新型橡胶履带附着性能测试及分析

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本文通过对工程机械用新型橡胶履带附着性能的测试,得出了附着力及不陷量随土壤含水量的变化规律,并将其与红旗-100推土机用金属履带的附着力及下陷量进行了比较,同时简要分析了形成橡胶履带与金属履带附着力及下陷量差别的机理。本文通过对工程机械用新型橡胶履带附着性能的测试,得出了附着力及不陷量随土壤含水量的变化规律,并将其与红旗-100推土机用金属履带的附着力及下陷量进行了比较,同时简要分析了形成橡胶履带与金属履带附着力及下陷量差别的机理。橡胶履带 工程机械 附着性能 测试履带工程兵工程学院学报王耀华 洪津不详1997第六图书馆

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工程兵工程学院学报　９９７年第ｌ２卷　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆＮａｎｊ／ｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｎｉｇ　Ｌｕｓｔｉｔｕｔｅ　第Ｊ期第６４—７】　６　Ｉ　新型橡胶履带附着性能测试及分析　１ｔ　ｔ　，　Ｉ　口　王耀华洪津史长根蒋国良陆明袁建虎陈亦望杨小强　．．———～一　【工程兵工程学院，南京，２１０００７）　摘要本文通过对工程机械用新型橡胶履带附着性能的测试，得出了附着力及下焰量　随土壤含水量的变化规律，并将其与红旗一１　ＯＯ推土机用金属履带的附着力及下陷量进行　了比较．同时简要分析了形成橡胶履带与金属履带附着力及下陷量差别的机理　１　关键词下　午　一　堡壁垦茎　分类号ｑ￣，－１２１３．７　脂　０引言　工程机械的作业能力与其挂钩的牵引力之间有着密不可分的关系。立足现有装　备使其重量减轻、形体减小，并能维持甚至提高其作业能力，必须维持甚至提高其　挂钩牵引力。不减小挂钩牵引力的方法有两种：一是在保证滚动阻力不变的条件下提　附　高附着力；二是在保证附着力不变的条件下减小滚动阻力．任戈　减小（外）滚动阻力的实质就是　减小工程机械的下陷量。通过在大型环道土壤切削试验台上对工程机械用橡胶履带和　红旗一１００推土机用金属履带的附着力及下陷量进行了测试，第六图书馆

得出了在相同密实度下附着　力及下陷量随含水量的变化规律，为轻小型化军用工程机械履带的合理选用提供了理论　依据。　www.6lib.com罄Ｔ　雁　１实验概述　ｉ．１试验装置　１加载重物　２加载杠杆　３位移传感器　４固定杠杆　５计算机连线６拉力传感器７履带及固定装置　图ｌ实验装置示意圈　收碥ｎ期‘１９９６－１０—２４　http://www.6lib.com 第六图书馆

工程兵工程学院　１９９７，１　１）　本试验装置由加载、履带固定及测量三部分组成，如图１所示加载部分由加载杠杆　及重物组成，加在履带装置上的压力等于Ｇ－（Ｋ　＋Ｋ：）／Ｋ　，其中Ｋ　、Ｋ：分别是履带装　置与重物及支点的距离，Ｇ是加载重物的重量　测量部分由位移传感器和拉力传感器组　成，位移传感器用以测量履带的下陷量，拉力传感器用以测量履带的附着力位移传感器　及拉力传感器信号处理分析过程如图２所示。　１．２试验过程　本试验是在大型环道土壤切削试验台上进行的。试验土壤为南京老粘土。　本试验所用的金属履带是红旗．１Ｏ０推土机用履带板，共三块，长６００ｍｍ，宽５００ｍｍ，履　刺高６０ｍｍ，宽２０ｍｍ间距２００ｍｍ所用的橡胶履带是东方红．８０Ｒ推土机用履带，长７５０ｒａｍ　宽４００ｍｍ，履刺高３０ｍｍ宽６０ｍｍ间距１２５ｍｍ．加载重物的重量是６７　，可计算（履带承受　重量／履带触地面积）得出履带板下的比压量是５　６９ＫＰａ。　，　本试验所测量的下陷量是履带的初始下陷量，即在土槽未转动时的下陷量虽然在　土稽转动后，下陷量会进一步增大，但实验证明其与初始下陷量变化规律相一致，即用初　始下陷量可以表征该种履带的（外）滚动阻力。　电源　訾定　一——广一——；＝　｝位移传感器　……　———二二二二二二＾Ｌ———一　ｊＩ新数据采集器　ｊ　ＣＲ椐Ａ采Ｓ４集．１器　计算机　第六图书馆

