（机械工程专业论文）基于3c技术的智能摊铺机设计与分析研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文篁! 重 摘要 3 c ( c o m p l i t e r 、c o n t r o l 、c o m m u n i c a t i o n ) 技术的智能摊铺机采用自动 控制及远程智能服务，适用于摊铺各种稳定土、二灰土等基层稳定材料，还适 用摊铺沥青混凝材料。该机一机多用选用于公路、城市道路、停车场，广场 等工程的基层和面层的施工作业，是各级施工单位用于路面施工的理想设备。 本论文采用新型水冷式康明斯6 b t a 5 9 发动机，功率为1 4 9 k w 牵引力 大，结构紧凑，操作方便。电子控制的行走驱动系统：独立液压驱动每个履 带：同步控制装置可准确保持预选速度或预选转弯半径；可反转驱动履带；在 运行过程中，可通过液压系统从摊铺速度转换至行驶速度，反之亦然：具有完 整的紧急控制系统。操作视野宽广：可升降和纵向滑移的豪华座椅；中央控制 台可横向滑移至摊铺机两侧的任一侧：监视器与控制器位于仪表盘上，便于操 作。可进行比例控制的混合料输送系统：独立液压驱动；超声波传感器进行比 例控制；液压无级伸缩调节系统可使熨平板变化至基本宽度的两倍，可快速且 同步对熨平板的伸缩进行调节。 本论文对产品进行可视化管理和数据分析，提高产品的性能，并有效的进 行远程故障诊断和维护。 关键词：3 c ；智能；摊铺机；设计；分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 a b s t r a c t 3 c ( c o m p u t e r 、c o n t r o l 、c o m m u n i c a t i o n ) t e c h n o l o g yi sa d o p t e di nt h ei n t e l l i g e n t p a v e rt o r e a l i z ea u t o - c o n t r o la n dl o n g - d i s t a n c es u p e r v i s e i th a sb e e nn e w l yw i t h a d v a n c e dt e c h n o l o g ya n dy e a r so fp a v e rm a n u f a c t u r ee x p e r i e n c e w h i c hi ss u i t a b l e f o re i t h e rs o i ls t a b i l i z e d , c e m e n t & l i m eb a s em a t e r i a lo ra s p h a l tc o n c r e t e n e ww a t e rc o o l e dc o m m n i u s6 b a t 5 9w i t h1 4 9 k w , w i c hh a ss t r o n gp o w e r e d ， c o m p a c ta n dw i t l le a s yo p e r a t i o n t r a v e dd r i v ew i t he l e c t r o n i cd r i v ec o n t r o l ： e l e c t r o n i c a l l yc o n t r o l i e dh y d r o s t a t i ci n d i v i d u a ld r i v e sf o re a c hc r a w l e rt r a c k ；t h e s y n c h r o m a t i cc o n t r o le x a c t l ym a i n t a i n st h ep r e s e l e c t e ds p e e do rt h ep r e s e l e c t e d c u r v er a d i u s ；c o n t r a - r o t a t i n gc r a w l e rt r a c kd r i v e s ；s h i f t i n gf r o mp a v i n gs p e e dt o t r a n s p o r ts p e e da n dv i c ev e r s ai sd o n eh y d r a u l i c a l l yo n t h er u n ；i n t e g r a t e de m e r g e n c y c o n t r o li nt h ed r i v es y s t e me n g a g e dw i t ha t o g g l es w i t c h 。