多履带车辆行驶特性分析
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以实际生 产 的 四 履 带 车 辆 为 研 究 背 景， 分 别 在 RecurDyn 和 AMESim 软件中建立多履带车辆的动力 学和液压系统模型，通过建立接口模块以实现软件之 间的数据交换。联合仿真时，两个软件采用各自的求 解器进行运算，能够取得理想的互补效果。 1. 1 模型的假设
由于实际 车 辆 结 构 复 杂， 为 保 证 仿 真 的 顺 利 进 行，在建立模型的过程中，进行了下列假设：
地完成驱动轮、导向轮、支重轮等履带系统的装配。 工具箱中有履带板、衬套、履带挡板和地面剖面库等 丰富的履带系统组件，利用这些组件，可以准确、高 效地建立履带系统，分析诸如履带板和地面之间的接 触特性以及各种 工 况 中 出 现 的 结 构 问 题。RecurDyn 采用递归算法，运算速度非常理想。
该履带车辆包含大、小两种履带系统，如图 1 所 示。大履带系统有 16 个支重轮、3 个托链轮、91 块 履带板，履带的接地长度 L1 = 11. 8 m，履带中心距 B = 7. 0 m，履带板宽度 b = 2. 2 m； 小履带系统有 8 个支重轮、2 个托链轮、65 块履带板，履带的接地长 度 L2 = 8. 0 m，履带 中 心 距 B = 7. 0 m，履 带 板 宽 度 b = 2. 2 m。
2. Dalian YILIYA Construction Machinery Co. ，Ltd. ，Dalian Liaoning 116025，China）
Abstract： The virtual prototype of the entire multi-crawler track vehicle was established through a combination of the dynamics model set up by multi-body dynamics software RecurDyn and the hydraulic system model established by the multi-area modeling and simulation software AMESim． Based on the established virtual prototype，working pressure of hydraulic system changing over time during the processes of driving straight forward and turning around was simulated． The results indicate that the simulation results consistent with the experimental results quite well，the model is with high accuracy，and can provide theoretical references for study of the driving process of the multi-crawler track vehicle．
减速机减速比
363. 5
歇性啮合造成的压力波动。仿真结果与试验结果的曲
2 数值仿真
线趋势相同，曲线不重合的原因主要是由于模型假设
利用上述动力学模型和液压系统模型，进行 Re- 以及试验测量误差造成的，不影响对多履带车辆行驶
curDyn 和 AMESim 软件的联合仿真，以液压系统中的 特性的分析。
工作压力作为行驶特性的主要分析参数。仿真工况如
所建的多履带车辆模型是一个复杂的多体动力学 系统，通过对驱动轮施加转速，并利用具有张紧功能 的导向轮控制履带总成的松紧，使驱动轮与履带板进 行啮合传动，实现车辆的行驶，从而对多履带车辆的 直行和转向工况进行仿真。 1. 3 路面模型
RecurDyn 软件 中 提 供 了 地 面 参 数 Ground 模 块，
图 4 硬质地面模型参数
·56·
机床与液压
第 40 卷
1. 4 液压系统建模 四履带车辆的每条履带都由独立的闭式液压系
统回路进行驱动，利用 AMESim 软件对履带车辆行 驶过程中液压系统进行仿真。车辆在行驶过程中， 采用相同电信号控制同侧两条履带液压系统中泵的
排量，以保证同侧履带的同步； 控制两侧履带的电 信号来实现车辆的直行、差速转向、单边转向和原 地转向动作。根据行走液压系统回路和各液压元件 的实际参 数，利 用 AMESim 建 立 的 仿 真 模 型 如 图 5 所示。
（ 1. 大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116023； 2. 大连益利亚工程机械有限公司，辽宁大连 116025）
