基于RecurDyn的履带车辆高速转向动力学仿真研究
履带车辆动力学建模及模型试验验证
履带车辆动力学建模及模型试验验证谢欢;王红岩;郝丙飞;王钦龙【摘要】为研究履带车辆的动力学性能,须建立准确的车辆模型.对履带车辆进行了拓扑结构分析,基于RecurDyn环境建立了履带车辆多体动力学模型,采用谐波叠加法对随机路面进行数字化模拟,并通过三维等效容积法建立了三维仿真路面模型.为验证多体动力学模型的可信性,进行了典型障碍和随机道路实车试验,比较了测点处加速度时间历程变化和功率谱估计曲线.结果表明:建立的动力学模型能够较好地反映实车的高频和低频振动特性,为履带车辆的动力学研究提供了模型基础.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)006【总页数】5页(P44-48)【关键词】履带车辆;动力学模型;实车试验;模型验证【作者】谢欢;王红岩;郝丙飞;王钦龙【作者单位】100072北京市陆军装甲兵学院;100072北京市陆军装甲兵学院;100072北京市陆军装甲兵学院;100072北京市陆军装甲兵学院【正文语种】中文【中图分类】TJ8110 引言目前，基于多体动力学方法的虚拟样机技术为履带车辆模型的仿真研究提供了很好的方法途径[1-2]。
进行装甲车辆性能的仿真分析，首先要建立准确的车辆动力学模型，国内许多研究者对此开展了许多卓有成效的工作。
武云鹏[3]使用ATV工具箱在ADAMS环境中建立了履带车辆悬挂系统动力学模型，研究了履带车辆悬挂系统的动力学性能。
韩宝坤[4]等建立了履带车辆基于平稳性能的动力学模型，并与DADS环境下的动力学模型进行了比较，验证了模型的合理性。
王克运[5]等为研究履带车辆越障过程中的动力学性能，建立了其动力学模型，在MATLAB/Simulink环境中对模型进行了仿真。
陈媛媛[6]利用三维建模软件Pro/E和多体动力学软件RecurDyn建立了履带车辆动力学模型，在不同的工况下，研究了履带张紧装置对车辆的机动性和平顺性的影响。
本文以某型履带车辆为研究对象，基于多体动力学软件RecurDyn环境建立履带车辆多刚体系统动力学模型，并通过实车试验对所建履带车辆模型进行验证，为下一步履带车辆动力学性能仿真分析提供较准确的模型。
210979654_基于ADAMS_的履带式挖掘机越障动力学建模与分析
基于ADAMS 的履带式挖掘机越障动力学建模与分析秦仙蓉1 冯亚磊1 沈健花2 张 氢1 孙远韬11同济大学机械与能源工程学院 上海 201804 2惠普信息技术研发有限公司 上海 200131摘 要：履带式挖掘机作业时需跨越各类障碍物，在履带式挖掘机跨越障碍物时会受到来自地面的冲击载荷而产生疲劳破环，故研究履带式挖掘机的整机越障动力学特性十分必要。
基于动力学仿真软件ADAMS，研究了履带式挖掘机的整机越障动力学特性。
以某中型履带式挖掘机为例，在Pro/E 中完成履带式挖掘机的三维建模，在ADAMS 中建立其简化虚拟样机，完成该履带式挖掘机越障的动力学仿真。
结果表明:越障过程中，挖掘机车体垂向最大位移与障碍物设置高度一致，整个越障过程较为平稳。
此外，车体的转动角速度在车体越过障碍边缘到引导轮触地时刻存在较明显的变化过程。
关键词：履带式挖掘机;越障;动力学仿真;虚拟样机中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）05-0018-05Abstract: In view of the fact that crawler excavators need to cross all kinds of obstacles during operation, and are easily subjected to impact load from the ground, resulting in fatigue damage, it is necessary to study the dynamic characteristics of the whole crawler excavator crossing obstacles. In this study, based on the dynamic simulation software Adams, the dynamic characteristics of the whole crawler excavator are studied. Taking a medium-sized crawler excavator as an example, the three-dimensional modeling of the crawler excavator is completed in ProE, and its simplified virtual prototype is established in Adams, and the dynamic simulation of the crawler excavator crossing obstacles is completed. The results show that the vertical maximum displacement of the excavator body is consistent with the height of the obstacle during the obstacle crossing, and the body is relatively stable during the whole obstacle crossing. In addition, the rotation angular velocity of the excavator changes obviously, which occurs during the period when the excavator travels to the edge of obstacle crossing and the guide wheel touches the ground.Keywords: crawler excavator; obstacle crossing; dynamic simulation; virtual prototype0 引言挖掘机被广泛用在各类土石方开挖工程现场，据不完全统计，土石方施工过程中约60%的土石方开挖都是靠挖掘机来完成的。
基于RecurDyn的履带车辆动力学仿真_骆清国
车辆与动力技术 Vehicle ＆ Power Technology
文章编号： 1009 － 4687（2011）04 － 0026 － 03
总第 124 期
基于 RecurDyn 的履带车辆动力学仿真
骆清国1， 司东亚1， 龚正波1， 赵新军2
（ 1． 装甲兵工程学院机械工程系，北京 100072； 2． 北方发动机研究所，大同 037036）
车辆完成加速阶段，达到目标行驶速度后以稳 定车速匀速行驶． 匀速行驶阶段，左右两侧侧减速 器被动轴上测点转矩时域波形如图 5 所示．
为了进一步验证仿真模型的正确性，利用该模 型进行不同速度工况下的虚拟测试，得到相应的转 矩变化情况，并与相同工况下的实车道路试验结果 进行对比分析． 表 1 中给出了实车道路试验采用的 车速大小，在进行仿真时需将该速度转化为施加在 主动轮旋转副上的角速度．
比对，验证了模型的准确性，为下一步实现车辆动力-传动-行动装置联合仿真提供基础．
关键词： 履带车辆； RecurDyn； 多体动力学； 动态转矩
中图分类号： TP391. 9
文献标识码： A
Dynamic Simulation of a Tracked Vehicle Based on RecurDyn
LUO Qing-guo1 ，SI Dong-ya1 ，GONG Zheng-bo1 ，ZHAO Xin-jun2 （ 1． Department of Mechanical engineering of the Academy of Armored Force Engineering，Beijing 100072，China；
图 5 转矩时域波形图
可见，仿真结果比较理想，两侧转矩响应曲线 几乎是吻合的． 图中转矩的波动主要由履带和主动 轮轮齿的啮合造成，且由于仿真模型中，主动轮与 履带销之间是刚性连接，导致仿真输出的转矩幅值 比实测结果要大很多，在平均转矩较小时，会出现 转矩为负的情况． 计算得到左右两侧的平均转矩分 别为 318. 070 N·m、318. 894 N·m．
基于RecurDyn和Simulink的电传动车辆转矩控制策略
2 履带车辆样机模型构建
性提供给车辆行驶不同的法向力 、牵引力和滚动阻 力 。到目前为止 , 尽管车辆地面力学已经取得了很 大的进展 ,但描述地面与车辆相互关系的参量一般 还是采用公认的地面滚动阻力系数 f 、地面附着系 数 φ及地面转向阻力系数μ。本虚拟样机路面模型 充分利用一般的试验统计数据 , 针对仿真需要 , 在 RecurDyn/ HM 模块中定义了水平硬质地面 ,地面附 着系数 φ为 017 , 转向阻力系数 μ 为 0149 , 滚动阻 力系数 f 为 0105[4 ] 。整车动力学模型及路面模型 如图 2 所示 。
或者转速实现[2 ] 。由于车辆的直线行驶稳定性和 转向行驶性能完全依赖于控制策略的优劣 ,因此 ,准 确与实时的控制策略是车辆良好行驶的前提 。
图 1 电传动履带车辆结构框图 Fig. 1 Configuration of t he electric drive tracked vehicle
213 电动机及其控制系统模型 本文研究重点不是电动机驱动系统 , 从工程应
用的角度考虑 ,利用电动机驱动系统试验数据在控 制软件 Simulink 中建立 Look2Up Table 模块 , 利用 查表功能实现驱动系统的响应过程 , 因电动机转动 惯量与整车惯量相比较小 , 对整车动态性能的影响 可以忽略[5 ] 。仿真模型如图 3 所示 。
立的驱动电动机控制系统模型 ,构建了整车虚拟样机 ;分析和建立了转矩控制策略 ,对驾驶员信号进行了解析 ,利
用 Stateflow 建立了控制逻辑 ;在此虚拟样机基础上利用联合仿真的方法对转矩策略进行了仿真和样机试验 ,验证
了转矩控制策略方法的正确性 。
关键词 : 履带车辆 电传动 控制策略 RecurDyn Matlab/ Simulink
履带底盘及驱动系统建模与仿真
湖南农业大学车辆工程专业毕业设计履带底盘及驱动系统建模与仿真Modeling and Simulation of tracked chassis and drive system学生姓名：刘延韬学号：201240670127年级专业及班级：2012级车辆工程（1）班指导老师及职称：李军政教授学院：工学院湖南·长沙提交日期：2016年5月湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
