第5讲摊铺机行走系统设计.doc

第五讲 摊铺机行走系统设计摊铺机是边行走边作业的路面施工机械摊铺机在牵引工况时，需要克服由拖挂熨平装置及顶推运料车而产生的工作阻力；在运输工况下，仅需要克服包括熨平置在内的整机重力产生的行驶阻力摊铺机在作业工况下摊铺速度较低，一般设计的最高摊铺速度不超过16m/min，通常使用的摊铺速度为3m～9m/min（摊铺沥青混合料）、1m～4m/min（摊铺稳定土）摊铺机在运输状态下的最高行驶速度不超过20km/h（轮胎式）、4km/h（履带式）为确保摊铺路面的平整度要求，摊铺机应具有恒定的摊铺速度，其变化率应控制在8%以内摊铺机在工作时，发动机输出的供行驶所用的功率不太大，一般占发动机总输出功率的15%～30%1 摊铺机的运动学1.1 轮胎式摊铺机的运动学大多数轮胎式摊铺机的驱动方式采用后桥驱动前轮转向采用实心轮胎，后轮驱动采用充气轮胎摊铺机作业时的路况，规范要求是具有不小于0.95压实度的土基、稳定土层或沥青基层，因而，驱动轮的状态相当于弹性车轮在刚性地面上滚动轮胎和地面之间存在着滑转动力半径rk是动力学参数（图1），它等于车轮几何中心到牵引力作用线的图1 充气轮胎在刚性地面上滚动距离，由试验测定。

相同的轮胎，不同的充气压力，不同的牵引力，则rk的大小有所不同轮胎的刚度增加，rk值略有增大同一轮胎从静止状态到滚动状态，由于刚度增加，动力半径rk也就略大于静力半径r，计算时，可取rk=（1.005～1.010）r，大型摊铺机取小值小型摊铺机取大值摊铺机的理论行驶速度Vt用下式表示：Vt=2πnkrk （m/min） （1）实际行驶速度v用下式表示：V=（1－δ）Vt （m/min） （2）或 V=2πnkrk（1－δ） （m/min） （3）式中， nk——驱动轮转速，r/min； rk——驱动轮动力半径，m；δ——驱动轮滑转率，计算时取额定滑转率1.2 履带式摊铺机的运动学驱动轮几何中心相对于地面的直线运动，可以看成是驱动轮几何中心相对于接地链轨的相对运动和接地履带相对地面的滑转运动的合成摊铺机的理论行驶速度Vt用下式表示：Vt=nkZkt （m/min） （4）或 Vt=2πnkrk （5） 实际行驶速度V用下式表示：V=（1－δ）Vt （6）或 V= nkZkt（1－δ） （m/min） （7）上述各式中，nk——驱动轮转速，r/min；Zk——驱动轮每转卷绕的履带板块数，即啮合齿数；t——链轨节距，m；δ——履带滑转率，计算时取额定滑转率。

有效啮合齿数用下式计算：Zk=式中，Z——驱动轮齿数2 摊铺机的动力学2.1 轮胎式摊铺机的动力学轮胎式摊铺机在坡道上直线作业时的受力情况见图2图中，Gs摊铺机的使用重量，即主机重力与料斗中混合料重力之和；Z1、Z2——前、后轮的轴负荷反力；Ff1、Ff2——前、后轮的滚动阻力；Ft——顶推料车的工作阻力；Fy——拖挂熨平装置的工作阻力；Fk——切线牵引力；a1、a2——前、后轮的滚动摩擦系数；α——地面纵坡度摊铺机在作业时，摊铺速度较低，加速度很小所以，计算时不考虑风阻力及加速阻力图2 轮胎式摊铺机在坡道上直线作业时的受力图根据受力平衡条件，建立以下方程式：坡度阻力Fα=Gssinα （8）Fk=Ft+Fy+Fα+Ff1+Ff2 （9）令式（9）中各阻力之和为Fkp，即整机阻力Fkp为Fkp=Ft+Fy+Fα （10）滚动阻力系数通常由试验测定，试验时测定的是整机滚动阻力Ff，由公式f=计算整机滚动阻力系数f。

所以，如令f与前、后轮的滚动阻力系数f1、f2相等，则整机滚动阻力Ff为Ff=Ff1+Ff2=Z1f1+Z2f2 Ff=Gsfcosα （11）故Fk=Fkp+Ff （12）当把前、后轴的轴负荷反力Z1、Z2平移到车轮接地中心位置时，则前、后轮上还作用有滚动阻力矩Mf1=Z1a1，Mf2=Z2a2，对摊铺机整机来说，整机滚动阻力矩Mf=Mf1+Mf2，即 Mf=Gsfrkcosα （13）对前轮接地中心求矩，得下列方程式：Z2= Z2= （14）同理，Z1=Gscosα－Z2 （15）设计时，车轮驱动力矩Mk用下式计算： Mk=Fkrk （16）式中， Mk——车轮驱动力矩； Fk、rk表示意义同前。

