推土机行驶理论

铲土运输机械

设计连晋毅一、土力学常识

二、工程机械行驶理论

三、工程机械牵引性能

四、推土机设计

五、装载机设计土力学简介铲土运输机械与土的关系

行走装置与土的相互作用工作装置与土的相互作用表现形式：

通过性、牵引性、作业性能土的分类粘性土无粘性土推土机的作业对象一般为前三类土表1-2土的分类（按颗粒含量所占重量百分比）-＜11~71~77~17＞17-0~33~103~1010~30＞30--＞50＜50＞40＜50＞10＜10＜10＜10＜10＜10砾石质土砂土亚砂土粉土亚粘土粘土0.05~0.02mm2~0.05mm大于2mm分类指标分类名称塑性指标土的物理机械特性强度变形

土的应力应变关系土的极限剪应力粒度含水量重度与容重塑性

塑性上限（流动界线）塑性下线（压延界线）W>Ws,流动土Wx<W<Ws,塑性土W<Wx,硬质土塑性指数Ip=Ws-Wx土的种类粘土（高塑性土）亚粘土

(塑性土)亚砂土

(低塑土)砂土

(非塑土)塑性指数＞177～171～17＜1粘着性自然坡角摩擦系数松散系数支承能力密实度孔隙度表土与钢、土与土的摩擦系数0.801.20重粘土0.501.00中等粘土0.350.80砂土的名称表

几种土的物理性质0.990.57745°30°17.617.6有棱角圆形砾石0.700~0.8390.46635°~40°25°17.6~18.218.3干湿沙石0.839~1.1920.364~0.46640°~50°20°~25°15.719.6干湿粘土0.839~1.0030.364~0.46640°~46°20°~25°1519干湿亚粘土0.667~0.7030°~35°40°25°16.5~18.51820干自然含水量饱和含水量沙重度（KNm-3）土的性质ftan土的切削理论1、土的破坏形式

流动性破坏、剪裂性破坏、断裂性破坏

弹性土体假设：弹性土体受压缩主应力作用下，是沿一定方向的剪切面发生破坏的。2、应力状态

莫尔应力圆3、土体的极限平衡状态

郎肯状态剪切滑移面的方向大小主应力的关系4、挡土墙理论

普遍郎肯状态、局部郎肯状态5、切削阻力的计算如推土板：

被动土压力土体沿滑移面移动时的摩擦阻力土沿推土板上升对刀片和弧形板产生的摩擦阻力切削刃的侧面剪断土体的阻力经验公式：Px=106Bg

hKb切削阻力计算举例小结土的分类土体的破坏

剪应力的作用土的性能参数

土的浮力土的推力

接地比压工程机械行驶理论1、轮式车辆的行驶理论

2、履带车辆的行驶理论轮式车辆行驶原理动力传递路线：发动机→离合器→变速器→传动轴→主减速器→差速器→半轴→轮边减速器→车轮车辆的行驶阻力

•滚动阻力Ff

Ff=fGaf=0.0076+0.000056va

•空气阻力FW

1950~70年

CD=0.4~0.61990年CD=0.25~0.40

概念车CD=0.2坡度阻力FiFi

=Gasinα或Fi=Gai把滚动阻力和坡度阻力合并称作道路阻力，用F∅表示，即

F∅=Ff+Fi=Ga(f+i)=∅Ga

其中，∅称为道路阻力系数.惯性阻力FJ

FJ=δj

Ga/g

其中，δ为汽车旋转质量换算系数

Ft=Ff+Fi+Fw+FJ≤Gφ其中，φ为道路附着系数最大爬坡角:

imax=[Ft–(Ff+Fw)]/Ga真正驱动车轮前进的力是地面切向反力Fx。其在数值上等于汽车驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。

Fx

=Ft-Ff

车辆行驶的力学平衡方程轮式行走机构的运动学车轮的分类

驱动轮、从动轮、自由轮车轮的三种运动情况纯滚动、带有滑移的滚动、带有滑转的滚动。几个重要定义自由半径、动力半径、滚动半径、理论速度、实际速度、滑转率

驱动轮力矩平衡方程式

MK－F×rK－R×a

=0R×a—滚动阻力矩；R—地面垂直反力，R=Q。从动轮力矩平衡方程从动轮被机架推着前进，其力矩平衡方程为：

Fc×rK－R×a=0Fc—机架对从动轮的推力.自由轮力矩平衡方程式所谓自由轮是指在车轮上只作用有轴负荷Q和仅用以克服滚动阻力矩所需要的驱动力矩MK，它不具有牵引任何负荷的能力，因此有：

MK=R×a

几个重要定义：

自由半径、动力半径、滚动半径、理论速度、实际速度、滑转率欧洲车轮委员会rr

=F×d/(2π)

