一种抛物线基底共振式曲面推土板及触土曲面的设置方法

摘要

本发明涉及一种抛物线基底共振式曲面推土板及触土曲面的设置方法，所述推土板设有触土曲面、上端面、下端面和后端面，触土曲面的轮廓线为一复杂曲线，该复杂曲线由一抛物线和一正弦函数曲线叠加而来，该复杂曲线的方程为参数方程：其中，t的取值范围为0~100，t值取0时对应的点位于触土曲面的底端，t值取100时对应的点位于触土曲面的顶端，A为所述正弦函数曲线的振幅，f0为土壤的一阶固有频率，u为推土板工作速度；所述触土曲面是通过对轮廓线沿直线扫描获得的，轮廓线的获得是将一条抛物线经旋转作为基底线，在其基础上叠加一正弦函数曲线生成的。本发明能够有效减少触土曲面的粘附和工作阻力，降低推土机的能耗损失，提高工作效率。

说明书

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种在推土机上使用的抛物线基底共振式曲面推土板及触土曲面的设置方法。

背景技术

推土机在城建、采矿等多种领域被广泛应用，截至2020年底，我国推土机保用量约10万台，每年消耗的燃油量不低于300万吨，降低推土机工作阻力对于节能减排具有重大意义。推土板作为推土机直接的工作部件，工作中消耗的功率占整机的40％左右，推土板触土曲面的几何形状直接影响着推土板的脱附减阻性能，合理的推土板触土曲面结构能够减小推土机的功率消耗。传统的众多土壤触土部件减阻方法在一定程度上可以降低工作阻力，但也有许多限制条件和额外的能量消耗。

汽车行驶过不平的路面时，轮胎受到路面谱的激励使车身发生振动，这是因为当汽车以一定的车速u驶过空间频率n的路面谱时会向汽车输入时间频率f，并且f＝un。由此现象将路面谱引入到推土板触土面上，使其具有一定空间频率的波纹，当土壤颗粒滑过推土板触土曲面时，通过触土面上的“路面谱”激励使得土壤颗粒自身具有一定振动频率，当此频率接近土壤本身的一阶固有频率时就会出现共振现象，可以在无附加能量消耗下降低工作阻力，减轻土壤粘附。

发明内容

本发明的目的是针对推土机上的推土板工作阻力大、功耗高的问题，提供一种抛物线基底共振式曲面推土板，能够有效减少触土曲面的粘附和工作阻力，降低推土机的能耗损失，提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种抛物线基底共振式曲面推土板，设有触土曲面、上端面、下端面和后端面，触土曲面的轮廓线为一复杂曲线，该复杂曲线由一抛物线和一正弦函数曲线叠加而来，该复杂曲线的方程为参数方程：

其中，t的取值范围为0～100，t值取0时对应的点位于触土曲面的底端，t值取100时对应的点位于触土曲面的顶端，A为所述正弦函数曲线的振幅，f

所述抛物线的方程为y＝0.0128x

所述抛物线和正弦函数曲线在叠加时，先将抛物线在其平面内逆时针旋转后再与所述正弦函数曲线叠加，抛物线在旋转后，抛物线的两端连线与x轴夹角为78°。

所述下端面与水平面的夹角为30°。

一种推土板触土曲面的设置方法，包括如下步骤：(1)选择曲线方程为y＝0.0128x

所述土壤的一阶固有频率f

所述土壤的一阶固有频率测试结果f

本发明的原理是：当触土曲面上设有一定空间频率的波纹，在土壤滑过触土曲面时，触土曲面的激励使得土壤颗粒自身具有一定振动频率，当此频率接近土壤本身的一阶固有频率时就会出现共振现象，此时在无附加能量消耗下能够降低推土板的工作阻力，减轻土壤粘附。

