1-1轮式底盘行驶理论

X n ⋅ rn = Z n ⋅ an
可得
ZFS
an X n = Zn rn
从动轮滚动阻力系数
2012-329
an fn = rn
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Qn ⋅ f n = Pf
——从动轮滚动阻力 从动轮滚动阻力
2、 驱动轮动力学
重之和； 重之和；
受到的力有： 受到的力有：
Q ——驱动轮轴作用在驱动轮上的垂直载荷与驱动轮自 K
ZFS
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3、轮胎侧面和轮辙侧面产生摩擦 4、车轮把土向前推移即拥图现象
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分析： 分析： 土地的性质：土壤的种类 含水量、密实度都有着显 种类、 1、土地的性质：土壤的种类、含水量、密实度都有着显 著影响， 著影响，如： 松软——轮辙深—— ——轮辙深——滚动阻力大 松软——轮辙深——滚动阻力大 2、 轮胎的充气压力 在松软的土壤上，土壤变形是主要的影响，降低胎压 松软的土壤上 土壤变形是主要的影响， 可增大轮胎支承面积，从而降低接地比压，减小轮辙深度， 可增大轮胎支承面积，从而降低接地比压，减小轮辙深度， 最终减小滚动阻力，但胎压降到一定值后， 最终减小滚动阻力，但胎压降到一定值后，滚动阻力反而 增大，此时轮胎变形对滚动阻力的影响其主要作用，因此， 增大，此时轮胎变形对滚动阻力的影响其主要作用，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。 在一定条件下有一个对应最小滚动阻力的最佳充气压力。
σtgϕ
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不同性质的土壤， 不同性质的土壤，C及tgφ的数值相差很大，对于纯粘性 的数值相差很大， 土壤， 土壤的抗剪能力主要由土壤的粘聚力决定； 土壤， tgφ≈0，土壤的抗剪能力主要由土壤的粘聚力决定； 抗剪能力主要由土壤的内摩擦力决定。 对于纯干砂C≈0，抗剪能力主要由土壤的内摩擦力决定。实 际遇到的土壤介于二者之间。 际遇到的土壤介于二者之间。
T =ψ Qk
④最大的附着重量利用系数为附着系数，所以有 最大的附着重量利用系数为附着系数，
ZFS
2012源自文库329
T ≤ Pϕ = Qk ⋅ ϕ
常用地面条件的附着系数见教材P.172 常用地面条件的附着系数见教材
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3、影响附着性能的因素 ①土壤性质
Tτ max = Fττ max = Fc ⋅ c + Fτ 6tgϕ
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在坚实的地面上滚动时，轮胎变形起主要作用。此时， 坚实的地面上滚动时，轮胎变形起主要作用。此时， 上滚动时 增大胎压可减小轮胎变形，从而减小滚动阻力。 增大胎压可减小轮胎变形，从而减小滚动阻力。
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3、作用在车轮上的垂直地面的载荷 垂直载荷增大，轮胎变形和轮辙深度都要增加， 垂直载荷增大，轮胎变形和轮辙深度都要增加，从而滚 动阻力增大 4 、轮胎的尺寸 增大轮胎的宽度和直径均有增大轮胎支承面积， 增大轮胎的宽度和直径均有增大轮胎支承面积，减小 轮辙深度，从而减小滚动阻力。 轮辙深度，从而减小滚动阻力。工程机械采用宽基低压轮 相当于增大车轮半径）。但应说明胎压不能太低， ）。但应说明胎压不能太低 胎（相当于增大车轮半径）。但应说明胎压不能太低，否 则轮胎变形增大降低其使用寿命； 则轮胎变形增大降低其使用寿命；增大轮胎直径可减小滚 动阻力，但也应说明增大轮胎直径不仅增加机械成本， 动阻力，但也应说明增大轮胎直径不仅增加机械成本，而 且还受到传动系统总传动比和整机稳定性的限制。 且还受到传动系统总传动比和整机稳定性的限制。
二 车轮动力学
1、从动轮动力学 地面反作用的分布， 地面反作用的分布， 合力的作用点向车 轮滚动方向前移一 段距离。 段距离。
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原因：轮胎的迟滞损失；软地面的压实损失。 原因：轮胎的迟滞损失；软地面的压实损失。
1、从动轮动力学
力平衡方程
Fn = X n ; Qn = Z n
摩擦面积； A ——摩擦面积； 摩擦面积上的比压； 即为摩擦面上的垂直载荷。 p ——摩擦面积上的比压；Ap即为摩擦面上的垂直载荷。 实验证明： 实验证明：
µ
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随摩擦面相对速度的增大而增大，对驱动轮来讲， 随摩擦面相对速度的增大而增大，对驱动轮来讲， 亦即随滑转率的增大而增大 的增大而增大。 滑转率将随T的增大而增大。一般可以认 达最大值。 为滑转率为100%时T达最大值。
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动力半径：几何中心至地面水平反力之间的距离（ 动力半径：几何中心至地面水平反力之间的距离（考虑车轮 受到水平、垂直两种载荷作用时地面与车轮同时变形） 受到水平、垂直两种载荷作用时地面与车轮同时变形）
