更新时间:2022-09-13 15:37
接地比压指和地面接触物体的单位面积上所承受的垂直载荷。这是许多工程问题上的一个重要参数,它直接决定机械行驶过程中的稳定性和通过性。
物体和地面接触的单位面积上所承受的垂直载荷,称为接地比压。研究接地比压是研究物体-地面附着力矩的重要基础。研究接地比压能够解释接地比压随物体中心变化而变化的规律,和比压和深陷程度的关系等等。故理解和认知接地比压对我们研究机械行驶问题有着重要帮助。
履带单位接地面积所承受的垂直荷载,称为履带接地比压。这是履带式工程机械的一个非常重要的技术参数,它直接决定机器的行驶通过性和工作稳定性,也是研究履带一地面附着力矩的先决条件。
对于具有两条履带的工程机械来说,当工作重力与垂直外载荷所构成的合力在水平地面上的投影同履带接地区段的几何中心相重合时,履带接地比压便呈均匀分布状态,称为平均比压,其表达式为:
式中: ——履带平均接地比压, ;
——机器工作重力与垂直外载荷所构成的合力, ;
--履带接地宽度, ;
--履带接地区段长度, 。
当机器重心在水平地面上的投影与履带接地区段的几何中心相重合,且履带接地区段面积和地面都很光滑并近似于水平状态时,按上式计算的结果与实际情况非常接近。平均接地比压是履带机器的一个重要指标,在机器的使用说明书中一般都要注明。
设计履带式工程机械时,在总体布置上要尽量使垂直载荷对称并均匀地作用于履带接地区段上,这是保证履带机器具有良好的行驶通过性和工作稳定性的必要条件。
但是,平均接地比压并不代表机器的实际接地比压,因为机器重心在水平地面上的投影,一般不会恰好与履带接地区段的几何中心相重合。因此必须研究机器的最大接地比压和最小接地比压;最大接地比压才能反映机器的实际行驶通过性和工作稳定性。
假设履带行驶装置两条履带接地区段的几何中心为O点,通过该点引出相互垂直的纵向与横向中心线x和y。这样便形成一个直角坐标系(如图1所示)。在一般情况下,重心的投影总是落在该直角坐标系的某个象限内(图1表示在第一象限)。C为机器横向偏心距,e为机器纵向偏心距。
由于横向偏心距C的影响,机器重力与垂直外载荷所构成的合力,对两条履带的作用不是平均的。假设履带Ⅰ所承受的重力为 ,履带II所承受的重力为 ,则根据图1可列出以下方程式:
由此得两条履带所承受的不同载荷的计算式为:
式中: ——履带轨距, 。
根据式上两式可知,由于机器存在横向偏心距C的原因,距重心较近的履带Ⅰ所承受的载荷G,较大,因而机器的最大接地比压必然发生在履带I的下部;履带Ⅱ的接地比压分布形式与履带I相同,但相应的数值较小,当 时,则 ,即机器重心的投影恰好落在履带接地区段的纵向中心线x轴上。此时两条履带的接地比压分布形式及数值完全相同。
当机器重心位于履带接地区段横向y轴上的点1时,即横向偏心距为C,纵向偏心距为零,则两条履带的接地比压都呈均匀分布状态,压力图为矩形(图1b)。
履带Ⅰ的平均接地比压为:
带入 得:
同理:
当机器重心在履带装置几何中心左右变化,且变化范围为e=0~L/6时(如图1a)上点2),则接地比压图形为梯形[图1c)]。在此情况下,履带I的最大和最小接地比压为:
式中:——履带接地平面模量,。
根据图2可以求出之计算式。即:
综合上述得:
在此情况下,履带I接地区段任意部位接地比压的计算式,可以通过上式以及图3所示的相关几何关系求出。
可得:
履带Ⅰ接地区段任意部位的接地比压式为:
的定义域为:
当机耕船静置于水田中时(图4),其垂直方向的受力平衡方程式为:
式中:
——水的比重,0.001公斤/厘米3;
——田面的水深和船体的陷深,一般=3~8厘米;
——船体的接地面积,为船体在陷深时的接地长度和接地宽度的乘积;
、——分别为土壤对船体和驱动轮的垂直反力。
分析上式中的各项:
①为水的浮力。当=3~8厘米(平均5厘米)时,可近似看作公斤/厘米2。
② 土壤对船体的垂直反力,同船体的接地面积、以及土壤在陷深处的抗压强度有关,可以近似认为
③ 土壤对驱动轮的反力,随驱动轮的入土深度,该深度处土壤的机械强度,以及驱动轮的形状和参数的不同而有很大差别。据湖北-12型机耕船的电测试验结果,在泥脚深超过30厘米的水田中静止和带负荷直行时,驱动轮反力分别占整机重量的34.9%o和46.1%(平均值)。
④在计算机耕船的最大接地比压时,考虑到恶劣的使用条件——无水或少水,土壤极稀软、驱动轮严重滑转等情况,可不计水的浮力和驱动轮的支反力,即假设:
若机耕船的平均接地比压为,在上述假设条件下,它和整机使用重量的关系式应为:
综合上面公式,可得到机耕船在上述假设条件下静置而不下陷的平衡条件:
因此,机耕船的平均接地比压可用下式确定:
式中——许用比压值,即是土壤在船底陷深处的抗压强度。
的数值由所设计机耕船的规定限深和该机使用地区的土壤承压特性曲线来决定。当=3~5厘米时,根据各类土壤抗压强度的统计数据,可取如下数值:
一般深泥脚水田 =0.04~0.07
特深泥脚水田 =0.025~0.04