推土机铲刀与土壤相互作用试验系统和方法研究

推土机通过铲刀与外界作业介质(如土壤、砂石等)发生相互作用,从而完成各种作业工况。推土机铲刀与土壤相互作用过程及其机理的研究是设计和使用推土机的基础。推土机铲刀与土壤相互作用理论是工程机械地面力学中工程机械工作装置与工作介质相互作用理论的重要研究内容。 推土机铲刀与土壤相互作用试验研究的方法通常包括整机现场试验和模型铲刀室内土槽试验。整机现场试验主要受到作业环境限制,试验条件难以保证。模型铲刀室内土槽试验除需要一定规格的土槽和牵引台车外,由于采用模型铲刀,试验结果未能完全反映原型铲刀与土壤相互作用的过程和机理。综合分析上述两种方法的优缺点,本论文依托长安大学工程机械多功能综合试验台,构建了原型铲刀室内土槽试验研究系统。 该试验系统包括铲刀牵引系统、铲刀切深控制系统、传感器和试验数据采集与处理系统等,各子系统构成一个有机体,可以较好满足推土机铲刀与土壤相互作用研究的基本需要。 推土机铲刀与土壤相互作用试验研究中测量铲刀推土阻力是一项重要内容。本论文采用在工程机械试验研究中广泛应用的八角环测力传感器来测取铲刀推土阻力。根据试验要求,布置了八角环测力传感器在试验台车上的位置。在分析各八角环受力状态的基础上,研制了满足试验要求的八角环测力传感器,并进行了传感器性能标定。标定结果显示,所研制的八角环性能良好。 本论文进行了四种推土机铲刀与土壤相互作用试验方法研究,包括推土机铲刀推土阻力试验、单位切削阻力试验、振动切土试验和减粘降阻试验等。在推土机铲刀推土阻力试验中,给出了试验总体方案,确定了试验条件,组建了测试系统。由于推土机铲刀推土阻力时间历程具有非平稳性质,本论文讨论了此种时间历程的处理方法。在单位切削阻力试验中,由于影响因素较多,采用了正交试验法。在振动切土试验中,给出振动切土功率消耗试验研究方法。在铲刀减粘降阻试验中,根据减粘降阻机理,提出了几种试验方案。 本论文构建的试验系统和提出的试验方法为今后全面地进行推土机铲刀与土壤相互作用研究提供了有价值的参考。