地锚车动力头输出扭矩计算

    1　前言

    地锚车是地锚旋入土壤的动力工具。地锚在入土时的受力情况较为复杂,其受力受到土壤的物理力学性质与地锚的结构参数的影响。单头地锚入土时,消耗的能量较少,制造工艺简单,但工作稳定性较差,而多头地锚则相反。由于地锚入土时转速较低,地锚在一般应用中多采用单头螺旋面结构,因此下面只讨论单头地锚入土时的受力情况。

    2　地锚的结构及参数

    如图1所示为单头地锚(一个螺旋面),主要由拉耳、锚杆、螺旋片、定位尖等组成。

    2·1　地锚的结构尺寸

    如图2所示,螺旋片外径D、地锚入土长度L、导程h、锚杆的直径d、定位尖的直径D1、定位尖的高度H、地锚的入土阻力FZ、地锚的入土阻力矩M等参数。如图3所示,实际后角ε、名义前角δ0和螺旋升角α。导程h与螺旋片的螺旋升角α有以下的关系:

    tgα=h/2πr_i          (1)

同理可得:

    tgβ=S/2πr_i          (2)

(1)、(2)式中:S———地锚每旋转一周的进给量,m;

    β———土壤的升角,(°);

    ri———螺旋面任意点至地锚轴线的距离;m。

    图2A-A截面如图3,图3中ε=α-β,即:

    ε= arctg(h/2πri)-arctg(S/2πr)           (3)

只有ε>0时地锚才能入土。即h>S,一般取h=1·5s~3s。

    2·2　地锚的结构对入土阻力的影响

    如图4所示,地锚的定位尖可分为三种形式,定位尖的形式对地锚入土阻力有很大的影响。三种定位尖的性能和入土阻力系数比较列于表1。

    3　地锚入土转矩M的计算

    地锚入土时所需的转矩,即阻力矩M,其表达式如下:

    M=M₁+M₂+M₃        (4)

式中:M₁———定位尖入土时所需的扭矩,Nm;

    M₂———螺旋片刃口切土时所需的扭矩,Nm;

    M₃———地锚入土时土壤与螺旋面间的动摩擦扭矩,Nm。

    根据经验公式:

    M₁=K(q₁+SK₁)D1²         (5)^[1]

式中:K———系数,见表1;

    q₁———系数,对坚实土壤q1=3·3 kNm^-1,疏松土壤值取(1/2~2/3)·q₁;

    K₁———系数,对坚实土壤K1=93 kPa,疏松土壤值取(1/2~2/3)·K₁。

    M₂=[Iq₂cosΨ+SK₂sin(δ0+φ)](D²-D1²)/8     (6)[1]

式中:q₂———土壤比例系数,坚实土壤取q2=3·6kNm^-1,疏松土壤值取(1/2~2/3)·q2;

    K₂———土壤比例系数,对坚实土壤K₂=0·255MPa,疏松土壤值取(1/2~2/3)·K₂。