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铰接式履带车辆行驶性能研究

李阳  
【摘要】:铰接式履带车辆因其拥有极高的路面通过性,被广泛应用于国防、森林消防及抢险救灾等事业中。铰接式履带车辆两车体之间的铰接机构可以实现俯仰、转向和翻转三个自由度的运动,其中前两个自由度可以通过液压油缸进行主动控制,使车辆行驶在特殊地形时履带能够更充分地与地面接触,从而获得更大的牵引力,增强车辆的通过性。 本文对车辆的行走机构与铰接机构进行了运动学和动力学分析,对车辆进行了牵引性能计算,根据行走与转向机构的特点,对车辆原地转向和转向行驶进行了动力学分析,为后面的仿真工作提供了理论基础。 本文利用RecurDyn软件中的AutoDesign模块对铰接转向机构的铰点位置进行了优化,通过试验设计得出了各参数对目标值的影响分析,经过铰点位置优化后的铰接转向机构比初始设计的机构综合性能更好。 应用RecurDyn软件中的Professional模块和Colink模块建立了铰接履带车辆的虚拟样机和驱动控制模型。分别在硬质路面、粘土、重粘土和干沙上进行60%坡度的爬坡过程仿真,只有在粘土路面时车辆不能爬上60%坡,而只能爬上坡度为40%的坡,并将差速器闭锁和工作两种状态的车辆通过性能进行对比,得知将差速器闭锁可以大幅提高车辆的爬坡通过性,但在干沙路面上时的影响很小,主要是因为干沙路面可以提供车辆的最大牵引力要比其它路面大的多;同时进行了履刺高度对通过性影响的研究,加大履刺高度可以提高车辆在粘性土壤上的通过性,也对部分行走机构失效后的车辆爬坡通过性进行研究,可知在爬坡时后车履带驱动时的通过性要大于前车履带驱动。 对铰接履带车辆进行原地转向过程仿真,得出在不同土壤上转向的所需的转向力矩以及转向时的前后车稳定性,在行驶转向仿真过程中,建立了以车速为控制目标的PID驱动模型,分析了行驶车速、前后车质量比、铰点到前后车几何中心的距离和转向角对车辆转向性能的影响,主要包括转向半径、转向不准确度、驱动力增加率和转向驱动力矩等,通过对车辆转向过程的仿真,得到车辆在转向时的性能,为车辆在驾驶和以后的改进设计方面有一定的指导作用。 通过对铰接式履带车辆越4m宽深沟和1.5m高垂直障碍的仿真,得出乍辆在通过这两种障碍时的稳定性,俯仰油缸的受力情况,各个轮系的冲击载何,车体质心处和驾驶员处的各方向加速度,用1/3倍频的加权加速度均方根值来评价其通过障碍时的平顺性。 仿真分析结果表明,铰接式履带车辆虚拟样机模型建立正确,能够顺利完成爬60%坡、转向、越4m宽深沟和1.5m高的障碍,满足车辆设计指标的要求。车辆在越障过程有很好的稳定性,人没有不舒适的感觉。同时,证明应用多体动力学理论的虚拟样机技术在铰接车辆设计过程中的可行性,减少了实验成本,更有利于铰接式履带车辆行驶理论的研究,掌握铰接式履带车辆的关键技术。


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