t h eo p e r a t o r so u t l o o k w i d e n e d ：e l e v a t e da n dc r o s s s l i d i n gd el u x eo p e r a t o ss e a t s ；c e n t r a lc o n t r o lp a n e l ， c r o s ss l i d i n gt ob o t hs i d e so ft h ep a v e r ；c o n v e n i e n t l yl o c a e da n dn e a t l yg r o u p e d m o n i t o r sa n dc o n t r o l so i lt h ed a s h b o a r d m i xc o n v e y o rs y s t e mw i t hp r o p o r t i o n a l c o n t r o l ：i n d i v i d u a lh y d r o s t a t i cd r i v e sf o re a c hc o n v e y o ra n de a c hd i s t r i b u t o ra u g e c p r o p o r t i o n a la u g e rs p e e dc o n t r o l l e db yu l t r a s o n i cs e n s o r s a sar e s u l t , t h i s t h e s i s c a r r y i n g o nt ot h e p r o d u c tc a n 黜t ot u r n t h e m a n a g e m e n ta n dd a t aa n a l y s i s ，r a i s i n gap r o d u c to ff u n c t i o n ，a n dc a r r yo nt h el o n g r a n g eb r e a k d o w nd i a g n o s i sa n dm a i n t e n a n c ee f f e c t i v e l y k e yw o r d s ：3 c ：a p t i t u d e ；p a v e r ；d e s i g n ；a n a l y s e 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 从“七五”至今，我国的公路建设事业取得了可喜的成果，但与我国目前 经济发展的需要，与世界发达国家水平相比，还有一定的差距。为了提高我国 的综合国力，改善人民生活水平，公路建设仍被列为国家建设重点。在此期 间，要将我国公路建设成为一个与生产力相匹配的，与客流密度相适应的，与 其他运输方式相协调的，并能连接各重要城市，经济中心，交通枢钮，对外口 岸的四通八达的公路运输网络。为了实现这个规划目标，必须拥有与其相适应 的筑路机械。其中，摊铺机就是必不可少的路面施工关键机械设备。 根据我国目前施工队伍的现状所开发的摊铺机，大都分采用机械加宽式熨 平装置，其在作业过程中不能变化摊铺宽度，加减宽度时需停机进行，操作麻 烦且劳动强度较大，不适宜经常变化宽度的摊铺工况：国家宏观调控，产品 销售下滑，用户要求分期付款，公司必须对其有效控制，降低风险；公司售后 服务部门要求实时获得摊铺机信息，有针对性的进行设备维护及技术支持。 解决上述问题可达到减轻工人劳动强度，方便操作；生产厂家可以降低 资金回收风险。并有效的进行故障诊断和维护，智能摊铺机已被国家列入8 6 3 计划。因此，基于3 c 技术的智能摊铺机具有广泛的行业需要和巨大的市场空 间。 1 2 国内外水平及发展方向 1 2 1 国内水平及发展方向 我国从2 0 世纪7 0 年代初开始研制沥青混合料摊铺机，8 0 年代摊铺宽度 4 5 m 的沥青混合料摊铺机逐渐形成一定的生产批量，8 0 年代后期开始引进国 外先进技术。目前我国生产的摊铺机产品质量已接近2 0 世纪9 0 年代中期的国 际水平，已出现西筑，镇江华晨，陕西建设，徐工，新筑等一批有一定实力、 生产规模臼勺摊铺机生产企业，但大部分厂家正处于引进技术、消化吸收或技术 合作阶段，与国际先进水平相比，在产品综合技术性能、工作可靠性、耐久性 等方面还存在较大差距 我国摊铺机产品开发的主要目标是：产品系列规格的逐步完善，以适应不 同工程建设的需要；在引进国外先进技术，吸收消化的基础上，逐步扩大国产 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 的整机及配套件的比重，提供国产化的水平；研制具有自主知识产权的智能摊 铺机 1 。2 。2 国外水平及发展动向 发达国家在高等级公路建设的推动下，十分重视摊铺机的研究与开发，并 使摊铺机技术不断发展和完善。目前。摊铺机已形成系列，能充分满足各种工 程建设的需要。在技术开发和产品开发上，成熟地应用了机电液一体化技术， 使摊铺机具有结构合理、功能完善、性能稳定、安全可靠、易于维修等优点 并且仍在不断地采用新理论、新技术、新工艺、新材料，如前桥的悬挂方式及 前后桥驱动等新结构不断出现，使产品不断更新换代。 目前，国外摊铺机技术发展的趋势是； 产品系列的发展更加丰富。