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行驶理论与牵引特性讲义
工程机械行驶理论与牵引特性
第一章 轮式工程机械行驶理论
铲土运输机械中的轮式机械都采用充气轮胎的车轮作为行驶机构。
这对于铲土运输机械来说具有特殊意义,因为一般地说,这种类型的机械都不设计成像载重汽车那样具有弹性悬挂装置,两只靠具有较低充气压力的轮胎的弹性来完成运输过程中的减震作用。
另一方面,在软路面上低压充气轮胎还有降低滚动阻力提高附着能力的作用。
为了叙述方便,本文中称具有充气轮胎或低压充气轮胎的车轮简称为“轮胎”或“车轮”。
§1-1轮式机械行驶原理
铲土运输机械中的轮式牵引车担负着铲掘作业中的牵引作用和运输作用。
单轴和双轴牵引车数量最多,作业时采用全轮驱动。
轮式牵引车依靠发动机的动力,通过传动装置把驱动力矩传给驱动轮,再通过轮胎与地面的相互作用而获得地面对它的反力推动车轮前进,再通过轮轴推动整个车体前进。
在整个车体前进过程中要克服作业阻力、滚动阻力、坡道阻力、以及加速过程的惯性力。
图1-1驱动轮行驶条件
从图1-1所示的车轮受力关系来分析车轮的行驶条件。
当驱动轮匀速直线行驶,由于驱动力矩MK的作用,在轮胎与路面的接触点A处,轮胎给地面一主动力MK/rd,同时地面以反力PK作用于轮胎的A点上。
我们把反力PK定义为驱动轮的切线牵引力,它是个附着性质的力,表示在牵引元件的作用下,地面产生的平行于地面并沿着行驶方向的总推力。
直线匀速运动的车轮在未发生全滑转之前,切线牵引力PK用以克服水平作业阻力Px、牵引元件自身滚动阻力Pf2、从动轮滚动阻力Pf1,及其它阻力而处于牵引平衡状态。
我们把牵引元件克服自身滚动阻力Pf2后输出的平行于地面并沿行驶方向作用的推力定义为牵引力,用符号P表示;把牵引元件克服自身滚动阻力Pf2和从动元件滚动阻力Pf1之后输出的平行于地面,并沿行驶方向作用的推力定义为有效牵引力,用符号PKP表示。
上述各力关系如下:
P=PK-Pf2(1-1)
PKP=P-Pf1=PK-(Pf1+Pf2)=PK-Pf(1-2)
式中:
Pf=Pf1+Pf2为车辆总滚动阻力。
在车轮未发生全滑转情况下,P将随作业阻力的增加而增加,它的最大值发生在全滑转条件下,其大小由土的机械性质和轮胎结构所决定,我们把全滑转情况下的P的最大值定义为最大牵引力或附着力。
P=φGφ(1-3)
车轮的滑转要消耗发动机的功率,因此降低了机械的效率、加速了轮胎的磨损,具体来说是损失行程和速度。
这些均属轮胎运动学和动力学所要讨论的内容。
§1-2轮胎运动学
轮胎运动学讨论车轮沿滚动表面滚动时的速度特性。
车轮沿地面滚动的实质是摩擦传动,就像摩擦轮传动、皮带传动一样。
因此轮胎与地面之间靠摩擦力传递动力时必然体现出摩擦轮传动的重要特点,即在轮胎与地面上都存在着弹性滑动。
这种滑动不易从宏观上看得出,但很容易被测出。
只要车轮上有驱动力矩的作用,弹性滑动就是不可避免的。
轮式工程机械行走机构的滑转是一众所周知的物理现象。
行走机构的滑转要消耗机械发动机的功率,降低机械的效率,同时也加速了轮胎的磨损。
行走机构的滑转特性是机械牵引性能的主要参数之一,它不仅与表征行走机构本身工作上的一些基本指标,如滑转效率、滚动效率、附着能力等有着密切的关系,而且也和诸如机械的牵引效率、有效牵引效率、机械生产率等许多重要的整机性能指标有关。
