履帶式斗輪取料機(jī)中覆帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

馮學(xué)慧 王丹

摘 要：履帶式斗輪取料機(jī)在散料轉(zhuǎn)運(yùn)料場(chǎng)中，無(wú)需軌道，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，占地面積小，集斗輪取料系統(tǒng)及排料系統(tǒng)于一身，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效的高集成化動(dòng)作與功能。本文介紹了履帶式斗輪取料機(jī)中覆帶機(jī)構(gòu)的各參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算與選取，包括履帶系統(tǒng)的接地比壓、各運(yùn)行阻力、轉(zhuǎn)彎附著情況驗(yàn)算、驅(qū)動(dòng)功率及額定工作扭矩等，為應(yīng)用于堆取料機(jī)中履帶系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算提供了設(shè)計(jì)參考與重要理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：履帶式斗輪取料機(jī)；履帶系統(tǒng)；接地比壓；履帶運(yùn)行阻力

中圖分類(lèi)號(hào)：U653 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

以傳統(tǒng)堆取料機(jī)產(chǎn)品、工程機(jī)械履帶底盤(pán)、移動(dòng)式散料連續(xù)搬運(yùn)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，露天礦用轉(zhuǎn)載機(jī)為理論依據(jù)。本設(shè)備同時(shí)服務(wù)于兩個(gè)料場(chǎng)，每個(gè)料場(chǎng)寬58.4m，長(zhǎng)326.3m，兩個(gè)料場(chǎng)的儲(chǔ)料量非常大、要求本設(shè)備靈活運(yùn)作于兩個(gè)料中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度高、功能高度集成化，高效率的連續(xù)型散料運(yùn)輸設(shè)備，如圖1所示。

1 接地比壓計(jì)算

料場(chǎng)平均接地比壓小于0.3Pa，設(shè)備重力G=2300kN，履帶板寬b=1.1m，履帶接地長(zhǎng)度L=5.4m，單條履帶的平均接地比壓：

在設(shè)計(jì)履帶式機(jī)器時(shí)，要力求做到在任何情況下，使履帶接地部分都承受一定壓力。當(dāng)0≤e≤L/6時(shí)，此區(qū)域?yàn)槁膸Ы拥睾诵膮^(qū)域，整機(jī)重心在此區(qū)域內(nèi)時(shí)履帶沿接地長(zhǎng)度都承受載荷，如圖2所示。

履帶的接地比壓不允許出現(xiàn)三角形分布狀況，不得在接地長(zhǎng)度上出現(xiàn)零比壓，重心位置應(yīng)在履帶接地平面核心之內(nèi)。其中履帶中心距B=7m，整機(jī)重心橫向偏心距c=1.1m，整機(jī)重心縱向偏心距e=1.45 m，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)發(fā)生偏心時(shí)，單側(cè)履帶最大接地比壓為：

單側(cè)履帶最小接地比壓為：

求出最大接地比壓以后，一定要用土壤的最大容許比壓校核，最大容許比壓是履帶擠壓土壤沉陷深度不大于120mm時(shí)的比壓。

2 運(yùn)行總阻力計(jì)算

覆帶取料機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主要受到阻力為：慣性阻力FG，風(fēng)阻力FF ，履帶運(yùn)行滾動(dòng)阻力FR，履帶行走坡道阻力FP，轉(zhuǎn)彎阻力FW，總阻力如下：

F=FR+FP+FW+FG+FF kN

履帶行走裝置的總行走阻力主要分為以下3種工況進(jìn)行計(jì)算：直行時(shí)：F=FR+FG+FF ；爬坡時(shí)：F=FP+FG+FF ；轉(zhuǎn)彎時(shí)：F=FW+FG+FF。

2.1 慣性阻力

風(fēng)阻慣性阻力按勻加速平穩(wěn)啟動(dòng)工況計(jì)算，其中：Vmax—履帶調(diào)車(chē)速度Vmax=0.167m/s，重力加速度g=9.8m/s2，履帶啟動(dòng)時(shí)間tG=6s，單側(cè)履帶在加速到最大速度產(chǎn)生的慣性力：

2.2 風(fēng)載荷阻力

風(fēng)阻力根據(jù)風(fēng)載公式，其中cf（風(fēng)載系數(shù)）=1.6，Af（迎風(fēng)面積）=130m2，最大工作風(fēng)壓時(shí)，風(fēng)速v=25m/s，則qf=v2/1600=0.39 kN/m2，按照工作風(fēng)速來(lái)進(jìn)行計(jì)算履帶風(fēng)載阻力：