为满足高等级公路路面平整度的要求，减少纵 向接缝，摊铺机的大型化稳定在1 2 m 左右；同时，为适应小型工程建设的需 要，小型摊铺机也得到很大发展，其结构，功能、性能更加完善、稳定：利用 全液压，全自动的先进摊铺机替代各种型号的老产品，其技术性能有如下特 点： 1 ) 作业速度的自动控制。用脉冲传感器、信号放大器和比例控制阀测定摊 铺机的行使速度，并通过反馈调节液压系统的流量来控制摊铺机作业时的行走 速度，使其不受外界的干扰而保持速度稳定。 2 ) 供料速度自动控制。通过超声波传感器连续监测熨平板挡板前沥青混合 料的数量，控制刮板输送器和螺旋分料器的驱动机构。使其相应的增减速度， 达到均匀、稳定、连续地供科。 3 ) 采用超声波和激光等非接触式调平装置和技术，使摊铺机的铺层平整度 进一步提高使调平自控装置对作业条件的适应性更强。目前，自动调平装置 的最小分辨率已达到纵向高度不大于0 3 m ，横向坡度不大于0 0 2 。 4 ) 为减轻操作人员的劳动强度，提商舒适性，研究全自动和无人驾驶的摊 铺机已取得一定的进展。 1 3 本文研究的主要内容、目标与方法 本论文目标集国内外摊铺机之所长，技术性能先进，能满足施工要求的多 用途智能摊铺机。 1 3 1 关键技术 通过对国外摊铺机制造技术的消化吸收，开发摊铺机关键技术。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 随着我国机械工业的发展，工程机械的基础元件，液压元件等产品的品种 规格逐年增加，性能亦逐步趋于稳定。使大型摊铺机的开发有了良好的配套基 础。通过与国外几家著名液压件生产公司进行技术交流。基本了解了国外产品 的液压件配套情况和技术发展状况，充分掌握了这些方面的基本原理和设计要 素。 1 ) 摊铺速度控制 在摊铺作业循环中，发动机转速变化。液压元件容积效率的变化及履带滑 转的变化，这些都将导致摊铺速度的不稳定，这是影响摊铺路面平整度十分重 要的原因。本项技术是从行走液压传动的终端( 液压马达上) 测出实际速度信号 反馈给速度控制器，与设定的速度进行对比处理，然后输出信号去控制行走变 量泵的排量。摊铺速度变慢时。增加变量泵的排量，提高速度：反之，减少变 量泵的排量，降低速度。总之，使速度偏差定在要求的范围内，实现摊铺速度 的恒速控制，从而达到提高摊铺路面平整度的目的。 2 ) 液压传动系统 在摊铺作业中，液压系统工作压力、液压泵和液压马达的容积效率、液压 油温度都在随机变化，它们的使用值大小及变化范围决定着摊铺机的可靠性。 本项技术是对行走回路，振动回路，刮板回路及螺旋回路进行合理设计，对各 回路的连续压力使用值及尖蜂压力值的使用范围要正确合理的选择；要选择国 内外性能可靠的液压元件，使其在高效率区工作；要合理设计冷却回路，将液 压油温度控制在合适的范围内。总之，对新研制的大型摊铺机的液压系统，要 在工作压力值使用范围，高容积效率工作区及液压油温度的控制上进行有成效 的设计。 3 ) 电气控制系统 当代摊捕机已发展集机电液为一体的先进设备。电气控制是机电液一体化 的支柱。左右独立驱动的行走调速液压回路，依靠电控实现摊铺速度预选、恒 速摊铺、直线行驶、圆滑转向及前后行驶等功能。左右独立驱动的刮板螺旋输 料调速液压回路，依靠电控实现速度预选及输料量均匀控制等功能。振捣、振 动调速液压回路，也是依靠电控实现频率预选功能。本项技术是用电气控制， 将液压系统设计的各个执行元件的动作有机的联系起来，进行协调和量的精确 控制。同时，还对电气故障进行报警，对行走电控系统的电气故障部位进行识 别，以利迅速排除。 4 ) 高压实度伸缩熨平装置 高压实度伸缩熨平装置，除了应具有优越的夯实、熨平功能外，还应具有 很好的使用性。即组装省力，调整容易，保养方便。本项技术是设计结构合理 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 的熨平装置，包括合理的各种熨平板架，双夯调幅调频振捣机构，调频振动机 构，重心位置。比压参数等等。以达到整机重心合理，空行驶平稳，摊铺路面 平整密实及使用性好的目的。 5 ) 多用途作业 本项目研制的摊铺机，通过设备本身的调整，就既能摊铺沥青混合料，又 能摊镳稳定土或r c c 料。由于在摊铺不同的材料时，最佳摊镝速度楣差甚远， 振捣功率及振动功率又有很大不同。为了在各种用途作业下都能获得理想的摊 铺质量( 平整度及压实度) ，就必须进行合理的设计。本项技术是合理的设计 匹配行走、振捣、振动的工作和速度、功率以及在各种用途作业工况下如何保 持液压元件有较高而稳定的工作性能，从而使所研制的摊铺机不但具有多用 途，而且所摊铺的路面平整密实。 6 ) 润滑系统 摊铺机的作业工况较恶劣，而且摩擦副多而分散，有的又不容易实施润 滑。在摊铺中或摊铺结束后都需要润滑。润滑的好坏，直接决定着整机的可靠 性及使用寿命。本项技术是对摊铺机各式各样个不同种类不同部位的摩擦副， 采用多种适用的润滑方法，达到有效可靠，省人省时的润滑目的。如对刮板和 螺旋传动系统在机身内部不易实施润滑部位，采用分散间歇强制压力润滑。 7 ) 摊铺作业质量 摊铺路面的平整度和压实度是摊铺机摊铺作业质量的重要指标。