轮胎可分为刚性轮和弹性轮两种。
在讨论车轮运动学时,通常以充气轮胎为例来分析车轮沿地面滚动的速度特性。
充气轮胎沿地面滚动,并非刚性车轮沿刚性地面滚动那样是线接触,而是弹性体与弹性和塑性体之间的面接触。
滚动的实质是摩擦传动。
摩擦轮传动的重要特点是弹性滑动。
对轮胎和地面之间的弹性滑动,可通过牵引试验测试出来。
轮式工程机械行走机构的滑转现象可根据其不同的物理机理划分为相应的5种。
一、第一种滑转现象
研究如图1-2所示的轮胎与地面相互作用的简化模型。
初始时整个系统处于静止状态,轮轴开始转动时产生的扭矩企图使轮胎转动,但轮胎与地面之间的摩擦力阻碍轮胎转动,当转角较小时,只是使轮胎产生周向变形(在第一种滑转现象研究中,暂不考虑轮胎的径向变形)。
随着轮轴的继续转动,摩擦力也在增加,当转角达到临界值Φcr时,摩擦力超过轮胎周向拉力的极限值,轮胎才开始相对于地面运动。
第一种滑转现象就是在出现轮胎相对于地面运动之前的由于轮胎变形而产生的速度损失现象。
图1-2轮胎与地面相互作用简化模型
为了便于分析,将处于静止状态的轮胎用图1-3A)所示的离散模型表示,轮胎的连续质量被划分成由弹簧连接在一起的有限个等价质点,质点与轮辋之间也通过弹簧连接。
当轮轴旋转了角度Φ后,系统的变形如图1-3B)所示。
以质点M1为参照点,质点MN靠近了M1,而质点M2则远离了质点M1。
这意味着,在M1至M2之间为拉伸区域,而在M1至MN之间为压缩区域。
而原处于轮胎正上方的MM基本上不产生变形,它所转过的角度大约就为Φ角。
图1-3轮胎周向变形的离散模型示意图
由于轮胎存在着压缩区域,轮胎每转一圈时行驶的实际距离为L=nLc,LT=nL0。
(式中,Lc、L0的意义如图1-3所示,n为沿轮胎周长所划分的质点的数量。
)
如果质点M1和MN之间的压应变为ε,即:
ε=(L0-Lc)/L0(1-4)
则:
Lc=(1-ε)L0(1-5)
理论速度VT=L0/t,实际速度V=Lc/t,现以δ1表示第一种滑转现象的滑转率,则得:
δ1=1-V/VT=1-Lc/L0(1-6)
整理上三式,得:
δ1=ε(1-7)
周向弹性变形使得轮胎与地面的接触面由椭圆变成阴影所示的形状(如图1-4所示)。
主动轮和被动轮由于地面作用,在轮胎的周向反力方向不同,使得印迹形状不同,图1-4所示为主动轮轮胎周向变形而产生的接地印迹。
很明显,只要轮胎在地面上转动,这种由轮胎变形变形而引起的滑转就不会等于零,并且不难想象,轮胎气压越低,轮轴负荷越大,轮胎的周向刚度越小,这种滑转率就会越大。
换言之,第一种滑转现象的滑转率取决于轮胎橡胶材料的弹性变形。
图3主动轮轮胎周向变形与接地印迹
二、第二种滑转现象
轮胎承载负荷后沿滚动表面滚动时,轮胎与地面会同时发生变形,这是铲土运输机械最普遍的现象。
由于轮胎的周向变形,在相同的时间内,轮心的位移将滞后轮胎辐线接地的位移,引起轮轴的速度损失。
同时,轮胎的径向变形和土壤的垂直变形将引起轮胎与松软地面之间的滑动。
研究轮胎沿松软地面滚动的运动状况非常复杂,但这是轮式作业机械在作业过程中最常见的现象。
假定轮胎以匀角速度沿水平地面滚动,角速度为ωk,轮轴的实际行驶速度为V,轮胎与地面的接触状况如图1-5所示。
