履帶式斗輪取料機中覆帶機構設計計算

馮學慧 王丹

摘 要：履帶式斗輪取料機在散料轉運料場中，無需軌道，運轉靈活，占地面積小，集斗輪取料系統及排料系統于一身，可實現連續、高效的高集成化動作與功能。本文介紹了履帶式斗輪取料機中覆帶機構的各參數設計計算與選取，包括履帶系統的接地比壓、各運行阻力、轉彎附著情況驗算、驅動功率及額定工作扭矩等，為應用于堆取料機中履帶系統的參數設計計算提供了設計參考與重要理論依據。

關鍵詞：履帶式斗輪取料機；履帶系統；接地比壓；履帶運行阻力

中圖分類號：U653 文獻標志碼：A

0 概述

以傳統堆取料機產品、工程機械履帶底盤、移動式散料連續搬運設備鋼結構設計規范，露天礦用轉載機為理論依據。本設備同時服務于兩個料場，每個料場寬58.4m，長326.3m，兩個料場的儲料量非常大、要求本設備靈活運作于兩個料中，實現自動化程度高、功能高度集成化，高效率的連續型散料運輸設備，如圖1所示。

1 接地比壓計算

料場平均接地比壓小于0.3Pa，設備重力G=2300kN，履帶板寬b=1.1m，履帶接地長度L=5.4m，單條履帶的平均接地比壓：

在設計履帶式機器時，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0≤e≤L/6時，此區域為履帶接地核心區域，整機重心在此區域內時履帶沿接地長度都承受載荷，如圖2所示。

履帶的接地比壓不允許出現三角形分布狀況，不得在接地長度上出現零比壓，重心位置應在履帶接地平面核心之內。其中履帶中心距B=7m，整機重心橫向偏心距c=1.1m，整機重心縱向偏心距e=1.45 m，當上部結構發生偏心時，單側履帶最大接地比壓為：

單側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時的比壓。

2 運行總阻力計算

覆帶取料機在運行過程中主要受到阻力為：慣性阻力FG，風阻力FF ，履帶運行滾動阻力FR，履帶行走坡道阻力FP，轉彎阻力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種工況進行計算：直行時：F=FR+FG+FF ；爬坡時：F=FP+FG+FF ；轉彎時：F=FW+FG+FF。

2.1 慣性阻力

風阻慣性阻力按勻加速平穩啟動工況計算，其中：Vmax—履帶調車速度Vmax=0.167m/s，重力加速度g=9.8m/s2，履帶啟動時間tG=6s，單側履帶在加速到最大速度產生的慣性力：

2.2 風載荷阻力

風阻力根據風載公式，其中cf（風載系數）=1.6，Af（迎風面積）=130m2，最大工作風壓時，風速v=25m/s，則qf=v2/1600=0.39 kN/m2，按照工作風速來進行計算履帶風載阻力：

FF=cf·Af·qf kN=81kN

2.3 直行時單側運行阻力

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

2.4 履帶行走單側坡道阻力

式中：

c-整機重心橫向偏心距，1.54m；

α-路面坡道傾角，0.05（弧度）。

2.5 轉彎外側履帶行走阻力

根據堆料取料及調車工藝，大半徑28m轉彎。由于R>B/2，雙側差速轉彎，Vo與Vi同向，其中Vo（外側履帶速度）=4.14m/s，Vi（內側履帶速度）=3m/s，如圖3所示。

理論轉彎半徑R：

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

kN=405.8kN

式中：fw為轉彎阻力系數，隨著履帶轉彎半徑變小而增大，按照以下公式計算：

2.6 轉彎附著情況驗算

土壤附著系數φ取0.5，fw=0.39，λ（履帶長寬比）=L/B=0.77

由下式驗算是否可以轉彎：

經計算滿足轉彎要求。

3 驅動功率計算

3.1 直行時單側驅動功率

直行時總阻力，其中：V（直線運行速度）=10m/min，η（履帶傳動裝置效率）=0.95，計算為：

F直=FR+FG+FF=3.19+81+112.7=197.2kN

計算直行時驅動功率為：

3.2 爬坡時單側驅動功率

爬坡時單側總阻力為：

F爬= FP+FG+FF=3.19+81+244=328.3kN

爬坡運行速度V=6m/min，爬坡驅動功率為：

3.3 轉彎時外側驅動功率

轉彎時總阻力為：

F轉= FW+FG+FF=405.7+3.19+81=490.2kN

轉彎時外側運行速度V=4.14m/min，轉彎外側驅動功率為：

4 額定工作扭矩計算

4.1 直行時單側額定工作扭矩

直行時工作扭矩，其中PR（直行時驅動功率）=34.6kW，履帶節距tk=0.33m，履帶驅動輪齒數z=10，直線運行速度V=10m/min，直行時驅動輪轉數

，

計算為：

4.2 爬坡時單側額定工作扭矩

爬坡時工作扭矩，其中PP（爬坡時驅動功率）=34.6kW，爬坡運行速度V=6m/min，爬坡時驅動輪轉數

，

計算為：

4.3 轉彎時外側額定工作扭矩

大半徑轉彎時外側工作扭矩，其中PW（轉彎時外側驅動功率）= 35.6kW，外側運行速度V=4.14m/min，轉彎時驅動輪轉數

計算為：

5 覆帶運行工況

現場實際工作工況通過以上計算可得出如表1所示表格數據為取料機中履帶系統的設計計算參數，以便選擇驅動及工作穩定性校核。

結論

將運動靈活的覆帶系統應用于常規有軌式堆取料機中，具有可以迅速移動到其他地點的優勢。通過計算履帶式斗輪取料機中覆帶機構的各參數，包括履帶系統的接地比壓、各運行阻力、轉彎附著情況驗算、驅動功率及額定工作扭矩等，為應用于堆取料機中履帶系統的參數設計計算提供了設計參考與重要理論依據。

參考文獻

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