浅谈总体设计在铣刨机上的运用

　　摘要:铣刨机作为公路及城市道路养护的专用设备，是一种多用途、高效率的中型路面机械。主要应用于沥青混凝土面层的开挖翻修，水泥路面的拉毛及面层错台的铣平等作业，广泛应用于公路、机场、码头、停车场等。随着我国公路交通事业的突飞猛进，以及城市管理部门对现代化养护方式的认识，对路面铣刨机的需求将会逐年增加。
　　关键词:铣刨机，总体设计，道路养护
　　工程机械总体设计是对总体原理方案的具体化。总体设计的基本任务是：根据产品的总功能、作业条件、加工制造条件以及经济性等方面的设计要求，合理确定产品的总体参数、各总成部件的形式及特性，并对其进行合理布置，以实现产品设计预期的总体目标。总体设计的基本内容包括以下几个方面：一是依据总体参数确定整机和总成部件的结构形式；二是确定各总成主要参数、特性及相互间的连接关系；三是进行总体性能参数的匹配与计算；四是进行总体布置，绘制总图。本文结合1米铣刨机的设计过程，大致介绍铣刨机在总体设计过程中需要考虑的主要性能参数。这些主要性能参数有：水平进距、工作宽度、工作深度、工作速度、行驶速度、转子圆周速度、转子半径、整机质量、前后桥载荷分配、整机功率等。
　　
　　一、水平进距S的确定
　　
　　刀具的水平进距S为转子同一切削位置上相继切削的刀具轨迹1与2之间的水平距离（图1），亦即转子在转过同一刀排上相邻刀具之间夹角的时间△t内转子轴线前进的水平距离。当转子上每排Z把刀时（不是每个刀盘上的刀数，而是同一切削位置上的刀数），进距为：
　　
　　式中：S——进距，m；
　　u——行走速度，m/s;
　　ω——转子角速度，；
　　λ——运动学参数，λ=，；
　　——转子圆周速度，m/s；
　　R——转子半径，m。
　　以1米铣刨机为例，当铣刨深度为250mm时，u为3.5km/h，R为430mm，Z为1，则λ为53。所以水平进距为29mm，满足国家标准要求。
　　二、铣削宽度和铣削深度的确定
　　铣削宽度应以降低整机质量、提高整机机动性为前提，结合考虑整机的结构尺寸要求为选择原则。铣削宽度有固定宽度和可变宽度两种，可变宽度一般以250mm为一个可变宽度等级。铣削宽度可根据我国的标准和实际需要，参照国际上所通常采用的系列350mm、500mm、1000mm、1200mm、1300mm、1500mm、1900mm、2000mm等来确定。铣削宽度要求超过后轮胎/履带压痕外沿宽度，小型铣刨机一般通过旋转支腿来实现。铣削深度根据机型大小和工程要求不尽相同，同一宽度机型铣削深度差别也较大，一般中、小型铣刨机0～180mm；大中型铣刨机0～320mm。铣削宽度、铣削深度二者的乘积为转子的工作断面，由发动机功率确定。1米铣刨机铣刨宽度确定是从市场和国际标准为导向，选择市场需求量最大的1米机型，铣刨宽度为1000mm；由于采用四轮驱动，发动机功率大，铣刨深度一次可达250mm，比国内两轮驱动的铣刨机要铣得深，工作效率高。
　　三、工作速度和行驶速度
　　铣刨机有低速作业、高速转移两种工况，工作速度也与机型的大小及行走机构有关，一般中小型机为0～12m/min；大型机为0～30m/min。行驶速度可根据需要及行走机构的形式确定，一般为0～10km/h。大中型铣刨机一般不超过4.5km/h。由于1米铣刨机在选择方案时采用四轮驱动，发动机功率达140KW，因而工作效率高，工作速度为0～18m/min，行驶速度为8.4km/h，比一般铣刨机都要快捷。
　　四、圆周速度的确定
