行駛理論基礎(chǔ)

1、首頁上頁下頁末頁結(jié)束1-1 輪式行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)1-2 輪式行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué) 1-3 輪式車輛的行駛阻力1-4 輪式車輛的傳動(dòng)功率損失與行駛功率損失 1-5 輪式車輛的附著性能1-6 雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)1-7 輪式車輛的牽引性能 1-8 輪式車輛的動(dòng)力性能 重點(diǎn)：牽引性能、動(dòng)力性能、靜態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算。難點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)力、附著力、牽引力三者之間的關(guān)系。學(xué)時(shí)：6首頁上頁下頁末頁結(jié)束q車輪的分類q車輪的三種運(yùn)動(dòng)情況q幾個(gè)重要定義首頁上頁下頁末頁結(jié)束根據(jù)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原因來分、驅(qū)動(dòng)輪:驅(qū)動(dòng)輪上有發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的扭矩MK ，在MK 的作用下驅(qū)使車輪滾動(dòng)向前。、從動(dòng)輪:從動(dòng)輪上無扭矩作用，它的滾動(dòng)是驅(qū)動(dòng)輪上

2、的力經(jīng)車架傳至從動(dòng)輪的輪軸上而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 3、自由輪根據(jù)車輪受力方向來分、驅(qū)動(dòng)輪:車輪受到和運(yùn)動(dòng)方向一致的地面反作用力。、從動(dòng)輪:車輪受到和運(yùn)動(dòng)方向相反的地面反作用力。首頁上頁下頁末頁結(jié)束q 動(dòng)力半徑rd：輪心到驅(qū)動(dòng)力Pk之間的垂直距離 輪胎徑向變形系數(shù) b輪胎寬度in d輪輞直徑in 標(biāo)準(zhǔn)、寬斷面輪胎 0.10.16 超低壓拱形輪胎 0.20.3q 滾動(dòng)半徑rk ：瞬心輪心(有效滾動(dòng)半徑)q 理論速度vT： 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 q 實(shí)際速度v：q 滑轉(zhuǎn)率 ：車輪或履帶相對(duì)于地面滑動(dòng)程度 dKdKKKdKTTrrrrr1dKTrKKrK)()1 (2025. 0mbdrd首頁上頁下頁末頁結(jié)束、純

3、滾動(dòng)（b）；、滾動(dòng)時(shí)帶有滑移（c）；、滾動(dòng)時(shí)帶有滑轉(zhuǎn)（a）。首頁上頁下頁末頁結(jié)束滑轉(zhuǎn)率隨牽引力變化的關(guān)系曲線TK 0TTT)1 ( PKPKTmaxPK maxmax當(dāng) = 0時(shí)，作純滾動(dòng)，當(dāng)=1時(shí)， = 0機(jī)械原地不動(dòng)(但 ，車輪在轉(zhuǎn)車輪在轉(zhuǎn))，當(dāng)0 1時(shí)， ，作滑轉(zhuǎn)，當(dāng)當(dāng) ，作滑移（產(chǎn)生循環(huán)功率的條件）。作滑移（產(chǎn)生循環(huán)功率的條件）。同時(shí)得到同時(shí)得到 從圖上看出當(dāng)越大時(shí)T(或)亦越大，從理論上當(dāng)= 1時(shí)，T(或 )達(dá)到 （或 ），但實(shí)際上當(dāng) =1時(shí)，路面被破壞反而使T下降，因此在一般行駛條件下， 不應(yīng)超過3%5%，作業(yè)中允許的最大滑轉(zhuǎn)率 不超過15%30%，設(shè)計(jì) H30%。 (或首頁上頁下