图1-5 轮胎在松软地面上的运动
在轮胎承受的垂直载荷和驱动力矩的作用,轮胎与土壤同时发生变形,接触区域为mn弧面。
no1支承面为加载区,o1m支承面为卸荷区,其曲率半径分别为r1和r2,曲率中心分别为o2和o3。
已知土壤的最大的沉陷量为hn,土壤的弹性变形量为hy,土壤的残余变形量为ho,则:
hn=hy+ho
在轮胎与土壤的接触表面任取一点A,研究A点在轮胎滚动和变形过程中相对轮心的运动状况,可得:
V1=V3/cos(α-β)=ωk·OA/cos(α-β)(1-8)
V2=V3tg(α-β)=ωk·OA·tg(α-β)(1-9)
式中:
V1──轮胎表面上A点相对轮心O的绝对速度,其方向为该点沿滚动表面的切线方向;
V2──轮胎表面上A点相对轮心O的径向变形速度;
V3──轮胎表面上A点绕圆心O以角速度ωk转动时的牵连圆周速度。
由上式得知,轮胎表面上任一点的V1和V2,因各点至轮心O的距离不同其值也不同。
随着轮胎表面诸点的位置不同,角α、β也不同,反映了轮胎和土壤的综合变形程度不同,因此,轮胎表面上任一点的合速度V1均不相同。
根据相对运动原理,轮轴以实际行驶速度V相对地面向右运动,等于地面上的A点相对轮心O以相同速度V向左运动。
对地面的A点而言,还由于土壤的沉陷垂直向下产生位移,因此地面A点的绝对速度V4为:
V4=V/cosβ 因地面A点的曲率与轮胎表面A点处的曲率相同,故V4与V1共线同向。 由于V4 其相对滑动速度为: △V=V1-V4 (1-11) 上述情况,轮胎滚动时的接触点A的滑动速度△V>0,轮胎出现空转现象,称为滑动;若接触点的滑动速度△V<0,轮胎的滑动方向与轮轴的运动方向相同,此种现象称为滑移。 如果滑动速度△V=0,则轮胎在该接触点上滚动时为纯滚动。 轮胎与地面的接触区域m—n上的各接触点之间的滑动速度值并不相等,其分布规律为越接近接触区域中部,滑动速度△V越接近于零,越接近接触区域两端,△V则呈非线性地增加,滑转也越严重。 轮胎相对地面产生滑移只有在制动情况下才会出现。 以上情况的讨论均忽略了轮胎周向变形的影响。 轮式车辆在牵引或作业工况时,驱动轮经常处在边滚动边滑转的状态下工作。 充气轮胎在负载产生径向和周向变形时,轮心至水平切线牵引力的垂直距离称为动力半径rk。 轮胎充气后不受载时的平均半径称为自由半径ro,通常,动力半径由下式计算: rk=λ·ro(1-12) 式中: λ──压力变形系数。 通常,低压轮胎取λ=0.39~0.935;高压轮胎取λ=0.945~0.95。 由动力半径计算出来的轮轴运动速度称为驱动轮的理论行驶速度VT。 即: VT=rk·ωk(1-13) 实际上,由于车轮沿变形路面滚动时并非纯滚动,而是在滚动的同时存在滑转的现象,轮轴的实际运动速度V小于理论行驶速度VT。 轮胎相对地面的滑转程度用滑转率来表示。 滑转率δ可定义为车轮的滑转速度Vδ与理论行驶速度VT之比。 即: δ=Vδ/VT=(VT-V)/VT=1-V/VT(1-14) 实际行驶速度也可表示为: V=(1-δ)VT (1-15) 轮胎滑转将引起功率损失,其功率损失的情况可用轮胎的滑转效率进行评价。 