单轮振动压路机技术性能参数计算单轮振动压路机的爬坡能力与坡道稳定性.docx
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单轮振动压路机技术性能参数计算单轮振动压路机的爬坡能力与坡道稳定性
单轮振动压路机技术性能参数计算——单轮振动压路机的爬坡能力与坡道稳定性
单轮振动压路ili几技性能爹数计算
——
单轮振动压路机的爬坡能力与坡道稳定性
徐州海威工程机械有限公司尹继瑶
摘要:
爬坡能力是压路机作业能力的一项主要技术性能.单轮振动压路机的爬坡能力与其牵引特性直接相关,
并且与压路机的重量分布及前后轮的附着力密切相联,还可能受坡道稳定性的影响.在基本结构不变的条件下,通过
调节液压系统或机械传动的工作参数,可以提高压路机的爬坡能力与坡道稳定性.对由牵引力决定的和由附着力决
定的压路机爬坡能力进行了计算和分析,对10～22t系列的机械传动单轮振动压路机和全液压驱动的单轮振动压路
机的爬坡能力进行了对比,并分析了压路机的坡道稳定性及其影响因素.
关键词:
振动压路机爬坡能力坡道稳定性
压路机的动力性能以其爬坡能力为考核指标.
爬坡能力n是压路机等速行驶所能爬越的最大坡度
角的正切值,即i,~=tanot（.
这里应当指出的是,爬坡能力是一个理论计算
值,它实际上只是比较压路机动力性能的一个相对
指标,并不是压路机能够稳定行驶所允许的爬坡度
数,更不能作为坡道压实作业的依据.但所有的压
路机都必须通过在20%（11.3.）标准坡道上的爬坡
试验（此时不起振）.试验时,压路机以I挡速度（无
级调速不低于2km/h）等速上坡行驶,并且能够制
动,驻车和再起步上坡.
有些压路机产品样本上将爬坡能力标得很高,
甚至超过了50%（26.6.）,这在某种情况下引起了
不少的误解.其实设计者在标注爬坡能力时,未必
都做过周密的设计计算.他们往往忽略了一些影响
压路机牵引力的重要因素,特别是液压传动的效率
很低,全液压单轮振动压路机行走驱动在最大牵引
力状态下的传动效率不足60%.可以肯定的是,没
有哪一台压路机做过50%的坡道试验（包括外国产
品）,即使将爬坡能力标得再高,也是一个得不到验
证的虚设数据.
从使用角度看,道路建设是压路机应用最主要
的行业,公路的标准坡度不能超过11%（6.3.）.如
果有压实大角度堤坡的需要,则应选购专用的斜坡
压路机.
压路机实际能够爬越的坡度与其动力性能,附
着性能,制动性能及行驶稳定性都有着密切关系.
也就是说,压路机在坡道上要有足够的动力驱动压
一
66一
路机上坡,而驱动轮产生的附着力能够足以克服压
路机的上坡阻力,停车制动器要有足够的能力使压
路机在坡道上驻车,同时还必须保证压路机在此坡
道上不至于纵向失稳.
1由牵引力决定的压路机爬坡能力
牵引力的大小涉及到发动机的输出功率（应除
去振动功率,转向功率及液压系统的背压损失功
率）,液压系统的最大工作压力,机械传动系统与结
构件的强度等,而且还必须计人整个传动系统的机
械效率损失.
压路机在爬坡时的力学平衡关系如图1所示,
可得方程式G~fcosa+sina）=O.引入动力因数D=
P./G得:
D=fcosa+sinct
（1）
式中:
卜压路机行驶时的牵引力,参见文献1
G——压路机的重力,视为集中在重心上的力
.
厂——滚动阻力系数,振动压实取0.15,无振
图1压路机等速上坡时的牵引力平衡
杠拭2006（8）
躺——一一一一一一一——一一——一——1]l压实取0.12,公路行驶时取0.05单轮振动压路机由动力决定的爬坡能力计算值.