4、頁末頁結(jié)束q驅(qū)動(dòng)輪力矩平衡方程式 q自由輪力矩平衡方程式 q從動(dòng)輪的力矩平衡方程 首頁上頁下頁末頁結(jié)束彈性遲滯損失克服輪胎內(nèi)部各部分之間相互摩擦 轉(zhuǎn)化為熱量（不是變形）aaaa圖1-4 彈性車輪在硬性路面上滾動(dòng)對(duì)稱點(diǎn) , 處于加載過程Pa（CF）處于卸載過程Pa（DF） Pa Pa 地面反力分布不均勻，不對(duì)稱（前大后?。?合力R作用點(diǎn)相對(duì)中心線向前移動(dòng)一個(gè)距離，形成滾動(dòng)阻力矩Mf 。首頁上頁下頁末頁結(jié)束驅(qū)動(dòng)輪力矩平衡方程式q參看下圖 MKFrK Ra =0式中：Ra滾動(dòng)阻力矩； R地面垂直反力，R=Q。首頁上頁下頁末頁結(jié)束q 參看下圖q 所謂自由輪是指在車輪上只作用有軸負(fù)荷Q和僅用以克服滾動(dòng)阻

5、力矩所需要的驅(qū)動(dòng)力矩MK，它不具有牽引任何負(fù)荷的能力，因此有：q MK=Ra 首頁上頁下頁末頁結(jié)束q參看下圖q從動(dòng)輪被機(jī)架推著前進(jìn)，其力矩平衡方程為：qFcrKRa=0qFc機(jī)架對(duì)從動(dòng)輪的推力.首頁上頁下頁末頁結(jié)束q 車輛在行駛過程中需要不斷克服各種阻力，這些阻力有的來車輛在行駛過程中需要不斷克服各種阻力，這些阻力有的來自空氣的阻力，有的來自道路摩擦力，有的來自汽車上坡行自空氣的阻力，有的來自道路摩擦力，有的來自汽車上坡行駛時(shí)產(chǎn)生的阻力，有的來自汽車變速行駛時(shí)克服慣性的阻力，駛時(shí)產(chǎn)生的阻力，有的來自汽車變速行駛時(shí)克服慣性的阻力，這些阻力可以分為這些阻力可以分為滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力、空氣阻力空氣阻力

6、、道路阻力道路阻力、慣性阻慣性阻力力、工作阻力工作阻力，下面分述之。，下面分述之。首頁上頁下頁末頁結(jié)束 一、滾動(dòng)阻力 kffQP fKQfPffPfPfPf1車輪滾動(dòng)阻力 式中 滾動(dòng)阻力系數(shù)，為路面變形，輪胎變形，輪胎與路面摩擦，造成能量損失的綜合反映 車輪對(duì)路面的垂直載荷。2方向 沿地面，與V方向相反。3影響滾動(dòng)阻力大小的因素 不變Q則 Q不變 則與胎壓有關(guān) 堅(jiān)實(shí)路面，路面不變形胎壓P胎變形 松軟路面，輪胎不變形胎壓P路面變形 車輪的布置 等距，不等距首頁上頁下頁末頁結(jié)束各類路面滾動(dòng)阻力系數(shù)各類路面滾動(dòng)阻力系數(shù)f值值 首頁上頁下頁末頁結(jié)束首頁上頁下頁末頁結(jié)束2KSvPW對(duì)農(nóng)用車、大卡車等，w

7、P可忽略不計(jì)。 對(duì)農(nóng)用車、大卡車等， 首頁上頁下頁末頁結(jié)束 15.21/2KSVPW首頁上頁下頁末頁結(jié)束sinsGsinsGP 首頁上頁下頁末頁結(jié)束itg siniGPs首頁上頁下頁末頁結(jié)束ifGPsR首頁上頁下頁末頁結(jié)束首頁上頁下頁末頁結(jié)束agGmaPsI1dtdIPI2dtd首頁上頁下頁末頁結(jié)束 0）（NagGPsj首頁上頁下頁末頁結(jié)束22101ki222201riiIGgrIGgogfwIw車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，If 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 首頁上頁下頁末頁結(jié)束xjfWRPPPPPP五、工作阻力工作阻力xP是機(jī)械行駛中，由工作裝置部分所需克服的力。首頁上頁下頁末頁結(jié)束主要損失部件主要損失部件 變速器

