A. 履带行走装置牵引力计算
钻机行走时,需要不断克服行走中所遇到的各种阻力,牵引力也就是用于克服这些运动阻力的。牵引力计算原则是行走装置的牵引力应该大于总阻力,而牵引力又不应超过机械与地面的附着力。
钻机行走时,要克服的阻力很多,主要有:履带运行的内阻力、由履带支承引起的土壤变形的阻力、坡度阻力、转弯阻力、风载阻力、惯性阻力、传动损失和液压损失等。
图6-12 双排行星轮行走减速器内部结构
(一)钻机行走时要克服的阻力
1.履带运行的内阻力Fn
履带运行时,由于驱动力与履带板的啮合有啮合阻力Fn1;驱动轮和导向轮轴颈的摩阻力Fn2;履带销轴摩擦阻力Fn3;支重轮的摩擦损失Fn4。
综上所述,等效到驱动轮节圆上的履带总内阻力Fn为
液压动力头岩心钻机设计与使用
当钻机前进时和钻机后退时履带运行的内阻力Fn不同。考虑到这些损失,在计算时可取履带行走装置效率等于0.8~0.85。
2.土壤变形阻力Fd
该项阻力为土壤对履带运行的阻力,是由于支重轮沿履带滚动,履带使土壤受挤压变形而引起的。双履带的地面总变形阻力,即运行阻力Fd(N)为
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式中:m为钻机工作质量,kg;λd为运行比阻力系数,根据试验测定,见表6-1。
3.坡度阻力Fs
坡度阻力是钻机在斜坡上因自重分力所引起的。设坡角为α,则坡度阻力Fs(N)为
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式中:m为钻机工作质量,kg。
表6-1 运动比阻力系数
4.转弯阻力Fr
履带行走装置转弯时所受到的阻力较为复杂,而主要是履带板与地面的摩擦阻力Fγ(N)
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式中:μ3为转弯时履带与地面摩擦系数,一般为0.4~0.7,对于坚实地面取较小值,对于松软地面取较大值。m为钻机工作质量,kg;L为履带接地长度,m;R为行走履带的转弯半径,m。
当钻机以单条履带制动转弯时,由R=B,所以,此时转弯行驶阻力可表示为Fγ(N)
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式中:B为履带轨距,m。
5.风载阻力Fw
风载阻力可表示为Fw(N)
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式中:qW为钻机工作状态的风压,取qW=250Pa;AW为钻机的迎风面积,m2。
6.惯性阻力Fi
若钻机的行走速度为1~2km/h,启动时间为3s,则不稳定运行启动、停车时的惯性阻力Fi(N)为
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(二)履带行走装置的牵引力
综上所述,以上6种运行阻力中,以坡度阻力和转弯阻力为最大,往往要占到总阻力的2/3,尤其钻机的原地转弯阻力比机械式的绕一条履带转弯阻力更大,但转弯和爬坡一般不同时进行。因此,可以根据上坡时作直线行走的情况计算履带行走装置,并根据平道上转弯的情况来验算。故在实际计算履带行走装置的牵引力FT时,总是从下面两种组合情况中选用较大者,即
爬坡时:
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转弯时:
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在对钻机的履带底盘进行设计时,有些阻力很难精确计算,因此可用整机重力估算钻机的行走牵引力,即
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若钻机的液压功率PT(kW)为已知,则可根据下列公式验算行走速度等参数
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式中:η为行走传动机构的效率,取0.8~0.85;RV为泵或马达的变量系数(如采用定量泵和定量马达,则取RV=1);FT为牵引力,N;υ为行走速度,km/h。
采用变量泵系统的钻机在爬坡或转弯时可根据阻力的增加,自动降低行走速度,增加牵引力;在平坦路面上又能自动减少牵引力,提高行走速度。因此,牵引力和行走速度两者通常都能满足要求。
在采用定量泵系统时,如果发动机功率不太富裕,则可以适当降低行走速度,满足必需的最大行走牵引力,使钻机在一般路面能实现原地转弯。
目前采用变量泵或变量马达的履带式钻机的最大行走速度一般在2~5.5km/h范围内,采用定量泵和定量马达的行走速度一般在1.5~3km/h范围内。
为了保证钻机在坡道上运行,应验算其附着力,即牵引力必须小于履带和地面之间的附着力
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式中:φ为履带和地面间的附着系数(表6-2);Tf为钻机的地面附着力,N;m为钻机整机质量,kg;α为坡度角,(°)。
表6-2 履带和地面间的附着系数φ