本项技术 是以摊铺机浮动摊铺工作原理为基础，针对影响平整度和压实度的原因，在以 下诸方面采取措施，合理设计。如。合理匹配牵引性能参数；选用稳态误差 小，动态性能高，敏感性好的自动调平纵向、横向控制器：合理设计熨平板动 态参数，优选自动调平纵向、横向控制器与主机的匹配位置；合理设计刮板输 送器和螺旋分料器的结构及优选输料器控制方案；合理设计振捣功率和振动功 率，并保持他们在摊铺宽度上的均匀分配；以及前面关键技术中所提及的摊铺 速度恒速控制设计、液压系统工作压力设计、液压油温度控制及熨平装置设计 等等，从而在整个的摊铺宽度内达到高的而且相同平整度和压实度。 8 ) g p 8 远程监控系统 随着我国“西部大开发”步伐的不断加快及深入，在全国范围内正掀起了 股城市建设的热潮，市场对大型工程机械的需求越来越高，而在市场销售的 过程中与工程机械的整个生命周期中密切相连有五大利益团体。他们是工程机 械用户、生产厂家、销售公司( 代理商) 、银行、保险公司( 担保公司) ，根 据上述产品市场供应链的情况来看，作为生产厂家能够运用高科技的手段，对 产品进行可视化的管理、数据分析无疑很有必要。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 1 3 2 技术路线 本论文在上述各项技术上做了如下工作； 在消化、吸收德国a b g 4 2 3 型配v d t v 6 l 熨平板的履带式液压伸缩摊铺机 和本公司l t u 9 0 摊铺机技术的基础上，同时测绘了v d t v 6 1 熨平板，并将 g p s g s m 智能系统运用到控制系统中，开发基于3 c 技术的智能摊铺机 发动机优选美国康明斯，速度恒速控制与德国力士乐公司协作攻关完成。 润滑系统优选德国v 0 g e l 集中润滑系统液压系统、电气控制，高压实度熨平 装置及多用途作业等关键技术自主攻关完成。g p s g s m 智能系统与天远公司协 作攻关完成。液压泵，液压马达，关键液压阀采用进口件解决。四轮一带，分 动箱等采用与专业厂协作的方法解决。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章摊铺机总体主要参数设计计算 2 i 摊铺机的总体方案 基于3 c 技术的智能摊铺机是用于高速公路和高等级路面摊铺沥青混合 料、碾压混凝土材料( r c c ) 、稳定土，级配碎石等路面专用材料的核心设 备整机采用全液压驱动、机电液控制、远程智能服务。其结构见图2 卜1 ： 由主机、大臂和熨平装置组成，而主机由电气系统、机架总成和料斗、刮板输 送装置、螺旋分料装置、液压系统、行走系统、集中润滑系统、智能服务系 统、操纵系统、围栏、顶棚等组成，熨平装置则由振捣机构、振动机构、熨平 板结构件、仰角调节器、拱度调节器和加热系统等等组成。 科斗及刮板输送装置置于机架之上，左右料斗通过控制油缸伸缩来使混合 料排放干净。在料斗的前部配置自卸卡车推辊，用于推动自卸卡车行驶。左右 刮板输送装置及螺旋分料装置都单独采用液压驱动，用料位传感器、超声波传 感器、p l c 和m c 6 微电脑控制器控制。刮板输送装置固定在机架侧板和机架通 道板上，泵组连接在分动箱上，分箱与发动机的飞轮端连接通过四个发动机支 座固定在机架上，液压油箱、燃油箱通过螺钉固定在机架上，操纵部分、顶 棚、座椅固定在驾驶室底架的上方 熨平装置通过大臂与主机相连，振捣部分采用双振捣；熨平装置采用振动 器振动熨平；熨平装置带有锁定机构，当摊铺机在运输、行驶过程中能进行锁 定。螺旋分料装置通过固定座固定在后墙板上，根据摊铺机的实际情况摊铺速 度可进行无级调节，并可调整螺杆轴的高度。设计了集中自动润滑装置，当 输、分料装置工作时，集中润滑装置同时对各系统进行自动润滑。 智能服务系统运用现代通信手段，对产品进行可视化的管理和数据分析。 本机型号c 9 0 ，采用h o b ：, 公司的自动找平系统，平整度为3 n u a 3 m 。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 图2 - i 摊铺机结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 2 - 2 整机主要技术参数 型式： 操作方式： 发动机； 履带式全液压驱动+ 液压伸缩加宽熨平装置 采用机电液一体化控制 康明斯6 b t a 5 9 - c 2 0 0 柴油机 功率1 4 9k w 2 5 0 0r p m 摊铺宽度： 3 0 9 o m 摊铺速度：0 1 6m m i n 行驶速度： o 一3 6l l l i h 最大摊铺厚度：0 3 5 0 聊 料斗容量： 7 8 m 振捣频率：0 2 5h z 振动频率：0 6 5h z 熨平装置型式：液压伸缩加宽、振捣+ 振动 拱度调节： 一l + 3 最大理论生产率：6 0 0t h 摊铺平整度：纵向 q满足设计要求 2 3 3 螺旋分料器的生产率n ( t h ) 螺旋分料器的生产率应大于摊铺机整机的生产率o l q 计算公式q l = 6 0 x ( 丌x d 2 4 ) pi x l x n l x k l 式中d 螺旋的直径耶取d = o 3 6 l 一螺距m 取l = 0 2 8 n 广一螺旋的转速r m i n 取n l = 1 1 4 k ，摊铺系数取k = 1 1 q l l = 6 0 x ( o 3 6 2 丌4 ) x 1 7 5 x o 2 8 x 1 1 4 。