工程机械底盘_行驶理论(完整)

P Q
由以上讨论可知，由于地面附着条件的限制，牵引 力： PKP≤Pφ
表1-2 不同路面的附着系数φ
机型 路面条件 混凝土 干粘土 湿粘土 压实粘土 0.9 0.55 0.45 0.40 0.20 0.40 0.65 0.45 0.90 0.70 0.70 0.30 0.50 0.55 轮胎式 履带式 机型 路面条件 松散砾石 压实雪地 冰 坚实土路 松散土路 煤场 轮胎式 0.36 0.20 0.12 0.55 0.45 0.45 履带式 0.50 0.25 0.12 0.90 0.60 0.60
第三节 附着性能
二、附着力及附着系数
实验表明：轮胎与地面的摩擦系数值
1、随摩擦面相对速度的增大而增大，对驱动轮来 说即随δ的增大而增大。故当轮胎支承面及垂直载荷一 定时，PKμ增大则δ亦增大。 2、随比压ρ的增大而减小。 所以，切线牵引力PK 将随滑转率δ的增大而增大。 一般可以认为当δ=100% ，达到“打滑界限”时，PK值 达到最大。
滑移率主要用于衡量车轮制动时的滑动情况。例如，汽车 的ABS系统，滑移率设计在20%左右。
二、轮式行走机构动力学
根据试验数据，受有垂直载荷作用的车轮在水平地面上滚 动时，地面对轮胎支承面上反作用力的分布如图所示。其分布 形式与轮胎结构、充气压力、土壤性质和作用在车轮上的载荷 大小有关，但是全部反作用力的合力作用点必然向滚动方向前 移一个距离。
滚动阻力
Pf fQ
式中：Q——车轮上垂直地面的载荷； f ——滚动阻力系数，由试验确定，试验方法 （P14图1-11）
表1-1 常见工况下的滚动阻力系数
履带式 0.05 0.03～0.04 — 机型 路面条件 坚实土路 松散土路 泥泞地、沙地 机型 路面条件 混凝土 冻结冰雪地 砾石路 轮胎式 0.018 0.023 0.029 轮胎式 0.45 0.070 0.09～0.18 履带式 0.07 0.10 0.10～0.15
1、 驱动力PK和行驶阻力Pf
履带式机械
M ei MK PK q q rK rK
式中: ηq—履带驱动段的效率，通常取0.95～0.96； rK—履带机械驱动轮节圆半径,可按下式近似计算：
Z K lt rK 2
式中：ZK — 围绕驱动链轮一周的履带 板数目，对于非间齿啮合，即驱动链 轮的齿数，对间齿啮合，则为驱动链 轮齿数之半； lt — 履带板节距，即每 块履带板两端销孔中心线间的距离。
v vT
v vT
问题：车轮运动时何种状态下会出 现滑转？何种状态下会出现滑移？
2、行驶速度
（1）理论行驶速度
车轮在地面上无滑动的滚动时，其 中心的平移速度为理论行驶速度。
vT rd K
（2）实际行驶速度
车轮在地面上有滑动的滚动时，其中心的平移速度为 实际行驶速度。 v r
K
式中：r—车轮的滚动半径，是一个变量，与车 轮滚动情况有关，通常由试验方法确定，可测 取行驶距离S和驱动轮转过的圈数。
P PK PKP Pf
if if
MK P rd MK P rd
then then
PK max
MK rd
PK max P
二、轮式行走机构运动学 1、车轮滚动的三种情况
（1）纯滚动 （2）滑移 （3）滑转
v vT
v vT OO 1 r
v vT v OO1 v v vT v OO1 v
由车轮运动学，用滑转率来表示驱动轮的滑转程度：
vT v r 1 vT rd
用滑转效率η δ 来反映滑转引起的 功率损失，则
Pk vT Pk (vT v ) v r Pk vT vT rd
由以上两式可得
1
因此，滑转率不但反映了滑转的程度，而且还 反映了滑转时的功率损失。
2、影响滚动阻力的因素
（3）作用在车轮上垂直地面的载荷 当作用在车轮上的垂直载荷增大时，轮胎变形和 轮辙深度都要增加，因此滚动阻力也增大。 （4）轮胎的尺寸 在松软土壤上，增大轮胎的宽度和直径都能增大 轮胎支承面积、减小轮辙深度，从而减小滚动阻力。
3、整机滚动阻力计算
目前，在工程机械设计中广泛采用基于试验数据 的简单公式来计算滚动阻力：
Pw KSv （N）
2
式中: v — 行驶速度（km/h）; S — 机械迎风面积（m2）， K —空气阻力系数，N/(m2km2h-2），一般取0.045。
四、加速阻力Pj和工作阻力
机械加速行驶时，需克服机械平移加速的惯性力和回 转零件加速回转的惯性力矩。
第三节 附着性能 一、驱动轮的滑转率和滑转效率
第三节 附着性能
二、附着力及附着系数
