履带伸缩底盘液压缸伸缩力的计算.docx

试验研究履带伸缩底盘液压缸伸缩力的计算江创华1，尚海波2，王金祥1，赵建国1（1.秦皇岛天业通联重工股份有限公司；2.天津工程机械研究院）mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm摘要：履带行走装置是影响旋挖钻机或起重机稳定的一个关键因素，要提高其稳定性，最有效的方法是扩大履带的中心距。以旋挖钻机为例，提供扩大履带中心距时机器所受各种阻力的计算方法，并对液压缸伸缩力进行计算。关键词：履带；伸缩底盘；伸缩阻力履带伸缩底盘广泛应用于旋挖钻机、履带式起重机等桩工机械和起重机械，它既可增加机器的稳定性，又便于机器的运输和行驶。履带伸缩底盘的伸缩动作由液压缸完成，液压缸伸缩力的大小是否合适，决定着整个伸缩底盘的设计是否成功，伸缩力小，履带无法伸出，伸缩力太大，又造成浪费，增加了成本。本文根据旋挖钻机应用的实际，从理论的角度去分析液压缸伸缩力的计算方法。液压缸伸缩力的计算22.1受力分析伸缩底盘的履带伸缩时，一般都是边行走边伸缩，履带与土壤之间的滑移距离相对于履带行走距离小得多，滑移阻力（滑动摩擦力）相对也就小得多，而且这部分阻力由履带行走装置的驱动力来克服。因此，液压缸伸缩力主要需要克服履带刮土阻力、履带架与伸缩臂克服机器质量所引起的滑动摩擦力，以及当车辆静止时伸缩履带所产生的履带与土壤的滑动摩擦阻力这3方面的阻力。2.2履带刮土阻力机器行走在土质路面时，由于重力的作用，会或多或少地出现下陷，机器下陷后，履带在外扩时就会对履带两侧的土壤进行剪切，也就是刮土，由此引起了附加阻力。机器下陷深度h的计算：履带伸缩底盘的结构组成1履带伸缩底盘主要由伸缩液压缸、伸缩臂、履带架、定位销及常规的底盘结构等组成，其结构如图1所示。在图1中，左侧为履带伸出状态，右侧为履带缩回状态，当机器处于运输状态或不工作时，履带缩回，到达预定位置时，插上定位销；当机器需要作业时，伸缩液压缸伸出，带动履带伸出，到达预定位置时，插上定位销。h=p（1）p0式中：h—机器下陷深度，mm；p—机器接地比压，MPa；p0—土壤抗陷系数（见表1），MPa/mm。刮土阻力f1的计算：f1=Khl式中：f1—刮土阻力，N；K—切削比阻力（见表2），N/mm2；l——被切削土壤的长度，mm。（2）作者简介：江创华（1965—），男，广东人，高级工程师，研究方向：大型施工设备的开发设计。—16—mmmm·mmmm表1土壤抗陷系数2.5伸缩阻力通过上面的计算，可以计算出两条履带同时伸缩时的总阻力f：试验研究（5）f=f1+f2+λ·f3式中：λ—作用系数。机器处于静止状态时，λ取1.0；行走状态时，λ取0.2～0.5。2.6液压缸伸缩力为了保证履带伸缩的平稳性，一般采用4个液压缸进行伸缩，少数也有采用两个液压缸进行伸缩的。不论采用几个液压缸进行伸缩，液压缸伸缩力的计算公式为：表2切削比阻力F=k·f（6）n式中：F——液压缸伸缩力，N；n—液压缸数量，个；k—综合系数，取1.2～1.5。由于h与接地比压p为线性关系，即使接地比压p沿履带长度不均匀分布，所计算出来的f1也是相同的，所以，接地比压p可取平均接地比压进行计算。2.3机器质量引起的内部滑动摩擦阻力f2机器在伸缩过程中，由于伸缩套之间有相对滑动，为克服机器质量产生了滑动阻力。机器内部滑动阻力的计算：计算实例以220型旋挖钻机为例，对底盘液压缸伸缩力进行计算。220型旋挖钻机采用卡特330C改装底盘，履带宽度800mm，接地长度4600mm，整机质量为70000kg，4个伸缩液压缸，机器在黏土路面边行走边伸展履带。接地比压p：3（3）f2=9.8m1·μ1式中：f2—机器内部滑动阻力，N；m1—机器上部的质量，kg；9.8×70000p=2×4600×800=0.093MPaμ1——钢对钢的滑动摩擦因数，有润滑时取0.10，无润滑时取0.15。2.4履带与土壤的滑动摩擦阻力f3无论机器是在行进过程，还是在静止状态进行履带伸缩，均会造成履带与土壤之间的相对滑动摩擦，其摩擦力就是履带与土壤的滑动摩擦阻力，计算公式为：履带下陷深度h：p0.093h=p=0.003=31mm0刮土阻力f：1f1=Khl=0.4×31×4600=57040N机器内部摩擦阻力f：2f2=9.8m1·μ1=9.8×45000×0.1=44100N（4）f3=9.8m·μ2式中：f3—履带与土壤的滑动摩擦阻力，N；m—机器质量，kg；机器与地面的摩擦阻力f：3f=9.8m·μ=9.8×70000×0.5=343000N32履带伸展阻力（f静止）：μ2—钢对土壤的摩擦因数，数值见表3。表3钢对土壤的摩擦因数f=f+f+λ·f44100+1×343000=444140N履带伸展阻力（f行走）：f=f1+f2+λ·f3=57040+