——　ｒ一　蔼　二ｆ＿－一一　www.6lib.com

图２数据采集处理流程图　本试验台水量的测量是采用酒精燃烧法湿密度的测量是采用环玎法　经计算机采集得到的附着力随时间变化的曲线有两种，一种是驼峰形曲线（含水量　大肘）　如图３实线所示；另一种是非驼峰形曲线（含水量小时），如图３虚线所示。附着　力的取值，对于驼峰型曲线．取驼峰后平坦部分的值，对于非驼峰型曲线，取平坦部分的　值。　Ｆ　驼峰部分　平坦部分　卸载部分　图３附着力取值示意图　http://www.6lib.com 第六图书馆

王耀华，等新型橡胶履带附着性能测试及分析　２．影响试验结果的主要因素及控制方法　２．１拥土影响　Ｕ　Ｉ　Ａ　一　。。　～一　（ｂ）　’　ｈ１＞　Ａ　＞Ａ　图４履刺切人深度对第一个履刺剪切面积的影响　这里的拥土影响包含两个方面的内容，一是由于履刺切人土壤的深度不同，而造成　履带在单位位移内所排开的土壤数量不同，这些土壤堆积在履带前方对履带附着力测量　所带来的影响；二是由于履刺切人土壤深度不同而造成第一个履刺剪切土壤面积不同而　带来的对附着力大小的影响，如图４所示显然，履刺切人土壤的深度越深，堆积在履带前　方的土壤就越多，对履带的阻力就越大，使测量值与实际值的差别也越大同样，履刺切　人土壤越深，第一个履刺所剪切土壤的面积就越大，测得的附着力就会越大　图４（ａ）　与（ｂ）所示的第一个履刺的附着力的差值△Ｆ＝（Ａ　一Ａ２）Ｃ＋ＡＧｔｇ￣＝ＡＡＣ，其中ｃ为　土壤的粘附系数，ＡＧ是被剪切土壤的重量差，对于于土，Ｃ＝０，可见在干土上这种影响是　不存在的，随着含水量的增加，Ｃ逐渐增大，这种影响将逐渐增大。　为了能真实地比较橡胶履带与金属履带的附着力的大小，几　第六图书馆

消除壅土对附着力删量的　影响，本试验采用在履带前方２００ｍｍ处（一个履刺节距处）挖一条宽２００ｍｍ（一个履刺节　距）以上深６０ｒａ＿ｍ（履刺高度）以上的淘，如图５所示。　Ｆ　www.6lib.com

疆带　一～　图５　拥土消除沟示意图　２．２土壤密实度影响　显然，履带附着力除与土壤含水量有关系外，与土壤的密实度有着紧密的关系，密实　度提高、附着力将显著增大　为了能使试验土壤在某种含水量下密实度保持恒定，消除　密实度对附着力的影响，本试验采用了“容、量双定法”。　“容”是指土壤的体积（形　状），“量”是指土壤的数量，即在确定了土壤的含水量后，每次试验前，都使试验土壤的数　量．体积（形状）保持一样经过这种处理，即可认为在多次试验过程中，土壤的密实度是不　变的具体做法是　０作了一个长１　５米　宽１＋Ｏ米，高０　６米的铁箱，将其埋于土槽内，确定出台　http://www.6lib.com 第六图书馆

工程兵工程学院　适的试验土壤的数量，所有履带附着力的试验全部在这只铁箱中进行，每做完一次试验，　都需将土壤深翻并粉碎，再用压实滚轮压实，使土壤压至与铁箱箱沿齐平。试验证明，经　这种方法处理过的试验土壤，附着力曲线的重复性非常好，可以认为已消除了试验中密　实度对跗着力的影响　３试验结果　通过在八种不同含水量的土壤上附着力及下陷量的测试，得出附着力及下陷量随土　壤含水量的变化规律，分别见表１及图６～图８所示　表１　金属履带和橡胶履附着力及下陷量测试数据　ｌ　△Ｐ　下陷量（ｍｍ）　序　含水量　湿密度　附着力号　（％）　ｇ／ｃｍ　金属履带　橡胶履带　Ｋ　１　２　橡胶履带　金属履带　４　３　８　２．７５　６　７５　１＿３０　１．４０　２８８　２８８　２４０　２４０　４８　４８　６０　５８　３　４　５　１７　０　１９．７　２１．６　１　５５　１．６４　１．８０　３２０　３５０　３９２　２８０　３２２　３９２　４０　２８　０　３　７　３　６　３　５　２０　１４　１２　５　６　７　８　２３　２　２４　８　２７　７　１．９０　１　９８　１．９０　４８０　４００　２３２　４７８　３９７　３２６　２　３　３　４　５　５　ｌ０　５　ｌ１　１８　５　４１　５　第六图书馆

