最大2位置履帶速度最小驅(qū)動鏈輪節(jié)圓半徑驅(qū)動鏈輪角速度驅(qū)動鏈輪分度角 履帶卷繞運(yùn)動的平均速度可通過驅(qū)動輪每轉(zhuǎn)一履帶卷繞運(yùn)動的平均速度可通過驅(qū)動輪每轉(zhuǎn)

5、一圈所卷繞圈所卷繞(轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過)的鏈軌節(jié)的總長來計(jì)算的鏈軌節(jié)的總長來計(jì)算 .設(shè)驅(qū)動鏈輪齒數(shù)為Zk，履帶節(jié)距為lt，一周所卷繞的鏈軌長度為 Zk* lt ，如果驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為nk，則鏈軌卷繞運(yùn)動平均速度為：KtKKtKmlZnlZv260當(dāng)車輛履帶在地面上沒有任何滑動時，車輛的平均行駛速度稱為理論行駛速度理論行駛速度，它在數(shù)值上應(yīng)等于履帶卷繞運(yùn)動的平均速度，即：mTvv 當(dāng)角減小，亦即驅(qū)動輪有效嚙合齒數(shù)Zk增加時，則履帶卷繞運(yùn)動速度的波動就減小。對于0，Zk這一極限情況，則有：)/(60smlznvtkkT)/(377. 0)/(2hkmnrsmrlzvkkkkktkT其中：2tkklzr 驅(qū)動輪（

6、滾動）動力半徑動力半徑mvvv21 這表明當(dāng)驅(qū)動輪嚙合齒數(shù)增加時，履帶卷繞運(yùn)動的速度趨近于其平均速度，履帶就具有下 圖所示的形狀。 車輛的理論行駛速度 :履帶與臺車相對運(yùn)動的簡化示意圖KKTr 實(shí)際工作時履帶與地面間往往存在滑轉(zhuǎn)，此時實(shí)際行駛速度為：TTTlllll1TTTvvvvv11tTkkvvvFvFjTvvvvj履帶在地面上的滑轉(zhuǎn)速度。 通常用滑轉(zhuǎn)率滑轉(zhuǎn)率來表示履帶對地面的滑轉(zhuǎn)程度，它表明了由于滑轉(zhuǎn)而引起的車輛行程或速度的損失，由下式計(jì)算：滑轉(zhuǎn)的存在，帶來驅(qū)動功率損失，其損失大小用滑轉(zhuǎn)效率滑轉(zhuǎn)效率表示：第三節(jié) 履帶車輛的滾動阻力 Fk=Ff+FT Fk驅(qū)動力；Ff滾動阻力；FT作業(yè)阻力

7、。滾動阻力是車輛前進(jìn)運(yùn)動時所必須克服的阻力，也就是說，車輛驅(qū)動力必須大于或等于滾動阻力時，車輛才能向前行駛。履帶式車輛的滾動阻力，一般包括內(nèi)部滾動阻力和外部滾動阻力兩部分車輛的內(nèi)部滾動阻力車輛的內(nèi)部滾動阻力 組成組成： 驅(qū)動輪、引導(dǎo)輪、支重輪和托鏈輪轉(zhuǎn)動時軸承內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦力； 上述各輪與履帶軌鏈接觸和卷繞時所產(chǎn)生的摩擦力； 卷繞履帶時軌鏈銷軸和銷套之間所產(chǎn)生的摩擦力等。 上述各摩擦力換算成行走機(jī)構(gòu)摩擦力矩Mr又可分為兩組： 由不變的法向壓（如履帶預(yù)張緊力、車輛使用重量）力產(chǎn)生的摩擦力矩Mr2 ，這部分阻力矩與驅(qū)動力大小無關(guān)，相當(dāng)于拖動行駛時行走機(jī)構(gòu)內(nèi)部摩擦阻力矩； 由履帶的附加張緊力Ft產(chǎn)生

8、的摩擦力矩Mr1 ，該摩擦阻力矩近似與驅(qū)動力矩成正比，可以方便地用一個效率系數(shù)表示。 Mr = Mr1 + Mr2krkrMMM1 車輛作為整體考慮時，各種外部阻力的總和應(yīng)與切線牽引力平衡，即：KFFKrKrKkrtrMrMMrMFF21整理以上各式，可以得到:KrKKKrKrKKrrMFrMrMFrMF222可以看出，如果將換算的摩擦力矩Mr2設(shè)想為某一作用在車輛上的等效外部阻力，將扣除了換算的摩擦力矩Mr1的后的驅(qū)動力矩看成為一等效的 驅(qū)動力矩，而地面對履帶則作用一等效的切線牽引力，那么就可以認(rèn)為履帶行走機(jī)構(gòu)中并不存在任何內(nèi)部摩擦阻力。等效切線牽引力等效切線牽引力：等效外部阻力等效外部阻力