机械行走装置与地面之间的抗滑转能力。地面与行走装 置之间的抗滑转力主要由两部分组成： （1）车轮（或履带）与地面之间的摩擦力； （2）轮胎的花纹对土壤的挤压、剪切所产生的反力。 由驱动轮的动力学知道，驱动轮在土壤上运动时，驱动 PK 是地面对驱动轮的反作用力。可以把PK看作由两部分组成，一 部分是由于轮胎胎面花纹插入土壤表层后，在与驱动轮运动相 反的方向上，以花纹侧面挤压剪切土壤而产生的反作用力 PKτ; 另一部分是轮胎和土壤的摩擦反力PKμ ， PK = PKτ + PKμ
2、影响滚动阻力的因素
（1）土壤的性质 土壤的种类，它的含水量和密实程度对车轮的滚动阻力有显 著的影响。土壤越松软则轮辙越深，滚动阻力也越大。 （2）轮胎的充气压力 车轮在土壤上滚动时，其滚动阻力由轮胎和土壤两者的变形 所引起。在松软土壤上，土壤变形起主要影响，这时，降低轮胎 充气压力可增大轮胎支承面积，从而降低对土壤的比压减小轮辙 深度，最终减小滚动阻力。当轮胎充气压力降到一定数值后，滚 动阻力反随压力的降低而增大。这是因为增大了的轮胎变形对滚 动阻力起主要影响的缘故。因此，在一定条件下有一个对应最小 滚动阻力的最佳充气压力。 在坚实地面上滚动时，滚动阻力主要是轮胎变形引起的，这 时，增加轮胎的充气压力将减小轮胎的变形，从而减小滚动阻力。
PK P Pf
第二节 行驶阻力
铲土运输机械行驶作业时，在机械上作用有以下几 种阻力，如图所示。 风阻力 加速阻力 坡道阻力 工作阻力 滚动阻力
第二节 行驶阻力
一、滚动阻力
1、产生滚动阻力的原因
滚动阻力
a Pf Q fQ rd
轮式作业机械行驶时，由于轮胎与路面的变形，引 起路面对车轮的反作用力偏离车轮纵轴线一个距离（如 图）。反力与偏心距a的乘积构成了与车轮转动方向ω相 反的一个滚动阻力矩，所以车轮滚动时要消耗能量。
工程机械的行驶原理
主 要 内 容
第一节 轮式底盘行驶原理
第二节 行驶阻力
第三节 附着性能 第四节 工程机械的整机性能
第一节 轮式底盘行驶原理 一、 行驶原理
装载机、推土机、汽车起重机、翻斗车等这类作业机械，都是 利用发动机的动力，经传动系传到车轮或履带上以后，借助于对地 面作用所产生的牵引力PK行驶的。如图所示为后轮驱动的轮胎式推 土机在水平地面上作等速直线运动时的受力。
二、坡道阻力
坡道阻力是作业机械爬坡行驶时，车辆自重产生 的沿路面方向的阻力。如图1-12所示。
Pi=Gssinα （1-29）
式中 Gs — 整机使用重量； α — 坡度角。
道路坡度概念： 道路经常用坡度表示 路面倾斜的程度。
h i tan l
三、空气阻力
机械高速行驶时，由于风力及机械与空气之间的相对 运动而产生摩擦和形成涡流，造成能量的损耗。其大小主 要与空气密度、机械外形尺寸以及行驶速度等有关。
第一章 工程机械底盘
行 驶 理 论
行驶理论主要研究内容:
行驶理论主要研究工程机械行走机构的附着牵 引性能、牵引计算，研究牵引功率、牵引效率、行 驶速度、滑转率、燃油消耗量和牵引力之间的关系。
主要研究目的:
1、对于现有的工程机械，通过牵引计算可以进 行牵引性能和经济性的比较。
2、对于正在设计的工程机械，通过牵引计算 可确定发动机功率、传动系统的基本参数，并可预 计所设计机械的牵引性能和经济性。


1、 驱动力PK和行驶阻力Pf (1) 驱动力PK
驱动力也可称为切线牵引力。
轮式机械
M e i MK PK rd rd
rd
式中:rd—动力半径,为车轮中心到驱动力PK之间的距离; η∑—传动系统效率，对机械传动为机械效率;对液力 机械传动，应包含液力变矩器的效率；对液压传动，应 包含液压系统的效率； i ∑ —传动系统(从发动机到驱动轮)的总传动比。
干沙土 湿沙土 岩石坑
三、影响附着性能的ຫໍສະໝຸດ 素1、土壤性质 2、轮胎的充气压力 降低轮胎充气压力可以增大轮胎支承面积，同时 降低轮胎支承面上的比压。 过分降低轮胎充气压力会增加滚动阻力（尤其在 坚实地面上）及降低轮胎使用寿命，因此在确定驱动 轮轮胎充气压力时必须全面加以考虑。
1、产生滚动阻力的原因
车轮在地面上滚动时，可以看到以下现象： （1）地面在垂直方向被压实而形成轮辙； （ 2 ）轮胎的弹性轮缘部分周期性地发生变形。 使得弹性轮缘各组成部分之间（如帘布层之间、 内外胎之间、衬带和轮辋之间等）产生摩擦，轮 胎材料内部各质点之间也产生摩擦； （3）轮胎侧面和轮辙侧面相互摩擦； （ 4 ）车轮把土向前推移，即所谓“拥土”现象。 在坚实路面上，滚动阻力主要由轮胎变形引 起；在松软地面上，滚动阻力主要由地面变形， 形成轮辙引起。
1、 驱动力PK和行驶阻力Pf (2) 行驶阻力Pf
对于轮式机械,行驶阻力应为 所有车轮所承受阻力的总和
Pf Pf 1 Pf 2
(3) 有效牵引力PKP
轮式机械
履带机械
PKP PK Pf 1 Pf 2 PKP PK Pf
2、 附着力PΦ