履帶車輛行駛理論

1、第1章履帶車輛行駛理論1.1 履帶車輛行駛原理履帶車輛的行駛原理可以通過履帶行走機構(gòu)來進行分析。履帶行走機構(gòu)主要 是指履帶車輛兩側(cè)的臺車，臺車由驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托鏈輪、履帶（簡稱 四輪一帶）和臺車架等組成，如圖 1-1所示。履帶直接和地面接觸，并通過支重輪 支撐著履帶車輛的重量。在驅(qū)動輪的驅(qū)動下，履帶相對臺車架做卷繞運動。由于臺 車架和機體相連，所以，臺車架的運動就代表履帶車輛的運動。謝1-1頼帯行it機梅中臺處的31成示蛙圖1. 1. 1驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與傳動系效率發(fā)動機通過傳動系傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩 MK 稱為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。發(fā)動機的功率經(jīng)過傳動系傳往驅(qū)動輪時，有一定的損失。對于機械傳動的履 帶車

2、輛，這一功率損失主要山齒輪嚙合的摩擦阻力、軸承的摩擦阻力、油封和轉(zhuǎn)軸 之間的摩擦阻力以及齒輪攪油阻力等原因所造成。一般用傳動系效率 Um來考慮上 述功率損失。傳動系效率可用車輛等速直線行駛時，傳到驅(qū)動輪上的功率 PK與經(jīng) 傳動系輸出的發(fā)動機有效功率 Pec之比來表示，即：PK二二MK%佇M3松叫(1-1)式中：Mec發(fā)動機經(jīng)傳動系輸出的有效轉(zhuǎn)矩;K、nK驅(qū)動輪的角速度和轉(zhuǎn)速;e、 ne發(fā)動機曲軸的角速度和轉(zhuǎn)速。假定離合器不打滑，則上式可表示為：卅=iz -(1-2)式中：im傳動系的總傳動比，它是變速箱、中央傳動和最終傳動各部分 傳動比的乘積，即：im 二 e/K 二 ne/nK = ig i

3、Ois(1-3)式中：ig變速箱某擋的傳動比；iO主減速器的傳動比；is輪邊減速器的傳動比。山式(1-2)可知，當(dāng)車輛在水平地面上作等速直線行駛時，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 MK 可 山下式求得：MK =Q mimMec(1-4)對于液力機械傳動的履帶車輛，將上述公式中的 Pec和 Mec換成渦輪軸上的 功率 PT和轉(zhuǎn)矩 MT即可。1.1. 2履帶車輛的行駛原理為了便于說明履帶車輛的行駛原理，可將履帶分成如圖 1-2所示的兒個區(qū) 段。13為驅(qū)動段，45為上方區(qū)段，68為前方區(qū)段，81為接地段或稱支承 段。當(dāng)履帶車輛行駛時，在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 MK 作用下，履帶相對臺車架做卷繞運動，同 時，驅(qū)動段內(nèi)產(chǎn)生拉力 Ft,

4、Ft 的大小等于驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 MK與驅(qū)動輪動力半徑 rK之 比，即 Ft =MK/rKo對履帶車輛來說，拉力 Ft 是內(nèi)力，它力圖把接地段履帶從支 重輪下拉出，使接地段履帶板有相對地面運動的趨勢，從而使地面土壤產(chǎn)生剪切變 形或因履刺產(chǎn)生擠壓變形，地面因抵抗變形而對接地段履帶板產(chǎn)生方向與車輛行駛 方向相同的反作用力，這些反作用力的合力 FK就是推動履帶車輛前進的驅(qū)動力。 FK 稱為履帶車輛的切線牽引力。 1-2 履帶花輛行駛原理圖由于動力從驅(qū)動輪經(jīng)驅(qū)動段傳到接地段時，中間有動力損失（主要是后支重輪在履 帶上滾動的阻力和該支重輪軸承間的摩擦阻力造成的損失以及履帶銷子和銷孔間的 摩擦損失），如果此損失用

5、履帶驅(qū)動段效率 nr來考慮，則履帶車輛的切線牽引力 FK 可表示為：FK = n rFt =Q r n mimMe/rK(1-5)圖 1-3履帶驅(qū)動力的傳遞簡圖 式(1-5)也適用于輪式車輛，不過此時 nr 二 lo為了分析驅(qū)動力 FK是如何傳到履帶車輛機體上的，如圖 1-3所示，我們在驅(qū) 動輪軸上加兩個大小相等，方向相反的力 Ft,其中一個力與驅(qū)動段內(nèi)拉力 Ft形成 力偶，其值等于驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 MK；另一個力則可分解成平行于路面和垂直于路面的兩 個分力 Ft 和 Fto其中 Ft二 Ft cos 4)o同理，將作用在后支重輪上的兩個力(一個是驅(qū)動段內(nèi)的拉力 Ft,另一個是 土壤的反作用力 FK)

