第二章履带式机械行驶理论

第二章履带式机械行驶理论
•（２）履带行走机构存在内部阻力：
•1）各链轨节铰链中的摩擦； •2）驱动轮与链轨啮合时的摩擦； •3）导向轮和拖链轮轴承的摩擦 •4）支重轮轴承的摩擦和支重轮在链轨上的滚动摩 擦。
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• 由于这些摩擦损失的存在，显然，驱动力矩在形 成切线牵引力时必须消耗一部分力矩用来克服行走机 构内部的摩擦损失。即在驱动力矩中必须扣除一部分 力矩后才能与切线牵引力相平衡：
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•2、履带卷绕运动的平均速度的计算：
• 可通过驱动轮每转一圈所卷绕(转过)的链轨节的总长 来计算，即单位时间内所卷绕的链轨节的长度：
•则履带卷绕运动的平均速度可由下式计算：
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• 3、车辆的理论行驶速度vT ： •（1）定义：履带在地面上无相对运动时的平均行驶
表明了由于滑转而引起的车辆行程或速度的损失 。
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二、履带行走机构的动力学
• 讨论履带车辆在水平地面上作等速直线行驶时的 动力学问题。
• 履带车辆工作时，其上作用着抵抗车辆前进的各 种外部阻力和推动车辆前进的驱动力——切线牵 引力。而切线牵引力本身则由驱动链轮上的驱动 力矩所产生。
• 为简化履带行走机构运动学的分析，通常将这种 极限状态作为计算车辆行驶速度的依据。此时，假设履 带节为无限小，因此履带可看成是一条挠性钢带。这一 挠性钢带既不伸长也不缩短，且相对于驱动轮无任何滑 动。根据上述假设，履带就具有下图所示的形状。当驱 动轮齿数相当多时，此种假设是可以容许的。
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•二、影响滚动阻力的因素：
•1、内部行驶阻力的影响因素： •（1）履带张紧度：履带过分张紧或松驰均会引起其摩 擦损失的增大。下图表示了在相同试验条件下获得的 履带式机械的牵引功率与履带张紧度的关系。履带张 紧度过大时法向压力增大，使各轴承和铰链处的摩擦 损失增大；反之，履带过分松驰，履带上下振动消耗 的功率及履带经过托链轮、驱动轮、导向轮时冲击损 失过大。这些损失均与履带式机械的行驶速度有关。
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•2、外部行驶阻力的影响：
•（1）外部行驶阻力的计算 • 履带式机械外部行驶阻力以压实土壤阻力为主 要成分。它可采用功能转换的方法进行计算。
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•不同支承地面的滚动阻力系数
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•3、履带式机械行驶的必要条件：
• 履带式机械的切线牵引力大于滚动阻力时
机械才能行驶，因此履带式机械行驶的必要
条件为：Fk≥Ff
•4、有效切线牵引力Fkp：切线牵引力Fk与滚动
阻力Ff的差值。
•
Fkp= Fk－Ff
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• 为进一步说明履带式车辆的行驶原理，分析切线牵引 力如何传到机体上的，对驱动轮及支重轮进行受力分析。
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• 经过分析可知，推动机械前进的力就是切线
牵引力FK。 • 假定履带销子和销孔内的摩擦损失等可略去不计，
则推动机体前进的力FK即等于履带驱动段内的拉力Ft， 且并不随驱动段的倾角的变化而变化。实际上，因为 履带销和销孔间有摩擦，故FK比Ft要小些。
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• 履带式机械行驶速度提高时，其履带最佳张 紧度随之加大，对于行驶速度较低的履带式机械的 履带张紧度不宜过大。
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•（2）轴承、铰链处的密封和润滑：履带式机械行走机 构各轴承、铰链处的密封较差时，水分和泥沙易进入其 摩擦表面，增加其摩擦损失。故现代履带式机械行走机 构上广泛采用密封性较好的浮动轴承。
• 从上式中可以看出，如果将换算的摩擦力矩M r2设 想为某一作用在车辆上的等效外部阻力，将扣除了换算 的摩擦力矩后的驱动力矩看成为一等效的驱动力矩，而 地面对履带则作用着一等效的切线牵引力，那么就可以 认为履带行走机构中并不存在任何内部摩擦阻力。此时 作用在车辆上各力的平衡关系是等效的。
• 从以上的讨论可以看到，由于等效的摩擦阻力可 以在拖动试验中与由土壤变形而引起的外部行驶阻力 一起测出，而等效的驱动力矩则可用一简单的效率系 数来考虑，所以，上述等效计算示意图在实际使用中 极为有用。
• 将履带看成是一条由无限小链轨节组成的挠性钢带， 并考察沿着履带长度方向各力的平衡关系 ，忽略了链 传动中周期性变化的动载荷的作用。
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•（１）若履带行走机构不存在内部阻力：
• 当车辆静止时在履带的各区段中应具有相同的预加 张紧力F0，而当车辆在等速稳定工况下工作时，驱动轮 对履带作用有驱动力矩Mk，而在履带的驱动段内则相应 地产生一附加张紧力Ft，从而引起了地面对履带的反作 用力。根据履带等速运转的平衡条件，在驱动力矩Mk与 切线牵引力之间显然存在着以下的平衡关系：
•从上图中可以看到，当履带处于图中l所示的位置 时，履带速度达最大值
•式中：r0——驱动链轮的节圆半径；
