米铣刨机行走系统匹配研究
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摘要：目前国内铣刨机主要以前轮驱动的形式为主，其中液压驱动铣刨机的到了
广泛的应用。但是，由于设计过程中匹配的不合理造成整机的性能下降，通过本
文可以对产品的设计中注意问题有相应的了解，合理匹配整机性能。
关键词：铣刨机、前轮驱动、牵引力
中图分类号：C35 文献标识码： A
1 轮式车辆的受力概述
1.1 轮式车辆受力分析
图- 1 作用在车辆上的各种力
（1）W 是作用在车辆重心的车辆重力，其数
值等于车辆重量乘以重力加速度。在斜坡上它被分
解为两个分量：一个是垂直于路面的余弦分量，另
一个是平行于路面的正弦分量。
（2）如果车辆沿道路加速前进，则存在一个
名为“达朗贝尔力”（Jean Ie Rond d'Alembert，
1717-1783）的惯性力作用在重心，其方向与加速
度方向相反，大小等于 x W g a 。
（3）轮胎承受沿路面法向方向的作用力，分
别为f W 和r W ，是动态重量施加在前后轮的力。
（4）牵引力xf F 和xr F ，滚动阻力xf R 和xr R 作
用在轮胎与地面的接触区，方向沿地面。
（5） A D 是作用在车辆车身的空气阻力。它可
以表示为作用在距地面距离a h 风压中心处的力，或
者表示为沿地面水平方向同样大小的纵向力和一
相应力矩（ 空气动力学俯仰力矩）， 其值等于
DA ha。
（6）当车辆牵引拖车时， hz R 和hx R 是作用在
牵引点的垂直力和纵向力。
每一个车轴上的载荷包括静载荷，以及其他作
用在车辆上从前轴到后轴（或者从后轴到前轴）转
移的动载荷。前轴载荷的计算可以利用对后轮胎下
方A 点的力矩平衡条件。假设车辆没有俯仰加速度，
对A 点平衡的力矩之和一定等于零。
SAE 规则中A 点顺时针方向为正，所以
sin cos 0 f A a x hx h hz h
W L D h Wa h R h R d Wh Wc
g
＼* MERGEFORMAT （0.1）
上坡坡度的角度 是正值，其正弦值也为正，
而下坡坡度这个值为负。根据上式可以求出f W ，
同理根据B 点公式可以求出r W 。于是，车轴载荷
表达式为
cos sin
cos （ ） sin
f hx h hz h x A a
r hx h hz h x A a
W W c R h R d W a h D h W h L
g
W W b R h R d L W a h D h W h L
g
＼* MERGEFORMAT （0.2）
1.2 平地面上的静态载荷
当车辆静止在水平地面上时，载荷公式较为简
单。正弦值等于0，而余弦值等于1，变量hz R 、hx R 、
x a 和A D 都等于0，所以
fs
rs
W W c
L
W W b
L
＼* MERGEFORMAT （0.3）
1.3 坡度上的载荷
坡度对前、后载荷的影响也必须考虑。坡度是
“上升高度”与行驶距离的比值，即坡度角 的正
切值。高速公路的正常爬坡度必须小于4%。初级
中等路面的爬坡度有时会达到10%～12%。在如此
小的坡度下，坡度角的余弦值接近1，正弦值接近
角度本身，即
cos 0.99 1
sin
＼* MERGEFORMAT （0.4）
所以，坡度影响下的车轴载荷为
f fs
r rs
W W c h W W h
L L L
W W b h W W h
L L L
＼* MERGEFORMAT （0.5）
可见，正坡度导致载荷由前轴向后轴转移。
液压两档型（前驱）：铣刨机前轮为驱动轮，液压
系统采用单泵双马达（两档变量马达）+分流阀的
结构，分流阀用于确保液压泵泵出的流量平均分配
到四个行走马达，防止因某车轮完全打滑而导致铣
刨机丧失行走速度。行驶档与工作档速比在3.33～4
附近，即工作档液压马达为最大排量，行驶档液压
马达排量约为最大排量的25%～30%。
（1）地面附着条件决定的铣刨机行走系统性
能参数
由地面附着条件决定的铣刨机爬坡时的力平
衡方程
cos sin x W W M a
式中： ――地面附着系数。
临界状态，上坡加速度为0，
W cos W sin 0
即铣刨机能够实现的最大爬坡度
max tan 不同地面附着系数如下表所示。
表- 1 地面附着系数
由表中数据可以看出：沥青路面的附着系数在
0.7～0.9 之间，W100 铣刨机工作档理论爬坡能力为
75%，附着系数是按0.75 计算（下文所有计算中，
铣刨后的沥青路面附着系数均按0.75 计算，摩擦系
数按0.03 计算）。
（2）工作档行走系统性能参数
为满足爬坡度75%的要求，铣刨机工作档最大
牵引力
Fxmax W cos W cos fr
式中： r f ――车轮滚动摩擦系数。
max cos cos r W W f
=13.56100.75 0.03 =84.61 kN
（3）行驶档行走系统性能参数
牵引力不足的情况下，铣刨机爬坡时的力平衡
方程
cos sin x r x F W f W M a
＼* MERGEFORMAT （0.8）
临界状态（最大爬坡度10%）
cos sin 0 x r F W f W
cos sin x r F W f W
=13.5610cos（arctan0.1）0.03sin（arctan0.1）
=17.5 kN
2 某型铣刨机行走系统参数分析
某型号铣刨机采用前桥驱动型式，行走系统参
数如下表所示。
表- 2 某型号铣刨机行走系统参数
（1）由附着重量决定的行走系统性能参数
由地面附着条件决定的最大爬坡度
cos cos sin f r r x W W f W M a
max tan f r r W W f
W
=
9 0.75 6.5 0.03
9 6.5
=42%
为满足最大爬坡度的要求，铣刨机行走系统需
要具备的最大牵引力
max cos cos x f r F W W f =
910cosarctan0.420.7596.510cosarctan0.420.03
=66.5 kN
（2）工作档性能参数
铣刨机最高工作速度
gp 1
e
gm f
V
V D
V i
=
2300 75 1 3.14 0.66
75 309
=15m/min
由液压系统驱动能力决定的铣刨机工作档最
大牵引力
max
max
gm f
x
P V i
F
D
=
35 75 309
3.14 0.66
=391 kN 66.5kN
铣刨机工作档能够实现的最大爬坡度为42%。
（3）行驶档性能参数
铣刨机最高行驶速度
gp 1
e
gm f
V
V D
V i
=
2300 75 1 3.14 0.66
75 22
=13 km/h
由液压系统驱动能力决定的铣刨机行驶档最
大牵引力
max
max
gm f
x
P V i
F
D
=
35 75 22
3.14 0.66
=27.8 kN
max
max tan x r r F W f
W
=
27.8 6.5 10 0.03
9 6.5 10
=17%
铣刨机行驶档能够实现的最大爬坡度为17%。
图- 2 铣刨机铣刨作业时行走系统平均
压力
3 结束语
通过对铣刨机液压系统的合理选型，
前桥的负载合理匹配，能够实现铣刨机的最
大牵引力，满足前驱轮式铣刨机在最佳工作
效率下工作，实现整机性能的提高。