履带式斗轮取料机中覆带机构设计计算

冯学慧 王丹

摘 要：履带式斗轮取料机在散料转运料场中，无需轨道，运转灵活，占地面积小，集斗轮取料系统及排料系统于一身，可实现连续、高效的高集成化动作与功能。本文介绍了履带式斗轮取料机中覆带机构的各参数设计计算与选取，包括履带系统的接地比压、各运行阻力、转弯附着情况验算、驱动功率及额定工作扭矩等，为应用于堆取料机中履带系统的参数设计计算提供了设计参考与重要理论依据。

关键词：履带式斗轮取料机；履带系统；接地比压；履带运行阻力

中图分类号：U653 文献标志码：A

0 概述

以传统堆取料机产品、工程机械履带底盘、移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范，露天矿用转载机为理论依据。本设备同时服务于两个料场，每个料场宽58.4m，长326.3m，两个料场的储料量非常大、要求本设备灵活运作于两个料中，实现自动化程度高、功能高度集成化，高效率的连续型散料运输设备，如图1所示。

1 接地比压计算

料场平均接地比压小于0.3Pa，设备重力G=2300kN，履带板宽b=1.1m，履带接地长度L=5.4m，单条履带的平均接地比压：

在设计履带式机器时，要力求做到在任何情况下，使履带接地部分都承受一定压力。当0≤e≤L/6时，此区域为履带接地核心区域，整机重心在此区域内时履带沿接地长度都承受载荷，如图2所示。

履带的接地比压不允许出现三角形分布状况，不得在接地长度上出现零比压，重心位置应在履带接地平面核心之内。其中履带中心距B=7m，整机重心横向偏心距c=1.1m，整机重心纵向偏心距e=1.45 m，当上部结构发生偏心时，单侧履带最大接地比压为：

单侧履带最小接地比压为：

求出最大接地比压以后，一定要用土壤的最大容许比压校核，最大容许比压是履带挤压土壤沉陷深度不大于120mm时的比压。

2 运行总阻力计算

覆带取料机在运行过程中主要受到阻力为：惯性阻力FG，风阻力FF ，履带运行滚动阻力FR，履带行走坡道阻力FP，转弯阻力FW，总阻力如下：

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

履带行走装置的总行走阻力主要分为以下3种工况进行计算：直行时：F=FR+FG+FF ；爬坡时：F=FP+FG+FF ；转弯时：F=FW+FG+FF。

2.1 惯性阻力

风阻惯性阻力按匀加速平稳启动工况计算，其中：Vmax—履带调车速度Vmax=0.167m/s，重力加速度g=9.8m/s2，履带启动时间tG=6s，单侧履带在加速到最大速度产生的惯性力：

2.2 风载荷阻力

风阻力根据风载公式，其中cf（风载系数）=1.6，Af（迎风面积）=130m2，最大工作风压时，风速v=25m/s，则qf=v2/1600=0.39 kN/m2，按照工作风速来进行计算履带风载阻力：

FF=cf·Af·qf kN=81kN

2.3 直行时单侧运行阻力

为了安全和载荷的考虑履带在坡道上只能直行，不能转弯，其中fr（履带滚动阻力系数）=0.1，覆带运行阻力如下：

2.4 履带行走单侧坡道阻力

式中：

c-整机重心横向偏心距，1.54m；

α-路面坡道倾角，0.05（弧度）。

2.5 转弯外侧履带行走阻力

根据堆料取料及调车工艺，大半径28m转弯。由于R>B/2，双侧差速转弯，Vo与Vi同向，其中Vo（外侧履带速度）=4.14m/s，Vi（内侧履带速度）=3m/s，如图3所示。

理论转弯半径R：

考虑履带滑移的影响，实际转弯半径大约为理论转弯半径的1.3倍。R实≈1.3R，即28m。Fwo轉弯外侧履带行走阻力为：

kN=405.8kN

式中：fw为转弯阻力系数，随着履带转弯半径变小而增大，按照以下公式计算：

2.6 转弯附着情况验算

土壤附着系数φ取0.5，fw=0.39，λ（履带长宽比）=L/B=0.77

由下式验算是否可以转弯：

经计算满足转弯要求。

3 驱动功率计算

3.1 直行时单侧驱动功率

直行时总阻力，其中：V（直线运行速度）=10m/min，η（履带传动装置效率）=0.95，计算为：

F直=FR+FG+FF=3.19+81+112.7=197.2kN

计算直行时驱动功率为：

3.2 爬坡时单侧驱动功率

爬坡时单侧总阻力为：

F爬= FP+FG+FF=3.19+81+244=328.3kN

爬坡运行速度V=6m/min，爬坡驱动功率为：

3.3 转弯时外侧驱动功率

转弯时总阻力为：

F转= FW+FG+FF=405.7+3.19+81=490.2kN

转弯时外侧运行速度V=4.14m/min，转弯外侧驱动功率为：

4 额定工作扭矩计算

4.1 直行时单侧额定工作扭矩

直行时工作扭矩，其中PR（直行时驱动功率）=34.6kW，履带节距tk=0.33m，履带驱动轮齿数z=10，直线运行速度V=10m/min，直行时驱动轮转数

，

计算为：

4.2 爬坡时单侧额定工作扭矩

爬坡时工作扭矩，其中PP（爬坡时驱动功率）=34.6kW，爬坡运行速度V=6m/min，爬坡时驱动轮转数

，

计算为：

4.3 转弯时外侧额定工作扭矩

大半径转弯时外侧工作扭矩，其中PW（转弯时外侧驱动功率）= 35.6kW，外侧运行速度V=4.14m/min，转弯时驱动轮转数

计算为：

5 覆带运行工况

现场实际工作工况通过以上计算可得出如表1所示表格数据为取料机中履带系统的设计计算参数，以便选择驱动及工作稳定性校核。

结论

将运动灵活的覆带系统应用于常规有轨式堆取料机中，具有可以迅速移动到其他地点的优势。通过计算履带式斗轮取料机中覆带机构的各参数，包括履带系统的接地比压、各运行阻力、转弯附着情况验算、驱动功率及额定工作扭矩等，为应用于堆取料机中履带系统的参数设计计算提供了设计参考与重要理论依据。

参考文献

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