•
ωk——驱动链轮的角速度。
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•当履带处于图中2所示的位置时，履带速度最低，等 于：
• 由此可知，即使驱动轮作等角速旋转，台车架的相 对运动也将呈现周期性的变化，从而使车辆的行驶速 度也带有周期变化的性质，使机械振动及噪声增加， 运动的平稳性及舒适性降低。
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•４、车辆的实际行驶速度v ：在履带相对地面存
在相对运动（主要是滑转）的情况下，车辆的行驶速 度称为实际行驶速度v 。 • 实际行驶速度v是履带的滑转速度和台车架对接地 链轨的相对速度的合成速度，即：
•式中：vj—履带在地面上的滑转速度。
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•５、滑转率δ ：表示履带对地面的滑转程度，它
速度。
• （2）计算：当履带在地面上作无滑动行驶时，车辆
的行驶速度就等于台车架相对于接地链轨的运动速度， 后者在数值上等于履带卷绕运动的速度。因此理论行驶 速度vT在数值上等于履带卷绕运动的平均速度，即：
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•意义：即驱动轮有效啮合齿数增加时，履带
卷绕的速度趋近其平均速度，且趋于常数。
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• 按照通常习惯，等效的切线牵引力就直接称之为 切线牵引力，并以符号FK来表示。这样，履带车辆在水 平地面上作等速直线行驶时作用在车辆上诸力的平衡方 程仍可表示为：
•注意：在外部阻力之总和中包括有等效摩擦阻力，
而切线牵引力FK则比地面实际作用于履带的水平反作用 力要大。
• 故当车辆在水平理论
二、履带车辆的行驶原理
• 1、切线牵引力FK：
• 履带式车辆是靠履带卷绕时地面对履带接地段产生 的反作用力推动车辆前进的。为了便于说明行驶原 理，如下图所示，可将履带分成几个区段。1—3为 驱动段，4—5为上方区段，6—8为前方区段，8—1 为接地段或称支承段。
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•式中：ωk——驱动轮的角速度；
•
ωe——发动机曲轴的角速度;
•
Mk——驱动力矩；
•
Me——发动机的有效扭矩。
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•假定离合器不打滑，则上式可表示为：
•式中：im——传动系总传动比，它是变速箱、中央传 动和最终传动各部分传动比的乘积。
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•式中：Mk—驱动力矩； • Mr—消耗在克服行走机构内部阻力中的驱动力矩。
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•对Mr的分析：
•由于履带行走机构中各摩擦副中的摩擦力近似地看作 与摩擦副所承受的法向力成正比，根据法向压力的性质， 换算的行走机构摩擦力矩Mr又可分为以下两组： •1）由不变的法向压力（如由履带的预加张紧力Fo和机 器质量G造成的法向压力）所产生，这部分摩擦力矩与 驱动力的大小无关，等于拖动行驶时行走机构内部摩擦 力矩，它可用M r2来表示。
• 当驱动轮作等角速度旋转时，履带卷绕运动的 速度，也就是车辆的理论行驶速度，可用下式表示：
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•动力半径：动力半径是切线牵引力线到轮心的距离。 •驱动轮的动力半径是一个假设的半径，它在驱动轮上 实际并不存在，其物理意义可解释如下： • 在驱动轮相对于履带没有滑转的情况下，以一半 径为rk的圆沿链轨作纯滚动时，驱动轮轴心的速度即为 车辆的理论行驶速度。可知：
土壤垂直变形引起的阻碍机械前进的力，用Ff1表示。 • 外部行驶阻力Ff1很难单独测试，只能在拖动试验 中与内部行驶阻力Ff2一并测出，如图所示。拖动试 验时被测机械由其他机械牵引，用测力计测得的力是 Ff1与Ff2的合力，被称为履带式机械的滚动阻力Ff。
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• 试验表明，滚动阻力近似地与机械重力成正比。 因此，滚动阻力常用机械重力与滚动阻力系数的乘 积来表示，即：Ff＝fG • 式中：G为机械重力；f为滚动阻力系数。
• 2）由履带的附加张紧力Ft所引起，这部分摩擦力矩M r1近似地与驱动力矩成正比，并可方便地用一效率系数 来表示。
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•经以上分析可知，Mr可表示为： •代入前式可得：
•上式中η r为驱动段效率，表示由附加张紧力引起 的摩擦力矩M r1而导致的驱动力矩的损失。
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第三节 履带式机械的行驶阻力
• 一、滚动阻力与滚动阻力系数 • 1、行驶阻力的定义：行驶阻力是指从驱动
轮开始的整个行走机构在机械行驶时产生 的阻力。 • 2、行驶阻力的组成： • 由内部行驶阻力和外部行驶阻力两部分组 成。
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•（1）内部行驶阻力：由行走机构内部各摩擦副产
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2020/12/10
第二章履带式机械行驶理论
第一节 履带车辆行驶原理
• 一、驱动力矩与传动系效率 • 驱动力矩M k：发动机通过传动系传到驱动轮