履带车辆行驶阻力预测方法探讨

履带车辆行驶阻力预测方法探讨

夺情书生

（长安大学工程机械学院08级交通建设与装备陕西西安）

【摘要】：本文首先分析了履带式车辆行驶的各种阻力，找出了影响车辆行驶阻力的主要因素。并通过对履带车辆行驶阻力的理论分析,建立了包括压实土壤做功、推土做功在内的履带车辆行驶阻力的数学模型。在贝克、Rowland以及K.Kogure等人研究的基础上，进一步演算出了更为准确和实际的履带式车辆行驶阻力预测方法的计算公式。并对各个参数的确定提出了一些确定方法。

【关键词】：履带车辆行驶阻力压实土壤做功数学模型经验公式推土做

功试验研究土壤

Abstract: This paper first analyzes the caterpillar vehicles on various resistance, influenced the vehicle is the main factors of resistance. And through the tracked vehicles driving resistance established the theoretical analysis of soil work includes compaction, earth-moving work caterpillar vehicles driving resistance, the mathematical model. In K.K Rowland and ogure baker, based on the study of such people, further calculus out more accurate and practical caterpillar vehicle resistance prediction method calculation formula. For each parameter is determined and puts forward some methods to determine them.

Key words: Caterpillar vehicles driving resistance soil, compaction work experience formula earth-moving work, mathematical model of soil, experimental study, Test study soil

一、履带车辆行驶的各种阻力的分析

1 地面对履带的运行阻力

地面对履带的运行阻力是指地面变形造成的运行阻力，其大小和履带接地比压、车辆质心位置及地面情况等因素有关。因工程车辆一般都要在比较恶劣的地面上施工作业，所以在选运行比阻力系数的时候，应充分考虑全各种工作环境，选取合适的阻力系数。对于一些较常见的路况，以泥泞地、细砂土及开垦的耕地的阻力系数为最大。

根据经验可得，在平地行驶的情况下，该阻力占到总阻力的93%，所以，在下文中会对该阻力进行着重分析。

2 内阻力

内阻力主要指由行走机构内部的摩擦力造成的行走阻力。一般的履带式行走机构都是由驱动机构、履带、支重轮、导向轮、托链轮或托链板等组成。在行走时，这些机构之间的摩擦必定会产生一定的内部阻力，这种阻力一般主要有五部分组成：（1）履带板绕过导向轮和驱动轮时，履带销子与履带销套间相对转动时的摩擦阻力。这种阻力与履带销子直径、履带销与销套间的摩擦系数有关。（2）支重轮处的摩擦阻力。这种阻力与支重轮外径、支重轮直径、支重轮传到履带板的重力及支重轮和轮轴间的摩擦系数有关。（3）导向轮处的摩擦阻力。这种阻力与导向轮轴和轴承间的摩擦系数、导向轮轴径及导向轮滚道直径有关。（4）驱动轮处的摩擦阻力。这种阻力与驱动轮轴承的摩擦系数、驱动轮轴直径、驱动轮节圆直径及履带紧边拉力有关。（5）托链轮或托链板处的摩擦阻力。这种阻力主要与托链轮或托链板所支撑的履带板的重量及接触面积和摩擦系数有关。内阻力一般要占一行走阻力的16%左右，所以设计时应给予充分的考虑。

3 坡阻力

坡阻力是指车辆爬坡时由于自重的分力造成的行走阻力。一般的施工工地都凸凹不平，这就要求履带式工程车辆必须要具备一定的爬坡能力。坡阻力公式为F=mgsina，可以看出坡阻力的大小主要由该车的爬坡度及自重决定，并且与二者成正比。该阻力一般要占到整个行驶阻力的60%左右，是影响履带式工程车辆行驶性能的最主要因素。

4 转弯阻力

转弯阻力主要有以下两种情况：（1）原地转弯阻力。原地转弯阻力是指两侧履带同时反向转向时所产生的阻力，这种阻力主要与垂直载荷和摩擦阻力的比例

系数、履带接地长度及轨距有关。（2）单侧履带转向阻力。单侧履带转向阻力是指履带一侧制动，另一侧单边转向时所产生的阻力。这种阻力主要与流动阻力系数、转向阻力系数、履带接地长度及轨距有关。另外，这两种阻力的大小也与整车的质心有关，若机械质心落在履带架的中心（既履带接地比压均匀分布），这时的转弯阻力要比履带接地比压非均匀分布时小一些，所以在转弯时应尽量使整车质心落在履带架的中心。

5 风阻力

风阻力的大小主要与车辆的迎风面积、结构的充实率及风速有关。对于中大型的履带式工程车辆，因其牵引力比较大，而风阻力一般都很小，只占到牵引力的0.1%左右，所以风阻力可以只作为参考因素。

6 惯性阻力。

惯性阻力是由车辆起动时的加速度造成的行走阻力，其大小主要与自重和起动加速度有关，并且与其成正比。对于一些行驶速度慢和不要求快速起动的工程车辆，此因素也可以只作为参考因素。

二、对地面对履带的行驶阻力的分析

履带式车辆的行驶阻力主要是由于压实土壤形成车辙而消耗能量所致，因此可用功能转换的方法计算，当履带式车辆前进距离为L （L 为履带接地长度）时，车辆压实土壤所消耗的功P 为：

02z P bLpdz =⎰ 式中b ——履带宽度；

P ——作用在土壤单位支承面积上的载荷；

0Z ——车辙深度；

当车辆行驶距离为L 时，克服行驶阻力c F 所消耗的功c F ·L 应该等于车辆压实土壤所做的功P 。所以

002Z C F L P Lb pdz ⋅==⎰

02Z C F b pdz =⎰

根据苏联学者比鲁利亚的压力沉降公式