毕业论文作者签名：年月日履带底盘及驱动系统建模与仿真学生：刘延韬指导老师：李军政（湖南农业大学工学院，长沙 410128）摘要:此设计以电脑仿真技术并结合履带底盘及驱动系统的三维模型构建履带行驶系统虚拟实验平台，对坦克车与水底行走车辆的履带行驶系统进行建模，并对其直线行驶性能，爬坡越障性能与转向性能进行软件仿真，对结果进行分析和总结。
此过程中使用了计算机三维图形设计的理论知识、三维建模技术和仿真技术（主要使用软件：pro/E、recurdyn），实现了三维模型建立与仿真分析。
关键词：三维建模；多体运动仿真分析；履带行驶系统建模与仿真；目录履带底盘及驱动系统建模与仿真 (1)前言 (5)1坦克履带车身三维模型制作 (8)1.1使用Pro/E建立坦克履带车车身 (8)装配炮塔与车身 (9)1.2使用recurdyn对履带部分建模 (10)1.2.1创建履带板与驱动轮 (10)1.2.2创建履带行走机构 (12)1.3履带子系统仿真 (14)1.4地面参数的设定 (15)2水底行走履带车建模 (17)3坦克履带车辆仿真分析 (21)3.1坦克履带车软质与硬质地面过坡承重轮受力分析 (21)3.2坦克履带车辆单边转向分析 (22)3.3坦克履带车辆原地转向仿真分析 (23)3.4坦克履带车辆扭矩悬挂仿真 (25)4水底行走履带车仿真分析 (27)4.1直线行走仿真分析 (27)4.2转向行走仿真分析 (29)4.3水底行走履带车爬坡，越沟行走仿真分析 (30)4.4水底行走履带车履带增设悬挂系统 (32)5总结 (34)6书目 (36)前言虚拟现实技术是基于近年来的物体几何建模技术、特征、菜单交互、并行处理、智能化多体系统仿真技术的产物。
轮履复合式底盘研究综述
轮履复合式底盘研究综述刘洋;谢霞;周玄;王亮【摘要】首先,总结了国内外主要轮履复合式底盘研究成果;其次,分析了轮履复合式底盘在结构设计、越障性能及运动分析的研究方法;最后,讨论了轮履复合式底盘研究中存在的不足,为后续轮履复合式底盘发展提供理论支持.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】4页(P87-90)【关键词】轮履复合式底盘;结构设计;运动分析【作者】刘洋;谢霞;周玄;王亮【作者单位】中国人民解放军陆军军事交通学院研究生队,天津 300161;中国人民解放军陆军军事交通学院军用车辆系, 天津 300161;96844部队,青海 810001;中国人民解放军陆军军事交通学院研究生队,天津 300161【正文语种】中文随着科学技术飞速发展，传统移动底盘已经无法满足复杂多样的非结构环境要求。
因此，集轮式高机动性和履带式高通过性于一体的轮履复合式底盘成为国内外高校及企业研究的热点。
本文通过对轮履复合式底盘研究成果的回顾，讨论了轮履复合式底盘在结构设计、越障性能及运动分析方面的研究方法，并提出了轮履复合式底盘研究中存在的不足，为未来轮履复合式底盘发展提供了方向。
1 研究现状自20世纪以来，国外许多大学、公司与学者等对轮履复合式底盘展开了深入研究，如卡内基梅隆大学就发明了自适应可变形车轮。
随着制造水平高速发展，轮履复合式底盘得到了国内许多科研单位的关注，如国防科技大学自主研发的四杆摆臂可变形履带移动机构和北京晶品特装科技有限责任公司设计制造的JPRS16小型轮履复合侦查机器人等。
目前，轮履复合式底盘可分为轮履组合式底盘、轮履更换式底盘、可变形履带式底盘和轮履复合变形轮式底盘四种形式。
1.1 轮履组合式底盘考虑到轮式与履带式的不同优点，轮履组合式底盘将轮式与履带式融合到了一起。
1930年，德国博格瓦德公司为了在战场环境下输送人员，研制了一种专门输送人员的Sdkfz251半履带式装甲车，如图1所示。
基于Matlab与RecurDyn的电传动履带车辆的联合仿真
修稿日期:2007-06-20作者简介:赵玉慧(1981-),女,硕士研究生.臧克茂(1932-),男,教授,研究生导师.文章编号:1009-4687(2007)03-0024-04基于M a tl ab 与Recur D yn 的电传动履带车辆的联合仿真赵玉慧, 刘春光, 臧克茂(装甲兵工程学院控制系,北京 100072)摘 要:为了建立精确的履带车辆动力学模型,实现电传动控制系统负载的动态加载,以某型履带车辆为例,分别建立了基于Matlab 的控制系统模型和基于Recur Dyn 的动力学系统模型,通过Matlab 和Recur Dyn 间的接口技术对其进行联合仿真,为履带车辆电传动系统仿真提供了新的手段,为制定比较精确的整车控制策略提供了有效的技术支持.关键词:电传动;联合仿真;Recur Dyn中图分类号:U46916+94 TP39119 文献标识码:ACo -si m ul ati on of the Electr i c Dr i ved Ar mored Vehi cle Based on Matl ab and Recur DynZHAO Yu 2hui, L I U Chun 2guang, Z ANG Ke 2mao(Depart m ent of contr olling engineering of the Acade my of A r mored Force Engineering,Beijing 100072,China )Abstract:A contr ol syste m and a dyna m ic syste m of s o me tracked vehicle are modelled based on Matlab and Recur Dyn res pectively,and the t w o models are co -si m ulated with the Recur Dyn /contr ol interface t o establish an exact dyna m ic syste m model,and l oad the contr ol syste m dyna m icly .Si m ultaneously,it p r ovides a ne w method f or the si m ulati on of the tracked vehicle electric syste m and a more effective tech 2nique support for establishing a p recise contr ol strategy .Key words:electric drive;co -si m ulati on;Recur Dyn 在现有的电传动系统仿真研究中,驱动电机负载力矩通常根据车辆行驶理论数学模型计算得到1该方法建立的车辆动力学模型精度不高,且无法实现车辆电传动控制系统负载的动态加载1多体动力学仿真软件Recur Dyn 的Track /H M 模块为解决履带车辆运动学、动力学建模提供了新的手段1本文分别采用Matlab 和Recur Dyn 建立电传动系统的控制模型和动力学模型,采用Matlab 和Recur Dyn 间的接口技术实现了负载的动态加载,从而完成了电传动车辆的联合仿真11 电驱动系统控制模型与其它电动机相比,永磁同步电动机具有可靠性好、效率和功率密度高的优点,因此在该控制系统中采用永磁同步电动机作为其驱动电机,控制方2007年第3期车辆与动力技术Vehicle &Power Technol ogy总第107期法采用最常见的矢量控制技术[1]1111 电动机数学模型分析正弦波电流控制的调速永磁同步电动机最常用的方法是dq轴数学模型1忽略电动机铁心的饱和,不计电动机中涡流和磁滞损耗且认为电动机电流为对称的三相正弦波电流1则其电磁关系可表示为[1]:u d=R i d+pψd-ωψqu q=R i q+pψq+ωψd,(1)ψd=L d i d+ψfψq =L q i q.(2)其中 Lq,L d为电机q轴、d轴电感;R为电机定子绕组电阻;iq,i d为电机q轴、d轴电流;u q, u d为电机q轴,d轴电压;ω为电机转子角速度; p为电机磁极对数1机械运动方程为:dω/d t=J(T e-T m)/p.(3)其中 J为电机转动贯量;f为电机转动摩擦系数; T m为负载转矩;T e为电机电磁力矩1112 矢量控制矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制1由式(1)、(2)知,电动机的力矩取决于定子电流的空间矢量is,而i s的大小和相位又取决于is 和iq,即控制i d和i q便可控制电动机的力矩1通过这两个电流的控制,使实际id 和iq跟踪指令值i3d 和i3q,从而实现电动机力矩和转速的控制1为了充分发挥电机低速时的最大力矩,当控制系统处于恒力矩调速区时采用最大力矩/电流控制,为了使电动机能恒功率运行于更高的转速,当控制系统调速范围处于恒功率调速区时采用弱磁控制1113 电传动控制系统电传动系统控制简图如图1所示:ω和θ为检测出的电动机转速和角速度空间位移1检测到的转速与指令值比较后的偏差作为速度控制器的输入1速度控制器的输出即为力矩的指令值,力矩指令值作为力矩控制器的输入,根据前述的控制策略计算定子电流分量i3d 和i3q,经过矢量逆变换后即可得到电动机三相电流的指令值,采用滞环P WM电流控制实现流跟踪,从而实现电动机的控制1图1 永磁同步电动机传动系统简图2 负载模型为了提高该控制系统动力学模型的精度,系统使用Recur Dyn软件对整车行动部分多体动力学系统进行建模1Recur Dyn软件提供了高速履带系统工具包———Track/H M,其中包括各种履带系统组件,如主动轮、诱导轮、负重轮、托带轮、高速履带等1使用这些组件可以实现对车辆行动部分的精确建模1同时,Recur Dyn软件提供了Gr ound模块,用于建立各种地面模型1211 履带车辆行动部分建模某型履带车辆模型如图2所示1图2 履带车辆模型该模型含有左右侧两条履带子系统1每条履带系统由1个主动轮、1个诱导轮、6个负重轮、3个拖带轮和82块履带板组成,主动轮前置,采用双销式履带1履带系统中的所有轮子均与车体相连1主动轮、诱导轮、拖带轮及负重轮均以一个旋转副与车体相连,可以有相对车体的运动,悬挂系统采用扭杆式独立悬挂1在该模型中整车共有1 024个自由度、47个约束1建模时选取主动轮中心为固定坐标系,履带系统则相对于车体参考系,而属于履带系统的实体则相对履带系统参考系,车体参考位置及方向在全局坐标系中定义1由于履带电传动车辆是由永磁同步电机的输出力矩通过侧传动驱动主动轮旋转,再由主动轮带动履带板卷绕运动・52・ 第3期赵玉慧等:基于Matlab与Recur Dyn的电传动履带车辆的联合仿真的,因此,只要在主动轮上加力矩或运动学驱动方式后,即可对所建模型进行仿真1212 路面模型路面谱文件的建立是采用三角形平面缝合来确定路面形状的,每个三角形单元由三个节点组成1任何形式的路面模型均可通过改变三个节点的位置来建立1地面参数在履带系统中定义,每个履带系统可以有其自己的路面和路面参数1本文采用坡度为10°的重粘土路面,路面参数如图3所示,其中剪切变形系数为:01025,路面模型见图41图3 路面参数图4 路面模型3 联合仿真模型结合当前履带车辆仿真研究的状况和军队通用规范的要求,仿真前做以下假设条件:车辆的质心和车辆的几何中心重合;负重轮与履带认为是点接触,履带接地压力被认为是沿履带中心线集中分布;不考虑履带与地面的滑转和滑移现象1利用Recur Dyn /contr ol 接口技术将整车行动部分多体系统动力学模型和基于Matlab /Si m ulink 建立的电机控制系统模型结合起来,进行机械系统和控制系统联合仿真[2],实现控制系统负载的动态加载1如图5所示,给定电机角速度指令值400rad /s ,电传动控制系统的输出转速为ω1,ω2.