1 1 = 3 7 5 2 6 7 t h 左右螺旋总的生产率q l = 2 q l l = 2 x3 7 5 2 6 7 = 7 5 0 5 3 4t h 乱 0满足设计要求 2 3 4 接料斗容量 计算公式v 。= q ( t 。6 0 ) l ( hxp 式中q 摊铺机的生产率 t 。两自卸车间歇时间m i nt f2 2 。5 k 广一料斗的充满系数 i ( h = 0 7 o 8 p 混合料松密度t n l m p = 1 7 5 v 。= 6 0 0 x 2 ( 6 0 x o 8 x 1 7 5 ) ：9 1 4m 3 由于料斗容量受到整机结构的限止，因此料斗实际容量确定为 v 一7 8m 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 2 4 牵引计算 2 4 1 摊铺机移动阻力1 1 ， 摊铺机的移动阻力包括滚动阻力及坡道阻力 计算移动阻力时所取的状态应是连续运行状态，此时熨平装置前面有足够 量的混合料保证正常作业。料斗里有i 2 容量的料时，汽车开始供料。 计算公式臀。= g ( m ，+ m ：) ( f + i ) 式中g 重力加速度取g = m 。摊铺机主机质量k g取m 。= m 广接料斗中混合料质量k g取n 1 2 = f 沿路基或底层的滚动阻力系数取f = i 路面最大纵向坡度取i = w l - 9 8 ( 2 4 0 0 0 + 1 3 0 0 0 2 ) ( 0 0 7 + 0 0 5 ) = 3 5 8 6 8n 2 4 2 熨平板沿混合料表面的移动阻力辩2 计算公式也= gm 。p 。 式中 m r 一振捣熨平机构质量k g ui _ 一钢和混合料的摩擦系数 w 2 = 9 8x ? 0 0 0x0 5 = 3 4 3 0 0n 2 4 3 振捣器前混合料堆移动阻力慨 计算公式霄产gi l l i p ： 式中n i 振捣器前混合料堆的质量k g l 料堆长度，等于摊铺宽度m b 料堆底宽( 前后方向) m h 料堆高度 h 一振捣器高度m h = 2 3 0 6 = 0 4m p 厂混合料内摩擦系数 i i l i = 9 x 0 4 z x l 7 5 0 = 2 5 2 0 取m 3 = 7 0 0 0 取杠1 = 0 5 n k = l b h lp l = 9 b = h i hl = 2 3h h = o 6 扯2 = 0 7 8m s 2 4 0 0 0 3 0 0 0 0 7 0 5 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 w 3 = 9 8 x 2 3 8 0 x o 7 = 1 7 2 8 7 2 n 2 4 4 顶推自卸汽车的阻力w 上坡项推满载的自卸车时： 计算公式眠= g ( 弛+ ) ( f + i ) 式中i l i 自卸汽车的质量k g1 1 1 ：1 1 0 0 0 地自卸车中混合料的质量k g虺= 1 5 0 0 0 f 沿路基或底层的滚动阻力系数f = 0 0 7 w 4 = 9 8 x ( 1 1 0 0 0 + 1 5 0 0 0 ) ( o 0 7 + 0 0 5 ) = 3 0 5 7 6n 2 4 5 再次顶推自卸车起步时的惯性阻力 工作中被迫停机后，又再次起步需克服各项惯性阻力。 计算公式w s = ( m l + m 2 + b + 1 1 1 + i l l 5 + 1 6 ) u t ， 式中v ，摊铺机的工作速度m m i n v 口= 4m m i n = 0 0 6 7m s t ，加速时间st 。= l 2s取t 。= 2 w s = ( 2 4 0 0 0 + 1 3 0 0 0 + 7 0 0 0 + l1 0 0 0 + 1 5 0 0 0 ) x0 0 6 7 2 = 2 3 4 5n 2 4 6 摊铺机上坡工作时产生的总阻力w 。 计算公式w ：= w + 吼+ w ，+ w + 眠 = 3 5 8 6 8 + 3 4 3 0 0 + 1 7 2 8 7 + 3 0 5 7 6 + 2 3 4 5 = 1 2 0 4 6 6 n 2 4 7 无打滑工作条件 为保证摊铺机无打滑地正常工作，应满足下述关系式 gm 由。w 式中m 摊铺机的附着重量k g加= m 。+ i i l 2 3 币。行走装置与支承表面的附着系数，由于履带上有光面橡胶 板，因此取巾。= 0 6 vgm 由。= 9 8x ( 2 4 0 0 0 + 1 3 0 0 0 3 ) 0 6 = 1 3 1 3 2 0n 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 gm 由。 