9、：KrKrMF2KrrMF2將等效切線牽引力仍舊用Fk表示，而等效外部阻力仍用F表示，這樣，整體平衡關(guān)系可表示為：KFF 車輛的外部滾動阻力車輛的外部滾動阻力 所謂外部滾動阻力外部滾動阻力，主要指地面土壤由于受到履帶擠壓而產(chǎn)生的變形阻力。假設(shè)履帶式車輛前進(jìn)距離為L，履帶板寬度為b，履帶支承面單位面積上承受的壓力為p，軌轍深度為z0，則一條履帶因壓實(shí)土壤而消耗的功為：00zpdzbLWnczKbKp00122zfpdzbLWF外部阻力為：將壓力p計(jì)算公式代人并積分得：12101nzKbKbFncf內(nèi)聚模量內(nèi)摩擦模量變形指數(shù)假設(shè)車輛垂直載荷在兩條履帶上均勻分布，則土壤單位面積上承受壓力為：02bL

10、Gps車輛使用重量履帶接地長度則軌轍深度為：nnKbKbLGKbKpzcsc11002112212111101nLGbKKnKbKbpFnnnnnnsccf外部滾動阻力為：nczKbKp影響履帶式車輛滾動阻力的主要因素影響履帶式車輛滾動阻力的主要因素接地比壓接地比壓：履帶單位接地面積所承受的垂直載荷。平均接地比壓平均接地比壓：當(dāng)工作重量與垂直外載荷所構(gòu)成的合力在水平地面上的投影同履帶接地區(qū)段的幾何中心相重合時，履帶接地比壓便呈均勻分布狀態(tài)，稱為平均接地比壓，其表達(dá)式為：bLGPa21、土壤性質(zhì)和表面狀態(tài)土壤性質(zhì)和表面狀態(tài)：土壤越松軟，滾動阻力越大，Kc 、K、n增大，滾動阻力減小。2、接地比壓

11、大小及其分布接地比壓大小及其分布。BCbLGPa2121BCbLGPIIa212LeBCbLGPI61212maxLeBCbLGPI61212min1max22122aIPBCbLGP0minIP)21 (232maxBCeLbGPI0minIp履帶接地平面核心域履帶接地平面核心域：是履帶裝置兩條履帶接地區(qū)段幾何中心周圍的一個區(qū)域。只要機(jī)器重心作用在這個區(qū)域以內(nèi)，履帶接地區(qū)段沿長度都能承受一定的載荷；但當(dāng)機(jī)器重心越出這個區(qū)域時，則履帶接地區(qū)段沿長度方向只有一部分接地面積承受載荷。在此情況下，最大接地比壓必然大幅度增加。履帶接地平面核心域是由兩條履帶接地區(qū)段的縱向中心線，以及位于履帶裝置橫向中心

12、線y軸左右各L/6的兩條平行線所組成的一個矩形，其邊長為L/3和B。顯然，接地比壓和車輛結(jié)構(gòu)參顯然，接地比壓和車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)（數(shù)（L、b、B、C、e、G）有關(guān)，）有關(guān)， C、e和和G增大，滾動阻力增大，增大，滾動阻力增大， L、b和和B增大，滾動阻力減小。增大，滾動阻力減小。但這但這6個參數(shù)又是相互制約的。個參數(shù)又是相互制約的。3、履帶張緊程度履帶張緊程度。履帶張緊程度過大或過松弛都會引起滾動阻力的增大。每一速度下都存在一個最佳張緊度，且最佳張緊度隨速度的增大而增大。4、履帶行走裝置各輪軸承、履帶行走裝置各輪軸承、鉸鏈的潤滑和密封。鉸鏈的潤滑和密封。5、支重輪在履帶上的行駛摩擦阻力。支重輪在履帶

13、上的行駛摩擦阻力。支重輪直徑增大，行駛摩擦阻力減小，但履帶接地區(qū)段壓力不均勻，履帶起伏及附加轉(zhuǎn)動又會增加行駛摩擦阻力；支重輪數(shù)量增大，履帶上壓力分布均勻，有利于減小行駛摩擦阻力。滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù)車輛外部滾動阻力計(jì)算復(fù)雜，且不準(zhǔn)確，實(shí)際采用試驗(yàn)方法進(jìn)行測定。試驗(yàn)表明，滾動阻力近似與車輛使用重量成正比，其比例常數(shù)稱為滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù)。sffGF 履帶式機(jī)器滾動阻力系數(shù)路面條件滾動阻力系數(shù) f附著系數(shù)鋪砌道路0.050.60.8干土道路0.070.80.9柔軟砂路0.100.60.7深泥土地0.100.150.50.6細(xì)砂土地0.100.450.55開墾的田地0.100.120.60