——
坡道角度全液压单轮振动压路机的牵引力主要取决于液ji机械传动单轮振动
压路机牵引力3.6NKrld压系统的工作压力差,其爬坡能力i与速度的关i!
其中,ⅣK为发动机用于驱动压路机行走的功率,系由压路机的牵引特性（）决定.表2所列为
为传动系统的总传动效率（此处7/K=o.80）,为与尸K1O～22t系列全液压单轮振动压路机由动力决定的
相对应的压路机行驶速度.由于在设计压路机时只爬坡能力计算值,图2,图3,图4分别为其中3个典
能给予一定的强度条件,通常取最大牵引力为其附型压路机的口_1,关系曲线.
着力P的1.2倍,即尸K≤1.2P.当压路机的牵引力图2所示的曲线图比较合理,I挡速度的调速
达到最大值时,解方程式
（1）可求得相应的最大爬坡范围较大,可以进行艰难压实,一般压实和静压实各
能力=ta删一,表1所列为1O～22t系列机械传动项工作.图3所示的情况是发动机功率过剩,效率曲
表1机械传动单轮振动压路机的动力爬坡能力计算
计算工况参数10t12t14t16t18t20t22t备注
压路机工作质量（t）10.8121416182022
驱动轮分配质量（t）5.96.67.38^39.310.812.1相关原始数据
有振行驶驱动功率（kW）42.736.231.868.863.77369.1
无振行驶驱动功率（kW）68.668.267.2107.6l06.8118.7118.2
I挡I挡行驶速度（km/h）2-42-42.42.92.92.62.6
行走有振最大牵引力（kN）45.143.438.263.563-380.976.5
驱动无振最大牵引力（kN）45.150.555.963.571.282.692.6
振动压实爬坡能力（%）29.422.71326.821.627.721-3f=o.15
爬坡能力无振压实爬坡能力（%）32.733.130.630.23032.133.1f=o.12
公路行驶爬坡能力（%）4141.438.638.23840.441-4f=o.05
表2全液压单轮振动压路机的动力爬坡能力计算
计算工况参数10t12t14t16tl8t20t22t备注
压路机工作质量（t）10.612.414.716.818.120.122.5
振动轮分配质量（t）5.47.2910.71213.415.1
相关原始数据I挡有振行走最大牵引力（kN）45.245.0452.7967.158988.0787.64
I挡无振行走最大牵引力（kN）45-3845.3853.0567.4889.9989.9989.99
Ⅱ挡无振行走最大牵引力（kN）20.9220.9221.9222.5232.232.232.2
最大爬坡能力（%）30.422.922.527.238.631.726
l
I挡振动压实f=o.15
雾极限速度（km/h）3.022.422.272.591.741.671.54最大爬坡能力（%）3426.62630.843.136-430.6I挡无振压实f=
o.12极限速度（k
m/h）4.444.374.394.033.143.133.11
最大爬坡能力（%）42.434.433.838.852.144.938.6I挡公路行驶f=-
o.05极限速度（k
m/h）4.444.374.394.O33.143.133.11;
最大爬坡能力（%）15.312-310-38.713.311.49.6Ⅱ挡公路行驶f
=o.05极限速度（k
m/h）9.439.2710.58l1.928.788.748.68
v（km/h）
图212t压路机动力特性曲线图3
工程缸械2oo6（a）
,（km/h）
16t压路机动力特性曲线
v（km/h）
图422t压路机动力特性曲线
一
67—
线落到了实线之外,并且I挡调速范围狭窄,无法
实现4—5km/h速度的压实工作.图4所示的I挡振
动压实虽然有较高的最大爬坡能力,但在压实速度
为2—4km/h时曲线陡降,表现出了动力的不
足,调速范围也是过窄.其它几种规格的压路机大
都在以上3种典型动力特性之间.
