A. 履帶行走裝置牽引力計算
鑽機行走時,需要不斷克服行走中所遇到的各種阻力,牽引力也就是用於克服這些運動阻力的。牽引力計算原則是行走裝置的牽引力應該大於總阻力,而牽引力又不應超過機械與地面的附著力。
鑽機行走時,要克服的阻力很多,主要有:履帶運行的內阻力、由履帶支承引起的土壤變形的阻力、坡度阻力、轉彎阻力、風載阻力、慣性阻力、傳動損失和液壓損失等。
圖6-12 雙排行星輪行走減速器內部結構
(一)鑽機行走時要克服的阻力
1.履帶運行的內阻力Fn
履帶運行時,由於驅動力與履帶板的嚙合有嚙合阻力Fn1;驅動輪和導向輪軸頸的摩阻力Fn2;履帶銷軸摩擦阻力Fn3;支重輪的摩擦損失Fn4。
綜上所述,等效到驅動輪節圓上的履帶總內阻力Fn為
液壓動力頭岩心鑽機設計與使用
當鑽機前進時和鑽機後退時履帶運行的內阻力Fn不同。考慮到這些損失,在計算時可取履帶行走裝置效率等於0.8~0.85。
2.土壤變形阻力Fd
該項阻力為土壤對履帶運行的阻力,是由於支重輪沿履帶滾動,履帶使土壤受擠壓變形而引起的。雙履帶的地面總變形阻力,即運行阻力Fd(N)為
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式中:m為鑽機工作質量,kg;λd為運行比阻力系數,根據試驗測定,見表6-1。
3.坡度阻力Fs
坡度阻力是鑽機在斜坡上因自重分力所引起的。設坡角為α,則坡度阻力Fs(N)為
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式中:m為鑽機工作質量,kg。
表6-1 運動比阻力系數
4.轉彎阻力Fr
履帶行走裝置轉彎時所受到的阻力較為復雜,而主要是履帶板與地面的摩擦阻力Fγ(N)
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式中:μ3為轉彎時履帶與地面摩擦系數,一般為0.4~0.7,對於堅實地面取較小值,對於松軟地面取較大值。m為鑽機工作質量,kg;L為履帶接地長度,m;R為行走履帶的轉彎半徑,m。
當鑽機以單條履帶制動轉彎時,由R=B,所以,此時轉彎行駛阻力可表示為Fγ(N)
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式中:B為履帶軌距,m。
5.風載阻力Fw
風載阻力可表示為Fw(N)
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式中:qW為鑽機工作狀態的風壓,取qW=250Pa;AW為鑽機的迎風面積,m2。
6.慣性阻力Fi
若鑽機的行走速度為1~2km/h,啟動時間為3s,則不穩定運行啟動、停車時的慣性阻力Fi(N)為
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(二)履帶行走裝置的牽引力
綜上所述,以上6種運行阻力中,以坡度阻力和轉彎阻力為最大,往往要佔到總阻力的2/3,尤其鑽機的原地轉彎阻力比機械式的繞一條履帶轉彎阻力更大,但轉彎和爬坡一般不同時進行。因此,可以根據上坡時作直線行走的情況計算履帶行走裝置,並根據平道上轉彎的情況來驗算。故在實際計算履帶行走裝置的牽引力FT時,總是從下面兩種組合情況中選用較大者,即
爬坡時:
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轉彎時:
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在對鑽機的履帶底盤進行設計時,有些阻力很難精確計算,因此可用整機重力估算鑽機的行走牽引力,即
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若鑽機的液壓功率PT(kW)為已知,則可根據下列公式驗算行走速度等參數
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式中:η為行走傳動機構的效率,取0.8~0.85;RV為泵或馬達的變數系數(如採用定量泵和定量馬達,則取RV=1);FT為牽引力,N;υ為行走速度,km/h。
採用變數泵系統的鑽機在爬坡或轉彎時可根據阻力的增加,自動降低行走速度,增加牽引力;在平坦路面上又能自動減少牽引力,提高行走速度。因此,牽引力和行走速度兩者通常都能滿足要求。
在採用定量泵系統時,如果發動機功率不太富裕,則可以適當降低行走速度,滿足必需的最大行走牽引力,使鑽機在一般路面能實現原地轉彎。
目前採用變數泵或變數馬達的履帶式鑽機的最大行走速度一般在2~5.5km/h范圍內,採用定量泵和定量馬達的行走速度一般在1.5~3km/h范圍內。
為了保證鑽機在坡道上運行,應驗算其附著力,即牽引力必須小於履帶和地面之間的附著力
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式中:φ為履帶和地面間的附著系數(表6-2);Tf為鑽機的地面附著力,N;m為鑽機整機質量,kg;α為坡度角,(°)。
表6-2 履帶和地面間的附著系數φ