所述的抛物线是具有减阻能力的曲线，正弦函数曲线是根据给定土壤的一阶固有频率生成的，赋予触土曲面具有空间频率n，当推土板以速度u工作时，滑过推土板触土曲面的土壤颗粒受到触土曲面激励，自身会产生频率f的振动。土壤颗粒的振动频率f＝un，在工作速度u一定，通过设计正弦函数曲线改变触土曲面空间频率n使频率f接近土壤一阶固有频率时，滑过推土板触土曲面的土壤颗粒会出现共振现象；在推土板触土曲面空间频率n一定，通过对推土机速度u的调整使频率f接近土壤一阶固有频率时，滑过推土板触土曲面的土壤颗粒也会出现共振现象。

本发明的有益效果是：其一，本发明的推土板是基于土壤共振减阻的特性，将其应用到推土板的设计中，能够改变土壤在与触土曲面接触时的运动状态，出现共振现象使其迅速松散，从而降低推土机的工作阻力，提高了推土板的脱附减阻性能，与现有传统抛物线推土板相比，减阻性能提高17％左右。

其二，本发明的推土板适应能力强，能够针对不同地区土壤的土质，根据其一阶固有频率设计出对应的推土板，更好的发挥其共振减阻的作用；同时对于已经设计好的推土板在改变工作场地时，可以通过对速度的调整使得推土板激励频率再次接近新场地的一阶固有频率，发挥共振减阻的作用。

其三，本发明的推土板具有通用性，可对本发明的推土板进行等比缩放，能够生产出适用于大、中、小型推土机的推土板。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在坐标系内的侧视图；

图3为本发明作为基底线的抛物线图；

图4为图3所示抛物线旋转前后的曲线图；

图5为本发明所述的正弦函数曲线图；

图6为本发明所述触土曲面的轮廓线图；

图7为本发明所涉及的抛物线基底共振式推土板在叠加不同频率同幅值正弦函数曲线后的仿真试验工作阻力对比示意图；

图8为本发明所涉及的抛物线基底共振式推土板和传统抛物线推土板的仿真试验对比的工作阻力示意图；

图中标记：1、触土曲面，2、上端面，3、下端面，4、后端面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图所示，一种抛物线基底共振式曲面推土板，设有触土曲面1、上端面2、下端面3和后端面4，触土曲面1与后端面4相对设置，在触土曲面1顶端与后端面4之间设有上端面2，在触土曲面1底端之间设有下端面3，作业时，上端面2水平，下端面3与水平面的夹角为30°，触土曲面1的轮廓线为一复杂曲线，该复杂曲线的方程为参数方程：

上述触土曲面1的轮廓线的获得是将一条抛物线经旋转作为基底线，在其基础上叠加一正弦函数曲线生成的，其中抛物线是由具有良好减阻能力的仿生曲线拟合而来，正弦函数曲线则是根据给定土壤的一阶固有频率生成的，土壤的一阶固有频率可以经锤击法测得。

所述的抛物线方程为y＝0.0128x

所述的正弦函数曲线的生成方法是：正弦函数的标准式为y＝Asin(ωx)，根据土壤的一阶固有频率f

由抛物线和正弦函数曲线的获得方法可以看出，当作业区的土壤一阶固有频率f

将旋转后的抛物线和所得的正弦函数曲线叠加，得到触土曲面的轮廓线，如图6所示。所述的“叠加”是指，对于任一x值，抛物线上的y值加上正弦函数曲线的y值得到的就是触土曲面轮廓线的y值。然后按照图6所示的曲线图沿直线扫描得到推土板的触土曲面。

图7所示为在相同土壤条件、相同作业深度及作业速度的情况下，针对叠加不同频率同幅值正弦函数曲线设计的抛物线基底共振式推土板和传统抛物线推土板在一阶固有频率为f

图8所示为相同土壤条件、相同作业深度及作业速度的情况下，本发明所涉及设计频率29Hz的抛物线基底共振式推土板和传统抛物线推土板在仿真试验中的工作阻力对比图，从图中可看出本发明所涉及的抛物线基底共振式推土板相对传统抛物线推土板的工作阻力降低17％左右。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。