6、都移到該支重輪的軸線上。結(jié)果，得到一個合力 F工。將合力 FS 分解成平行于路面和垂直于路面的兩個分力 F和 FS,而 F = FK - Ft COS 巾 O推動機體前進的力應(yīng)該是 Ft與 F工之和，即:Ft+ FS = Ft cos 巾+FK -Ft cos 巾=FK(1-6)式(1-6)表明， 土壤對接地段履帶板產(chǎn)生的與路面平行的反作用力合力 FK就 是推動機體前進的力。假定履帶銷子和銷孔間的摩擦損失等可略去不計， 則推動機體前進的力 FK 等 于履帶驅(qū)動段內(nèi)的拉力 Ft,它并不隨驅(qū)動段的傾角巾的變化而變化。實際上，因 為履帶銷和銷孔間有摩擦，故 FK比 Ft 要小些。1. 2履帶行走機構(gòu)

7、運動學(xué)分析和力學(xué)分析1. 2.1 履帶行走機構(gòu)的運動學(xué)分析現(xiàn)在來討論履帶行走機構(gòu)在水平地面上作等速直線行駛時的運動學(xué)問題。履帶行走機構(gòu)在水平地面的直線運動，可以看成是臺車架相對于接地履帶的 相對運動和接地履帶對地面的滑轉(zhuǎn)運動（牽連運動）合成的結(jié)果。圖 1-4 履帶相對于臺車架的卷繞運動示訛惻根據(jù)相對運動的原理， 臺車架相對接地履帶的運動速度與履帶相對于臺車架的運動 速度，在數(shù)值上應(yīng)相等，在方向上則相反。因此，我們完全可以假設(shè)臺車架靜止不 動，并依此來考察履帶與臺車架之間的相對運動速度。此時可將臺車架以及驅(qū)動 輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托鏈輪的軸線看成是靜止不動的，而履帶則在驅(qū)動輪的帶動 下以一定的速

8、度圍繞著這些輪子作“卷繞”運動（圖 1-4）。由于履帶是山一定長 度的鏈軌節(jié)所組成的，與通常的鏈傳動一樣，即使驅(qū)動輪做等速旋轉(zhuǎn)，履帶的卷繞 運動速度亦不是一個常數(shù)。從圖 1-4中可以看到，當(dāng)履帶處于圖中&所示的位置時，履帶速度達到最大 值，其數(shù)值為:u 1 二rOK（1-7）式中：rO驅(qū)動輪的節(jié)圓半徑;K驅(qū)動輪的角速度。當(dāng)履帶處于圖中 b所示的位置時，履帶速度最低，其數(shù)值為:U 2 二 rOKcos(/2)=ulcos(/2)式中： 驅(qū)動輪的分度角，二 360/zK；zK驅(qū)動輪的有效嚙合齒數(shù)。由此可見，即使驅(qū)動輪做等角速旋轉(zhuǎn)(K 二常數(shù))，臺車架的相對運動也將呈 現(xiàn)周期性的變化，從而使

9、車輛的行駛速度也帶有周期變化的性質(zhì)。但是，我們用肉 眼一般觀察不到這種周期變化。履帶卷繞運動的平均速度可通過驅(qū)動輪每轉(zhuǎn)一圈所卷繞鏈軌節(jié)的總長來汁 算。設(shè)：It為鏈軌節(jié)距(m) , K為驅(qū)動輪角速度(1/s) , nK 為驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速 (r/min)，貝 9履帶卷繞運動的平均速度 5 可由下式計算，u m 二 zKltK/2 二 zKltnK/60(m/s)(1-9)當(dāng)履帶在地面上作無滑動行駛時，車輛的行駛速度就等于臺車架相對于接地 履帶的運動速度，后者在數(shù)值上等于履帶卷繞運動的速度。通常，將履帶在地面上 沒有任何滑移時，車輛的平均行駛速度 uT稱為理論行駛速度，它在數(shù)值上應(yīng)等于 履帶卷繞運動的平

