铣刨机行驶作业阻力特性分析

2013-12-03吕聪正冯忠绪段永波

山东交通学院学报 2013年2期

吕聪正,冯忠绪,李耀,段永波

(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安 710064)

随着国家高速公路网、国家区域发展战略确定的高速公路以及省际连线高速公路建设的不断推进，到2015年国家高速公路网将全部建成，届时通车里程将达到500万km[1]。在这种形势下，公路养护工作变得日益繁重。从2010年开始，10 a前修建的公路开始普遍进入翻新、扩建、大修周期，铣刨机作为路面养护机械的主要机种，在国内的应用前景非常广阔。

试验研究表明，路面铣刨机铣刨系统消耗的功率约占整机功率的77%以上[2]，行走系统消耗的功率约占15%左右[3]。行驶系统和铣刨系统之间相互联系又相互制约，2个系统的合理匹配直接影响铣刨机的性能指标[4]。本文通过理论分析结合现场样机试验对铣刨机行驶阻力特性进行分析研究。

1 铣刨机行驶阻力分析

铣刨机行驶阻力主要由铣刨机行驶过程中地面附着条件产生的滚动阻力和铣刨转子作业过程中的水平切削阻力组成。

1.1 滚动阻力

铣刨机行驶过程中附着条件产生的滚动阻力FQ的计算式为

FQ=MQgδ，

式中δ为轮式车辆在沥青路面上的滚动阻力系数，δ= 0.02～0.03；MQ为附着质量，由铣刨机整机质量以及铣刨转子作业时产生的竖直分力决定；g为重力加速度，g=9.8 m/s2。

1.2 水平切削阻力

铣刨机水平切削阻力FH的计算式[3]为

式中k1为经验系数，与路面材料以及铣刨转子宽度、刀具排列等有关；k2为经验系数，与路面材料以及切削宽度、厚度、速度等有关；B为铣刨宽度；ae为铣刨深度；v为作业速度；u为铣刨鼓线速度。

1.3 行驶阻力

铣刨机行驶阻力的表达式为

(1)

由式(1)可知，铣刨机的行驶阻力不仅与铣刨机整机质量和铣刨转子作业时产生的竖直分力有关，还与铣刨转子水平切削分力有关。F与铣刨宽度、作业速度成线性正比关系，F随着铣刨深度的增加而显著增大。

2 试验结果与分析

为进一步分析铣刨机行驶作业阻力特性，选用CLG563铣刨机进行现场试验研究。CLG563铣刨机采用全轮驱动，铣刨转子安装在两后轮中间，通过后桥上两液压缸驱动铣刨机整机升降从而改变铣刨深度。铣刨机行驶液压系统和铣刨转子液压系统相互独立，液压系统工作压力的变化可以准确反映铣刨机各系统的工作载荷。试验过程中，选择平整的沥青路面进行多次试验，通过DEWE5000型数据采集仪记录各液压系统压力，数据采集仪采样频率取1 kHz。

表1 CLG563铣刨机基本技术参数

CLG563铣刨机基本技术参数如表1所示。在试验过程中对铣刨转子液压系统、行走液压系统以及后桥升降液压系统采集多组数据进行分析，在铣刨厚度为150 mm、作业速度v=8.5 m/min时，3个液压系统压力随时间变化曲线如图1～3所示。3个系统压力具有明显的波动。

图1 行走泵压力图

图2 铣刨泵压力图

图3 升降泵压力图

试验过程中，以某工况下样机现场试验测得的行驶阻力与理论计算的数据进行分析比较，可以看出理论曲线与试验曲线基本吻合，从而验证了该理论分析的合理性。本文以铣刨转子转速为130 r/min、铣刨深度为150 mm，铣刨机在不同行驶速度v下样机现场试验所测的行驶阻力与理论分析计算的行驶阻力进行对比，对比曲线如图4所示。