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【摘要】本文分析了斗轮挖掘机双履带装置的主要特点及工作原理，对其平地直行，坡道直行及平地转弯三种工况时的行走阻力进行了分别的计算分析，针对影响履带行走的因素提供了分析。对三种工况下的驱动力矩和功率进行了计算。
【关键词】斗轮挖掘机；双履带；行走计算
1.双履带斗轮挖掘机行走装置主要特点及工作原理
1.1双履带斗轮挖掘机行走装置的主要特点
双履带斗轮挖掘机行走装置与其它一般类型双履带机器（如单斗挖掘机、推土机等）行走装置相比较，具有下列特点：
（l）机器重量大。大多数双履带斗轮挖掘机的重量为80～1000t。最大重量已超过1400t。
（2）履带较宽。由于机器重量大，为适应斗轮挖掘和采矿或剥离工作面较低的承载能力，常采用较宽的履带。并且，大型履带板都采用不带履刺的平底结构。
（3）爬坡度较小。由于受地面承载能力的限制，行走驱动机构不能太大，所以一般斗轮抢掘机爬坡度为1：10。重量较小的斗轮挖掘机为1：8～1：6或更高些。
（4）行走速度慢。大型斗轮抢掘机的行走速度较低，约为2～12m/min。
1.2斗轮挖掘机履带行走装置组成及工作原理
履带行走装置是由连接底盘、履带架总成、履带及行走传动机构组成。履带走行装置采用刚接底盘设计，具有良好的抗倾覆性能，它对地面土壤具有足够的附着力，可适应不平的路面，而且有较大的支承面积，对地比压较小，可通过浅滩，窄沟及其它障碍物；具有足够好的机动性，具有良好地机动性能，可方便地通过陡坡或进行转弯。
履带行走装置的工作原理：整个斗轮挖掘机支持在履带架上，履带架前端为导向轮，后端是驱动轮，中间是支承轮。履带架通过支重轮把载荷传递给履带板。履带板当驱动轮转动时，与驱动轮相啮合的履带有移动的趋势，由于履带板和地面间的附着力大于驱动轮、导向轮和支承轮的流动阻力，因此履带并不移动，而履带台车的驱动轮、导向轮和支承轮沿履带滚动，使整个斗轮挖掘机向前移动。履带行走装置转弯时通过两边履带所受的驱动速度不同，或者反向来实现转弯。
2.双履带行走运行阻力分析
2.1履带接地核心区域的条件
实际工况中，整机的重心偏于几何中心时：
L是履带的接地长度，B是两履带中心距，e是整机重心纵向偏移量，c是整机重心横向偏移量。
为确保土壤接地比压，应保证整机重心在，此区域范围内，此区域为履带接地核心区域，以下所有计算都是建立在这样的基础上，才保证整机的稳定性。
2.2平地直行工况行走阻力计算
FZ为单侧履带直行行走阻力
G为整机重量300t 。
为行走阻力系数，通常取值0.1，其中包含滚动阻力（内阻）和土壤变形阻力（外阻）。
得
2.3坡道直行工况行走阻力计算
（横向偏心）
式中Fp为单侧履带爬坡行走阻力。
本工况调车行走坡度为1：10，即α=5.71°
得
从式中可以看出横向偏载会加大履带行走阻力。
2.4履带平地转弯工况分析
2.4.1履带转弯半径
履带理论转弯半径：（式中R等于履带转向中心到履带机构中心的距离）
式中，Vi为内侧履带速度V0为外侧履带速度。
1）当Vi=0时为内侧履带制动，外侧履带转弯。
2）当Vi=-V0时，两侧履带以同速反向转弯，此时转弯半径为R=0。（原地转弯）
3）当Vi与V0同向，不等速时，履带以理论半径R转弯，但实际转弯时由于履带板与地面发生横向滑移的原因，实际转弯半径。此工况为重载履带常用转向工况，本文的斗轮挖掘机采用的就是这种转弯方式。