滑转效率ηδ用下式表示: ηδ=PkV/PKVT=V/VT=1-δ (1-16) 三、第三种滑转现象 这种滑转现象出现在轮胎与地面之间产生相对滑动的情况下,即是当轮胎与地面之间的摩擦力超过轮胎质点之间周向拉力的极限值以后。 这亦即所谓的“滑转—附着”现象。 它主要出现在水平负荷较大,而同时地面的附着性能又比较差的情况下。 第三种滑转现象主要取决于轮胎与地面之间的摩擦力与轮胎质点之间周向拉力的比值。 四、第四种滑转现象 第四种滑转现象定义为一土壤层相对另一土壤层之间的滑动。 这种滑转现象主要出现在车辆行驶在松软地面上时,当两层特定的土壤层之间的粘着力小于轮胎沿接触面上的附着力时就出现这种滑转现象。 第四种滑转现象取决于土壤层之间的站着力和轮胎沿接触面上附着力的比值。 五、第五种滑转现象 第五种滑转现象是由于车辆跳动而暂离开地面,其轮胎在空中产生的自由转动而引起的。 第五种滑转现象取决于车辆跳离地面时轮胎的转速和跳离地面后水平向前速度之间的比值。 从一般意义上,轮式工程机械行走机构的滑转率为这五种滑转现象所产生的滑转率之和,但这不是其数值简单的相加,应理解为是所有这五种滑转现象的概括描述。 事实上,这五种滑转现象不可能同时出现,比如第五种滑转现象就不可能与另外四种滑转现象同时出现,又如任何轮式工程机械在开始运动的瞬间,只有第一种滑转现象存在,而另外四种滑转现象不出现。 虽然第一种滑转现象出现在车辆运动的全过程中,但这种滑转现象并不是具有决定性的作用。 在一般情况下,第二种滑转现象可能会决定性地影响轮式工程机械行走机构的滑转特性。 另外,在试验中常常出现轮胎与地面相互接触区域没有相对运动时,测得的行走机构理论行驶速度和实际行驶速度仍然不一致,这对滑转现象的分析可以解释这现象,因为在第一、四和五种滑转现象中就根本没有轮胎与地面之间的相对滑动。 §1-3轮胎动力学 轮胎动力学主要讨论驱动轮和从动轮在水平地段行驶时的受力状况,以及行走机构的牵引效率。 驱动和从动轮的受力情况如图1-6所示 图1-6 主从动轮受力情况 一、驱动轮力矩平衡方程式: MK-Prk-G·ak=0(1-17) 将式(1—44)除以rk得: Mk/rk-P-G·ak/rk=0(1-18) Mk/rk是驱动轮扭矩所发挥的圆周力,它在数值上应该等于切线牵引力Pk,P是驱动轮牵引力,ak/rk为驱动轮滚动阻力系数,用Pfk表示,fk=ak/rk,Pfk=fkG,则有: Pk-P-Pfk=0(1-19) 上式是从运动学的观点得出的,此式也可从各水平力的平衡定义中得出。 此式说明牵引力P是切线牵引力Pk与滚动阻力Pfk之差,P是PK的一部分。 二、从动轮力矩平衡方程式: 从动轮被车架推动前进,所以作用在轮轴上的推力Fn和土对车轮的滚动阻力所形成的力矩与垂直负荷所形成的力矩相平衡,其力矩平衡方程为: Fn·rn=G·an(1-20) Fn=G·an/rn=G·fn=Pfn(1-21) 式中: Fn──车架推力; an──从动轮滚动摩擦系数; rn──地面反力的水平分力至轮心之垂直距离; fn──从动轮滚动阻力系数; Pfn──从动轮滚动阻力。 三、动负荷作用下的轮胎动力学 工程机械在现场作业时,由于路面不平度的影响,将引起轮胎的动负荷。 动负荷的变化幅度和频率取决于路面的不平度、轮胎的机械特性和车辆的行驶速度。 变动的垂直负荷将引起轮胎径向变形量的变化,从而引起轮胎动力半径的变化。 