w r保证了摊铺机无打滑地正常工作 2 4 8 摊铺机工作时所需的移动牵引功率n p 计算公式 n p - 赫 式中v 口摊铺机最大工作速度m su = 1 2 6 0 = 0 2 f i 。行走装置的机械效率1 1 = 0 7 0 9 取t l t = 0 8 5 r i2 一一从发动机到行走装置驱动轮的传动机械效率，根据结构得 知：分动箱传动机械效率 f i n = 0 9 8 5 液压泵传动机械效率 f l n = 0 9 4 液压马达传动机械效率 r l ”= 0 9 5 行星减速器传动机械效率 r i “= 0 9 7 5 开式链轮传动机械效率 n * = 0 9 8 r l2=q 2 l r i 铭r l2 3q “r l2 5 = 0 9 8 5 0 9 4 0 9 5 0 9 7 5 0 9 8 = 0 8 4 n ，= ；黜= 3 2 k w 2 5 发动机功率计算 发动机功率指在各种工况下的最大功率，主要包括高速行走时的功率和摊 铺作业时的功率。摊铺作业时的功率包括顶推自卸车时的行走功率，刮板输送 器、螺旋分料器、振捣器、振动器及辅助机构和工作装置所需的功率。由于辅 助机构和工作装置是在短时间内闻断使用，因此在功率计算中将其忽略。 2 5 1 摊铺机正常作业时所需功率 2 5 1 1 刮板输送器工作时所需功率 刮板输送器工作时，其功率消耗在两个方面 1 ) 送器按最大坡度向后上方输送混合料的阻力 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 克服这种阻力所需功率眦，可按一般的连续运输机械的计算公式求得， 此时混合料被输送一个高度h 。 计算公式n 。= qg ( k d l + h ) ( 3 6i lj 式中瓴刮板输送器的总生产率 瓯= 8 6 2 3 2t h i _ 一刮板输送器向后输送物料距离l 产4 7 m 。混合料移动的阻力系数 o l - 2 5 h 混合料提升的高度h = 0 1m n 广一刮板输送器的传动机械效率 l 产0 9 6 n l = 8 6 2 3 2 9 8 ( 4 7x2 5 + 0 1 ) ( 3 6x0 9 6 ) = 2 8 9 8 姆 2 ) 运动层同不运动层之问的摩擦阻力 位于输送器和接料斗内的混合料上下层之间存在着摩擦阻力，克服这种阻 力所需消耗的功率n ”。 计算公式n ”。= p cv c l l - 式中r 混合料两层之间的摩擦阻力n p c = kqp2 其中：k 上层混合料( 不动层) 重量分配系数 k = 0 5 o 6取k = 0 5 5 q 接料斗满载时混合料的重力q = 1 3 0 0 0 0n i l 厂一混合料的内摩擦阻力系数 l i 产0 5 0 6取p2 _ o 5 5 p o = 0 5 5 1 3 0 0 0 0 0 5 5 = 3 9 3 2 5n v e 混合料的移动速度 v o = 1 7m m i n = 1 7 6 0m s n ”t = 3 9 3 2 5x ( 1 7 6 0 ) 0 9 6 = 1 1 6 1k i | f n i = n - + n ”- = 2 8 9 8 + 1 1 6 1 = 4 0 5 9k w 2 5 1 2 螺旋分料器工作时所需功率 螺旋分料器所需的功率是消耗在水平横向输送混合料的阻力上，其工作所 需功率可按一般连续运输中螺旋输送机的公式计算。 计算公式n l = q 。k 。g ( 3 6n 。) 式中q 。螺旋分料器总秤率q l = 7 5 0 5 3t h l 。单侧螺旋分料器横向输送混合料的路程，按1 2 摊铺宽度 h = 8 5 2 = 4 2 5m 广一混合料移动阻力系数 ：= 3 2 f i l - 一螺旋分料器传动机械效率 i l = 0 9 6 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 n l = 7 5 0 5 3 4 2 5 3 2 9 8 1 ( 3 6 o 9 6 ) = 2 8 9 4 4 = 2 8 9 4 7k 胃 供料系统所需功率：n 。+ n l = 4 0 5 9 + 2 8 9 4 = 6 9 5 3k w 2 5 1 3 振捣器的驱动功率 计。 1 ) 振捣粱上下运动的总阻力f ” 计算公式f 矿( s 。+ w 。) l l ， 式中s 。弹簧的压紧力s p = 4 0 0n w 3 _ 振捣梁前科堆的移动阻力w 3 = 1 7 2 8 7 2n i i 广振捣梁对熨平板前侧板的摩擦系数 i 。= 0 2 o 3取1 1 3 - 0 2 0 f t p = ( 1 7 2 8 7 2 + 4 0 0 ) 0 2 0 = 3 5 3 7 4n 2 ) 振捣梁沿混合料运动的摩擦力f ”。 计算公式f ”1 p = w 。i i 式中i 。振捣梁对混合料的摩擦系数l l 。= 0 5 f ”= 1 7 2 8 7 2 x o 5 = 8 6 4 3 6n 总摩擦阻力艮= f 。+ f ” = 3 5 3 7 4 + 8 6 4 3 6 = 1 2 1 8 1n 3 ) 振捣所需功率n 。 计算公式n 。= b a n r i 。 