６　４试验结果分析　www.6lib.com

１　＾下陷量　ｆ。ｒｍｎ　；　／　２　，　／　／／／　＼／　、２３　２　１一金属履带　含水量（％）　２一橡胶履带　图６履带下陷量与含水量关系曲线　http://www.6lib.com 第六图书馆

王耀华．等。新型橡胶履带附着性能测试及分析　６８　从图６可以看出，橡胶履带的下陷量总是比金属履带小。当土壤含水量达￣１Ｊ２３　２％　时，土壤最硬，即此时土壤的密实度达到最大值，金属履带和橡胶履带的下陷量都达到最　小，随着含水量的继续增大，土壤的流动性增强，履带下陷量复又增大从图７可以看出，在　含水量小于２３　２％时，随着含水量的增加，附着力逐渐增大，且金属履带的附着力总是比橡　胶履带稍大并逐渐靠近当含水量达￣ｌＪ２３　２％时，两者的附着力达到相等随着含水量的继　续增加，两者的附着力皆开始下降，但两者几乎相等（橡胶履带的附着力比金属履带的附　着力略小）图８是金属履带附着力与橡胶履带的附着力之差（△Ｐ）与含水量的关系曲线　在含水量小于１２　０％时　△Ｐ几乎不随含水量的变化而变化．当含水量大于１２．Ｏ％小于２３　２　％，△Ｐ随含水量的增大迅速下降当含水量等于２３．２％８ｆ，，ＡＰ．ｗ－０当含水量大于２３　２％Ｅ，ｆ，　△Ｐ仍趋近于零　附着力　Ｋｇｆ　４８０　∥　ｌ．　金属履带　橡胶履带　Ｉ　／Ａ　０　１２０　２３　２　含水量（％　图７附着力与含水量关系曲线　ＡＰ　Ｋｇｆ，＂　第六图书馆４８　一　www.6lib.com

０ｉ　１２　０　２３　２　言水量（％）　图８金属履带一橡胶履带附着力差值与含水量的关系　当含水量小于１２　Ｏ％时　土壤几乎没有粘性，即Ｃ＝ｏ，此时履带的附着力主要来自于土　壤颗粒间的摩攘力（橡胶与土壤颗粒间的摩擦力大于土壤颗粒间的摩擦力），即附着力由　Ｇｔｇ￣决定，其中Ｇ是履带所承受的重量，　是土壤的内摩擦角理论上讲在同种土壤上，Ｇ　亦相同，金属履带与橡胶履带的附着力应相等，但由于橡胶履带的履刺较宽，其下陷量较　金属履带小得多当土槽转动时，金属履带购履刺已完全切人土壤　而橡胶履带儿乎仅在　土壤表面滑行　这正是造成含水量在这一区段内的土壤上　金属履带附着力比橡胶履带　大的原因由于橡胶履带在土壤表面滑行，两履刺之间的空间总不能被土壤填满（在履带　运动中　土壤向两侧扩散）。且橡胶履带与土壤颗粒间的摩擦力比土壤颗粒间的内摩擦力　大慷胶履带的疆刺将使其下面的土壤颗粒产生滚动，部分土壤颗粒由滚动摩擦代替了　http://www.6lib.com 第六图书馆

工程兵工程学院　滑动摩擦，如图９（ａ）所示，使附着力减小，而金属履带则完全不同，由于履刺已完全切人土　壤，土壤颗粒充满两履刺之间的空间，金属履带的附着力实际上就是这部分土壤与其下　方土壤之间的摩擦力，土壤颗粒不易产生滚动，摩擦以滑动摩擦为主，如图９（ｂ）　］　霭０　｜，　　１，２．３为滑动摩擦土壤颗粒　摩擦层　４为滚动摩擦土壤颗粒　（ａ）橡胶履带　（ｂ）金属履带　图９履带与土壤间相互作用示意图　此时，附着力计算公式可以表示为：　＝Ｇｔｇ￣ｐ　＝（１）　（２）　Ｇｔｇ￣ｐ—Ｒ　其中，Ｒ是一个与含水量，橡胶履带履刺形状有关的常数（下同）　即图７所示　、　，　两点附着力之差　如何提高橡胶履带在干燥土壤上的附着力，根据文献ｆ４】可将履带履刺设计成具有固　土作用的形状难【止干土从履带两侧扩散出去。　附着力由下式［３，７】来计算：　其中：　当土壤含水量大于１２　０％，随着含水量的增加，土壤的粘附系数逐渐增大，履带　Ｆ＝Ｈ　＋Ｈ　＋Ｈ　＋Ｈ　第六图书馆