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动力半径近似计算公式 式中： 式中：
rK = r0 − ∆b
r0 ——轮胎的自由半径 b ——轮胎断面宽度 变形系数， ∆ ——变形系数，对于铲土运输机械用的低
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τ max = c + σtgϕ
τ max = C + σtgϕ
C
单位受剪面积上土壤的内聚力 内聚力， ——单位受剪面积上土壤的内聚力，其数值与土壤 的性质有关，而与土壤受剪面积上的正压力无关； 的性质有关，而与土壤受剪面积上的正压力无关； 内摩擦力。 单位受剪面积上土壤质点间的内摩擦力 ——单位受剪面积上土壤质点间的内摩擦力。其数 值与土壤的性质有关。 剪面上的正压力， 值与土壤的性质有关。σ 受剪面上的正压力，tgφ 为内摩擦系数， 为内摩擦角。 为内摩擦系数， φ为内摩擦角。
第二部分 行驶理论及牵引计算
一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 八、 轮式底盘行驶理论 履带式底盘行驶理论 行驶稳定性 牵引力平衡和牵引功率平衡 传动系传动比的分配及确定 发动机与液力变矩器的匹配 牵引特性曲线及动力特性曲线 传动系计算载荷的确定
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第一节 轮式底盘行驶理论
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滚动阻力的一般计算公式：
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Pf = Qf
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常用滚动阻力系数见教材P.170
车轮布置和平均滚动阻力系数的关系
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四、驱动轮的滑转和附着性能 1、 驱动轮的滑转率和滑转效率 、 驱动轮的滑转率 滑转率和 滚动半径： 滚动半径：
r
动力半径： 动力半径：
v 实际速度： 实际速度：
T = Tτ + Tµ
与土壤受剪面积有关， 其中 Tτ 与土壤受剪面积有关，可表示为
Tτ = τ cp ⋅ Fτ
τ cp
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——土壤受剪面积上的平均剪应力； 土壤受剪面积上的平均剪应力； 土壤受剪面积上的平均剪应力 可表示为Comlumb公式 公式 τ max ，可表示为
土壤受剪面积。 土壤受剪面积 Fτ ——土壤受剪面积。 土壤的抗剪强度
行驶的充分必要条件： 行驶的充分必要条件：
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P ≥ PK ≥ P + ( Pf 1 + Pf 2 ) = P + Pf φ
' KP ' KP
附着力
驱动力
滚动阻力
各种阻力
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一、 车轮运动学
1 刚性车轮在刚性地面上的运动分析
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滑转时
纯滚动
滑移时
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理论速度
vT = r ⋅ ω
FK ——驱动轮轴作用
在驱动轮上的水平 阻力； 阻力；
RK ——地面全部反作
用力的合力； 用力的合力；
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M K ——传动系传到驱
动轮上的驱动转矩。 动轮上的驱动转矩。
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由平衡条件可知： 由平衡条件可知：
FK = T
QK = Z K
M K = Trk + Z K a K
MK aK = T + ZK rk rk
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Pk ⋅ vT − Pk (vT − v) v r ηδ = = = Pk vT vT rk
δ = 1 − ηδ
滑转曲线、 2 、滑转曲线、附着力及附着系数 牵引力由两部分组成： 牵引力由两部分组成： 挤压土壤的反作用力； ①挤压土壤的反作用力；Tτ T 花纹表面与土壤的摩擦反力。 ②花纹表面与土壤的摩擦反力。 µ
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土壤的抗剪曲线
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可以看出： 的增大， 增大， 可以看出：随着σ的增大，τ 增大，且τ随受剪面 上的滑移量增加而增大， 有一最大值。 上的滑移量增加而增大，且有一最大值。
轮胎胎面花纹表面和土壤的摩擦力 T µ ，可表示为
Tµ = µAp
µ ——轮胎和土壤的摩擦系数； 轮胎和土壤的摩擦系数；