式中a 振捣粱驱动轴每转一周摩擦阻力所作的功w a = 4 e ( 艮+ p ) 3 其中e 振捣偏心距 m p 振捣梁向下运动时对混合料的总压力，因较小，可忽略不 a = 4 x o 0 0 3 x 1 2 1 8 1 3 = 4 8 霄 b 载荷不均匀系数b = 1 3 1 4取b = 1 i3 5 n 振捣器驱动轴转速 s 1 n = 1 5 0 0r p i n = ( 瓢3 0 ) x 1 5 0 0 = 1 5 7 r i 。振捣器传动机械效率t l 。= 0 9 5 n 。= 1 3 5 4 8x1 5 7 0 9 5 = 1 0 7 0 9w = 1 0 7 0 9k w 4 ) 振动熨平板的振击力及所需功率 a 振动熨平板的激振力p 计算公式p = men 2 9 1 2 式中e 偏心距m 4r 3 一， e = 一= l 3 x r 2 一，。 n 一振动器偏心块的转速r p m n = 3 0 0 0 r 一振动器偏心块的半径 r = 0 0 4 0 5 m r 一振动半径 r = 0 0 2 5 m 计算偏心块质量m = flp 式中f 偏心块的有效面积m 2 f = ( r 2 一r 2 ) l 偏心块厚度m 2 5 0 0 段m l = 5 。3 6 7 4 1 5 0 0 段n 铲1 0 7 3 4 1 0 0 0 段l l b _ 5 3 6 7 4 5 0 0 段l 酽0 8 0 2 1 9 = m l + k + n 1 3 + m i = 2 2 2 7k g 图2 2 偏心块示意图 r 黼舶距e = 砉渊黑 = 0 0 2 1 2 5m 激振力p = 2 2 2 7 0 0 2 1 2 5x3 0 0 0 2 9 1 2 = 4 6 7 0 0n b 熨平板振动所需功率 按照每1 0 0 0 0n 的激振力所消耗功率为1 9 8 2 2 姗计算t n b = ( 1 9 8 2 2 ) 4 6 7 = 9 2 4 l o 2 7k w 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 7 页 2 5 2 摊铺机在摊铺工作时所需功率 计算公式：n = n n n l + n s + n | = 3 2 + 4 0 5 9 + 3 0 。4 2 + 2 5 4 3 + 1 0 = 1 3 8 4 4k w 本论文所选发动机功率为1 4 9k 霄2 5 0 0r p m ，可以满足使用要求。 2 6 主行走系统的设计计算 行走系统采用全液压传动，主要液压元件选用r e x r o t h 公司的a i o v g 变量 泵和g f t 车轮马达。 i 骝h 需l f 控制 比例电磁铁 2 6 1 动力分动箱设计 图2 - 3 行走传动示意图 动力分动箱将发动机功率传递给各个液压泵。其传动比如下： 主行走系统转速传动比：( 左右侧独立驱动) i - = 1 0 9 4 螺旋供料系统联接传动比： ( 左右侧独立驱动)i 。= 1 0 9 4 振捣、振动系统联接传动比 i 。= 1 0 9 4 刮板供料系统联接传动比：( 左右侧独立驱动) i = 1 0 9 4 系统控制油泵联接传动比：“= l0 9 4 2 6 2 行走系统设计计算 动力分动箱输入转速： n 。= 2 5 0 0r p m 车轮马达减速器传动比：i - = 1 1 9 8 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 变量油泵a i o v g 4 5 e p 2 d l 1 0 l n t c l o f 0 2 5 d h 排量： q o “月= 4 5m l r 容积效率： t i “一= 0 9 3 公称压力：p = 3 0 0b a r 变量油泵每分钟流量：q = q o i i ，xmx fo i l p 。1 0 4 = 4 5x2 2 8 5x0 9 3 1 0 0 0 = 9 5 6l m i n 油：i e 迭a 6 v e 5 5 e z 4 6 3 w v z b 0 2 7 f b + h d d z l 3 2 l o 排量： q o i l - 。啪。= 5 5m l r q “i j j l 产1 8m r 容积效率： r to ，。，= 0 9 4 油马达转速：凡i l ，”1 = q ixl lo i i ，。1 0 3 q o i l j 。 = 9 5 6 0 9 4 1 0 3 5 5 = 1 6 3 3 8r p m 几l l 一蚺f j 吐= q t xq6 “脚r 1 0 3 q 。i l 忡r _ t = 9 5 6 0 9 4x1 0 3 1 6 5 = 4 9 9 2r p m 履带驱动链轮转速：n o n = m ”，。帅i n 。j = 1 6 3 3 8 1 3 1 = 1 2 4 7 r p m n l = n o i l j b 咖i l = 4 9 9 2 1 3 1 = 3 8 。5 5r p m 履带线速度：v = i x z xn d t 。 