本机Vi=3m/min V0=5.5m/min Vi为内侧履带行走速度，V0为外侧履带行走速度，则
2.4.2履带转弯行驶阻力
考虑转弯的偏心工况：
从式中可以看出横向偏载会增大转向阻力，纵向偏载会减小转向阻力，履带与地面的摩擦阻力矩取决于摩擦系数和载荷，而与接地比压和行走速度无关。
式中F0为外侧履带的转弯阻力
为履带转弯阻力系数
L=7.382m L为履带接地长度 相当于驱动轮与导向轮中心距加一个履带节距的长度，得F0=665KN
2.5风阻力
重型机器必须克服和运动方向相反的风阻力Fw。
2.6惯性阻力
重型机器必须克服最初改变运动状态时自身的惯性所产生的阻力Fg，这里已知Fg=2.75KN
2.7履带行走装置的总阻力
直行时
爬坡时
转弯时
可见转弯时阻力最大，计算驱动力矩和马达功率应以转弯工况为计算工况。
3.履带行走动力半径，驱动力矩及驱动马达功率
3.1动力半径
3.2三种工况下的履带行走驱动力矩
3.3三种工况下履带行走驱动马达功率
1）平地直行功率为
这里直行速度取最大值 得
2）坡道直行功率为
这里
3）平地转弯功率为
这里转弯速度取外侧履带速度
4）已知履带传动装置效率 减速器机械效率
容积效率 机械液压效率
直行马达功率
坡道马达功率
转弯马达功率
爬坡工况占总工作时间相对很长，对马达寿命影响较大，所以此工况时系统压力定为20MPa左右，即可以满足正常工作要求；然而转弯行驶的工况占总工作时间相对很短，此时系统压力提升至25-30MPa可满足要求。故通过以上计算结果，就可以对液压马达及减速器进行选型。
4.结论
根据上文的讨论可以得出斗轮挖掘机双履带行走装置直行，爬坡和转弯三种工况下的行走阻力，驱动力矩及驱动功率的计算方法，并得出横向偏载的存在使得转弯阻力和爬坡阻力增大，所以控制好整机的横向重心偏移可以减小转弯和爬坡行走阻力。通过计算得出了驱动力矩和马达功率，为正确的选择液压驱动设备提供了理论依据。
【关键词】斗轮挖掘机；双履带；行走计算
1.双履带斗轮挖掘机行走装置主要特点及工作原理
1.1双履带斗轮挖掘机行走装置的主要特点
双履带斗轮挖掘机行走装置与其它一般类型双履带机器（如单斗挖掘机、推土机等）行走装置相比较，具有下列特点：
（l）机器重量大。大多数双履带斗轮挖掘机的重量为80～1000t。最大重量已超过1400t。
（2）履带较宽。由于机器重量大，为适应斗轮挖掘和采矿或剥离工作面较低的承载能力，常采用较宽的履带。并且，大型履带板都采用不带履刺的平底结构。
（3）爬坡度较小。由于受地面承载能力的限制，行走驱动机构不能太大，所以一般斗轮抢掘机爬坡度为1：10。重量较小的斗轮挖掘机为1：8～1：6或更高些。
（4）行走速度慢。大型斗轮抢掘机的行走速度较低，约为2～12m/min。
1.2斗轮挖掘机履带行走装置组成及工作原理
履带行走装置是由连接底盘、履带架总成、履带及行走传动机构组成。履带走行装置采用刚接底盘设计，具有良好的抗倾覆性能，它对地面土壤具有足够的附着力，可适应不平的路面，而且有较大的支承面积，对地比压较小，可通过浅滩，窄沟及其它障碍物；具有足够好的机动性，具有良好地机动性能，可方便地通过陡坡或进行转弯。
履带行走装置的工作原理：整个斗轮挖掘机支持在履带架上，履带架前端为导向轮，后端是驱动轮，中间是支承轮。履带架通过支重轮把载荷传递给履带板。履带板当驱动轮转动时，与驱动轮相啮合的履带有移动的趋势，由于履带板和地面间的附着力大于驱动轮、导向轮和支承轮的流动阻力，因此履带并不移动，而履带台车的驱动轮、导向轮和支承轮沿履带滚动，使整个斗轮挖掘机向前移动。履带行走装置转弯时通过两边履带所受的驱动速度不同，或者反向来实现转弯。