　　圆周速度也是对上述指标有着重大影响的参数，其选择受到进距值约束，应以进距计算公式作为选择依据。一般选用较高的圆周速度，这样可以允许以较大的进距工作，保证有较高的生产率。尽管比能耗较大，但可以利用宽度较小的转子来容纳较大的发动机功率，提高机器的功率质量比，增强机动性。一般取或更高。如圆周速度进一步提高，将使工况恶化，功率消耗急剧增加，刀具磨损加快。
　　五、铣刨机整机功率
　　整机功率由铣削功率（），工作牵引功率（）和辅助装置功率（）组成。根据经验，占整机功率的80%～85%，占整机功率的10%～15%，占整机功率的5%左右（若有集料装置，占整机功率的10%左右）。则整机功率（）为：
　　=++
　　整机功率主要取决于铣刨机的铣削宽度和铣削深度的大小，亦即铣削的横截面积，即：
　　A=B×H
　　式中：A——铣刨机工作时的横截面积，；
　　B——铣削宽度，m；
　　H——铣削深度，m。
　　根据经验，整机功率可按下式计算：
　　=fA
　　式中：f——经验参数，一般取500～700。
　　因为1米铣刨机的铣刨深度及整机重量较大，将柴油机功率适当放大是必要的，所以通过总体性能参数的匹配与计算，采用140KW发动机，在满足铣削功率、工作牵引功率和辅助装置功率的情况下，仍有富余，保证整机可以胜任极其恶劣的工况。
　　六、整机质量及前后轴荷重分配
　　铣削转子为一种旋转式主动型工作部件，它的工作由发动机通过转动装置直接驱动，需有一定的附着质量以增大牵引能力。铣刨机工作时要克服转子切削力的水平分力和轮胎/履带的滚动阻力，但由于其牵引力与同样功率的牵引型机械相比，仅为其20%左右，因此铣刨机的整机质量仅为一种结构质量，满足整机稳定性要求后应越小越好。中置式铣刨机前后轴距比较长，后轴载荷不小于30%即可。
　　七、转子半径R的确定
　　实验和分析表明：在铣刨宽度、进距和圆周速度不变情况下，随铣削深度和转子半径之比增大，比能耗降低，生产率提高。小半径转子可以降低转子轴扭矩，减少其传动系统负荷，同时减少了结构尺寸，这一切都将有利于降低整机质量和造价，提高机动性。
　　八、转子的驱动方式
　　转子的驱动方式有液压传动和机械传动两种传动方式。液压传动方式又包括高速、低速两种方式。所谓高速方式是指：高速液压马达→行星减速机直接驱动转子；所谓低速方式是指通过低速大扭矩液压马达直接驱动转子工作。其特点是结构简单、制造和维修方便。机械传动方式分为链条传动方式和皮带传动方式。1米铣刨机采用高速定量液压泵→低速大扭矩定量液压马达→链轮箱→铣刨轮，其优点在于不仅能克服柴油机带来的冲击、铣刨轮方面冲击，还克服了铣刨轮发热带来的问题，而且成本也不算太高。只要将低速马达的压力控制在一定范围，可以克服其低效问题。同时避开了所有的机械传动箱的可靠性问题，开发产品成功的可能性很高。
　　九、结语
　　型号 1米
　　整机重(kg) 15500
　　发动机功率(kW) 140
　　发动机转速(rpm) 2300
　　铣刨宽度(mm) 1000
　　铣刨深度(mm) 250
　　铣刨轮直径(mm) 860
　　铣刨轮转速(rpm) 120
　　输送带宽度(mm) 400
　　
　　参考文献：
　　[1]JB/T5950-91,路面铣刨机技术条件.中华人民共和国机械行业标准.
　　[2]JB/T5933-91,路面铣刨机术语.中华人民共和国机械行业标准.
　　[3]马文星，邓洪超.筑路与养护路机械[M].化学工业出版社.

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