由试验资料得知,轮胎垂直负荷的变化,其变化频率呈正弦规律分布。 如果用G’表示轮轴上的动负荷,G表示静负荷、而用ΔG表示垂直负荷的变化幅度,则动负荷呈正弦规律变化,即: G’=G+ΔgsinΩt(1-22) 式中: Ω—轮轴上垂直负荷变化的角频率; t—时间。 考虑到动负荷的牵引力平衡方程式为: P=Pk-Pfk±Pj 式中: Pk—考虑到动负荷的切线牵引力, Pk=Mk/(r0-1/Ei(G+ΔGsinΩt)); 式中: r0—轮胎半径; EI—轮胎的弹性模量 P—牵引力, P=(G+ΔGsinΩt)f; Pj=车轮通过轮轴作用于机架上的惯性力, Pj=(J-1/Ei(ΔGΩvcosΩt))/(r0-1/Ei(G+ΔGsinΩt))(1-23) 即: P=Mk/(r0-1/Ei(G+ΔGsinΩt))+(G+ΔGsinΩt)f+ (J-1/Ei(ΔGΩvcosΩt))/(r0-1/Ei(G+ΔGsinΩt))(1-24) 上式表达了轮式工程机械牵引力所受动负荷因素的影响关系,说明即使在驱动轮上作用着不变的驱动力矩,车速保持匀速直线运动,但由于动负荷引起动力半径周期性变化,因而驱动轮所获得的牵引力也发生周期性变化,引起惯性冲击力。 同时,由于牵引力的周期性变化,轮胎滑转率也在一定幅度内发生变化,主、从动轮的角速度将呈非稳定状态,引起车轮瞬时惯性力矩。 这对轮式工程机械的牵引质量、传动系统的工作都有很大的影响。 §1-4车轮的滚动阻力与附着性能 一、车轮的滚动阻力 轮胎的滚动阻力是由轮胎和地面的变形引起的。 弹性轮胎沿硬路面滚动时,滚动阻力主要是轮胎周期性变形引起的内摩擦(如橡胶、帘布层之间的摩擦,内外胎之间的摩擦,轮胎与轮辋之间的机械摩擦)和轮胎与地面接触区域内滑转摩擦。 Bekker对车轮弹性变形和滑动引起的滚动阻力Pft提出如下半经验公式: Pft=G·ft(1-25) 式中: G──轮胎载荷; ft──轮胎变形滚动阻力系数 Bekker通过试验还提出ft与轮胎气压的关系方程式 ft=u/Pi(1-26) 其中u为与轮帘布层数、胎壁厚度和花纹型式等结构有关的参数,Pi为轮胎内气压。 以不同载荷和充气压力使轮胎沿水泥路面滚动,用拖动试验测得Pft,求出滚动阻力系数ft,便绘制出PI-ft曲线(见图1-7)。 该曲线称轮胎变形阻力系数的标准曲线。 曲线可近似地用(1-26)方程式描述。 借助PI-ft曲线即可求得不同结构轮胎的u值。 图1-7 PI-ft关系曲线 工程机械轮胎多采用低压胎或超低压胎,在不同土质条件下,用试验方法确定的综合滚动阻力系数f和附着系数ψ,如表6所示: 轮式机械在不同路面的f和ψ值 表1-1 路面土质 滚动阻力系数f 附着系数ψ 沥青路面 0.02~0.03 0.7~0.9 水泥混凝土路 0.018 0.9 坚实土路 0.045 0.55 松散土路 0.07 0.45 冰 地 0.015~0.030 0.12 克服滚动阻力所消耗的功通常有三部分: 克服轮胎变形、路面变形和二者之间的摩擦。 滚动阻力系数f是上述三种能量消耗的综合反映。 1、轮胎变形的影响 轮胎的变形使得地面垂直反力与轮轴负荷形成一个滚动阻力矩,将此滚动阻力矩除以车轮的动力半径即为滚动阻力(与行驶方向相反),可见轮胎阻力矩大小是由轮胎变形决定的。 