ω1,ω2作为履带车辆动力学系统的输入量,其输出量为负载力矩T 1,T 2,而T 1,T2则为电传动控制系统中永磁同步电动机的负载输入,由此形成一个闭环控制系统1图5 电驱动控制系统模型与履带车辆模型的联合仿真 在建立联合仿真模型之前,首先要运行履带车辆的Recur Dyn 动力学模型,以确保该模型正确1联合仿真的具体步骤如下:①在Recur Dyn /contr ol 中定义履带车辆动力学模型的输入量ω1,ω2和输出量T 1,T 2,以及连接Recur Dyn 和Matlab 的tank 1m 文件1其中:ω1=P I N (ω1),ω2=P I N (ω2),T 1=TZ (Sprocketl .M ar Ker 1,M other 2body ..M ar Ker 18),T 2=TZ (Sprocketl .M ar Ker 2,M other 2・62・车辆与动力技术2007年 body ..M ar Ker 18);②关闭RecurDyn 软件,打开Matlab /Si m u 2link ,连接已经建立的电传动控制系统模型及履带车辆动力学系统模型;③设置联合仿真参数,运行Matlab /Si m ulink,则系统自动打开Recur Dyn 软件,并调用Recur Dyn 求解器进行整个机械系统的联合仿真计算14 仿真举例及结论①根据履带车辆直线行驶动力学理论,利用牛顿第二定律微分方程分析车辆运动状态与外力关系1不计空气动力阻力,建立行驶方程式[3]:P -fG cosα-G sin α=Gx ¨/g .(4)其中 P 为牵引力;f 为摩擦系数;G 为车重;α为行驶道路的坡角1电动机负载力矩为:T m =G (f co s α+sin α)・r z /2i η.(5)其中 r z 为主动轮半径;i 为总传动比;η为电动机效率1由式(5)计算得某型履带车辆在良好水泥路面上行驶的负载力矩为103N ・m ,在10°坡面上匀速行使时负载力矩为225N ・m 1基于Recur Dyn 的动力学仿真结果如图6所示1车辆起步时,负载力矩大约为100N ・m;车辆稳定行驶时负载力矩约为97N ・m ;t =14s 时车辆爬坡,负载力矩增大,其峰值约为760N ・m ;t =17s 后,车辆完全行使于坡面,负载力矩趋于稳定,其值约为210N ・m 1由此可知,采用Recur 2Dyn 动力学分析软件仿真结果与根据车辆行驶动力学模型理论计算得到的结果一致1图6 电动机负载力矩波形图②基于Matalb 的驱动系统仿真结果如图7所示10<t <3s 时,永磁同步电机恒力矩运行,力矩值约为490N ・m ,电机转速增大;0<t <14s 时,电机弱磁运行于“恒功率区”;t =14s 电机转速达到390rad /s ,电机力矩约为95N ・m ,此时车辆开始爬坡,转速下降、力矩增大;t =17s 后,电动机转速约为320rad /s ,车辆匀速行使于坡面上,力矩值约为210N ・m 1定子电流分量i d 和i q 运行轨迹如图8所示,符合最大力矩/电流运行和弱磁运行规律1图7 电机转速及力矩波形图图8 i d 、i q 波形图综上所述,本文分别建立了基于Matlab 的履带车辆控制系统模型和基于Recur Dyn 的履带车辆动力学系统模型,采用联合仿真的方法,实现了系统负载的动态加载,大大提高了求解精确度,为履带车辆电传动系统仿真提供了新的手段,为虚拟样机设计和制定精确的整车控制策略提供有效的技术支持1参考文献:[1] 臧克茂,马晓军.装甲车辆电力传动系统及其设计[M ].北京:国防工业出版社,2004.[2] 孙逢春,陈树勇.电传动履带车辆驱动系统建模与仿真研究[M ].北京:北京理工大学出版社,2006.[3] 王德胜,杨建华.装甲车辆行驶原理[M ].北京:装甲兵工程学院,1989.・72・ 第3期赵玉慧等:基于Matlab 与Recur Dyn 的电传动履带车辆的联合仿真。
履带拖拉机软土地行走动力学仿真
履带拖拉机软土地行走动力学仿真徐飞军;黄文倩;陈立平【摘要】采用多体动力学仿真软件RecurDyn的履带车辆子系统Track(LM)建立履带拖拉机多体动力学模型,并进行仿真分析,着重对履带拖拉机在粘土和重粘土两种软性路面运行过程中履带板间及支重轮受力情况进行比较分析,提出了延长履带寿命的措施,为履带拖拉机的研制和使用提供参考.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2009(031)012【总页数】4页(P204-207)【关键词】履带拖拉机;子系统;地面力学;动力学仿真【作者】徐飞军;黄文倩;陈立平【作者单位】国家农业信息化工程技术研究中心,北京,100097;国家农业信息化工程技术研究中心,北京,100097;国家农业信息化工程技术研究中心,北京,100097【正文语种】中文【中图分类】S219.2;S1260 引言在低洼易涝地区，大部分农田作业时期土壤含水率较高，轮式拖拉机或不能下地或作业时形成较深的轮辙，对土壤结构破坏严重[1]。
履带拖拉机对土壤的单位面积压力小，对土壤的附着性能好，适合于在松软的地面条件下进行农田作业，在农业生产过程中起着重要作用[2]。
由于履带车辆自身以及使用环境的复杂性，传统的研究模式导致研制费用高、周期长。
地面力学以及多体动力学的发展和完善为履带车辆的建模仿真提供了理论与技术支持[3]，但软土地与履带之间相互作用复杂，建模困难。
以往研究履带车辆都假设在刚性路面上行走，如吉林大学的王水林对挖掘机履带行走装置在硬地面上进行了动力学分析[4]。
文献[5]和文献[6]都对滑转滑移条件下履带车辆在坚实路面上的转向过程进行了仿真和分析，而对履带车辆与软土接触情况的研究较少；文献[7]利用计算机仿真技术，就履带预张紧力对车辆软土通过性能的影响规律进行研究；文献[8]分析了履带预张紧力对高速履带车辆的平顺性的影响，但都没有涉及不同土壤特性条件下履带板和支重轮的受力分析。
目前，用于履带车辆动力学仿真的软件主要有ADAMS和RecurDyn两种。
高速履带行走动力学分析论文
第一章绪论1.1课题研究的背景及意义履带车辆本身是非常复杂的机械系统，其显著特点是行动部分采用履带行驶装置，履带是在发明车轮之后又一重大突破，履带装置将车辆从传统的“线”的活动围改良为“面”的活动围，使得在复杂多变的使用环境中履带车辆的野外行驶能力，越障能力和机动性能都得到保证。
随着现代履带车辆对机动性要求不断提高，车辆在斜坡行驶、软地急转弯等恶劣工况行驶过程中耙齿、脱轮现象时有发生，使得车辆丧失机动性，陷入“瘫痪”状态，直接影响了车辆的行驶通过性和作战任务等。
现代军用履带车辆的发展总趋势是要求在降低车辆功耗的同时又要提高履带在链环上的稳定性[1]，以防止履带发生耙齿、脱轮现象。
这不仅是提高车辆机动性的保证，而且可以改善车辆行驶平稳性和乘员的舒适性。
因此对履带车辆行动系统动力学研究具有重要的实际意义。
本课题来源于“十二五”预研项目：“履带车辆行动系统高速啮合技术研究”，论文的重点是履带装甲车辆行动部分动力学分析研究。
以特定类型履带装甲车辆为研究对象，以探究履带式车辆脱轮问题为出发点，着重研究履带装置各部件作用机理，并建立履带装置紧力的数学模型和履带车辆的多体动力学模型，进行不同工况下的仿真分析。
论文针对车辆典型行驶工况中脱轮问题进行重点分析，为提高履带车辆行驶性能和对脱轮问题的理论研究提供参考。
通过建立履带装置紧力的数学模型，达到对紧力控制的目标，通过控制履带紧力，防止履带耙齿、脱轮现象发生；同时建立履带车辆的多体动力学模型，并且进行不同工况下的仿真，将结果与计算数据对比，以此来论证数学模型的准确程度，并且分析不同工况下履带受力状况，对提高履带行驶系统的设计水平及防止脱轮现象发生具有重要意义，为保持履带车辆的整车行驶性能良好提供了很大帮助，也为未来实现紧力的控制提供理论基础。
1.2履带车辆行动部分的研究现状1.2.1 履带行动部分介绍履带行动部分由主动轮、履带、负重轮、诱导轮、履带紧装置、托带轮（或托边轮）、紧轮及诱导轮补偿紧机构等部件组成。
履带车辆动力学建模与仿真技术概述
履带车辆动力学建模与仿真技术概述杨福威;董震;朱强【摘要】履带车辆动力学模型的建立是进行动力学分析、车辆参数设计、车辆结构优化不可或缺的一步.为了能够对履带车辆动力学建模和仿真方法具有明确的了解和认识,对履带车辆的地面力学模型、平稳性模型、转向动力学模型的发展历程和一些典型建模方法进行介绍.并介绍了车辆动力学常用仿真软件的使用方法和一些仿真思路,对履带车辆仿真的几项关键仿真技术进行了分析.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)006【总页数】5页(P22-26)【关键词】履带车辆;多体动力学;建模;仿真【作者】杨福威;董震;朱强【作者单位】100072北京市中国北方车辆研究所;100072北京市装甲兵工程学院;300161天津市军事交通学院【正文语种】中文【中图分类】U469.6+94;TJ81+0.10 引言履带车辆具有接地比压小、附着性能高、稳定性能好、防护性能强等优点，被广泛运用于农业、建筑、采矿，尤其是军事领域中。
在履带车辆出现后的很长一段时间内，由于人们缺乏路面特性的认识和对地面力学的研究，履带车辆的设计往往采用“经验+试验”的方法，这就会增加研制成本和周期。
地面力学和计算机仿真技术的发展和完善为履带车辆的研究开发带来了以下变化：（1）根据土壤力学理论和压力-沉陷关系建立道路模型，能够预估履带车辆在不同地面的受力情况。
在硬质路面上，履带与地面是通过接触碰撞产生作用力的，根据地面刚度、阻尼、接触前后的变形量求得接触力。
在松软路面上，基于Bekker理论定义路面，认为土壤具有“记忆”功能，要考虑加载历史[1]，每一块履带板与地面之间都会产生广义力。
Janosi和Hanamoto[2]提出了剪切应力和剪切变形的关系模型。
履带与地面之间的相互作用力是履带齿片与地面之间的剪切应力。
（2）将履带车辆视为一个复杂的多刚体系统或刚柔耦合系统。
多刚体系统动力学将系统构件视为不可变形的刚体，研究刚体在外力作用下的运动规律。
履带车辆路面激励响应仿真
excitations that are exerted to the road wheels of the vehicle. The dynamic simulations were accomplished based on the
above model by letting the vehicle run on C, D, E and F grade road respectively. Responses of the vehicle were calculated.
