工程机械稳定性

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单元标题第六章工程机械总体设计单元学时 3 教学目标

使学生了解工程机械设计的基本原则，了解工程机械设计程序与样机试制、试验掌握工程机械总体设计方法，熟悉并掌握工程机械的稳定性计算。

教学重点

工程机械总体设计方法和工程机械的稳定性计算。

教学难点

对工程机械总体设计方法内容的理解，稳定度的概念和计算

教学方式方法

采用ppt，以文档，图片等形式引导学生建立起对工程机械总体设计方法的理解。使学生对工程机械产品从设计程序、样机试制到试验全过程有全面地了解。

教学手段

采用ppt，以面授通过文档，图片等形式讲解

教学过程

回顾及导引新课

第一节设计工程机械的基本原则

第二节设计程序与样机试制、试验

第三节工程机械的稳定性计算

第四节工程机械总体设计综述

第五节装载机总体设计

第六节推土机总体设计

第七节工程机械的技术及经济指标

讲课内容（转讲稿页）

讲课内容备课札记

第三节工程机械的稳定性计算

工程机械的稳定性是指：机器行驶或工作时不发生滑移和倾翻而保持正常运行与工作的性能。

1 静稳定性分析：在进行稳定性计算时，有时只考虑作用在机器上的稳定载荷(静力载荷)，则称为静稳定性分析

2 动稳定性分析：有时必须考虑稳定载荷和动载荷(惯性力)的联合作用，则称为动稳定性分析。

⏹在工程机械行业尚未形成统一的成熟的稳定性计算方法，

通常引用起重运输机械的稳定性计算方法，如稳定系数法、稳定度法等。

一、评价稳定性的指标

1 稳定性系数

装载机的稳定程度可用稳定力矩与倾翻力矩的比值来表

示，称为稳定性系数。

⏹倾翻力矩：铲斗中的物料重，惯性力，坡度力矩；

⏹稳定力矩：机器自重产生的力矩；

不倾翻的条件：装载机不发生倾翻的条件是：

⏹考虑动载荷的影响和地面不平，一般规定K值应大于等于2。

2.稳定度的概念i

装载机的倾翻是因为作用在机器上的合成重力作用线超过支承面而发生的。

如图所示，G 为作用在装载机上的合成重力作用点．A 为前轮接地点，连接GA ，过G 点作地面垂线GE ，得α=AGE 。如果合成重力的作用线在支承界限A 以内，即作用角小于α，则机器不会发生倾翻；如果机器的合成重力作用线恰好通过GA 线，则机器处于临界稳定状态，α角被称为稳定角，tan α被称为稳定度，用i 表示。若不计轮胎变形，则稳定度i 为

GE

AE i ==αtan

稳定度是评价机器在坡道运行上运行的稳定性的指标。 稳定度i 也表示路面的坡度。当装载机在大于稳定度i 的坡道上，合成重力作用线超过支承界线，则装载机统前轮接地点连线倾翻。

稳定度既可以度量纵向稳定性，也可以度量横向稳定性。如图3—10所示。

(纵向稳定力臂)为L1, (横向稳定力臂)为S ，则该机的纵向稳定度为h

L i 1tan ==α；横向稳定度为h S i ==11tan α。 由此可知，稳定度与重心位置有关。重心位置越低，距接地点越远，则稳定度越大，装载机稳定性越好。

稳定度的值可以把装载机放在可倾斜的平台上实测得到，也可以在确定该机重心位置的条件下，用计算求得。

⏹稳定度i：即临界失稳角α以坡度表示称为稳定度i，

常用百分数表示。

⏹稳定度i是稳定力臂和重心到地面的高度的比值。

结论:一定结构的机器在小于其稳定度的坡道上稳定运行时，不会发生倾翻，在大于稳定度的坡道上，将发生纵向倾翻。

⏹轮式装载机稳定性计算:

⏹轮胎式工程机械，如轮式装载价、轮式推土机、轮式挖掘

机等，由于工况变化、载荷变化造成轮胎的变形不同，因而其稳定性计算具有一定的特殊性与典型性。以下以轮式装载机为例讨论稳定性计算方法。

二、轮胎式工程机械的稳定性计算

(一)轮式装载机稳定性计算工况

⏹轮式装载机有如下四个作业情况容易发生倾翻：

1．在额定载荷下，下坡运输作业；

2．在水平地面上，动臂水平外伸满载作业；

3．满载铲斗在最高位置作业；

4．空载横坡路而运行。

⏹上述1、2两计算情况决定纵向稳定性，

⏹3、4两计算情况决定横向稳定性。

纵向稳定度i

1 倾翻轴与坡底线平行的稳定度i：

⏹式(9-20)是假设前轮接地连线EF与坡底线OQ平行的稳定

度。

倾翻轴与坡底线有夹角θ时i1

2．地形对稳定度i的影响：

⏹如果由于地形的影响，线EF与坡底线OP有夹角θ时，其

稳定度i1应为

3．轮胎变形对稳定度的影响

⏹当机器绕前轮接地点翻转时，前轮承受了整机重量，后轮

离地前负荷为零。因此，在临界倾翻之前，由于轮胎变形的影响，机器巳预先向前倾斜一角度。

⏹所以，将轮胎变形影响计算在内的纵向稳定度应为：

(四)横向稳定性计算

⏹轮式装载机为适应施工场地不平整的作业条件、大多数装

载机在后桥与车架之间用纵向水平铰销(称后桥中心销)联结。由该销和两前轮接地点组成三角形EFD(投影面为三角形EdF)，如图9-9所示。

一、二级稳定性定义

一级稳定性：机器以该三角形为支承面的横向稳定性称为一级稳定性，此时机器若倾翻、则是绕ED或FD轴倾翻。

二级稳定性：在丧失一级稳定性后，则以四轮接地点所构成的支承面的横向稳定性称为二级稳定性。

(2) 轮胎接地连线与坡底线夹角为θ时

⏹由于此时倾翻轴Ed平行于坡底线，所以

⏹此时的一级稳定度为

2．二级稳定性计算

⏹定义：当机器重心垂线超出支承三角形ED边时，它开始绕

ED轴发生翻转，逐渐消除后桥与车架间的摆动角γ (一般约10度左右)，直到车架档块与后桥壳档块相接触时，机器的稳定性转变成以四轮接地点连线的矩形(EFIK)为支承面的稳定性问题。此时，机器则是绕前后轮接地点连线EI为轴进行横向倾翻，称为二级稳定性。