探究大型轮式推土机极限工况适应性技术.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：闫培林（1982），男，汉族，内蒙古鄂尔多斯人，本科，助理工程师，国家能源集团准能集团黑岱沟露天煤矿工务队，研究方向为采矿工程。-71-探究大型轮式推土机极限工况适应性技术 闫培林 国家能源集团准能集团黑岱沟露天煤矿工务队，内蒙古 鄂尔多斯 017000 摘要：摘要：随着大型轮式推土机在农业，矿业等各领域中使用越来越广泛，如何进一步提高大型轮式推土机的运行稳定性和极限工况适应能力成为相关科研人员关注的一个问题。本文简述了大型轮式推土机的起源及发展历程，分析了当前大型轮式推土机的技术特点以及未来发展趋势，通过对某一型号大型轮式推土机的技术参数和整机结构的分析，探讨了大型轮式推土机极限工况适应的关键技术以及极限轴荷。关键词：关键词：大型轮式推土机；极限工况；适应性 中图分类号：中图分类号：TU623 1 大型轮式推土机的起源及发展历程 随着我国社会的进步和农业的发展，农业生产向着机械化的方向进步，大型轮式推土机也成为现代化农业生产中的重要设备。轮式推土机最早起源于公元前五世纪的古希腊，当时的古希腊人民采用橄榄树的树干做成推土机，随着时代的进步，最初的橄榄树树干制成的推土机逐渐演化为由深处拉动的绳桥铁铆推土机。一直到 20 世纪初，推土机由深处为动力来源转化为由内燃机为动力来源，这主要归功于燃油发动机的出现，但是以内燃机为动力来源的轮式推土机经常会陷入泥泞的地面，为了解决这一问题，相关科研人员又研发了大型轮式推土机。大型轮式推土机首次被研发是在 20 世纪 30 年代的美国，与传统的内燃机推土机相比，新型的轮式推土机的发动机在中部，而传统内燃机推土机的发动机在前部，这解决了轮式推土机的平衡性问题，使推土机能够在泥泞路面上更好的行驶，但是在长期使用中，这种轮式推土机的发展仍然受到限制，也存在一些缺陷，导致它在生产过程中难以广泛使用，比如轮式推土机由单轮驱动，所以其稳定性较低，并且悬挂结构比较单一。30 多年后，某一公司又推出了一种新型号的大型轮式推土机，解决了稳定性的问题，并且行驶性能更好，这种新型号的大型轮式推土机采用的驱动方式为声轮驱动方式，还优化了悬挂结构，进一步拓展了大型轮式推土机的应用。2 大型轮式推土机的技术特点及未来发展趋势 当代的大型轮式推土机具有五个比较显著的技术特点，第一，当前大型轮式推土机采用双轮驱动结构，与单轮驱动相比，其稳定性更高，具有比较优秀的行驶性能。第二，随着 GPS 技术的发展，大型轮式推土机中也应用了先进的 GPS 定位技术，可以实现自动化操作。第三，为了防止大型轮式推土机在泥泞路面行驶陷入泥土中，还在推土机底部涂有特殊材料，使得其行驶性能更加优秀。第四，当前的大型轮式推土机的材料和附件质量更高，设备耐用性和使用寿命更加优越。第五，除了基础性能以外，当前的大型轮式推土机还具有豪华的驾驶舱和操作台，大大提高了操作员的舒适性，也提高了工作效率。随着科学技术的进步和社会的发展，在未来大型轮式推土机会进一步向着智能化，自动化不断发展，在工业化和机械化的推动下，大型轮式推土机的应用领域会不断扩大，相关科研人员也会针对当前大型轮式推土机存在的不足，进一步研究改进其在泥泞路面行驶方面存在的缺陷，不断提高大型轮式推土机的行驶稳定性。目前大型轮式推土机在现代生产中占据着不可或缺的地位，在未来也会应用于更广泛的领域。3 主要技术参数与整机结构 与传统的履带式推土机相比，轮式推土机的形式速度更快，作业周期短，具有更好的机动性，在各个领域的应用都比较广泛，尤其是在矿山市场中发展十分迅速。本文所探讨的大型轮式推土机型号针对一些矿山的工矿研发，进一步优化了大型轮式推土机的运行可靠性，安全性和操纵性，以蒙古，俄罗斯等环境严寒且重载矿山的工矿为基础，进一步提高了大型轮中国科技期刊数据库 工业 A-72-式推土机的使用经济性。本文所研究的大型轮式推土机发动机的发动机功率为 418/2000kW/(r/min)，整机重量为 47000kg，推产容量为 7.910.0m，最大牵引力不小于 380kN，最大提升高度是 1290mm，推产倾斜为 1325mm。