离散化的路面长度间隔是 0.05m。由此构造的 C、D、E、F
级路面的不平度如图 2～5 所示。
如果路面不平度为 Z(x)，x 是路面长度，则当车辆行驶
速度为 v 时，考虑到 x=vt，则路面不平度造成的激励为
s(t) = Z (vt)
(4)
实际仿真时，各个负重轮之间有间距，从而造成了激励
的时间差，若两个同侧负重轮间距为 d，时间差为 ∆t = d / v 。
3 路面激励响应仿真
设定某军用履带车辆的行驶工况为，分别以 2～5 档速 度在 C～F 级路面上行驶，对应的行驶速度分别是：5.359 米/秒、7.465 米/秒、10.450 米/秒、16.556 米/秒。利用 Recurdyn 软件实现图 1 所示履带车辆动力学模型的路面位移激励的 响应计算，当履带车辆以 3 档速度在 C~ F 级路面上行驶时， 计算得到的车体质心垂直方向的加速度响应如图 6~ 9 所示。
的是在 C、D、E、F 级路面上以 2、3、4、5 档速度行驶的
工况，不会出现悬挂击穿这种情况，故在模型中不考虑限位
器的作用。整个履带车辆的动力学模型这个系统的模型如图
所示。
Gd
基于ADAMS的三角履带机构动力学仿真分析
基于ADAMS的三角履带机构动力学仿真分析张金铮;王琪;金琦淳;张鹏【摘要】为明确三角履带机构和地面间的作用机理,以小型三角履带车为研究对象,对履带板、支重轮、地面间的受力情况进行研究,推导出履带板与地面接触的任意点位沉降量计算公式.基于贝克理论和多体动力学理论在ADAMS中建立虚拟样机,对匀速直线运动、加速直线运动和匀速爬坡运动3种工况进行动力学仿真,分析得出各工况下履带板与支重轮之间的作用力分布情况以及履带板与地面的接地压力变化规律并与理论值进行比较分析,证明虚拟样机模型的正确性和有效性,为各类三角履带产品研发、通过性能和牵引性能测试相关的实验研究以及结构优化设计提供重要基础数据.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(033)002【总页数】6页(P56-61)【关键词】三角履带机构;沉降量;接地压力;虚拟样机【作者】张金铮;王琪;金琦淳;张鹏【作者单位】江苏科技大学机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学苏州理工学院机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学苏州理工学院机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学苏州理工学院机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学机电与动力工程学院,张家港215600;江苏科技大学苏州理工学院机电与动力工程学院,张家港215600【正文语种】中文【中图分类】TP391.9三角履带行走机构是为了更好地适应车辆在特殊路面条件下对高通过性与高机动性等性能的要求而研发的新型履带行走机构,兼具轮胎与履带行走机构的优点,整体结构轻便,具有较好的可更换性、通过性能及工作可靠性,相比传统履带机构具有更低的接地压比,近年来在抢险救灾、农业生产、工程建设等领域应用日益广泛．但由于三角履带机构工作环境的特殊性以及自身结构复杂性等因素的影响,仍然存在所需驱动力较大、行驶速度受限、整体机构复杂以及在刚性路面上减震性能较差等明显缺点．为解决上述问题,近年来研究人员基于履带车辆地面力学理论进行了三角履带车辆行走机构动力学仿真、通过性能测试仿真等方面的理论研究和实验研究．文献[1-2]中对集材机可更换三角形履带在转向和跨越壕沟两种工况进行了动力学仿真;文献[3]对三角履带轮移动载荷对地面受力响应进行了仿真研究;文献[4]提出一种针对三角履带诱导轮的瞬态响应模拟分析方法;文献[5]中基于RecurDyn多体动力学软件对履带式三角形车轮通过性进行了仿真研究和通过性评价;文献[6]通过实车行驶试验验证装配三角形橡胶履带的越野车辆的通过性能;文献[7]以坦克履带行走机构为研究对象,对坦克运动与地形匹配性进行了深入研究;文献[8]设计一款新型微型管道机器人,并对其行走机构的运动特性进行分析;文献[9]基于贝克理论提出一种预测和分析三角履带机构和地面间相互作用力大小的方法,并在文献[10-11]中通过动力学仿真分析对提出的分析方法进行了验证．以上研究在提高履带机构动力传动效率、行走稳定性和工作可靠性方面取得了一定的研究成果,但理论的研究仍然不够深入．文中为明确三角履带机构和地面间的相互作用机理,以小型三角履带为研究对象,对履带板、支重轮、刚性地面间的受力情况进行研究,推导出履带板与刚性地面接触的接地压力公式和机构的运动阻力公式．基于贝克理论在对机构受力分析的基础上建立三角履带机构的虚拟样机模型,利用此模型运用ADAMS/Solver 分析各工况下履带板和支重轮、履带板和地面之间接触力的分布情况和变化规律,并通过与理论值的比较证明虚拟样机模型的有效性和正确性,为各类三角履带产品研发、通过性能和牵引性能测试相关的实验研究以及结构优化设计提供重要基础数据．1 履带机构与地面作用机理分析1.1 履带板受力分析履带机构运动过程中,位于支重轮下方的履带板受到支重轮的压力W1、支重轮与履带板之间的滚动摩擦力F1、履带板下方的地面对履带板底部的反作用力Fp和静摩擦力F2、履带板变形后地面对履带板侧面产生的压力F3、F3′的共同作用．履带板的具体受力情况如图1．图1中,各个力之间的平衡关系式为W1=Fp,F1=F2,F3=F3′,其中:Fp=pbl(1)式中:p为履带板与地面之间的接地压力，kPa;b为履带板的宽度，m;l为履带板的长度，m．图1 履带板的受力图Fig.1 Force diagram of track plate由于三角履带机构在直线运动等基本工况下两侧地面对履带板产生的压力值和其他位置受力相比较小,可忽略不计,在常规行进状态下履带板的受力分析中F3和F3′可以不做讨论．1.2 履带板和地面间的接地压力分析履带板和地面间的接地压力是反映履带车辆行走性能和通过性能的重要参数指标,直接影响三角履带机构在运动过程中所受的阻力大小及车辆牵引性能的发挥．其中支重轮和履带板的结构布局形式和材料的选取对履带板与地面间的接地压力大小变化及分布情况影响较大．支重轮组间距与履带板间距之比小于2为小节距式履带模型,此模型工作状况良好,接地压力变化成规律分布．支重轮组间距与履带板间距之比大于2为大节距模型,此种情况下车辆工作状况较差,接地压力的大小变化幅度较大且不成规律分布[12]．文中使用的实验车辆属小节距式履带模型,此时履带板所受的接地压力值比较稳定,且变化幅度不大,接地压力大小呈有规律的线性分布．构建履带接地压力数学模型,分析过程需进行必要的简化,只考虑机构质量、重心位置以及运动过程中的阻力等主要因素对履带板和地面间接触力的影响,不考虑履带偏转滑移角度影响,并假设履带机构运动过程中中心位置是不变的．实验用车辆三角履带机构的受力如图2．图2 三角履带机构从上部施加载荷的受力图Fig.2 Force diagram of a triangle track mechanism图2中，W为三角履带机构受到的重力;e为三角履带机构重心的偏移距离;L为履带板的接地长度;b为履带板的宽度;x为履带板上指定点到接地长度一端的距离．通过贝克理论得到履带板与地面之间的接地压力公式[13](2)式(2)的图形是一个梯形图,呈梯形分布．履带板与地面之间的接地压力也可用如下公式表达[14]:(3)式中:p为履带板与地面之间的接地压力;kc为地面内应力的变形模量;kφ为地面的摩擦力变形模量;n为地面变形系数;b为履带板的宽度;z为沉降量．若上述公式中变量已知,可代入数值求解相应的履带板的沉降量：(4)将式(2)代入式(4),可求出履带板在任意点x位置的沉降量:(5)以贝克理论为基础,可进一步推导出三角履带机构运动过程的行驶阻力公式:(6)文中选取的三角履带试验车辆参数和土壤参数如表1,将各参数代入上述公式中可以计算出在接地长度L范围内目标履带板在移动到各个位置时受上方支重轮的压力W1和接地压力p,根据理论值总结出履带板与支重轮之间的作用力分布情况以及履带板与地面的接地压力变化规律,并与动力学仿真分析结果进行比较．表1 主要实验参数Table 1 Experimental parameters参数W/kNe/mL/mb/mkc/(kN/mn+1)kφ/(kN/mn+2)n履带车参数0.10.030.265 0.06地面土壤参数0.012 0.311 1.22 三角履带机构动力学仿真2.1 虚拟样机的建立实验用三角履带行走机构主要由三角支架、履带板、导向轮、驱动轮、支重轮及车架组成,两侧履带各由96块履带板链接构成，在Solidworks中对机构完成建模、装配.为提高计算效率,在不影响整体结构布局和仿真结果的前体下简化模型,并通过接口导入ADAMS/View,创建各组成部件约束关系、施加接触力和载荷并定义驱动,建立起各构件间的运动关系[15]．其仿真模型如图3,利用简化后的三角履带机构动力学模型进行仿真试验,采集目标履带板通过编号为1、2、3、4各支重轮时,履带板和支重轮、履带板和地面之间接触力的分布情况和变化规律．图3 三角履带行走机构动力学仿真模型Fig.3 Dynamic simulation model2.2 平地匀速直线运动工况分析(工况一)通过步进电机对三角履带机构的驱动轮施加恒定的速度,并保持实验车辆在水平路面上作匀速直线前进运动和匀速直线后退运动．匀速直线前进工况下的驱动参数为:驱动轮转动速度90 °/s,驱动设置输入90 d/s,施加motion函数step(time,0,0,2,90d),车辆稳定时间2 s,仿真时间20 s,步长400．匀速直线后退工况下的驱动参数为:驱动轮转动速度-90 °/s,驱动设置输入-90 d/s,施加motion函数step(time,0,0,2,-90d),车辆稳定时间2 s,仿真时间20 s,步长400．仿真过程中,目标履带板按顺序分别与各个支重轮和地面接触,采集记录实验数据并绘制履带板和支重轮与地面间接触力对比关系图,如图4、5．图4 匀速前进工况履带板和支重轮与地面接触力对比分析Fig.4 Contact force analysis under uniform advance condition图5 匀速后退工况履带板和支重轮与地面接触力对比分析Fig.5 Contact force analysis under uniform recession condition由图4可知,匀速直线前进工况下测得的接触力基本呈梯形分布,接触力数值变化幅度不大,呈线性增加趋势,履带板与1号支重轮的接触力值较小,随着运动的进行接触力逐渐变大,与4号支重轮接触时达到最大值．履带板和地面间接触力的变化趋势同样呈现上升的趋势,且出现极值的位置和时间一致,这和理论分析的结论是一致的．但依照三角履带机构和地面间的作用机理分析结果,履带板与支重轮、履带板与地面之间的接触力大小应相等并呈现和理论值相同的变化趋势．从仿真实验结果看,匀速直线前进工况履带板与地面间的接触力极值是履带板和支重轮间的接触力极值的1.05～1.62倍．图5反映了匀速直线后退工况目标履带板和支重轮与地面间接触力变化关系,由图可知接触力数值呈线性递减趋势,和匀速直线前进工况下接触力的变化趋势相反．仿真实验结果表明,匀速直线后退工况履带板与地面间的接触力极值是履带板和支重轮间的接触力极值的0.76～1.13倍．两种基本工况接触力变化虽和理论曲线变化趋势基本一致,但在各个位置采集的仿真实验数据均大于理论值．仿真结果与理论分析结果存在偏差的原因主要有两点:首先,基于贝克理论的履带板与地面之间的接地压力公式是在静止状态下分析得出的,理论分析结果是履带机构在静止状态下把已知数据带入接地压力公式中得到的．平地匀速直线运动工况下测得的仿真结果和和理论分析结果会产生一定的偏差．其次,偏差的产生还和实验车辆重心位置偏移导致的机体加速度变化、橡胶履带板的材料性质以及地面接触条件的设置等因素有关．