FF=cf·Af·qf kN=81kN

2.3 直行時(shí)單側(cè)運(yùn)行阻力

為了安全和載荷的考慮履帶在坡道上只能直行，不能轉(zhuǎn)彎，其中fr（履帶滾動(dòng)阻力系數(shù)）=0.1，覆帶運(yùn)行阻力如下：

2.4 履帶行走單側(cè)坡道阻力

式中：

c-整機(jī)重心橫向偏心距，1.54m；

α-路面坡道傾角，0.05（弧度）。

2.5 轉(zhuǎn)彎外側(cè)履帶行走阻力

根據(jù)堆料取料及調(diào)車(chē)工藝，大半徑28m轉(zhuǎn)彎。由于R>B/2，雙側(cè)差速轉(zhuǎn)彎，Vo與Vi同向，其中Vo（外側(cè)履帶速度）=4.14m/s，Vi（內(nèi)側(cè)履帶速度）=3m/s，如圖3所示。

理論轉(zhuǎn)彎半徑R：

考慮履帶滑移的影響，實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑大約為理論轉(zhuǎn)彎半徑的1.3倍。R實(shí)≈1.3R，即28m。Fwo轉(zhuǎn)彎外側(cè)履帶行走阻力為：

kN=405.8kN

式中：fw為轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)，隨著履帶轉(zhuǎn)彎半徑變小而增大，按照以下公式計(jì)算：

2.6 轉(zhuǎn)彎附著情況驗(yàn)算

土壤附著系數(shù)φ取0.5，fw=0.39，λ（履帶長(zhǎng)寬比）=L/B=0.77

由下式驗(yàn)算是否可以轉(zhuǎn)彎：

經(jīng)計(jì)算滿足轉(zhuǎn)彎要求。

3 驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

3.1 直行時(shí)單側(cè)驅(qū)動(dòng)功率

直行時(shí)總阻力，其中：V（直線運(yùn)行速度）=10m/min，η（履帶傳動(dòng)裝置效率）=0.95，計(jì)算為：

F直=FR+FG+FF=3.19+81+112.7=197.2kN

計(jì)算直行時(shí)驅(qū)動(dòng)功率為：

3.2 爬坡時(shí)單側(cè)驅(qū)動(dòng)功率

爬坡時(shí)單側(cè)總阻力為：

F爬= FP+FG+FF=3.19+81+244=328.3kN

爬坡運(yùn)行速度V=6m/min，爬坡驅(qū)動(dòng)功率為：

3.3 轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)驅(qū)動(dòng)功率

轉(zhuǎn)彎時(shí)總阻力為：

F轉(zhuǎn)= FW+FG+FF=405.7+3.19+81=490.2kN

轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)運(yùn)行速度V=4.14m/min，轉(zhuǎn)彎外側(cè)驅(qū)動(dòng)功率為：

4 額定工作扭矩計(jì)算

4.1 直行時(shí)單側(cè)額定工作扭矩

直行時(shí)工作扭矩，其中PR（直行時(shí)驅(qū)動(dòng)功率）=34.6kW，履帶節(jié)距tk=0.33m，履帶驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z=10，直線運(yùn)行速度V=10m/min，直行時(shí)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)數(shù)

，

計(jì)算為：

4.2 爬坡時(shí)單側(cè)額定工作扭矩

爬坡時(shí)工作扭矩，其中PP（爬坡時(shí)驅(qū)動(dòng)功率）=34.6kW，爬坡運(yùn)行速度V=6m/min，爬坡時(shí)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)數(shù)

，

計(jì)算為：

4.3 轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)額定工作扭矩

大半徑轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)工作扭矩，其中PW（轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)驅(qū)動(dòng)功率）= 35.6kW，外側(cè)運(yùn)行速度V=4.14m/min，轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)數(shù)

計(jì)算為：

5 覆帶運(yùn)行工況

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作工況通過(guò)以上計(jì)算可得出如表1所示表格數(shù)據(jù)為取料機(jī)中履帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)，以便選擇驅(qū)動(dòng)及工作穩(wěn)定性校核。

結(jié)論

將運(yùn)動(dòng)靈活的覆帶系統(tǒng)應(yīng)用于常規(guī)有軌式堆取料機(jī)中，具有可以迅速移動(dòng)到其他地點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)計(jì)算履帶式斗輪取料機(jī)中覆帶機(jī)構(gòu)的各參數(shù)，包括履帶系統(tǒng)的接地比壓、各運(yùn)行阻力、轉(zhuǎn)彎附著情況驗(yàn)算、驅(qū)動(dòng)功率及額定工作扭矩等，為應(yīng)用于堆取料機(jī)中履帶系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算提供了設(shè)計(jì)參考與重要理論依據(jù)。

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