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高速履带车辆推进装置的动力学特性研究

刘斌  
【摘要】:实现军用履带车辆的高速化,有助于在陆地作战中占据主导地位。近年来,随着发动机和电机的性能逐渐提高,各国均开始努力提高军用履带车辆的越野车速以及行驶性能,并且通过采用大功率发动机、改进履带行驶系等措施,已经实现了履带车辆机动性上的较大提高。但是,即便如此,履带车辆行驶时推进装置的效率相比于轮式行驶装置仍然较低。因此,通过降低履带行驶装置的功率损耗来进一步提高履带车辆的机动性具有十分重要的意义。 本文以改善履带车辆行驶装置的受力和效率为研究的出发点,通过适合于求解大规模多刚体系统动力学问题的相对坐标系运动方程理论和完全递归算法,对履带行驶装置中部件的位置、速度、加速度及运动过程中的约束反力、接触碰撞力等进行了研究,并建立了基于高速大半径转向条件下的履带车辆横向动力学模型。 在高速履带车辆运动学和动力学分析的基础上,本文进一步分析了高速工况下的履带张紧力。通过建立整车动力学仿真模型、驱动系统模型、整车控制器模型,在高速匀速工况下(70km/h,80km/h,90km/h,100km/h)联合仿真后,提取出工作段(紧边张紧力)、非工作段(松边张紧力)、接地段的履带张紧力,并分析了车速、牵引力和预载荷等张紧力影响因素对各支段张紧力的影响情况,同时也与低速工况下的各支段张紧力进行了对比。之后,本文分析并验证了四轮驱动形式对履带张紧力的改善效果,该方法能实现履带张紧力在高速工况下减小28kN~36kN,其高速工况下的优化效率在10%~16%之间。 在此基础上,本文对履带行驶装置的啮合摩擦损失、挂胶履带橡胶衬套的滞后损失、负重轮沿履带接地段的滚动损失、履带板与托带轮之间的冲击损失等进行理论分析和推导,得出了各部分损失的影响因素;通过特定工况下的联合仿真,得到了在起步、低速、高速、高速匀速等阶段时各部分损失所占的比重及其变化情况。最后,本文提出了可行的提高履带行驶装置效率的方法:一方面通过履带板的轻量化,减小履带在高速时由履带板离心力引起的张紧力;另一方面通过在上支履带处加装一个纵向运动的履带张紧装置,在不增加履带张紧力的情况下减小履带在高速行驶时的振动。


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