仿真结果更接近于平地匀速直线运动工况下履带行走机构和地面间的实际受力情况．2.3 平地加速直线运动工况分析(工况二)对三角履带机构的驱动轮施加恒定的转矩,使实验车辆在水平路面上保持加速直线运动状态．此工况下的驱动参数为:驱动设置90 d·time/s,施加motion函数step(time,0,0,20,90d*time),仿真时间20 s,步长400．time从0开始增大,随仿真时间增加,time值变大,时间函数值也越大,整个过程是加速度逐渐变大的加速直线运动过程．仿真过程中,目标履带板按顺序分别与各个支重轮和地面接触,采集记录实验数据并绘制履带板和支重轮与地面间接触力对比关系图,如图6．图6 工况二目标履带板和支重轮与地面间接触力对比分析Fig.6 Contact force analysis under accelerated motion condition由图6可知,加速直线运动工况下测得的接触力变化未呈梯形分布,接触力数值变化幅值较大,履带板与1号支重轮的接触力值较大,随着运动的进行接触力逐渐变小,在与2号支重轮接触时接触力值达到最小值,随后继续增加,与4号支重轮接触时达到最大值．履带板和地面间接触力也呈现出相同的变化趋势,且出现极值的位置和时间一致,但仿真结果和理论分析的结论并未完全一致．依照三角履带机构和地面间的作用机理分析结果,履带板与支重轮、履带板与地面之间的接触力大小应相等并呈现和理论值相同的变化趋势．从仿真试验结果看,接触力大小并不相等,履带板与地面间的接触力极值是履带板和支重轮间的接触力极值的0.75～1.25倍,接触力变化趋势虽基本一致,但和理论曲线变化趋势并不完全吻合,且在各个位置采集的仿真试验数据均大于理论值．加速直线运动工况下,在支重轮1号位置时产生的接触力明显大于匀速直线运动工况接触力值,在支重轮2位置处接触力达到最小值后，以更快的速率开始增加,这主要是由于实验车辆在加速运动状态下重心位置偏移导致的机体加速度变化幅值变大,车辆在行进过程中有一定的前后摆动角度,橡胶履带板和地面土壤在压力作用下变形量增加导致的．基于贝克理论的履带板与地面之间的接地压力公式是在静止状态下分析得出的,理论分析结果是履带机构在静止状态下将已知数据带入接地压力公式中得到的,因此平地加速直线运动工况下测得的仿真结果和和理论分析结果会产生一定的偏差．仿真结果较之理论分析结构更能够反映平地加速直线运动工况下履带行走机构和地面间的实际受力情况．2.4 匀速直线15°爬坡运动工况分析(工况三)通过步进电机对三角履带机构的驱动轮施加恒定的速度,保持实验车辆在15°斜坡路面上作匀速直线前进运动．此工况下的驱动参数为:驱动轮转动速度90 d/s,施加motion函数step(time,0,0,2,90d),仿真时间20 s,步长400．仿真过程中,目标履带板按顺序分别与各个支重轮和地面接触,采集记录试验数据并绘制履带板和支重轮与地面间接触力对比关系图,如图7．图7 工况三目标履带板和支重轮与地面间接触力对比分析Fig.7 Contact force analysis under uniform climbing condition由图7可看出,该工况下测得的接触力基本呈梯形分布,接触力随支重轮位置变化增加的速率较快,呈线性增加趋势,履带板与1号支重轮的接触力值较小,随着运动的进行接触力逐渐变大,与4号支重轮接触时达到最大值．履带板和地面间接触力的变化趋势同样呈上升趋势,且与履带板和支重轮之间接触力在相同的位置和时间达到极值点,这和理论分析的结论是一致的．依照三角履带机构和地面间的作用机理分析结果,履带板与支重轮、履带板与地面之间的接触力大小应相等，并呈现和理论值相同的变化趋势．从仿真实验结果看,履带板与地面间的接触力极值是履带板和支重轮间的接触力极值的0.88～1.37倍,接触力变化虽和理论曲线变化趋势基本一致,但在各个位置采集的仿真实验数据均大于理论值,且接触力增长速率较快,明显高于接触力理论值的增加速率．此实验结果产生的原因是由于车辆爬坡初始阶段,位于接地位置前端的目标履带板处于半悬空状态,整车荷载大部分分布在后侧支重轮位置,1号支重轮位置接触力相对较小,在长度L范围内履带板全部接地前一直维持此状态,目标履带板经过后侧2号、3号、4号支重轮的接触力逐渐变大．爬坡初始阶段履带板全部接地后,各支重轮以及地面土壤的受力应恢复平稳状态．理论分析结果是履带机构在静止状态下把已知数据带入接地压力公式中得到的,因此匀速直线15°爬坡运动工况下测得的仿真结果和和理论分析结果偏差较大．仿真结果更接近于匀速直线15°爬坡运动工况下履带行走机构和地面间的实际受力情况．3 结论(1) 为明确三角履带机构和地面间的作用机理，以小型三角履带为研究对象,对履带板、支重轮、地面间的受力情况进行研究,基于贝克理论接地压力计算公式推导出履带板与地面接触的任意点位沉降量计算公式．通过计算绘制出反映履带板与支重轮间以及履带板与地面间接触力变化规律的理论关系曲线．(2) 基于贝克理论及多体动力学理论在ADAMS中建立虚拟样机,对平地匀速直线、平地加速直线和匀速直线15°爬坡3种基本工况进行动力学仿真分析．仿真结果表明:在平地匀速直线前进工况下,履带板与支重轮间的接触力和履带板与地面间的接触力均呈线性递增规律;平地匀速直线后退工况下,履带板与支重轮间的接触力和履带板与地面间的接触力呈线性递减规律;平地加速直线运动工况下,履带板与支重轮间的接触力和履带板与地面间的接触力均呈先减小再增加的变化规律;在匀速直线爬坡工况下,履带板与支重轮间的接触力和履带板与地面间的接触力均呈线性递增规律,且增加的速率较快．通过仿真实验结果与理论值比较分析,证明了虚拟样机模型的有效性和正确性,为各类三角履带机构通过性能和牵引性能测试相关的实验研究以及结构优化设计提供重要基础数据．(3) 后续研究将针对较为复杂的转向、越障等涉及到横向推土阻力的工况进行动力学仿真分析,建立较完善的三角履带类机构和地面间相互作用的动力学特性评价体系,辅助配备有三角履带机构的各类特种车辆和机械装备设计,有效解决其难于进行接地压力实测试验等技术难题,为此类行走机构和地面间相互作用机理的进一步明晰和性能优化的相关研究提供基础,提高机构的可靠性、综合性能和使用寿命．参考文献【相关文献】[1] 葛晓雯,侯捷建,王立海. 集材机可更换三角形履带转向动力学仿真分析[J]. 系统仿真学报,2017,29(2): 360-367.DOI: 10.16182/j.issn1004731x.joss.201702017.GE Xiaowen,HOU Jiejian,WANG Lihai. Steering dynamics simulation analysis of replaceable triangular track of skidder [J]. Journal of System Simulation,2017,29(2):360-367.DOI:10.16182/j.issn1004731x.joss.201702017.(in Chinese)[2] 葛晓雯,侯捷建,王立海. 集材机可更换三角形履带跨越壕沟动力学仿真分析[J]. 林业工程学报,2016,1(1): 111-117. DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.2016.01.021.GE Xiaowen,HOU Jiejian,WANG Lihai. Trench-crossing dynamic simulation of the replaceable triangular track of skidder [J]. Journal of Forestry Engineering,2016,1(1): 111-117.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.2016.01.021.(in Chinese)[3] 张金铮,王琪,金琦淳,等. 三角履带轮移动载荷对地面受力响应仿真研究[J]. 计算机仿真,2016,33(12): 169-172.DOI:10.3969/j.issn.1006-9348.2016.12.035.ZHANG Jinzheng,WANG Qi,JIN Qichun,et al. Simulation research on the dynamic response of the wheel moving load on the ground [J]. Computer Simulation,2016,33(12): 169-172.DOI:10.3969/j.issn.1006-9348.2016.12.035.(in Chinese)[4] 张金铮,王琪,金琦淳,等. 新型三角履带诱导轮瞬态响应模拟方法与分析[J]. 计算机测量与控制,2016,24(11): 232-235. DOI:10.16526/ki.11-4762/tp.2016.11. 066.ZHANG Jinzheng,WANG Qi,JIN Qichun,et al. Simulation method and analysis of the transient od a new type of induction wheel [J]. Computer Measurement &Control,2016,24(11): 232-235.DOI:10.16526/ki.11-4762/tp.2016.11. 066.(in Chinese) [5] 蒲宏武,邢俊文,孟祥政,等. 基于RecurDyn的履带式三角形车轮通过性仿真研究[J]. 湖南理工学院学报(自然科学版),2013,26(2): 24-27.DOI: 10.3969/j.issn.1672-5298.2013.02.007.PU Hongwu,XING Junwen,MENG Xiangzheng,et al. Passing ability simulation study for tracked triangular wheeled vehicle based on recurdyn [J]. Journal of Hunan Institute of Science and Technology(Natural Sciences),2013,26(2): 24-27.DOI: 10.3969/j.issn.1672-5298.2013.02.007.(in Chinese)[6] 孟祥政,邢俊文,王亮. 三角形橡胶履带车轮式越野车通过性研究[J]. 机械工程师,2012,22(11): 16-18. DOI:10.3969/j.issn.1002-2333.2012.11.007.MENG Xiangzheng,XING Junwen,WANG Liang. Study on the trafficability characteristic of Triangle rubber tracked vehicle [J]. Mechanical Engineer,2012,22(11): 16-18.DOI:10.3969/j.issn.1002-2333.2012.11.007.(in Chinese)[7] 刘炜,陈宁. 基于碰撞检测的坦克运动与地形匹配性研究[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2012,26(4): 356-360.DOI: 10.3969/j.issn.1673-4807.2012.04.009.LIU Wei,CHEN Ning. Matching degree between tank's motion and terrain based on the technology of intersection detective [J]. Journal of Jiangsu University of Science and Technology(Natural Science Edition),2012,26(4): 356-360.DOI: 10.3969/j.issn.1673-4807.2012.04.009.