摘要： 根据在多体动力学软件 RecurDyn 中建立的动力学模型和在多领域建模仿真软件 AMESim 中建立的液压系统模 型，构建多履带车辆的虚拟样机； 以液压系统工作压力为分析对象，利用建立的虚拟样机对多履带车辆的直行和转向工况 进行仿真，并通过试验进行验证。结果表明： 仿真结果与试验数据非常接近，模型具有较高精度，可以为多履带车辆行驶 特性的研究提供理论依据。
关键词： 多履带车辆； 行驶性能； 虚拟样机； RecurDyn 软件； AMESim 软件 中图分类号： TP391. 9 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 3881 （ 2012） 3 － 054 － 4
Research on Driving Properties of Multi-crawler Track Vehicle
WANG Xin1 ，DUAN Baogang1 ，SHEN Zhanchao2 ，GAO Shunde1 （ 1. School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116023，China；
由于多履带车辆结构较为复杂，其行驶特性计算
方法与双履带具有较大区别，目前国内外对多履带车 辆的行驶特性研究仅限于理论计算和动力学仿真。基 于此，作者提出利用动力学及液压系统软件联合仿真 的方法，建立多履带车辆的虚拟样机，并设计试验进 行验证，为多履带车辆的行驶特性研究、开发提供理 论依据。 1 建模与参数设置
智能优化、结构损伤识别与评估、结构动力学与虚拟样机技术。E － mail： wangxbd21@ 163. com。
第3 期
王欣 等： 多履带车辆行驶特性分析
·55·
模型的所有部件都以刚体形式导入 RecurDyn 中，并 将各履带板之间连接的滚子轴、滚子、滚套等忽略。
（ 2） 由于驾驶室及动力站的质量远小于车体的 质量，对多履带车辆的行驶特性影响极小，因此在建 模过程中忽略。
最高车速为 1 km / h； 将 RecurDyn 中计算输出的驱动 整的，因此总体趋势较为平缓稳定。
轮扭矩通过 AMETable 导入 AMESim 中，作为行走减
Keywords： Multi-crawler track vehicle； Driving property； Virtual prototype； RecurDyn software； AMESim software
履带式车辆按照履带的数量可分为双履带和多履 带车辆。其 中，双 履 带 车 辆 是 指 具 有 两 条 履 带 的 车 辆，如军事坦克、中小型履带式起重机等。多履带车 辆是指具有 3 条或 3 条以上履带的车辆，如重型履带 运输车、排土机等。目前，履带式车辆广泛应用于军 事、建筑及农业等领域，研究其行驶性能对于车辆的 合理设计和正确使用具有重要意义［1］。
（ 3） 建立液压系统模型时，用电信号单元直接 作用于液压泵以控制泵排量变化，取代利用液压元件 设计库建立的电比例阀块模型，这样可以使仿真运算 时间大大缩短，并且对计算结果影响很小。 1. 2 动力学建模
采用多体动力学仿真软件 RecurDyn 进行动力学 仿真分析，其自带的子系统 Track （ LM） 是专为履带 工程车辆设计的低速机动履带系统工具包，可以轻松
2012 年 2 月 第 40 卷 第 3 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS
Feb. 2012 Vol. 40 No. 3
DOI： 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 03. 016
多履带车辆行驶特性分析
王欣1 ，段宝刚1 ，申展超2 ，高顺德1
液压泵最大排量 / （ mL·r － 1 ）
130
示。
液压马达最大排量 / （ mL·r － 1 ）
160
选取Leabharlann Baidu带液压系统工作压力进行比较分析：
主溢流阀设定压力 / MPa
38
（ 1） 从压力对比曲线中可以看出，仿真压力较
补油溢流阀设定压力 / MPa
2. 4
为准确地反映了履带车辆行驶过程中由于履带板的间
J Y WONG 等［2］基于车辆与地面的滑动摩擦理论
对双履带车辆在硬地面上的稳定转向原理作了较深入 的研究。THAI 等［3］分析了双履带车辆在软地面上的 低速平稳转向过程。MACLAURIN 等［4］分析了橡胶履 带板的柔性对履带底盘转向性能的影响，论述了差速 转向过程中履带受力变化。卢进军等［5］采用仿真软件 针对双履带车辆进行高速转向动力学仿真研究。WATANABE 等［6］基于四轮理论建立多履带车辆的数学模 型，并对其转向过程进行研究。王国强等［7 －8］研究了 多履带车辆的行走驱动装置和理论转向性能。