10、均速度，亦即：uT 二 zKltK/2 二 zKltnK/60(m/s)(110)山式(1-8)可知，當(dāng)角減小，亦即驅(qū)動輪的嚙合齒數(shù) zK增加時，則履帶卷繞 運動速度的波動就減小。對于 0, zK8這一極限惜況，則有：u 1 = u2二 um。這表明，當(dāng)驅(qū)動輪嚙合齒數(shù)增加時，履帶卷繞運動的速度趨近于其平均速度，并趨 向于(1-8)一個常數(shù)。-圖 1 5 履帶與臺乍相對運動的簡化示意圖為了簡化履帶行走機構(gòu)的運動學(xué)分析，通常將這種極限狀態(tài)作為車輛行駛速度的計 算依據(jù)。此時，假設(shè)履帶節(jié)為無限小，因此，履帶可以看成是一條撓性鋼帶。這一 撓性鋼帶既不伸長也不縮短，且相對于驅(qū)動輪無任何滑動。根據(jù)上述假設(shè)，

11、履帶就 具有圖 1-5所示的形狀。當(dāng)驅(qū)動輪齒數(shù)相當(dāng)多時，此種假設(shè)是可以容許的。這樣， 當(dāng)驅(qū)動輪作等角速度旋轉(zhuǎn)時， 履帶卷繞運動的速度， 也就是車輛的理論行駛速度，可用下式表示 （見圖 1-5） ：式中：uT車輛的理論行駛速度；rK驅(qū)動輪的動力半徑；K驅(qū)動輪的角速度。式（1-11）中的 rK 是從運動學(xué)的角度提出來的，確切地講，應(yīng)該稱之為驅(qū)動輪 的滾動半徑。所謂動力半徑是切線牽引力作用線到驅(qū)動輪軸線的距離。但對于履帶 行走機構(gòu)來說，驅(qū)動輪的滾動半徑和動力半徑接近一致，故無論作運動學(xué)分析或力 學(xué)分析時均使用 rK,并統(tǒng)稱為動力半徑。驅(qū)動輪的動力半徑 rK是一個假設(shè)的半徑，它在驅(qū)動輪上實際并不存在（

12、rK 不 等于鏈輪的節(jié)圓半徑），其物理意義可解釋如下:在驅(qū)動輪相對于履帶沒有滑轉(zhuǎn)的情況下，以一半徑為 rK的圓沿履帶作純滾動 時，驅(qū)動輪軸心的速度即為車輛的理論行駛速度。由表達式(1-10)和可知：rK = zKlt/2(1-12)當(dāng)車輛在實際工作時，即使?fàn)恳]有超過履帶與地面的附著能力，履帶與 地面之間也存在著少量滑轉(zhuǎn)，這是因為履帶剪切或擠壓土壤而使土壤產(chǎn)生變形的緣 故。在履帶存在滑轉(zhuǎn)的情況下，車輛的行駛速度 u稱為實際行駛速度，它是履帶 的滑轉(zhuǎn)速度和臺車架與接地履帶之間的相對速度的合成速度，亦即：u 二 u T -u j(1-13)式中：uj履帶在地面上的滑轉(zhuǎn)速度。實際行駛速度 u可以用

13、單位時間內(nèi)車輛的實際行駛距離來表示；滑轉(zhuǎn)速度 uj 則可用單位時間內(nèi)的滑轉(zhuǎn)距離來表示，即： _h或匕=?=字(1-14)1 T在同一時間 t 內(nèi)，車輛的理論行駛距離，它可通過下式計算:式中：1在時間 t內(nèi)，車輛的實際行駛距離;在同一時間 t 內(nèi),履帶相對地面的滑轉(zhuǎn)距離;1 T 二 rKKt 二zKltKt/2通常用滑轉(zhuǎn)率來表示履帶相對地面的滑轉(zhuǎn)程度，它表明了山于滑轉(zhuǎn)而引起的 車輛行程或速度的損失，并可山下式計算：(1-16)山于車輛在空載行駛時滑轉(zhuǎn)率極小(0),因此常常用車輛的空載行駛距離10和空載行駛速度 U0來代表理論行駛距離和理論行駛速度。這樣，公式(1-16)即可改寫成如下形式：(1-17)式(1-17)在做滑轉(zhuǎn)率試驗時非常有用 o1.2.2履帶行走機構(gòu)的力學(xué)分析現(xiàn)在來討論履帶車輛在水平地面