2.双履带行走运行阻力分析
2.1履带接地核心区域的条件
实际工况中，整机的重心偏于几何中心时：
L是履带的接地长度，B是两履带中心距，e是整机重心纵向偏移量，c是整机重心横向偏移量。
为确保土壤接地比压，应保证整机重心在，此区域范围内，此区域为履带接地核心区域，以下所有计算都是建立在这样的基础上，才保证整机的稳定性。
2.2平地直行工况行走阻力计算
FZ为单侧履带直行行走阻力
G为整机重量300t 。
为行走阻力系数，通常取值0.1，其中包含滚动阻力（内阻）和土壤变形阻力（外阻）。
得
2.3坡道直行工况行走阻力计算
（横向偏心）
式中Fp为单侧履带爬坡行走阻力。
本工况调车行走坡度为1：10，即α=5.71°
得
从式中可以看出横向偏载会加大履带行走阻力。
2.4履带平地转弯工况分析
2.4.1履带转弯半径
履带理论转弯半径：（式中R等于履带转向中心到履带机构中心的距离）
式中，Vi为内侧履带速度V0为外侧履带速度。
1）当Vi=0时为内侧履带制动，外侧履带转弯。
2）当Vi=-V0时，两侧履带以同速反向转弯，此时转弯半径为R=0。（原地转弯）
3）当Vi与V0同向，不等速时，履带以理论半径R转弯，但实际转弯时由于履带板与地面发生横向滑移的原因，实际转弯半径。此工况为重载履带常用转向工况，本文的斗轮挖掘机采用的就是这种转弯方式。
本机Vi=3m/min V0=5.5m/min Vi为内侧履带行走速度，V0为外侧履带行走速度，则
2.4.2履带转弯行驶阻力
考虑转弯的偏心工况：
从式中可以看出横向偏载会增大转向阻力，纵向偏载会减小转向阻力，履带与地面的摩擦阻力矩取决于摩擦系数和载荷，而与接地比压和行走速度无关。
式中F0为外侧履带的转弯阻力
为履带转弯阻力系数
L=7.382m L为履带接地长度 相当于驱动轮与导向轮中心距加一个履带节距的长度，得F0=665KN
2.5风阻力
重型机器必须克服和运动方向相反的风阻力Fw。
2.6惯性阻力
重型机器必须克服最初改变运动状态时自身的惯性所产生的阻力Fg，这里已知Fg=2.75KN
2.7履带行走装置的总阻力
直行时
爬坡时
转弯时
可见转弯时阻力最大，计算驱动力矩和马达功率应以转弯工况为计算工况。
3.履带行走动力半径，驱动力矩及驱动马达功率
3.1动力半径
3.2三种工况下的履带行走驱动力矩
3.3三种工况下履带行走驱动马达功率
1）平地直行功率为
这里直行速度取最大值 得
2）坡道直行功率为
这里
3）平地转弯功率为
这里转弯速度取外侧履带速度
4）已知履带传动装置效率 减速器机械效率
容积效率 机械液压效率
直行马达功率
坡道马达功率
转弯马达功率
爬坡工况占总工作时间相对很长，对马达寿命影响较大，所以此工况时系统压力定为20MPa左右，即可以满足正常工作要求；然而转弯行驶的工况占总工作时间相对很短，此时系统压力提升至25-30MPa可满足要求。故通过以上计算结果，就可以对液压马达及减速器进行选型。
4.结论
根据上文的讨论可以得出斗轮挖掘机双履带行走装置直行，爬坡和转弯三种工况下的行走阻力，驱动力矩及驱动功率的计算方法，并得出横向偏载的存在使得转弯阻力和爬坡阻力增大，所以控制好整机的横向重心偏移可以减小转弯和爬坡行走阻力。通过计算得出了驱动力矩和马达功率，为正确的选择液压驱动设备提供了理论依据。