（ 2） 仿真压力曲线的总体趋势较为平缓稳定，
下：
而试验压力曲线具有明显的总体波动。这主要是因为
（ 1） 车辆直行。给模型驱动轮施加 Motion 参数， 试验场地的地面条件不均匀，地面的起伏造成总体压
使 4 条履带的角速度同时从 0 增加至 0. 5 rad / s，对应 力的上下波动，而在仿真模型中，假设地面是绝对平
用于建立履带与地面接触的动力学模型。在 Ground
模块中可以选择标准地面，也可以自定义地面参数。
依据试验场地地面条件，在该虚拟样机路面模型中定
义了水平硬质地面，地面模型参数如图 4 所示。
图 2 履带系统模型 （ 3） 在每个部件上施加各种约束以及接触力， 确定部件的运动关系。完整的虚拟样机动力学模型如 图 3 所示。上平板 1 和连接梁 2 共同组成了履带车辆 模型的基本实体，车架、轮系和履带板组成了履带系 统，可以为每条履带系统独立设置自己的路面参数和 动力学参数。
图 5 履带液压系统 AMESim 仿真模型
其中，履带运输车液压系统主要参数见表 1。
来改变两侧履带的控制电信号，实现车辆的直行、差
表 1 液压系统主要参数
速转向、单边转向和原地转向动作，采用液压测试仪
输入转速 / （ r·min － 1 ）
1 700
采集试验压力信号。仿真曲线与试验曲线如图 6 所
导向轮、支重轮等轮系，以及履带挡板等组件，利
用其 自 带 的 子 系 统 Track （ LM） ，快 速 完 成 履 带 总 成的装配，履带系统模型如图 2 所示。具体方法是
图 3 多履带车辆动力学模型
通过建立参数化单履带板的模型，依次选择履带板 与车架轮系等组件的接触点，建立起履带连接链， 完成履带总成的建模。在建模过程中，要注意调整 驱动轮轮齿与履带板啮合齿的空间位置，以保证驱 动轮与履带板间的有效啮合，避免仿真不能正常运 行。
（ 1） 在仿真的过程中，如果将多履带车辆模型 上的所有部件都以柔性体的形式导入 RecurDyn 中进 行仿真，会使仿真变得很困难甚至不能实现。因此，
收稿日期： 2011 － 01 － 06 作者简介： 王欣 （ 1972—） ，女，博士，副教授，研究方向为工程机械关键理论与技术、液压系统动态仿真、结构 CAD 与
图 1 履带车辆基本参数
多履带车辆的动力学建模过程如下：
（ 1） 利 用 Pro / E 软 件 建 立 四 履 带 车 辆 上 平 板，
连接梁及大、小车架等主要结构部件的三维模型，再
将其导入 RecurDyn，在 RecurDyn 中进行装配。
（ 2） 在 RecurDyn 软件中建立履带车辆的驱动轮、
由于实际 车 辆 结 构 复 杂， 为 保 证 仿 真 的 顺 利 进 行，在建立模型的过程中，进行了下列假设：
地完成驱动轮、导向轮、支重轮等履带系统的装配。 工具箱中有履带板、衬套、履带挡板和地面剖面库等 丰富的履带系统组件，利用这些组件，可以准确、高 效地建立履带系统，分析诸如履带板和地面之间的接 触特性以及各种 工 况 中 出 现 的 结 构 问 题。RecurDyn 采用递归算法，运算速度非常理想。
该履带车辆包含大、小两种履带系统，如图 1 所 示。大履带系统有 16 个支重轮、3 个托链轮、91 块 履带板，履带的接地长度 L1 = 11. 8 m，履带中心距 B = 7. 0 m，履带板宽度 b = 2. 2 m； 小履带系统有 8 个支重轮、2 个托链轮、65 块履带板，履带的接地长 度 L2 = 8. 0 m，履带 中 心 距 B = 7. 0 m，履 带 板 宽 度 b = 2. 2 m。
2. Dalian YILIYA Construction Machinery Co. ，Ltd. ，Dalian Liaoning 116025，China）
Abstract： The virtual prototype of the entire multi-crawler track vehicle was established through a combination of the dynamics model set up by multi-body dynamics software RecurDyn and the hydraulic system model established by the multi-area modeling and simulation software AMESim． Based on the established virtual prototype，working pressure of hydraulic system changing over time during the processes of driving straight forward and turning around was simulated． The results indicate that the simulation results consistent with the experimental results quite well，the model is with high accuracy，and can provide theoretical references for study of the driving process of the multi-crawler track vehicle．