Ｈ　为两履刺之间土体底面被剪切的剪切力，Ｈ　＝Ａ　Ｃ＋Ｇ　ｔｇ‘ｐ。ＡＢ＝ＮＢＬ，Ｎ是　www.6lib.com

触地履带块数，Ｂ是履带宽度，Ｌ是履刺节距。Ｇｓ履刺间被剪切土体所承受的机械重量　（下同）：　为两履刺之间土体侧面披剪切的剪切力，Ｈ　＝Ａ。Ｃ。Ａｓ＝ＮＬＨ，Ｈ是履刺　高度；　一履刺顶面与土壤间摩擦力，Ｈ　＝ｍｍ（Ｇｆｌ－ｔ，ＡｒＣ＋Ｇｆｔｇｑ３），Ｇ堤履刺下　土壤所承受的机械重量　Ｇｆ＋Ｇｓ＝Ｇ，Ｇ为整机重量。　是履带与土面间的摩擦系数　（下同）：　一履刺两侧面与土壤间摩擦力，数值较小，一般可忽略不计。　由于土壤逐渐变硬，粘附系数增大，由土壤决定的最大附着力　＝ＡＣ＋Ｇｔｇ￣ｐ　［Ｉ、２，３，６】逐渐比橡胶履带与土壤间的摩擦力大，橡胶履带下土壤颗粒的滚动逐渐　藏弱又由于金属履带的履刺切人土壤深度总是要比橡胶履带深，所以，金属履带的侧面　剪切力　；　总是要比橡胶履带的侧面剪切力　；一，大，但当土壤含水量向２３　２％接近时，两　种履带的下陷量皆逐渐减小，　一　与　．，之差和Ｒ亦逐渐减小相差很小。同时，ｍｉｎ　（Ｇ　．Ａ，Ｃ＋Ｇ，ｔｇ　）逐渐增大　所以随着土壤含水量的增大，橡胶履带的肘着力逐渐　向金属履带的附着力靠近当含水量为２３　２％时，两者的附着力趋于相等。　http://www.6lib.com 第六图书馆

王耀华，等：新型橡胶履带附着性能测试及分析　土壤含水量在这一区段内，履带附着力计算公式可用下式表示　Ｅ　．＝Ｈ　＋Ｈ　一　＋Ｈ　．　（３）　Ｉ　、　ｋ＝Ｈ　＋Ｈ；一　＋ｍｉａ（Ｇｆ　，Ａｆｃ＋Ｇｆｔｇｃｐ）一Ｒ　（４）　当含水量超Ｊ￣．２３．２％时＇土壤开始随含水量的增加而变软，由于金属履带的下陷量增　长速度比橡胶履带快，使得Ｈ　增长速度比Ｈ　一　快，所以当土壤含水量大于２３　２％时，金　属履带的附着力比橡胶履带稍大，但这种差别很小，可以忽略不ｉ十（如图７、图８所示），此　时履带的附着力完全由地面条件决定，只　Ｆ　所以附着力计算公式可以表示　为　Ｆ　Ｉ＝Ｆｒ　ｍｋ＝Ａｃ＋Ｇｔｇｃｐ　（５）　从本试验可以看出，当土壤含水量小于１２　０％时，橡胶履带的附着力比金属履带小：　当土壤含水量大于１２　Ｏ％时，橡胶履带的附着力向金属履带趋近；当土壤含水量大于２３　２　％时，橡胶履带的附着力与金属履带的附着力近似相等而由于橡胶履带的下陷量要比金　属履带小，所以当土壤含水量大于１２　０％时，尤其是大于２３　２％Ｍ，使用橡胶履带的工程机　械的挂钩牵引力甚至要比使用金属履带的大，正如文献［４】中指出的，使用橡胶履带的工　程机械附着力要比使用金属履带的工程机械附着力提高１６％～２０％　本试验是在履带接地比压为５．６９ＫＰａ下完成的．而实际工程机械的接地比压一般在５　０～７０ＫＰａ．提高试验履带的接地比压，第六图书馆