然而轮胎变形又要消耗能量用以克服橡胶、帘布的摩擦,以及车轮组成件之间的机械摩擦上,如内、外胎之间,轮胎与轮辋之间的机械摩擦。 因此,所有影响轮胎变形的因素都将影响滚动阻力值,如轮胎气压、轮胎的宽度与直径。 轮胎气压: 轮胎充气压力对滚动阻力的影响较为复杂,在考虑轮胎气压的同时还必须考虑行驶的路面条件,从而作出比较全面的分析。 当轮胎行驶于坚硬的路面上时,则行走系统功率的消耗主要取决于轮胎的变形量。 很明显,轮胎充气压力越高、变形量越小,则相应的滚动阻力就越小。 当轮胎行驶在松软地面或未加修整的场面时,路面变形量则是滚动阻力增加的主要因素,此时多采用降低轮胎充气压力的办法来降低接地压力,以获得较大的附着力,但总的来说这种办法并不是降低滚动阻力的有效措施。 轮胎宽度和直径: 增加穹胎宽度可以增加接地面积,有利于降低路面的变形,因此可以降低滚动阻力。 但实际研究表明,这种措施的效果并不显著,这是因为轮胎宽度的增加可以使其径向刚度增加,这在松软路面上会引起滚动阻力的增加,另外,轮胎宽度的增加也会使得车辆在行驶的路面上遇到障碍的机会也增多。 试验又表明,车轮直径对滚动阻力有影响,直径大而滚动阻力小,车轮直径小则滚动阻力大。 在轮式工程机械上均采用大直径、大宽度的低压轮胎,是从多方面不降低滚动阻力和提高牵引能力。 2、路面条件的影响 路面情况对滚动阻力的影响极大,大家都知道平坦硬路面对车轮的滚动阻力小,而松软不平的路面滚动阻力大。 因为土的变形量过大,同样也增加作用在车轮上的滚动阻力矩,这个滚动阻力矩与轮胎变形所形成的滚动阻力矩不同,轮胎变形所形成的滚动阻力矩其地面对车轮反力方向垂直向上但不通过轮心,地面变形所形成的阻力矩其地面对车轮的反力方向倾斜于轮心方向而又不通过轮心。 工程机械上采用大宽型低压轮胎在软路面上是有比较好的效果。 3、行驶速度的影响 试验结果表明,在较低速范围内滚动阻力的影响甚微,随着车轮行驶速度的增加,滚动阻力略有降低,因为轮胎对地面短暂时间的作用对减少地面变形量略有作用。 4、从动轮与主动轮的滚动阻力 由于切线牵引力的作用,主动轮与路面接触印迹向轮胎前进方向移动,驱动力矩越大,这种现象越明显,因此地面对轮胎的垂直反力与轮心垂直距离越大,滚动阻力也就越大。 从动轮与地面接触印迹的变化不那么大,所以它比主动轮的滚动阻力小。 影响滚动阻力的因素很多,除了上面分析讨论过的路面和土壤条件、轮胎的结构因素和轮胎气压、行驶速度等外,整机的运行滚动阻力还与车轮的布置方案有关。 前后轴的轮距相同,则机械在运行中同轮辙,后轮的滚动阻力系数将小于前轮的滚动阻力系数,平均滚动阻力系数将有所下降。 轮式工程机械的车速较低,车轮滚动速度对地面沉陷量的影响较小。 在工程机械的设计计算中,由于工程机械的车速较低、轮胎的规格和充气压力都可加以合理的选择,因此可以认为滚动阻力只与对它影响最大的路面条件有关。 二、轮胎与地面之间的附着性能 如同履带式行走机构那样,轮式机械的附着性能同样依赖于地面对驱动车轮能提供的反作用的能力,以及地面抗滑转的能力大小。 驱动轮在驱动力矩的作用下,在轮胎与地面的接触区域内,每一个微元面积上均产生不同程度的滑转,同时产生抗滑转的微反力,这些水平微反力的积分就是切线牵引力。 切线牵引力是附着性质的力,这个力随着牵引负荷的增加而增加,同时伴随牵引负荷的增加轮胎相对地面的滑转率也增加,当牵引负荷超过轮胎与地面之间附着能力的极限值之后,轮胎发生全滑转。 