减速机减速比
363. 5
歇性啮合造成的压力波动。仿真结果与试验结果的曲
2 数值仿真
线趋势相同，曲线不重合的原因主要是由于模型假设
利用上述动力学模型和液压系统模型，进行 Re- 以及试验测量误差造成的，不影响对多履带车辆行驶
curDyn 和 AMESim 软件的联合仿真，以液压系统中的 特性的分析。
工作压力作为行驶特性的主要分析参数。仿真工况如
所建的多履带车辆模型是一个复杂的多体动力学 系统，通过对驱动轮施加转速，并利用具有张紧功能 的导向轮控制履带总成的松紧，使驱动轮与履带板进 行啮合传动，实现车辆的行驶，从而对多履带车辆的 直行和转向工况进行仿真。 1. 3 路面模型
RecurDyn 软件 中 提 供 了 地 面 参 数 Ground 模 块，
图 4 硬质地面模型参数
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机床与液压
第 40 卷
1. 4 液压系统建模 四履带车辆的每条履带都由独立的闭式液压系
统回路进行驱动，利用 AMESim 软件对履带车辆行 驶过程中液压系统进行仿真。车辆在行驶过程中， 采用相同电信号控制同侧两条履带液压系统中泵的
排量，以保证同侧履带的同步； 控制两侧履带的电 信号来实现车辆的直行、差速转向、单边转向和原 地转向动作。根据行走液压系统回路和各液压元件 的实际参 数，利 用 AMESim 建 立 的 仿 真 模 型 如 图 5 所示。
（ 1. 大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116023； 2. 大连益利亚工程机械有限公司，辽宁大连 116025）
摘要： 根据在多体动力学软件 RecurDyn 中建立的动力学模型和在多领域建模仿真软件 AMESim 中建立的液压系统模 型，构建多履带车辆的虚拟样机； 以液压系统工作压力为分析对象，利用建立的虚拟样机对多履带车辆的直行和转向工况 进行仿真，并通过试验进行验证。结果表明： 仿真结果与试验数据非常接近，模型具有较高精度，可以为多履带车辆行驶 特性的研究提供理论依据。
关键词： 多履带车辆； 行驶性能； 虚拟样机； RecurDyn 软件； AMESim 软件 中图分类号： TP391. 9 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 3881 （ 2012） 3 － 054 － 4
Research on Driving Properties of Multi-crawler Track Vehicle
WANG Xin1 ，DUAN Baogang1 ，SHEN Zhanchao2 ，GAO Shunde1 （ 1. School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116023，China；
由于多履带车辆结构较为复杂，其行驶特性计算
方法与双履带具有较大区别，目前国内外对多履带车 辆的行驶特性研究仅限于理论计算和动力学仿真。基 于此，作者提出利用动力学及液压系统软件联合仿真 的方法，建立多履带车辆的虚拟样机，并设计试验进 行验证，为多履带车辆的行驶特性研究、开发提供理 论依据。 1 建模与参数设置
智能优化、结构损伤识别与评估、结构动力学与虚拟样机技术。E － mail： wangxbd21@ 163. com。
第3 期
王欣 等： 多履带车辆行驶特性分析
·55·
模型的所有部件都以刚体形式导入 RecurDyn 中，并 将各履带板之间连接的滚子轴、滚子、滚套等忽略。
（ 2） 由于驾驶室及动力站的质量远小于车体的 质量，对多履带车辆的行驶特性影响极小，因此在建 模过程中忽略。
最高车速为 1 km / h； 将 RecurDyn 中计算输出的驱动 整的，因此总体趋势较为平缓稳定。
轮扭矩通过 AMETable 导入 AMESim 中，作为行走减
Keywords： Multi-crawler track vehicle； Driving property； Virtual prototype； RecurDyn software； AMESim software