8、和主減速器變速器和主減速器( (含差速器含差速器) )主要損失形式主要損失形式 液力損失和機(jī)械摩擦損失。液力損失和機(jī)械摩擦損失。 液力損失液力損失,如攪動(dòng)和磨擦。它與潤(rùn)滑油品種、溫如攪動(dòng)和磨擦。它與潤(rùn)滑油品種、溫度、轉(zhuǎn)速、油面高度等有關(guān)度、轉(zhuǎn)速、油面高度等有關(guān)。%100)1 (%1002PPPPPTeTeT1-4 1-4 輪式車輛的傳動(dòng)功率損失與行駛功率損失輪式車輛的傳動(dòng)功率損失與行駛功率損失首頁上頁下頁末頁結(jié)束一、傳動(dòng)損失 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分，用傳動(dòng)效率 來反映。 332211nmnmnmmm1m2m3m在設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)效率 一般只計(jì)算由齒輪嚙合引起的摩擦損失。一般對(duì)每對(duì)直齒輪傳動(dòng)取 =0.98，

9、對(duì)每對(duì)斜齒輪傳動(dòng)取 =0.97，對(duì)每對(duì)錐齒輪傳動(dòng)取 =0.96。因此機(jī)械傳動(dòng)效率為：式中：n1直齒輪嚙合對(duì)數(shù)； n2斜齒輪嚙合對(duì)數(shù)； n3錐齒輪嚙合對(duì)數(shù)。 首頁上頁下頁末頁結(jié)束二、行走損失二、行走損失 在水平路面等速行駛時(shí)，工程機(jī)械的行走損失由輪胎或履帶的滑轉(zhuǎn)滑轉(zhuǎn)造成功率損失和滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力造成功率損失這兩部分組成。 由滑轉(zhuǎn)造成功率損失，可用滑轉(zhuǎn)效率 表示： 由滾動(dòng)阻力造成功率損失，可用滾動(dòng)效率 表示： 行走效率：1TTKKPPKfKKPKKPfPPPPPP1ffTKKPkkpxPPNN首頁上頁下頁末頁結(jié)束KPmaxKPKPOPoKPmaxo 左圖可知，牽引效率隨牽引力的變化而變化，但有一個(gè)

10、最大值 ，與最大牽引效率相對(duì)應(yīng)的牽引力 稱為最佳牽引力；與之相對(duì)應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率稱為最佳滑轉(zhuǎn)率設(shè)計(jì)目標(biāo)為 ，并不是Pk越大越好，0.20.3。首頁上頁下頁末頁結(jié)束q汽車傳動(dòng)系總成機(jī)械效率q46檔變速器T =0.96q68檔變速器T =0.95q傳動(dòng)軸T = 0.98q主減速器T = 0.96 (單級(jí))q T = 0.92(雙級(jí))q汽車傳動(dòng)系機(jī)械效率 轎車T=0.900.92商用車T=0.820.85越野車T=0.800.85首頁上頁下頁末頁結(jié)束1-5 輪式車輛的附著性能輪式車輛的附著性能一、牽引力 驅(qū)動(dòng)輪在路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力T是地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪切線方向的反作用力。T由兩部分組成部分：一部分是由于輪胎向

