工程机械设计：驱动轮滑转效率与附着性能分析

1.滑转效率

轮胎在作业过程中由于滑转而损失功率，通常用滑转效率标志它损失功率的多少。

式中　v——车体实际速度；

　　　vT——车体理论速度。

因为

所以

由此看出，不论是从运动学角度，还是从动力学角度讨论滑转率和滑转效率，所涉及的本质都是一样的。

影响滑转率和滑转效率的因素是轮胎的周向变形、土的切向变形和轮胎相对地面的滑转情况，而这些因素又都随牵引力的变化而变化，也就是随车轮与地面之间的附着力而变化。因此，轮胎与地面的附着情况与滑转情况有密切关系。

2.轮胎与路面之间的附着性能(www.xing528.com)

在前面曾提到过附着力和附着系数的概念，即为了计算最大牵引力（附着力）P，而引入附着系数ϕ，它是当轮胎与路面发生全滑转时附着力与附着质量的比值。由于附着力、附着质量和附着系数是工程机械设计中常用的重要参数，需要对它们做较为详细的讨论。

前面曾提及，当驱动轮有驱动力矩作用时会使轮胎的圆周力作用给路面，于是路面上的土给驱动轮以“总推力”，并把它称作为驱动轮的切线牵引力，切线牵引力克服各种阻力而使车辆前进。

切线牵引力是附着性质的力，其本质是轮胎与路面之间的摩擦力以及由于轮胎花纹与土之间嵌合而给土以挤压以致剪切的力总和。这个力随牵引负荷的增加而增加，同时伴随牵引负荷的增加，轮胎相对地面的滑转率也增加，当牵引负荷超过轮胎与地面之间附着能力的极限值之后，轮胎发生全滑转。这个过程中牵引力与滑转率之间的关系可由试验测得，图 3.3即是所测得的曲线，称作滑转率曲线。从图3.3 可见，某一牵引力 Px 都对应有相应的滑转率 δx和相应的附着系数 ϕx；当牵引力的增加使得滑转率δx=100%时（驱动轮全滑转），意味着附着力达到最大值，附着系数也达到最大值，以符号ϕ 表示。此时

图3.3　滑转率曲线

表 3.2 中所列ϕ 值均为δ=100%时所测得的数据。它与许多因素有关：路面情况、轮胎结构和轮胎气压等。在硬路面上，附着系数ϕ 主要取决于轮胎表面与路面之间的摩擦力的大小；在软路面上则主要取决于路面土的抗剪强度和轮胎与土之间的摩擦力；在潮湿路面上附着系数急剧下降，在泥泞路面和有水路面上附着系数下降到最低值。

表3.2　轮胎在各种路面上的滚动阻力系数f 和附着系数ϕ

在松软路面上降低轮胎的充气压力可以增大接地面积、改善轮胎与路面之间的相互作用情况，因而提高了附着系数。

在进行总体参数的选择和确定发动机功率与底盘重量的匹配关系时，通常根据不同机种的作业特点来选择合理的附着系数 ϕH作为额定工况，而不是把ϕ 作为合理工况进行匹配。对于工程机械中的几种典型机种，通常选择δ=15%~35%范围内的某一值所对应的 ϕH值作为额定工况进行匹配总体参数，例如，履带推土机常取δ=15%时，所对应的 ϕH值作为额定工况，而轮式装载机取当δ=30%时，所对应的 ϕH值作为额定工况进行总体参数的匹配。