(in Chinese)[8] 朱永梅,孙小艳,张超. 新型微型管道机器人结构设计及其运动可行性分析[J]. 江苏科技大学学报(自然科学版),2013,27(4): 351-355.DOI:10.3969/j.issn.1673-4807.2013.04.010.ZHU Yongmei,SUN Xiaoyan,ZHANG Chao. Structure design and sports feasibility analysis for the new micro in-pipe robot [J]. Journal of Jiangsu University of Science and Technology(Natural Science Edition),2013,27(4): 351-355.DOI:10.3969/j.issn.1673-4807.2013.04.010.(in Chinese)[9] ZHANG Jinzheng,WANG Qi,JIN Qichun,et al. Analysis and simulation of acting mechanical parameters of triangular track mechanism and ground based on Bekker theory[J]. Agro Food Industry Hi-Tech,2017,28(1): 3216-3220.[10] ZHANG Jinzheng,WANG Qi,JIN Qichun,et al. Simulation analysis of interaction mechanism between triangular track and ground based on Bekker theory[J]. Acta Technica CSAV,2017,62(2): 11-20.[11] ZHANG Jinzheng,WANG Qi,JIN Qichun,et al. Analysis and simulation of interaction mechanism between agricultural tracked vehicle and ground[C]∥International Conference on Computer Systems, Electronics and Control,Dalian,IEEE,2017:1912-1916.[12] 李军,周靖凯,李强. 基于贝克理论履带沉陷性能研究[J]. 农业装备与车辆工程,2012,23(2): 14-16. DOI:10.3969/j.issn.1673-3142.2012.02.005.LI Jun,ZHOU Jingkai,LI Qiang. Study on sinkage of track based on the bekker theory [J]. Agricultural Equipment & Vehicle Engineering,2012,23(2): 14-16.DOI:10.3969/j.issn.1673-3142.2012.02.005.(in Chinese)[13] BEKKER M G. Off-Road Locomotion: Research and Development in Terramechanics [M]. Michigan: The University of Michigan Press,1960.[14] BEKKER M G. Theory of Land Locomotion [M]. Michigan: The University of Michigan Press,1956.[15] 吴伟斌,冯运琳,许棚搏,等. 山地果园履带运输机底盘行走机构的设计与仿真[J]. 农机化研究,2016,33(12): 112-116.DOI:10.3969/j.issn.1003-188X.2016.12.022.WU Weibin,FENG Yunlin,XU Pengbo,et al. Design and simulation of walking mechanism of crawler conveyor chassis in mountain orchard [J]. Journal of Agricultural Mechanization Research,2016,33(12): 112-116.DOI:10.3969/j.issn.1003-188X.2016.12.022.(in Chinese)。
recurdyn软件简介
RecurDyn概述RecurDyn (Recursive Dynamic)是由韩国FunctionBay公司基于其划时代算法——递归算法开发出的新一代多体系统动力学仿真软件。
它采用相对坐标系运动方程理论和完全递归算法，非常适合于求解大规模及复杂接触的多体系统动力学问题。
传统的动力学分析软件对于机构中普遍存在的接触碰撞问题解决得远远不够完善，这其中包括过多的简化、求解效率低下、求解稳定性差等问题，难以满足工程应用的需要。
基于此，韩国FunctionBay 公司充分利用最新的多体动力学理论，基于相对坐标系建模和递归求解，开发出RecurDyn软件。
该软件具有令人震撼的求解速度与稳定性，成功地解决了机构接触碰撞中上述问题，极大地拓展了多体动力学软件的应用范围。
RecurDyn不但可以解决传统的运动学与动力学问题，同时是解决工程中机构接触碰撞问题的专家。
RecurDyn 借助于其特有的MFBD(Multi Flexible Body Dynamics)多柔体动力学分析技术，可以更加真实地分析出机构运动中的部件的变形，应力，应变。
RecurDyn 中的MFBD 技术用于分析柔性体的大变形非线性问题，以及柔性体之间的接触，柔性体和刚性体相互之间的接触问题。
传统的多体动力学分析软件只可以考虑柔性体的线型变形，对于大变形，非线性，以及柔性体之间的相互接触就无能为力了。
RecurDyn 给用户提供了一套完整的虚拟产品解决方案，可以和控制，流体，液压等集合在一起进行分析。
形成机、电、液一体化分析，为用户的产品开发提供了完整的产品虚拟仿真、开发平台。
RecurDyn 的专业模块还包括，送纸机构模块，齿轮元件模块，链条分析模块，皮带分析模块，高速运动履带分析模块，低速运动履带分析模块，轮胎模块，发动机开发设计模块。
鉴于RecurDyn的强大功能，软件广泛应用航空、航天、军事车辆、军事装备、工程机械、电器设备、娱乐设备、汽车卡车、铁道、船舶机械及其它通用机械等行业。
基于AMESim和RecurDyn的履带车转向系统联合仿真分析
基于AMESim和RecurDyn的履带车转向系统联合仿真分析履带车转向系统是指通过对车辆履带进行差速运动以实现转向的一种方式。
其中，AMESim和RecurDyn可以被用于联合仿真分析。
AMESim是一款基于系统动力学理论的多学科仿真软件。
它可以用于建立高度集成的系统模型，包括机械、液压、热、电等方面。
AMESim的仿真代码能够在非常短的时间内执行快速的仿真，并精确地预测系统的动态响应。
RecurDyn则是一款以多体动力学为基础的仿真软件。
RecurDyn建模按照模型的自由度来进行，从而使得模拟结果准确度更高。
同时，RecurDyn也支持封装好的子系统模块，将不同的子系统部分组合在一起，就可以形成一个完整的系统模型。
通过对此两款软件的基本介绍，我们可以得到集成使用AMESim和RecurDyn的履带车转向系统的基本框架。
具体分析如下：首先，根据履带车转向系统的基本工作原理，可以得到系统模型的建模方案。
在这个建模过程中，首先需要考虑的是履带车的运动学模型。
此模型应能够描述履带车行驶过程中的速度、方向变化以及需要控制的转向系统参数。
这一部分的具体建模涉及方程的推导，可以采用MATLAB或Simulink等工具来实现。
接下来，需要建立由AMESim编制的动力学模型。
此模型描述了系统的物理动态行为，如机械运动、传感器输出、力和驱动器输入。
在AMEsim中，需要将此系统分解为各个子系统或组件，例如电动机、输出轴、减速器和传感器等。
此外，还要考虑与系统相连的其他元素，例如电池、控制器和采样器等。
然后，在RecueDyn中，需要创建由AMESim导出的子系统模型。
这个模型包括运动学、动力学和控制元素。
当模型被创建后，可以将其导出为一个单独的模块，并集成到RecurDyn模型中。
ReucrDyn还提供了一个工具箱，用于模拟诸如差速器、转向节和驱动轴等履带车系统的运动。
通过这些工具箱，可以实现对整个系统的仿真分析，以得到实时的物理行为和响应。
Ansys多体动力学仿真软件：RecurDYN介绍
Ansys多体动力学仿真软件：RecurDYN介绍Ansys 多体动力学仿真软件：RecurDYN 介绍传统的动力学分析软件对于机构中普遍存在的接触碰撞问题解决的远远不够完善，其中包括过多的简化、求解效率低下、求解稳定性差等问题，难以满足工程应用的需要。
基于此，FunctionBay Inc.充分利用最新的多体动力学理论，基于相对坐标系建模和递归求解，开发出RecurDyn 软件，具有令人震撼的求解速度与稳定性，成功地解决机构接触碰撞中的上述问题，极大地拓展了多体动力学软件的应用范围。
RecurDyn 不但可以解决传统的运动学与动力学问题，同时是解决工程中机构接触碰撞问题的专家。
特色功能强健的隐式积分器和混合积分器 ?相对坐标和递归算法，求解快速稳定 ?多种接触方式，柔性体的接触碰撞 ?柔性体分析，包括大变形、非线性 ?多级子系统 ?图层管理 ? 完全windows 风格客户价值相对坐标系的运动方程，完全递归算法及强健的求解器，使RecurDYN 具有飞驰般的求解速度 ?完全的基于WINDOWS 开发的软件，操作界面友好，易学易用 ?装配自动化，大大减少人工工作量，提高了效率 ?求解稳定可靠，结果令人信服 ?可在最短的时间内修正设计方案，极大的缩短产品的设计周期 ?专用工具包，针对特定应用，为用户量身定制? Solid，前后处理模块广州有道科技培训中心 h t t p ://w w w .020f e a .c o m2D、3D 模型建立；可读取各种CAD 格式的模型文件；可调式的彩色显示功能显示系统/子系统结构，具有子系统模块化功能；提供图层结构管理；模型参数化；灵敏度分析，实验设计分析（DOE）；客户化界面；图表；动画；曲线编辑器；数据过滤器；傅立叶变换，多视窗分割显示；可输入外部数据文件。
Solver，求解器完全递归式方程结构；数值运算器DDASSL/IMGALPHA；数值阻尼可适应性自动化，去除数值上的杂讯；可进行批处理运算；可调整CPU 的优先使用权，加速分析执行；内建轮胎/路面力（TIRE）模块；非线性梁、板单元；提供完整的2D/3D(曲面与曲面)接触分析。
3-RPS柔顺并联机构的构型设计及仿真
3-RPS柔顺并联机构的构型设计及仿真李培;周道鸿【摘要】首先根据3-RPS并联机构的结构特点设计3-RPS型柔顺并联机构;其次运用RecurDyn软件仿真出动平台及三条支链的运动形态,并绘制出支链上各个铰链的速度-时间、位移-时间曲线;最后得出结论:每个铰链的速度和位移均随时间变化,并且变化范围均很小,最后趋于稳定,为柔顺并联机构的运动学研究提供帮助.【期刊名称】《滁州学院学报》【年(卷),期】2016(018)002【总页数】4页(P40-43)【关键词】并联机构;柔顺并联机构;RecurDyn【作者】李培;周道鸿【作者单位】蚌埠学院机械与车辆工程系安徽蚌埠233000;蚌埠学院机械与车辆工程系安徽蚌埠233000【正文语种】中文【中图分类】TH12与并联机构相比，柔顺并联机构[1]作为利用自身柔性连接杆件以及各铰链的弹性变形将力、运动或能量进行转换的一种新型免装配机构，其避免了各运动副之间的装配误差及间隙对末端平台运动特性所造成的影响；在空间内具有多自由度的运动特性。