11、后擠壓路面而產(chǎn)生的反作用力T；另一部分是由于輪胎與路面相摩擦而產(chǎn)生的反作用力T，即 TT T 。而 T cpF 式中cp 路面受剪面積上的剪應(yīng)力； F 路面受剪面積。 T = Ap 式中 輪胎與路面的摩擦系數(shù)； A輪胎與路面的摩擦面積； p摩擦面積上的比壓。 首頁上頁下頁末頁結(jié)束q從圖1-6可知，土壤不同的變形量可得到不同的剪應(yīng)力，但有一個(gè)最大的剪應(yīng)力cpmax ，因此T 有最大值T max cpmaxF ，而T 為常數(shù)，所以牽引力有最大值Tmax=T max+T 。圖1-6 土壤的剪切應(yīng)力 剪切位移曲線換句話說，當(dāng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mk產(chǎn)生的剪應(yīng)力大于土壤最大的抗剪應(yīng)力cpmax時(shí)，土壤的剪應(yīng)力cp不

12、但不增加，甚至減小，而土壤變形繼續(xù)增大直至剪斷，所以牽引力受地面條件限制，存在極限值。首頁上頁下頁末頁結(jié)束q地面的抗滑轉(zhuǎn)能力，地面這種抗滑轉(zhuǎn)的能力稱為附著性能。 附著力： 規(guī)定在容許滑轉(zhuǎn)率時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪所發(fā)揮的牽引力稱為附著力P。 由地面條件決定的最大牽引力Tmax=Pkmax-Pfk稱為附著力。 附著系數(shù)： 附著力與附著重量之比值稱為附著系數(shù)。GPmax首頁上頁下頁末頁結(jié)束驅(qū)動(dòng)力Pk、牽引力T、附著力P之間的關(guān)系minPk、 P 對(duì)多橋驅(qū)動(dòng)： (不存在循環(huán)功率時(shí))， 當(dāng)10， 2 0，Pk2=Pf1+Pf2+Pj+Pk1， Mk因循環(huán)功率不易確定。 對(duì)負(fù)牽引力，通過力的平衡計(jì)算。demkriMP

13、TkdkkvNPrMP,idkikiPrMP首頁上頁下頁末頁結(jié)束q1土壤條件q2路面條件q3附著重量q4輪胎充氣壓力q5輪胎尺寸q6輪胎花紋q7輪胎結(jié)構(gòu)首頁上頁下頁末頁結(jié)束四、提高附著力的措施1G一定時(shí)，地面條件越好， 值越高，則P 值越大。2 一定時(shí)，提高整機(jī)重量Gs，會(huì)使附著重量G增大，則值增大，但同時(shí)動(dòng)力功率Ne也必須增大。在不增大整機(jī)重量Gs(即不增大動(dòng)力功率Ne)前提下,采用多橋驅(qū)動(dòng),可使附著重量G增大，則P 值增大，是提高輪式機(jī)械附著性能的最有效方法之一。值得一提是采用多橋驅(qū)動(dòng)后，會(huì)產(chǎn)生循環(huán)功率，必須裝有脫橋機(jī)構(gòu)或軸間離合器加以消除。3增大支承面積(即降低輪胎或履帶的接地比壓) 首

14、頁上頁下頁末頁結(jié)束q1牽引附著性有顯著的改善q2較好的操縱性和縱向穩(wěn)定性q3較好的通過性首頁上頁下頁末頁結(jié)束q 雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)力學(xué)方程 Fx=F1+F2 q 雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程q 或212111TTvv212111ddrr首頁上頁下頁末頁結(jié)束q參看圖1首頁上頁下頁末頁結(jié)束 = = = = xjwfKPPPPPP 研究牽引力平衡和牽引功率平衡是為了分析機(jī)械在行駛中，其牽引力是如何利用的以及動(dòng)力的功率是怎樣消耗的。一、牽引力平衡 是指機(jī)械在行駛中的任何瞬間，其牽引力恒等于所有阻力之和。即二、牽引功率平衡 是指機(jī)械在行駛中的任何瞬間，其動(dòng)力輸出功率恒等于所消耗功率之和。 工程機(jī)械在水平地段上