在作业工况下,当滑转率达到容许滑转率(δ=100%)时,轮式工程机械所产生的最大切线牵引力称为附着力Pψ,其本质是轮胎与地面之间的摩擦力,以及轮胎花纹与土壤之间嵌合水平挤压土壤产生抗剪力的最大能力。 在运输工况下轮式工程机械多在较坚实的硬路面上行驶,其附着性能主要由路面提供的摩擦反力决定。 无论在松软地面还是在硬路面上行驶,与切线牵引力产生的同时,驱动车轮均不同程度地存在滑转现象。 驱动轮试验滑转曲线如图1-8所示。 图1-8 驱动轮试验滑转曲线 驱动轮的滑转曲线与轮胎的类型、轮胎气压、地面条件和附着重量有关,其中地面条件影响最大。 在硬路面上,附着能力主要取决于轮胎表面与路面之间的摩擦力的大小;在松软路面上则主要取决于路面土的抗剪强度和轮胎与地面之间的摩擦力;在潮湿路面上附着能力急剧下降,在泥泞路面和水面上附着能力下降到最低值。 在松软地面上可以用降低轮胎充气压力来增加接地面积,改善轮胎与路面之间的相互作用情况,因面提高了附着能力。 在容许滑转率工况下的附着力大小,定量地说明了机械的附着性能。 在容许滑转率工况下的相对牵引力定义为轮式工程机械的附着系数ψ。 即: ψ=Pψ/GQ=Pkpmax/GQ(1-27) 轮式工程机械在不同地面上的附着系数见表1—6。 轮式工程机械的相对牵引力φx为: φx=Pkp/Gψ(1-28) 在总体参数设计中,首先要选择和确定柴油机的功率和机重,对不同机种的轮式机械必须根据其作业特点合理选择机械的额定滑转率δH和额定相对牵引力ψH。 通常,轮式机械的额定滑转率δH取值较履带式机械要高。 轮式装载机一般取δH=30~35%,轮式推土机一般取δH=20~30%。 总体参数匹配时应合理地选择相应的额定滑转率和额定相对牵引力ψH。 §1-5轮式行走机构的效率 轮式行走机构作业运行过程中,自身要消耗一定的功率。 一部分功率用于克服滚动阻力,一部分消耗在滑转上。 行走系的效率定义为车轮输出功率与输入功率之比,即: ηx=PkpV/PkVT=ηf·ηδ(1-29) 式中,ηf──车轮的滚动效率。 此式说明轮式行走系统的效率等于其滚动效率ηf与滑转效率ηδ之积,其滚动效率ηf亦可表示为: ηf=Pkp/Pk=(Pk-Pf)/Pk=1-Pf/Pk(1-30) 由此可见,当机械的工作阻力相同时,减少车轮滚动阻力就可以提高滚动效率,如果近似地认为滚动阻力不随作业阻力而改变,那么作业阻力越大,滚动效率就越高。 但从经济的角度看来,尽可能降低滚动阻力是提高滚动效率的根本所在。 因此,影响滚动阻力的因素都会影响滚动效率;滑转效率将随牵引力增加而减小。 轮式机械的行驶效率随切线引力的变化如图1-9所示。 图1-9 轮式机械行驶效率曲线 提高轮胎与地面的附着能力,可以减少驱动轮的滑转损失,从而提高轮式机械的行驶总效率。 轮式行走机构的总效率随作业阻力而变化,当作业阻力增加到一值时,其行驶总效率将达到最大值ηxmax。 根据以上对轮式工程机械的行驶效率ηx的分析可得出如下结论: 1.为提高轮式工程机械的行驶效率ηx,就应该减少轮胎的滚动阻力。 2.为提高轮式工程机械的行驶效率ηx,就应该提高轮胎与路
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