国内外的许多学者将柔性机构相关理论与并联机构理论相结合，对空间柔顺并联机构进行了深入的研究。
1983年Hunt提出3-RPS型并联机构的构型和相关理论，并得出该机构实现2R1T的运动，并在工业中得到广泛应用；Lee将该机构应用于微动机器人；黄真等[2]于1996年根据螺旋理论探究了该机构的运动学特征，建立了运动学及动力学模型，之后设计出多种3自由度的立方角平台机构，如3-CS机构，3-PRS机构，3-RRS机构，3-TPT机构，3-PSP机构，3-RRRH机构，3-RRRP机构及3-RRC机构等。
之后，黄真等人首次研制了一种以柔性铰链代替常规铰链的六自由度柔性并联机构。
清华大学的吴鹰飞利用蠕动的运动原理设计了具有三自由度运动的微动平台。
江西理工大学的江涛和朱大昌[3]分析了一种三平移柔性并联微动精密定位平台。
目前，柔顺并联机构的研究大致分为以下三个方面：(1)在并联机构的基础上建立柔顺并联机构[4]，但刚性体和柔性体之间存在差异。
关于RecurDyn履带仿真的一些问题和解决方案
关于RecurDyn履带仿真的一些问题和解决方案由于课题需要，急需一款多体动力学软件做履带车辆仿真，由于Adams的A TV模块属于商业化模块，极其难找，所以转向RecrDyn的使用上，参考教材是焦晓娟编著的《RECURDYN多体系统优化仿真技术》（群文件中可找到，教材用的软件版本是V7）。
书中有LM（低速履带模块）的实例教程，步骤非常详细，并不难，但缺乏详细的讲解，只能照猫画虎，结果问题百出，求解器各种报错，访遍各大引擎论坛，用尽各种手段仍然找不到头绪（RD现状，参考资料实在太少）。
在一筹莫展之际，偶然进入RecurDyn高校技术QQ 群，在群主罗老师的帮助下，各种问题顺利解决，群主很强大，一直耐心的指导我，帮我看模型，给我提出问题所在和宝贵建议，真的十分感谢其无私的帮助和分享。
本着本群互相学习，互相交流的精神，将我碰到的各种问题和解决方法整理了一下，与各位一起分享，希望有用到此模块的可以有所借鉴，少走弯路。
不多说，问题来了。
问题一：导致此问题多半由于履带行走机构设计的不合理。
可能是由于添加惰轮的时候忘了调整宽度，也可能设计的机构无法正常工作或者履带属性中Bushing force中各参数设置不合理而导致的。
只能修改自己的机构进行解决了。
另外注意：设计机构千万要合理细心，否则后面会有麻烦。
问题二：如果要将链轮和履带板等部件改成自己的参数，十有八九都会碰到这个问题，无法有效啮合。
经过反复尝试，给出我的解决方案：如果在最简单的（只有链轮和带轮的结构下）出现报错，试着加个托带轮，并认真调整它的高度。
我建的几个模型都是通过这种办法解决的，如有更好的建议欢迎补充。
另外注意：有可能支重轮和托带轮的纵向位置稍微改变就会导致仿真失败，建议建模时一步一步增加部件，随时仿真验证。
问题三：可以仿真，但是履带穿透链轮或者惰轮。
这个可以通过调整履带属性中Bushing force中各参数试试，实在不行，可以改变机构。
我是通过，增加了链轮齿数，并且将与履带板啮合的齿数调整为2个解决的。
基于RecurDyn的履带车辆高速转向动力学仿真研究
・ Biblioteka １ ・ ０ 文 章 编 号 ：０ ２ ６ ８ （ ０ ８ ０ —０ １ —０ １ ０ — ８６ ２ ０ ）６ ０ ０ ３
基 于 Ｒｅｕ Ｄ ｎ的履 带 车辆 高 速 转 向动 力 学仿 真研 究 ＊ ｃｒ ｙ
卢 进 军 ， 来 生 赵 韬 硕。 魏 。
０ 引 言
转 向 能 力 是 车 辆 改 变 运 动 方 向 的 一 种 性 能 Ｉ 。转 向 】 ］ 的灵 活 性 和 可 控 性 是 反 映 军 用 履 带 车 辆 机 动 能 力 的 重 要
研究履带车辆性能、 降低研究成本、 缩短研制周期。
ｌ 系统 模 型 的 建 立
应用 多 体 动 力 学 仿 真 分 析 软件 ＲｅｕＤｙ 自带 的履 ｃｒ ｎ
带 车 辆 子 系 统 Ｔｒｃ （ ａｋ ＨＭ ） 建 立 含 两 条 履 带 系 统 的 履 带 ， 车 辆 三 维 多 体 动 力 学 模 型 ， 图 １所 示 。 如
战技 指标 之一 ， 研究 其性 能对 于车辆 的合 理设 计 和正确 使
用 具 有 重 要 意 义 Ｉ ］ ． ｏ ｇ等 基 于 车 辆 与 地 面 的 ２ 。Ｊ Ｙ Ｗ ｎ 。
究。
１ １车 辆 模 型 ．
Ｒｅｕ Ｄ ｎ通 过 建 立 车 体 、 面 和 各 类 车 轮 及 履 带 各 ｃｒ ｙ 地
由于地 面性 质的 特殊性 ， 以往研 究都 假设履 带 车辆 在
滑动 摩擦 理论对 履带 车 辆在 硬 地 面 上 的稳 定 转 向原 理 作 了较 深入 的研 究 。Ａｎ ａ ｅ等 嘲分 析 了履 带 车辆 在 ｈ Ｔｕ ｎ Ｌ
软 地 上 低 速 稳 定 转 向 的 特 性 。国 内 对 履 带 车 辆 转 向 的 研
履带行驶系统数学模型及张紧力计算
履带行驶系统数学模型及张紧力计算马星国;潘仕卫;尤小梅;叶明;龚雪莲【摘要】根据高速履带车辆履带系统的结构，分析履带系统各部分受力，建立负重轮及其曲臂、诱导轮及其曲臂的数学模型，得到履带系统各部位的张紧力以及地面对负重轮法向力的计算公式。
建立Recurdyn整车动力学模型，进行多工况下的仿真，得到履带张紧力、以及负重轮法向力的仿真结果，将仿真与公式计算结果相对比，结果表明：公式计算结果与RecurDyn仿真结果具有很好的符合度，验证了公式的准确性。
本研究结果为履带行驶系统张紧力的控制奠定了基础。
%According to the structure of a tracked system in tracked vehicles,the forces acting on components of the tracked system were analyzed and mathematical models for components were established.The formulas for track tensions and normal forces between wheels and ground were derived with the mathematical models,and the formulas were verified by comparing the calculated results with the formulas to the simulation results with Recurdyn dynamci model.The formulas provided a theoretical basis for control of tensions of a tracked system.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P186-190)【关键词】履带车辆;张紧力;动力学模型【作者】马星国;潘仕卫;尤小梅;叶明;龚雪莲【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院，沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院，沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院，沈阳 110159;北京北方车辆集团有限公司，北京 100072;北京北方车辆集团有限公司，北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TH212;TH213.3履带是履带行驶装置的重要部件之一。
新一代混合刚柔多体动力学分析软件RecurDyn
新一代混合刚柔多体动力学分析软件RecurDyn作者：安世亚太马骏工程中的对象是由大量零部件构成的系统，如航空航天器、机车与汽车、操作机械臂、机器人等复杂机械系统。
此外，在研究宇航员的空间运动，在车辆的事故中考虑乘员的运动以及运动员的动作分析时，人体也可认为是躯干与各肢体存在相对运动的系统。
上述复杂系统的力学模型为多个物体通过运动副连接的系统，称为多体系统。
RecurDyn作为复杂多体系统多体动力学分析软件，它与传统的机构动力学分析软件相比有许多独特的优势。
令人震撼的求解速度与稳定性RecurDyn是第一个采用完全递归算法的商业软件，它采用相对坐标系和递归式方程，大大减小了求解问题的规模，使RecurDyn的求解速度更快，稳定性更高，在求解大规模、高速和病态问题方面的性能大大超过了其他传统的机构动力学分析软件。
强大的接触和碰撞分析能力RecurDyn可以定义各种接触类型，如实体－实体、实体－曲面、曲面－曲面、曲线－曲线、以及标准几何体之间的接触等，以适应快速、灵活处理各种复杂接触问题的需要。
对于复杂几何体之间的接触，定义有效接触面可以大大提高接触分析的效率。
例如，齿轮组的接触分析，提取出有效接触面，定义面－面接触（如图1 所示），可以大幅缩短计算时间。
图1 齿轮的有效接触面在传统的机构动力学分析中，接触和碰撞体都假设为刚性体。
而实际问题常常要考察接触碰撞过程中柔性体的变形和应力状态。
RecurDyn在机构分析软件中实现了柔性体大变形和非线性分析，这极大地扩展了机构动力学分析的应用范围，同时，具有飞驰般的求解速度。
多级子系统和图层管理功能RecurDyn支持多级子系统模块化管理功能，子系统相对独立，子系统又可以有下级子系统，多级子系统结构可以提高模型的再利用效率和降低建模出错机会。
同时，可以对子系统进行单独分析，确定每个子系统均能正常工作，再组成完整的系统。
RecurDyn具有图层管理功能，可以定义多达255 个图层，方便大模型的管理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要 :采用多体动力学仿真软件 RecurDyn 的履带车辆子系统 Track ( HM) ,建立某型履带车辆多体动力学模型 ,对履带车 辆在硬 、软两种地面的高速转向过程进行动力学仿真和对比分析 ,着重讨论履带车辆在软地面高速转向的动力学特性 ,为 履带车辆转向性能的研究与高速转向的正确操作提供指导 。 关键词 :履带车辆 地面力学 转向 动力学仿真
Dynamic Simulation of Tracked Vehicle Turning at High Speed Based on RecurDyn
L U Jinjun , WEI Laisheng , ZHAO Taoshuo
Abstract : A 3D dynamical model of a certain t racked vehicle is created based on t he multi2body dynamic software RecurDyn/ Track ( HM) . The simulations of t he t racked vehicle t urning on hard and soft terrain are implemented respectively ,and t he re2 sult s are analyzed and compared. The steering p roperties of t racked vehicle t urning on soft terrain at a high speed are emp ha2 sized. The simulation result s can p rovide some t heoretical guidance fo r st udying t he steering characteristics of t racked vehicles at a high speed.