仅使附着力一含水量关系曲线（图７）中的Ａ　占　向坐标轴原点移动，而曲线的变化趋势不会发生改变这是因为比压提高后，在干燥土壤　上橡胶履带的履刺下陷量增大，www.6lib.com

土壤填满两履刺之间的空间，阻止了土壤颗粒的滚动，使　橡胶履带的附着力增大，向金属履带的附着力靠近所以本试验的试验结果同样适用于　实际工程机械在该种土壤的附着力性能状况。　５结论　当土壤含水量小于１２　０％时，金属履带的附着力比橡胶履带大：当土壤含水量大于１２　Ｏ％时，橡胶履带的附着力向金属履带接近；当土壤含水量大于２３　２％时，橡胶履带的附着　力与金属履带的附着力近似相等·　当土壤含水量小于１２．０％，履带附着力分别由公式（１）、（２）　计算；当土壤含水量在１２　０％一２３．２％之间时，履带附着力分别由公式（３）、（４）计　算；当土壤含水量大于２３　２％时，履带附着力由公式（５）计算，　在沙或北方干燥的地面上，工程机械适宜选用金属履带：在较潮湿的地面上，使用橡　胶履带的附着力不比金属履带小，甚至挂钩牵引力要比金属履带大　http://www.6lib.com 第六图书馆

７Ｌ　工程兵工程学院　１９９７，１２（１）　参考文献　ｌ庄继德．汽车地面力学．机械工业出版社．１９８４　２黄祖承．地面车辆原理．机械工业出版社，１９８５　３张光裕．工程机械底盘构造与设计　中国建筑出版社．１９８５　４　Ｊｉ　Ｘｕｅｗｕ．＾Ｈｅｗ　Ｔｙｐｅ　０ｆ　０ｆｆ－Ｒｏａｄ　Ｔｉ　ｒｅ－Ｂｉｏｎｉｃ　ＣａｍｅＩ　Ｆｏｏｔ　Ｔｉ　ｒｅ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｔｔｅ　１２　ｃｈ　［ｎｔｅｆｎａｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａ　ｃｔｏｎ　ＳＯＣｉｅｔｙ　ｆｏｒ　ｔｅｒｒａｉｎ－ｖｅｃｈｉｃｌｅ　ｓｙｓｔｏｍｓ．１９９６　ｌ０　５洛阳拖拉机厂．东方红一８０Ｒ推土机田间试验报告１９９４．６　６蒋国良．工程机械及地面最大附着力计算方法．工程兵工程学院学报，ｌ　９９６．１　７王耀华．工程机幔附着力计算方法　工程兵工程学院学报　１９９６．１０　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａｄｈｅｓｉｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆＯｒ　ａ　ｎｅｗ　ｒｕｂｂｅｒ　ｂｅｌｔ　Ｗａｎｇ　Ｙａｏｈｕａ　Ｈｏｎｇ　Ｊｉｎ　Ｓｈｉ　Ｃｈａｎｇｇｅｎ　Ｊｉａｎｇ　Ｇｕｏｌｉａｎｇ　Ｌｕ　Ｍｉｎｇ　Ｙｕａｎ　Ｊｉａｎｈｕ　Ｃｈｅｎ　Ｙｉｗａｎｇ　Ｙａｎｇ　Ｘｉａｏｑｉａｎｇ　ａｎｊｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，２１０００７）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅａｌｓｗ１ｔｈｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｒｈｏｗｔｈｅ　ａｄｈｅｓｉｒｅｌｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｏｆａ　ｖｉｅｗ　ｒｕｂｂｅｒｂｅｌｔ　ｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔｏｆ　ｓｏｉｌ　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍ￣ｓ　ｏｆａｄｈｅｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ　ｈｅ　ｒｔｕｂｂｅｒｂｅｌｔ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｂｅｌｔｕｓｅｄ＿ｍｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ　ｏｆＨｏｎｇ　－１００ｉｓｃｅｍｅｄｏｕｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，　ｈｅｄｉｔｆｆｅｒｅ￣ａｃｅｓ　ｏｆｔｈｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｂｅｌｔｓ＿ｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｄｈｅｓｉｖｅｆｏｒｃｅ　ａｒｅ　ａ　第六图书馆

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