2由附着力决定的压路机爬坡能力
以上所分析的压路机牵引力和爬坡能力都是
从动力性能的角度出发的,并不能反映出压路机能
够实现的坡道爬越能力.压路机在坡道上能够行驶
的必要条件是:
P也≥PK≥G（fcosa+sina）
（2）
式中:
P——压路机对地面的附着力,由车轮的正
压力和附着系数决定
PK——由动力性能决定的压路机牵引力
全轮驱动压路机上坡时,利用图5的力学平衡
关系,可求得后轮和前轮的法向反作用力为:
zl=G[（￡一1）cosa+hsina]/L（3）
Zz=G（1cosa—hsina）/L（4）
图5压路机等速上坡时的受力简图
由附着系数决定的后轮附着力.和前轮附着
力:
分别为:
P,2=Z22=（1cosa-hsina]?
2（5）
厶
l=zll=[（L-1）cosa+hsina]'l（6）
厶
式中:
￡——压路机的前后轮轴距
Z,^——压路机重心到后轮轴线的水平距离及
离地高度
.,广压路机轮胎与振动轮的附着系数
由于单轮振动压路机前后轮动力半径,附着条
一
68一
件及传动比,传动效率不相等,压路机附着力取决
于首先打滑的那个驱动轮.整机最大驱动力取决于
首先产生打滑的那个驱动轮.某一驱动轮一旦打滑
空转,另一个驱动轮便不能再发挥驱动作用.要确
定究竟是哪一个驱动轮先打滑的,有以下判别式:
A=Cm（1cosa-hsina）西2（7）
式中:
——振动轮的机械效率系数,参见文献1
当判别式A<1时,必然后轮先打滑,这时后轮
的最大牵引力为PK:
P而前轮的最大牵引力只能
是CmP根据压路机等速行驶在坡道上的力学
平衡式,则有+（1+C由.,将.（式6）与
PK（式2）的表达式代人式7,则得由附着力决定的爬
坡能力6为:
（8）
当判别式A>1时,必然前轮先打滑,这时前轮
的最大牵引力为=P:
而后轮的最大牵引力只能
是=P4'2,.此时,尸+=（1+2,将2（式
5）与（式2）的表达式代人式7,则:
（1
+
+
（
C
1.
+
-
cm
1）l
一
~2-Lf一（9）一
+（1+C一西
对于仅后轮驱动的单轮振动压路机,将Cm=O
代人式（8）计算.1O一22t两个系列单轮振动压路机
的附着爬坡能力计算值列入表3,表4.
由动力决定的爬坡能力与附着力决定的爬坡
能力,应以较小者为可以实现的压路机最大爬坡能
力.通过对附着爬坡能力计算可知,机械传动单轮
振动压路机由于单轮驱动,其最大爬坡能力主要取
决于附着力（见表3中注▲的数字）.而对于全液压
单轮振动压路机,其最大能力主要取决于液压系统
的最大工作压力差,但也有例外,如16t,18t的动
力配置不当,附着力制约了爬坡能力（见表4中注
▲的数字）.
由于压路机车轮对地面的附着力所限,过大的
动力匹配并不能得以发挥.也就是说,按动力计算
得到的牵引力和爬坡度必须用附着条件进行校验,
任何超过附着能力的牵引力都是不能实现的.
另外,压路机在坡道上行驶,同时要考虑能在
坡道上驻车制动,以及一旦驻车无效就要能使用应
急制动器刹车.我国有关技术标准规定,压路机制
动系统要保证其在20%的坡道上能停车制动,并能
在停稳后的10min内不得有下滑现象.由此可以求
耘拔2oo6（8）
表3机械传动单轮振动压路机的附着爬坡能力与稳定性
r
计算工况参数10t12t14t16t18t20tl22t备注;压路机前后轮轴距（mm）280o26o0320o原始数据
压路机振动轮直径（mm）1523
振动压实爬坡能力（%）21.7▲21.9▲19.919.7▲19.5▲20.9▲21.61--0.60
I挡行驶无振压实爬坡能力（%）25.3▲25.6▲23.5▲23.3▲23.2▲24.5▲25.2▲1--0.60
公路行驶爬坡能力（%）37.9▲38.2▲35.9▲35.6▲35.5▲36.8▲37.5▲1--0.65
上坡方向稳定度（%）4040.238.137.937.838.939.6公路驻车
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