·12 ·
一直较大 ,车辆在软地转向 比在硬地转向困难 。从图 6 的仿真结果来看 ,车辆在软 地转向时车辆俯仰的响应 都比硬地转向大得多 ,而且 变化非常不均匀 ,显然软地 转向比硬地转向车辆的侧 向稳定性要差 ,极限情况则 会发生车辆的侧翻 ,在沙地转向时脱带时有发生 ,我们不 时调整张紧装置才使仿真继续进行 。从图 6 可以看出 ,车 辆在整个转向过程中车体的俯仰变化是很复杂的 ,特别是 软地转向时这种变化更加明显 ,可见履带车辆转向时内侧 履带系统的制动和地面特性都对车体的姿态有较大的影 响 。从图 7 和 8 可以看出 ,车辆软地转向时履带张紧力的 变化比硬地转向时复杂 ,特别是内侧 (制动侧) 履带的张紧 力有非常明显的波动 ,说明软地转向时履带环的稳定性较 差 ,严重时会发生履带脱轮从而使车辆丧失行驶能力 。
由于地面性质的特殊性 ,以往研究都假设履带车辆在 刚体路面上转向 ,而对履带车辆在软地面上的高速转向的 研究却很少 。履带车辆一般在越野条件下行驶 。近年来随 着地面力学以及多体动力学的发展和完善 ,为解决履带车 辆自身复杂性的问题提供了理论与技术支持 。动力学分 析软件 RecurDyn 中含有履带车辆子系统 Track ( HM) , 可以实现履带系统全三维建模 ,分析不同类型的履带系 统 、全动态的履带模型以及与软 、硬土壤的相互作用 ,是进 行履带车辆复杂动力学系统分析的有力工具 ,有助于深入
τ= ( c + ptan <) (1 - e ) - sj/ k
(6)
在软路面上 ,履带板与地面之间的压力是通过另一种
接触力 ( Soft Ground2Grouser Shoepad) 来实现的 。本文软 性地面选择的是某沙地路面 ,参数如图 3 所示 。
2 仿真算例
在车辆的操纵稳定性研究中 ,开环系统的时域响应客 观性和再现性更好 ,所以应用更加广泛 。履带车辆的滑移 转向是通过一侧履带推力增加 ,另一侧履带推力减小而产 生一个转向力矩来克服由于履带在地面上滑移和由车辆 转动惯性形成的转向阻力矩来实现的[12] 。履带车辆高速 转向时 ,由于离心力及地面特性的影响 ,使得车辆转向的 动力学响应变得非常复杂 。
义的 ,即履带车辆与地面之间的相互作用产生接触力 。
RecurDyn 中接触碰撞力的计算公式为 :
F=
-
k( q -
q0 ) n -
·
cq
(1)
其中 q - q0 为沉陷量 ; 根据有关理论和试验证明 , 指
数 n 为 2～3 所得出的仿真收敛和速度最佳 ;同时公式 (1)
中的刚度 k 和阻尼 c 对仿真结果也有较大的影响 ,履带与
τ=τmax (1 - e ) - sj/ k
(4)
式中 , S j 为剪切位移 ; k 是水平剪切变形模数 ;τmax 最大剪
应力 ,且有 :
τmax = c + ptan <
(5)
式中 , p 为地面压力 ; c 是地面压力为零时的最大剪切应
力 ; <土壤内摩擦角 。
将式 (5) 代入式 (4) 得 :
·10 · 文章编号 :1002 - 6886 (2008) 06 - 0010 - 03
现代机械 2008 年第 1 期
基于 RecurDyn 的履带车辆高速转向动力学仿真研究 3
卢进军1 ,魏来生1 ,赵韬硕2
(1. 中国北方车辆研究所 车辆传动国家重点实验室 , 北京 100072 ;2. 中国北方车辆研究所 , 北京 100072 )
1) 履带车辆在平坦硬地工况的转向 ,地面参数如图 2 所示 。给模型主动轮轴施加 Motion ,使左右驱动力起步加 速到 33 rad/ s ,对应车速为 23 km/ h ; 右侧驱动轮转速从 1 s到 1. 5 s 内转速降低到 11 rad/ s (履带速度降为 7. 66 km/ h) ,左侧驱动轮保持不变 。车辆相应的初速度设为 0 , 起步后迅速升至 23 km/ h ,仿真时间为 10 s 。
地面之间的摩擦力由库仑摩擦定律计算得到 。本文仿真
所用硬地路面参数如图 2 所示 。
软性地面模型认为土壤具有“记忆”功能 , 即考虑加载 历史[10] ;每一履带板与地面之间都有一广义力 , 并由一用 户子程序完成该广义力的计算 。其中 z 方向力表示履带
板与地面之间的垂向力 ,另外两个水平方向的力表示履带 板与路面之间的剪切 ( 摩擦) 力 。履带车辆对地面的正压
2) 履带车辆在平坦软地工况的转向 ,地面参数如图 3 所示 。驱动轮转速和车辆初速度设置同仿真 1) 。
两种转向工况的仿真结果包括 : 车辆两侧驱动轮转 速 ,车辆转向过程中车体的横摆角速度 ,俯仰角的变化 ,两 侧履带系统张紧装置张紧力的变化 。如图 4 至 8 所示 。
从图 5 可以看出 ,履带车辆硬地转向时车体横摆角速 度较快达到稳定 ,而软地转向时车体横摆角速度响应波动
3 基金项目 :坦克传动国家重点实验室项目资金 (编号 9140C3401010601) 。 作者简介 :卢进军 (1980 —) ,男 ,河北人 ,中国北方车辆研究所研究生 。
魏来生 (1959 —) ,男 ,陕西人 ,中国北方车辆研究所研究员级高级工程师 。 赵韬硕 (1978 —) ,男 ,汉族 , 北京人 ,硕士研究生 ,北方车辆研究所工程师 。 收稿日期 :2007 - 6 - 20
个子系统来建造履带式车辆模型 。车体是建立履带车辆 模型的基本实体 ,所有车轮和履带组成履带子系统 ,每个 履带系统可以独立设置自己的路面和路面参数 。通过定 义驱动轮的旋转速度或转矩来实现车辆的运动 。托带轮 以一个转动副与车体相连 。负重轮与车体之间配置悬挂 装置 。诱导轮通过张紧装置连到车体上以保持履带的张 紧力 。该履带车每侧履带系统有 5 个负重轮 、3 个托带轮 、 96 块履带板 ,驱动轮前置 ,履带的着地长 l = 3. 36 m , 履 带中心距 B = 2. 06 m ,履带板宽度 b 为 0. 23 m 。
3 结 论
本文采用多体动力学仿真软件 RecurDyn 中的履带 车辆子系统 Track ( HM) ,建立履带车辆三维多体动力学 模型 ,对履带车辆在硬 、软两种地面的高速转向过程进行 动力学仿真分析 ,并将两种转向工况的仿真结果作对比分 析 。分析结果表明 ,履带车辆软地转向的动力学响应比硬 地转向时复杂 ,在某些情况下容易发生履带脱轮甚至车辆 的侧翻等危险情况 。仿真结果为履带车辆的结构设计以 及高速转向性能的评价提供参考指导 ,同时展现了 Recur2 Dyn 能够对履带车辆作全方位 、高效率的仿真分析能力 , 是履带车辆概念设计与研发阶段进行车辆性能预测的理 想工具 。
研究履带车辆性能 、降低研究成本 、缩短研制周期 。
1 系统模型的建立
应用多体动力学仿真分析软件 RecurDyn 自带的履 带车辆子系统 Track ( HM) ,建立含两条履带系统的履带 车辆三维多体动力学模型 ,如图 1 所示 。
1. 1 车辆模型 RecurDyn 通过建立车体 、地面和各类车轮及履带各
现代机械 2008 年第 1 期
参考文献
1 毕小平 ,王普凯 1 坦克动力 - 传动装置性能匹配与优化 [ M ]1 北 京 :国防工业出版社 ,2004
2 毕小平 ,王普凯 ,李海军等1 履带车辆动态转向过程的仿真模型[J ] 1 兵工学报 ,2003 ,24 (4) :5512554
3 史力晨 ,王良曦 ,张兵志等 1 履带车辆在坚实地面转向瞬态过程模 拟计算[J ]1 车辆与动力技术 ,2003 ,1 :27233
Key words :t racked vehicle ; terramechanics ; t urning ; dynamic simulatio n
0 引言
转向能力是车辆改变运动方向的一种性能[1] 。转向 的灵活性和可控性是反映军用履带车辆机动能力的重要 战技指标之一 ,研究其性能对于车辆的合理设计和正确使 用具有重要意义[2 ,3] 。J . Y Wo ng 等[4] 基于车辆与地面的 滑动摩擦理论对履带车辆在硬地面上的稳定转向原理作 了较深入的研究 。Anh Tuan Le 等[5] 分析了履带车辆在 软地上低速稳定转向的特性 。国内对履带车辆转向的研 究也有很大进展 ,文献 [ 6 ,7 ] 在履带车辆简化模型的基础 上建立了考虑履带滑转滑移条件的滑动模型 ,并分别对履 带车 辆 在低 、高速 下 的 稳 定转 向 过 程 作了 分 析 。文 献 [ 3 ,8 ]对履带车辆在坚实地面的瞬态转向过程进行了研 究。