15、作等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)力的功率Ne可表示為：對(duì)于輪式 KPfmPKPfKmPKPfKmPKmPTKmPKmPKmPeNNNNNPPPNNPPPNNPNNPNNMNNNNNN)()(首頁上頁下頁末頁結(jié)束三、牽引特性曲線 牽引特性曲線是反映工程機(jī)械在一定土質(zhì)條件下，在水平地段上以各擋穩(wěn)定速度工作時(shí)，其牽引性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨牽引力變化規(guī)律曲線。q 通常用三條： 牽引功率 Nkp,實(shí)際行駛速度 v,整機(jī)的耗油率 gkp隨牽引力Pkp變化的曲線來表示，也即用各擋的(Nkp,v,gkp)=f(Pkp)的關(guān)系曲線來表示。 首頁上頁下頁末頁結(jié)束 1.理論牽引特性曲線的繪制 （1）繪制出與各個(gè)排擋牽引力相對(duì)應(yīng)

16、的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線工程機(jī)械某一擋的驅(qū)動(dòng)力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式如下：KieqmKiriMP首頁上頁下頁末頁結(jié)束（2）作 曲線 工程機(jī)械某一擋的實(shí)際速度為：)(1KPPfiKeTiiirn377. 0首頁上頁下頁末頁結(jié)束（3）作 曲線 根據(jù)牽引功率的計(jì)算公式： )(2KPKPPfN6 . 3KPKPPN 比較各擋的牽引功率曲線，則可見各擋最大牽引功率并不相等。對(duì)于輪式工程機(jī)械，最大牽引功率往往在中間擋位出現(xiàn)，這是由于高擋滾動(dòng)損失大（Nf ），低擋滑轉(zhuǎn)損失大（N ），這都使最大牽引功率下降。附著性能愈好（ ），最大牽引功率便移向愈低的擋位。履帶式械由于附著性能好，最大牽引功率往往在低擋位出現(xiàn)。P首頁上

17、頁下頁末頁結(jié)束（4）作 曲線 工程機(jī)械的油耗率gkp，表示的是每千瓦牽引功率每小時(shí)所消耗的燃油的質(zhì)量，是評(píng)價(jià)整機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要指標(biāo)。油耗率gkp可通過下式計(jì)算：1000KPTKPNGg)(3KPKPPfg首頁上頁下頁末頁結(jié)束2.牽引特性曲線的應(yīng)用 判斷變速器排擋分布的合理性，即能否在整個(gè)使用的牽引力范圍內(nèi)，依靠換擋使工程機(jī)械處于較高的牽引功率下工作（平均），這就要求各擋的牽引功率曲線的連接沒有凹陷的“深谷”。如有，說明檔位數(shù)不夠。 合理的牽引特性曲線，還必須具備下列條件： （1）為了不使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，擋所能發(fā)揮的最大牽引力應(yīng)低于由發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)所決定的牽引力，即地面打滑界限值應(yīng)在擋最大驅(qū)

18、動(dòng)力點(diǎn)的下方。 （2）擋的最大牽引功率點(diǎn)（Nkpmax對(duì)應(yīng)的Pkp），應(yīng)在地面打滑界限值(P)的附近或在該界限值下方，保證Nkpmax的有效性。 （3）各個(gè)擋的最大牽引力（Nkpmax）應(yīng)處在其較低擋特性曲線的下方，并保持各擋特性曲線的使用區(qū)域相互銜接，否則發(fā)動(dòng)機(jī)容易熄火，行駛性變壞。 （4）經(jīng)濟(jì)性：各擋的值要小，且曲線變化要平緩，即低耗油區(qū)要寬（成形，而不要形）。 deriMP1maxkpN 首頁上頁下頁末頁結(jié)束=首頁上頁下頁末頁結(jié)束jwfKPPPPP行駛阻力為:wfPPPP)(sincos2ssGvAKGfPR=首頁上頁下頁末頁結(jié)束jRWkPPPPWkPP首頁上頁下頁末頁結(jié)束agGifGPPssWkagifGPPsWksW