本文所研究的大型轮式推土机包括推铲装置，液压系统，前车架，驾驶室系统覆盖件，后车架，驱动桥系统，发动机系统，双变系统，制动系统，电气系统，集中润滑系统，制动散热系统，空调系统，预热系统等。在发动机系统中，使用了高压共轨发动机，这种方式能够满足俄罗斯和蒙古等气候寒冷地区的驱动需求，预热系统可以对多处进行同时预热，保证在极度严寒的环境下也可以顺利启动，此外，为了保证发动机系统的清洁度，提高燃油使用的经济性，还采用了三级空气过滤和多级燃油过滤的设备。这款轮式推土机的独立散热系统是大片距的散热器，即使在极端的环境下也能正常运作，装备带有反转功能的风扇能够实时清洁散热装置。设置在驾驶室中的设备，也可以为司机创造更加适宜、清爽的工作环境。4 极限工况关键技术研究 4.1 高粉尘工况适应性技术 极限工况下要保证大型轮式推土机的正常运行，就要深入研究极限工况关键技术。在高粉尘工况下，为了提高大型轮式推土机的适应性，可以选择使用一个拥有自动排出功能的旋流管型进气系统，同时搭载一个能够通过尾气排出驱动改变截面的发动机，保证发动机尾气排出时可以带出一部分灰尘，这部分会成为通过旋流管式预滤器气离心然后排除，也可以离心后从排成阀排出。这种系统可以有效提高空气的预滤效率。同时在驾驶室中还配备新风系统，为了确保驾驶舱的空气质量，并增强驾驶者的舒适感，可以在驾驶舱内部安装增压系统，使其能够与空调系统相结合，形成独立的增压器，优化空调内循环与新风外循环，使密闭的，驾驶室中具有新鲜良好的空气，这种多种空气循环模式可以有效实现驾驶室内部的空气清新。高粉尘工况适应中的可自动排尘功能旋流管式进气系统包含一个带有消声器的排气引射器，其上方含有排气帽，排气引射器与过滤器通过单向阀连接，过滤器可以对脏空气进行预过滤，然后越过滤之后的空气进入空滤，有杂质的空气会通过单向阀排入排气引射器。4.2 高温环境强制冷却技术 在高温环境下需要有强制冷却技术来适应极限工况，保证大型轮式推土机的正常运行。大型轮式推土机中配备有独立的散热系统，高温环境强制冷却技术所采用的系统包括散热泵，换向阀，风扇马达，马达控制阀和散热泵控制阀，主要包括温控式变量泵和定量马达，温控式变量泵负责温度控制，定量马达负责驱动独立散热系统。并且高温环境下强制冷却技术中发动机的冷却液温度，变阻器温度和中冷气温度都会影响风扇的转速，这可以保证降低能耗和降低噪音的同时实现。通过手动或者自动的方式，可以调整风扇的反转与缓冲阀块，有利于利用风扇的反转清理散热器，避免散热器的散热片堵塞。4.3 超低温冷启动技术 超低温冷启动技术是指在极寒工况下工作时也可以顺利启动大型轮式推土机，此外，还可以根据极寒环境的特性，对低温可靠性设计与实验方式进行创新研究。为了同时预热液压油，柴机油，防冻液和电瓶，在试验过程中，可以通过水循环平台的预热技术，通过串并联的集成方式，对各个区域进行预热。此外，该方法也有效地减少了液压油和柴油的运动阻力，降低了其粘度。此外，它还增强了电池的低温放电特性，优化了设备的启动效率。串并联集成式模块化预热系统包括对发动机机油进行加热的发动机，将燃油液体进行预热的燃油液体加热器，以及燃油箱加热，液压油箱加热，蓄电池加热和冷却液加热部分。4.4 推土机三油缸三自由度工作装置 在极限工控技术里，引入了三油缸三自由度的工作设备，有利于通过控制提升油缸来完成装置的升降。此外，也能够通过两个侧倾油缸来控制铲刀的前后翻转和左右偏移。创新型的大型轮式推土机中，前车架结构带有与前车架和工作装置相连接的稳定器，使得工作装置的结构更加简单，在推土机工作过程中，为了提高结构强度，还采用了双钢板前机架结构，进一步改善了推土机工作时的稳定性，使前车架的耐用性更高，使用寿命更长，使大型轮式推土机，能够更好的适应极限工况。这型号的推土机作为当前大型轮式推土机中的核心产品之一，其动力在国际范围内都比较领先，具有更加先进的液压技术和电气控制技术，已经经过了零部件和整机可靠性试验，当前在各个领域中的应用获得了广泛的认可，对极限工况具有较强中国科技期刊数据库 工业 A-73-的适应性，在高寒情况下，以及高温情况下和矿山工况中都能够充分发挥其优势。5 对大型轮式推土机极限轴荷的分析 当四轴轮式挖掘机处于紧急制动、抬头自救等状态时，它的轴荷将会出现显著的改变。