其中:子午线轮胎F=3.05

橡胶轮胎F=2.99滚动阻力及滚动阻力系数车轮压实土壤引起的滚动阻力轮胎变形引起的滚动阻力滚动阻力系数f土壤条件、路面条件、附着重量、轮胎充气压力、轮胎尺寸、轮胎花纹、轮胎结构车轮压实土壤引起的滚动阻力Ff１弹性轮胎通过松软的土壤滚动时，土壤被压实变形，所引起的滚动阻力可按贝克法计算。承载面平均接地比压：

p=Q/（l×b）Q—轮胎荷载；l—接地平面长度；b—轮胎接地平面宽度。式中：pi—轮胎气压；

pc—胎壁刚度换算的气压。轮胎变形引起的滚动阻力FftFft与载荷Q成正比，从而可得：Fft=Q×ftft—轮胎变形引起的滚动阻力系数。经验还表明，系数ft随轮胎气压pi而变化，ft-pi变化规律可通过试验求得。附着力与附着系数附着系数φ附着重量Gφ地面具有抗滑转的能力，地面这种抗滑转的能力称为附着性能。在轮胎完全滑转时，驱动轮所能发出的最大牵引力称为附着力Fφ。轮式机器（装载机）最大生产率工况对应的额定滑转率为δH=20%-25%影响附着系数的因素土壤条件、路面条件、附着重量、轮胎充气压力、轮胎尺寸、轮胎花纹、轮胎结构轮式车辆总体动力学计算表明N1、N2发生了变化，叫重量转移。附着重量分配系数λ一般用附着重量除以机械使用重量来表示，即：λ=Gφ/Gs

双桥驱动车辆特点：牵引附着性有显著的改善较好的操纵性和纵向稳定性较好的通过性产生寄生功率双桥驱动车辆的动力学方程

Fx=F1+F2双桥驱动车辆的运动学方程双桥驱动的寄生功率寄生功率产生的原因：

前后轮运动的不协调寄生功率的特征：

只要是全轮驱动，寄生功率就不可避免；不作功，却增加零部件的磨损。防止措施：

设置脱桥机构、设桥间差速器、尽量平衡前后轮之间的滚动半径差。全轮驱动的装载机均不设脱桥机构，为什么？轮式行走机构的效率滚动效率：滑转效率：行走机构效率：履带车辆行驶原理车辆行驶时，在驱动力矩MK作用下，驱动段内产生拉力Ft：Ft=MK/rK对车辆来说，拉力Ft是内力，它把履带接地段从支重轮下拉出，致使土壤对接地段产生水平反作用力，这些反作用力的合力FK叫做履带式车辆的驱动力，其方向与行驶方向相同。取驱动轮为研究对象（不计损失）：则有：MK=FtrK

F’t=

FtcosΨ

取支重轮为研究对象（不计损失）：则有：FK=Ft

FΣ水平＝FK－FtcosΨ如果不计损失，推动机器前进的力应该是水平方向受力之和，即：

Ft’＋FΣ水平＝FtcosΨ＋FK－FtcosΨ=FK驱动力距与传动系效率驱动力矩MK：发动机通过传动系传到驱动轮上的力矩。传动系效率ηm

：ηm=PK/Pe=（MKωK

）/（

Me×ωe

）=(MK/Me)im式中：ωK——驱动的角速度；

ωe——发动机曲轴的角速度；

Me——发动机的有效力矩。

im——传动系总传动比，它是变速箱、中央传动和最终传动各部分传动比的乘积。当车辆在水平地段上作等速直线行驶时，驱动力矩MK由下式求得：MK=ηm×Me×im由于动力从驱动轮经履带驱动段传到接地段时，中间有动力损失，如果此损失用履带驱动效率ηr表示，则履带式车辆的驱动力FK(以下称为切线牵引力)可表示为：FK=ηr

Ft=(ηrMK)/rK

=(ηrηmimMe)/rK

履带行走机构的运动学理论速度实际速度滑转率将车辆履带在地面上没有任何滑移时，车辆的平均行驶速度称为理论行驶速度VT，它在数值上应等于履带卷绕运动的平均速度，亦即：

VT=(Zkltωk)/2π）=(Zkltnk)/60式中：lt—链轨节矩，m；

ωk—驱动轮角速度，l/s；

nk—驱动轮转速，r/min。当车辆在实际工作时，履带挤压土壤并使履带在水平方向有向后运动的趋向，此时车辆的行驶速度称为实际行驶速度v，它显然应该是履带的向后速度和台车架对接地链轨的相对速度的合成速度，亦即：

v=(vT

-vj)

(m/s)式中：vj—履带在地面上的向后运动速度(m/s)滑转率：δ=（vT－v）/vT

=1－ηδ履带行走机构的动力学驱动力矩主要克服作业阻力矩、履带沿路面的滚动阻力矩、履带行走机构的内摩擦阻力矩。即：Mk=Mp+Mf+Mm履带行走机构的内部阻力

1)各链轨节铰链中的摩擦；

2)导向轮和拖链轮轴承的摩擦；

3)支重轮轴承摩擦和支重轮链轨上的滚动摩擦。

内部滚动阻力影响行驶阻力的因素

1）外部因素：土的变形系数c、履带接地比压q、履带宽度b2）内部因素：履带张紧度、润滑与密封、支重轮直径履带行走机构的附着性能影响履带附着性能的因素：土性、履带尺寸（履带接地面积、履刺）最大生产率工况对应的额定滑转率为δH=10%-15%履带接地比压履带单位面积所承受的垂直载荷，它直接决定机器的通过性和工作稳定性：Pa=G/(2bL)式中：G—机器重力与垂直外载荷所构成的合力；

L—履带接地区段长度

；