履带式车辆按照履带的数量可分为双履带和多履 带车辆。其 中，双 履 带 车 辆 是 指 具 有 两 条 履 带 的 车 辆，如军事坦克、中小型履带式起重机等。多履带车 辆是指具有 3 条或 3 条以上履带的车辆，如重型履带 运输车、排土机等。目前，履带式车辆广泛应用于军 事、建筑及农业等领域，研究其行驶性能对于车辆的 合理设计和正确使用具有重要意义［1］。
（ 3） 建立液压系统模型时，用电信号单元直接 作用于液压泵以控制泵排量变化，取代利用液压元件 设计库建立的电比例阀块模型，这样可以使仿真运算 时间大大缩短，并且对计算结果影响很小。 1. 2 动力学建模
采用多体动力学仿真软件 RecurDyn 进行动力学 仿真分析，其自带的子系统 Track （ LM） 是专为履带 工程车辆设计的低速机动履带系统工具包，可以轻松
2012 年 2 月 第 40 卷 第 3 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS
Feb. 2012 Vol. 40 No. 3
DOI： 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 03. 016
多履带车辆行驶特性分析
王欣1 ，段宝刚1 ，申展超2 ，高顺德1
液压泵最大排量 / （ mL·r － 1 ）
130
示。
液压马达最大排量 / （ mL·r － 1 ）
160
选取Leabharlann Baidu带液压系统工作压力进行比较分析：
主溢流阀设定压力 / MPa
38
（ 1） 从压力对比曲线中可以看出，仿真压力较
补油溢流阀设定压力 / MPa
2. 4
为准确地反映了履带车辆行驶过程中由于履带板的间
J Y WONG 等［2］基于车辆与地面的滑动摩擦理论
对双履带车辆在硬地面上的稳定转向原理作了较深入 的研究。THAI 等［3］分析了双履带车辆在软地面上的 低速平稳转向过程。MACLAURIN 等［4］分析了橡胶履 带板的柔性对履带底盘转向性能的影响，论述了差速 转向过程中履带受力变化。卢进军等［5］采用仿真软件 针对双履带车辆进行高速转向动力学仿真研究。WATANABE 等［6］基于四轮理论建立多履带车辆的数学模 型，并对其转向过程进行研究。王国强等［7 －8］研究了 多履带车辆的行走驱动装置和理论转向性能。
（ 2） 仿真压力曲线的总体趋势较为平缓稳定，
下：
而试验压力曲线具有明显的总体波动。这主要是因为
（ 1） 车辆直行。给模型驱动轮施加 Motion 参数， 试验场地的地面条件不均匀，地面的起伏造成总体压
使 4 条履带的角速度同时从 0 增加至 0. 5 rad / s，对应 力的上下波动，而在仿真模型中，假设地面是绝对平
用于建立履带与地面接触的动力学模型。在 Ground
模块中可以选择标准地面，也可以自定义地面参数。
依据试验场地地面条件，在该虚拟样机路面模型中定
义了水平硬质地面，地面模型参数如图 4 所示。
图 2 履带系统模型 （ 3） 在每个部件上施加各种约束以及接触力， 确定部件的运动关系。完整的虚拟样机动力学模型如 图 3 所示。上平板 1 和连接梁 2 共同组成了履带车辆 模型的基本实体，车架、轮系和履带板组成了履带系 统，可以为每条履带系统独立设置自己的路面参数和 动力学参数。
图 5 履带液压系统 AMESim 仿真模型
其中，履带运输车液压系统主要参数见表 1。
来改变两侧履带的控制电信号，实现车辆的直行、差
表 1 液压系统主要参数
速转向、单边转向和原地转向动作，采用液压测试仪
输入转速 / （ r·min － 1 ）
1 700
采集试验压力信号。仿真曲线与试验曲线如图 6 所
导向轮、支重轮等轮系，以及履带挡板等组件，利
用其 自 带 的 子 系 统 Track （ LM） ，快 速 完 成 履 带 总 成的装配，履带系统模型如图 2 所示。具体方法是
图 3 多履带车辆动力学模型
通过建立参数化单履带板的模型，依次选择履带板 与车架轮系等组件的接触点，建立起履带连接链， 完成履带总成的建模。在建模过程中，要注意调整 驱动轮轮齿与履带板啮合齿的空间位置，以保证驱 动轮与履带板间的有效啮合，避免仿真不能正常运 行。
（ 1） 在仿真的过程中，如果将多履带车辆模型 上的所有部件都以柔性体的形式导入 RecurDyn 中进 行仿真，会使仿真变得很困难甚至不能实现。因此，
收稿日期： 2011 － 01 － 06 作者简介： 王欣 （ 1972—） ，女，博士，副教授，研究方向为工程机械关键理论与技术、液压系统动态仿真、结构 CAD 与
图 1 履带车辆基本参数
多履带车辆的动力学建模过程如下：
（ 1） 利 用 Pro / E 软 件 建 立 四 履 带 车 辆 上 平 板，
连接梁及大、小车架等主要结构部件的三维模型，再
将其导入 RecurDyn，在 RecurDyn 中进行装配。
（ 2） 在 RecurDyn 软件中建立履带车辆的驱动轮、