每种临界条件下的轴承负荷的改变程度也有所区别。因此，对这些临界条件下轴承负荷的数值进行研究，对于优化挖掘机的传动系统具有关键的意义。现下，许多研究主要集中在两轴与三轴轮式推土机的轴荷计算与探讨上，但对于四轴轮式推土机轴荷的分析较少，因此，本篇文章将四轴轮式推土机作为研究的主要对象，探讨了它在各种临界条件下的受力表现，并以此为依据制作物理模型，表明了临界工况的客观存在以及传动系统设计的优化方式。5.1 轴荷计算模型 四轴轮式推土机在正常行驶时由三个轴驱动，在推土牵引爬坡时会变成全轮驱动，并且两种状态时，差速器为全部锁止的状态，依据此特性构建轴荷计算模型，设想重心在中轴线上，轴两侧的轴荷一致，四个轮胎的气压保持一致，并且所有悬架的刚度也一致。首先，需要创建一个轴荷在紧急制动情形下的计算模型，在此过程中，不考虑制动时的侧向移动，基于达朗伯原理构建方程式。其次，构建抬头自救状态下的轴荷计算模型，分析这一状态下的受力情况和各个轮胎的变形情况之间的关系。再次，构建平地推土时抬头状态下轴荷计算模型，在推土机运行过程中，如果遇到大石块等障碍，可能会出现这一临界状态，此时推土阻力会由驱动力克服。最后构建爬陡坡状态下的轴荷计算模型，可以看作其在缓慢爬陡坡时处于平衡状态，忽略比较小的滚动阻力进行计算。5.2 推土机传动系统部件设计轴荷建议 通过对四轴轮式推土机不同临界状态下受力分析模型的构建，结合推土机的设计参数，计算出了推土机在不同状态下各轴的极限轴荷，计算结果能够提高推土机传动系统部件设计的水平。搭建四轴轮式推土机在多种临界条件下的力学分析模型，结合有关设计参数，可以通过计算得到其在各种情况下的最大轴荷，这有助于明显提高推土机驱动系统的设计质量。第一点，当处于紧急制动的情况时，推土机重心后两个轴的轴和将会减小，而第四轴的轴和将对整体制动力产生影响。利用制动防抱死或者制动力分配装置，可以提高有效制动力，因此，在这种情况下，推土机的有效制动力相对较弱，效果并不理想。此外，当推土机在平坦的场地上执行工作时，很可能会发生抬头的情况，第四轴的车轮正处于驱动阶段。因此，在围绕第四轴的传动组成部分展开设计的过程中，需要考虑到它们的轴荷，以此来计算力和转矩，特别是轮边减速器，侧向传动轴等的最大粘附扭矩。此外，四周轮式推土机的轴荷在各种临界情况下都有显著的波动。如果滑行斜度达到 25 度，第一轴与第四轴轴荷的增幅最大。因此，在进行侧向传动箱体及轮毂的静态强度分析时，需要将这种情况下的轴荷作为受力的边界条件。最后，为了优化推进机的机械稳定性，加强互换效率，并且方便生产和制作，需要确保每个轴的传动系统的关键组成部分负担的负荷是一致的。因此，在整个设计过程中，需要确定轮边减速器侧的传动轴能够承受的最大附着扭矩。此外，它还需要具备抵抗由特定数值的静态轴荷引发的静态弯矩的能力。加强传动轴以及侧传动箱体的设计，使传动系统能够满足大型轮式推土机的极限工况下的使用要求。6 总结 总而言之，随着科学技术的发展和社会的进步，推土机这一机械设备在众多领域中的应用都越来越广泛，大型轮式推土机作为当前许多行业中至关重要的一种设备，应当不断适应各种极限工况，提高运行的稳定性和使用寿命。大型轮式推土机经过比较长久的发展历程，当前 7 基础性能已经得到了充分的提高，并且驾驶室也能满足操作员的舒适度要求，本文通过对一个特定型号的大型轮式推土机进行分析研究，探讨了如何使大型模式推土机更好的适应高粉尘、高温环境、超低温环境等极限工况，使其在极限工况下也能正常运行，同时还分析了大型轮式推土机的极限轴荷。希望可以推动大型轮式推土机的进一步发展，使其在各个领域中做出更多的贡献。参考文献 1 齐陆燕,郁干,王振.大型轮式推土机极限工况适应性技术研究J.建设机械技术与管理,2023(1).中国科技期刊数据库 工业 A-74-2袁瑜.大型轮式推土机的发展J.矿业装备,2015(004).3叶兰成.大型推土机工作装置仿真分析及结构强度研究D.长春:吉林大学,2008.4吕志诚.推土机极限载荷控制系统的探讨J.企业文化月刊,2011(5).5李鑫.基于推土机底盘的推树装置动力学分析及强度研究D.长春:吉林大学,2016.