2.2 履带式摊铺机的动力学履带式摊铺机在坡道上直线作业时的受力情况见图3图3 履带式摊铺机在坡道上直线作业时的受力图图中， Gs——摊铺机的使用重量；Ｚ——地面的支承反力；Ff——履带行走机构的滚动阻力；Ft——顶推料车的工作阻力；Fy——拖挂熨平装置的工作阻力；Fk——切线牵引力；α——地面纵坡度坡度阻力Fα=Gssinα （17）Fk=Ft+Fy+Fα+Ff （18）令整机阻力Fkp=Ft+Fy+Fα，即Fk=Fkp+Ff （19）Ff=Gsfcosα （20）式中， f——滚动阻力系数设计时，用式（16）计算车轮驱动力矩Mk，即Mk=Fkrk　3 摊铺机的附着性能及行走机构的效率3.1 摊铺机的附着性能摊铺机的附着性能好，作业时轮胎或履带很少打滑，摊铺路面平整为了使摊铺的路面平整、密实，摊铺机应在允许的滑转率情况下作业。

在滑转率达到允许值时，车辆能发挥的最大切线牵引力称为附着力Fj，用下式表示：Fj=jGj （21）而单位附着重量的切线牵引力称为附着重量利用系数jx，用下式表示：jx= （22）式中，Gj——附着重量，轮胎式摊铺机Gj =（见图2），履带式摊铺机Gj=Gscosα（见图3）； Fx——切线牵引力摊铺机设计时选用的滑转率应小于允许滑转率，称额定滑转率δH选取时还应考虑满足作业时具有最大生产率的条件根据经验，轮胎式摊铺机δH=5%～10%，履带式摊铺机δH=3%～8%，大型摊铺机取小值，小型摊铺机取大值，低速档摊铺取小值，高速档行驶取大值3.2 行走机构的效率由摊铺机动力学可知，Fk表示全部驱动轮上切线牵引力之和，Ff表示全部车轮（或履带）的滚动阻力之和，Fkp表示整机的阻力之和，由公式（12）（19）得：Fkp=Fk-Ff （23）行走机构的效率ηx是指牵引功率Nkp和驱动功率Nk之比，即ηx= （24）对于轮胎式摊铺机：ηx==即，ηx= （25） ηx=ηfηδ （26）式中，ηf——滚动效率，ηf=；ηδ——滑转效率，ηδ=1-δ，δ取额定滑转率；jx——附着重量利用系数，取0.4～0.6，土基取小值，沥青基层取大值，松散表面层取小值，密实基层取大值；f——滚动阻力系数，取0.02～0.04，土基取小值，沥青基层取大值，松散表面层取小值，密实基层取大值。

对于履带式摊铺机：ηx==ηr=ηr即，ηx=ηr （27） ηx=ηrηfηδ （28）式中，ηr——履带机械效率，计算时取ηr=0.96～0.97；其余代号意义同前，取值大小原则也同前所述，δ取额定滑转率；jx取0.5～0.7，f取0.06～0.084 摊铺机的牵引功率计算计算发动机输出的牵引功率是摊铺机设计的重要内容之一牵引功率的计算是在如下条件下进行的：（1）摊铺机设定的摊铺宽度及摊铺厚度可取最大摊铺宽度及最大摊铺宽度下的最大摊铺厚度对于大宽度多功能摊铺机，按摊铺稳定土计算，可取设定摊铺宽度下的最大摊铺厚度2）顶推满载料车摊铺大中型摊铺机选重型料车3）上坡摊铺可取公路技术规范规定的最大纵坡度4°（ 7%）4.1 摊铺机牵引功率的相关参数及计算4.1.1 摊铺机的滚动阻力Ff 摊铺机的滚动阻力Ff用下式表示：Ff=（G+Q1+Q2）gf1cosα （N） （29）式中，G——摊铺机的主机质量，㎏（以下单位均为㎏）； Q1——料斗中混合料的质量，等于料斗使用容积（m3）乘以料斗中混合料密度，沥青混合料取1470㎏/ m3，二灰碎石取1540㎏/ m3； Q2——料车向料斗中卸料后剩余的混合料由于车厢倾斜而分配给摊铺机的混合料质量，取Q2=，式中Q为料车载的料的总质量；g——重力加速度，9.8m/s2；f1——摊铺机滚动阻力系数，履带式摊铺机摊铺沥青混合料取0.06，摊铺二灰碎石取0.08；轮胎式摊铺机摊铺沥青混合料取0.04；α——地面纵坡度，取4°。

4.1.2 摊铺机的坡度阻力Fα摊铺机的坡度阻力Fα用下式表示：Fα=（G+Q1+Q2）gsinα （N） （30）式中代号意义同前4.1.3 顶推料车的工作阻力Ft顶推料。