14、.7凍結(jié)的道路0.030.040.2土壤最大允許比壓：土壤最大允許比壓：指履帶擠壓土壤沉陷深度不大于0.15m時的接地比壓。只有當(dāng)最大接地比壓不超過土壤最大容許比壓時，車輛在該地面上才能正常行駛很穩(wěn)定工作。各種常見土壤的抗陷系數(shù)(單位沉陷量接地比壓)和最大容許比壓 表2-2 土壤種類P0 kpa/mpmax kpa沼澤490.33980.6729.2356.84沼澤土1 176.801 471.0078.4598.07濕粘土、松砂、耕過的土地1 961.332 942.00196.13392.27大粒砂、濕的中等粘土2 942.004 412.99392.27588.40中等粘土和濕實(shí)粘土4

15、903.335 883.99784.40686.47中等濕度的實(shí)粘土、濕泥灰土、濕黃土6 864.669 806.65784.53980.67干實(shí)粘土、干泥灰土、干黃土10 787.3212 748.651 078.731 471.00第四節(jié) 履帶車輛的附著性能1、切線牽引力與土壤剪切應(yīng)力的關(guān)系 附著性能附著性能：指車輛提供最大切線牽引力的能力。圖2-9 土壤剪切位移沿履帶支承段的變化AKdAFLKdxbF02KjetgC/1)(xj土壤內(nèi)聚力垂直壓強(qiáng)剪切模量dxetgCbFLKxK0/)1)(2LKxKdxetgbLGCbF0/)1 (22dxedxtgbLGCbLLKx00/22LKeLK

16、tgGbCLKL/122切線牽引力：定義最大切線牽引力為：tgGbCLFK22max則切線牽引力可表示為：)1 (1/maxKLKKeLKFF2、切線牽引力與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系 切線牽引力與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系滑轉(zhuǎn)曲線特點(diǎn)滑轉(zhuǎn)曲線特點(diǎn)：開始階段切線牽引力增加時，滑轉(zhuǎn)率大致與其成比例的增加，但切線牽引力達(dá)到某一值后，對切線牽引力的微小增量，滑轉(zhuǎn)率都有一個很大的增量與之對應(yīng)。切線牽引力達(dá)到某一最大值時不再增加，這是由于土壤被剪切破壞的緣故。 滑轉(zhuǎn)曲線滑轉(zhuǎn)曲線：切線牽引力與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系曲線稱為滑轉(zhuǎn)曲線，它表示行走機(jī)構(gòu)與地面之間的附著性能。 對于兩條滑轉(zhuǎn)曲線，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率相同時，顯然切線牽引力較大者附著性能好；或者在地

17、面能夠提供相等的切線牽引力時，滑轉(zhuǎn)率較小者附著性能較好。 為了使不同重量的機(jī)械具有可比性，引出無因次滑轉(zhuǎn)曲線無因次滑轉(zhuǎn)曲線的概念。 無因次滑轉(zhuǎn)曲線無因次滑轉(zhuǎn)曲線：單位附著重量的切線牽引力(或相對切線相對切線牽引力牽引力)與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系曲線。附著重量附著重量：作用在驅(qū)動原件上的那部分車輛使用重量。對于雙履帶車輛，附著重量就等于使用重量。相對切線牽引力相對切線牽引力 ：GFKx顯然，切線牽引力和相對切線牽引力隨滑轉(zhuǎn)率的增大而增大，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率達(dá)到允許滑轉(zhuǎn)率允許滑轉(zhuǎn)率時，車輛能夠發(fā)揮的最大切線牽引力FKmax稱為理論附著力理論附著力F ， F = FKmax 。允許滑轉(zhuǎn)率時的相對切線牽引力稱為理論附著系

18、數(shù)理論附著系數(shù)。GFGFK max3、牽引力、試驗(yàn)滑轉(zhuǎn)曲線 牽引力牽引力FKP ：切線牽引力減去滾動阻力后才是對外工作的有效牽引力，稱為牽引力FKP。 FKP= FK-Ff 試驗(yàn)滑轉(zhuǎn)曲線試驗(yàn)滑轉(zhuǎn)曲線：車輛牽引試驗(yàn)時的牽引力實(shí)際上是FKP，牽引力FKP與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系為試驗(yàn)滑轉(zhuǎn)曲線 。相對牽引力相對牽引力：GFKPx附著力附著力：maxKpFF 附著系數(shù)附著系數(shù)：GFGFKPxmaxmax額定滑轉(zhuǎn)率額定滑轉(zhuǎn)率H：機(jī)械作業(yè)中具有最大生產(chǎn)率時 的滑轉(zhuǎn)率。對于工業(yè)履帶拖拉機(jī) ，通常取H=1015%。 額定牽引力額定牽引力：滑轉(zhuǎn)率為額定滑轉(zhuǎn)率時的牽引力max)92. 086. 0(KPKPHFF額定相對牽引力額定相對牽引力：)95. 086. 0(H重要概念：允許滑轉(zhuǎn)率；額定滑轉(zhuǎn)率；相對切線牽引力；相對牽引力；理論附著力；附著力；額定牽引力；理論附著系數(shù)；附著系數(shù)；額定相對牽引力影響附著性能的因素影響附著性能的因素 影響履帶行走機(jī)構(gòu)附著性能的因素，除土壤的性質(zhì)、履帶支承面的長度影響