式中：l 履带节距埘 l = 0 1 5 5 5 7 5 z 驱动链轮齿数z = 2 3 2 v m k = i x z xn o i = 0 1 5 5 5 7 5 x1 2 4 7 x 2 3 2 = 2 2 3m m i n ( 摊铺时的最大工作速度) k “= l z xt l s l 。 = 0 1 5 5 5 7 5 3 8 x 2 3 2 = 6 7 9 m m i n = 4 0 7 4k m h( 最大行走速度) 2 6 3 行走系统功率计算 t = p x q ( 6 1 2n ) 式中：p 液压系统压力b a r 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 9 页 q 液压系统流量l m i n q 系统机械效率0 9 6 计算：w 伸t 产3 0 0 x 9 5 6 ( 6 1 2 x 0 9 6 ) = 9 7 6k w 2 7 工作装置液压系统设计计算 2 7 1 刮板输送器的计算 柴油机 6 c t a 8 3 - c 1 4 9 k w 2 5 0 0r p m 动虫l 定量油泵 分动箱l i1 p f 2 g 3 油马达 t g 0 3 3 5 e w 0 图2 - 4 副板输送器传动示意图 动力分动箱输出转速：m = 2 5 0 0r p m 行星减速器传动比；i = 3 8 6 链传动比；i z = z t z 。 = 1 3 1 3 = l 定量油泵：i p f 2 g 3 3 x 0 2 3 r d 0 7 m b 排量：g o u 月= 2 3 4 m l r 容积效率：q “= 0 9 3 最高连续压力：p = 2 5 0b a r 定量油泵每分钟流量：q - = q o l = p r o p m f i 月1 0 1 = 2 3 4x2 2 8 5 0 9 3 1 0 0 0 = 4 9 7l m i n 油马达：t g 0 3 3 5 v x 4 6 1 a 从b i z 排量： q 。“，。，= 3 3 7m l r 压力：p o l l m 。= 2 0 0b a r 容积效率： n “，。，= 0 9 4 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 。_ - 。_ 。_ _ _ - 。_ _ 。_ 。_ 。1 。- 。_ 。_ 。_ 。_ 。- 。- 。_ 。- _ 。_ 。一一 油马达转速：1 1 月。= q i r i o i i m ，t 0 3 q o = l ，“r = 4 9 7 0 9 4 1 0 3 3 3 7 = 1 3 8 6r p m 刮板驱动链轮转速：n = n o ”，。( i t i z ) = 1 3 8 6 ( 3 9 2x1 ) = 3 5r p m 刮板线速度：v l = p x z xn 。 式中：p 驱动链轮节距1 1 1p = 0 0 8i l l z 驱动链轮齿数 z = 8 v l 2p x z xm = 0 0 8 x 8 x3 5 = 2 2 4m r a i n = 0 3 71 1 1 s 功率计算：毗= 2 5 0 x 4 9 7 ( 6 1 2 x 0 9 6 ) = 2 lk w 一台刮板机消耗功率为2 lk w 2 7 2 螺旋分料器的计算 图2 - 5螺旋分料器传动示意图 动力分动箱输出转速：n ：= 2 5 0 0 x 1 0 9 4 = 2 2 8 5r p m 链传动比：i ，= z z z t = 1 3 1 1 = 1 1 8 变量油泵： a l o v g 2 8 e p 2 d 1 1 0 l n t c l 0 f 0 4 5 d h n t c l 0 f 0 0 5 d h 公称压力：p = 3 0 0b a r 排量： q o u 一= 2 8m l r 容积效率： n m 一= 0 9 3 变量油泵每分钟流量：q 。= q o n n ：f to l l mx1 0 = 2 8 0 9 3x2 2 8 5 1 0 0 0 = 5 9 5l m i n 油马达：m c r o s e 5 6 5 l s o z 一3 x a o u 0 1 排量： t ，。，= 5 6 5m l r 压力：p o ， = 2 5 0b a r 容积效率： i io l l ，。= 0 9 4 油马达转速：i l j ”：q lxna i l j mxl 妒q o i l ，一 = 5 9 5 0 9 4x1 0 3 5 6 5 = 9 9r p m 螺旋分料器主轴转速：n l = n o n ，。i s = 9 9 1 。1 8 = 8 3 8r p m 功率计算： w = 2 5 0 x 5 9 5 ( 6 1 2 x 0 9 6 ) = 2 5 ，3k w 单侧螺旋液压系统消耗功率为2 5 。3k w 2 7 3 振捣计算 柴油机 6 c t a 8 3 - c 1 4 9 k w 2 5 0 0 r p m 图2 - 6 振捣传动示意图 动力分动箱输出转速：n 2 = 2 5 0 0 i 0 9 4 = 2 2 8 5 r p m 皮带传动比：i = d z d - = 1 9 0 1 8 0 =