滑转率： 滑转率：
= ωk ⋅ r
rk
= ωk ⋅ rk
理论速度： 理论速度： vT
vT − v v r δ= = 1− = 1− vT vT rk
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注意：滑转率表示机械的滑转程度 而用滑转效率 表示机械的滑转程度， 滑转效率反映滑 注意 ： 滑转率 表示机械的滑转程度 ， 而用 滑转效率 反映滑 转引起的功率损失 功率损失。 转引起的功率损失。
vT − v rd ω K − rω K r δ= = =1− vT rd ω K rd
已知滑转率δ， 已知滑转率 ，可用下式计算工程 机械的实际行驶速度υ： 机械的实际行驶速度 ：
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v = (1 − δ )vT
最佳滑转率 δ H
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行驶条件下， 的值不应超过 的值不应超过3～ ； 行驶条件下，δ的值不应超过 ～5%； 作业中，允许的最佳滑转率不超过 不超过30%。 作业中，允许的最佳滑转率不超过 。
压胎， 压胎，
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在松软土壤上： 在松软土壤上： 在密实土壤上： 在密实土壤上： 对于高压胎： 对于高压胎：
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∆ = 0.08 ~ 0.10 ∆ = 0.12 ~ 0.15 ∆ = 0.10 ~ 0.12
滑转率： 滑转率：
驱动轮理论速度与实际速度之差，对理论速度的比值， 驱动轮理论速度与实际速度之差，对理论速度的比值，称 为滑转率δ： 为滑转率 ：
三、影响滚动阻力的因素 滚动阻力是由滚动阻力距引起的（垂直反力前移） 滚动阻力是由滚动阻力距引起的（垂直反力前移）
车轮在地面上滚动时有以下现象： 车轮在地面上滚动时有以下现象： 1、地面垂直方向产生残余变形而形成车辙（软地面） 地面垂直方向产生残余变形而形成车辙（软地面） 2、轮胎弹性部分周期发生变形，各组成部分及材料内 轮胎弹性部分周期发生变形， 部产生摩擦（坚实硬地面） 部产生摩擦（坚实硬地面）
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为了方便起见， 为了方便起见，以后将不区分驱动轮和从动轮上的滚动阻 力系数和滚动阻力。 力系数和滚动阻力。但应明确驱动轮和从动轮都有滚动阻 亦即计算滚动阻力时，垂直载荷应为整车（ 力，亦即计算滚动阻力时，垂直载荷应为整车（机）的垂 直于地面的法向载荷。 直于地面的法向载荷。
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实际速度
v = ω ⋅ OO1
车轮的三种运动状态分析 纯滚动时： ① 纯滚动时：
v = vT
v = OO2 ⋅ ω
r = OO1
r < OO
r > OO1"
' 1
②滑移时：（从动轮制动时） 滑移时：（从动轮制动时） ：（从动轮制动时
v > vT
ZFS
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③滑转时： （驱动轮加速时） 滑转时： 驱动轮加速时）
令 ZFS
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aK 驱动轮滚动阻力系数 = f K ——驱动轮滚动阻力系数 rk
QK ⋅ f K = PfK
——驱动轮滚动阻力 驱动轮滚动阻力
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Mk 切线牵引力（ = Pk ——切线牵引力（驱动力) rk
则上式可写为
Pk = T + Pfk 或
T = Pk − Pfk
的力， T——为地面作用在驱动轮上克服水平阻力FK的力，称为 牵引力（有效牵引力） 牵引力（有效牵引力）。
v < vT
v = OO3 ⋅ ω
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充气轮胎的几个半径： 充气轮胎的几个半径：
滚动半径： 滚动半径：轮胎回转中心到速度瞬心之间 的距离；描述车轮运动状态的参数。 的距离；描述车轮运动状态的参数。实际 测量计算时可用下式： 测量计算时可用下式：
S rr = 2πnK
自由半径：轮胎充气后，不受任何载荷时的半径； 自由半径：轮胎充气后，不受任何载荷时的半径； 静力半径：轮胎充气后，仅受垂直载荷时轮胎回转中心至车 静力半径：轮胎充气后， 轮与地面接触点（ 之间的距离； 轮与地面接触点（面）之间的距离；
由于 T = T + T τ µ
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滑转率曲线
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规定： 规定： ①附着力——由地面附着条件决定的最大牵引力 附着力 由地面附着条件决定的最大牵引力
Tmax = Pk max − Pkf
Pϕ
驱动轮上垂直地面的载荷。 ②附着重量——驱动轮上垂直地面的载荷。Qk ③附着重量利用系数