履带车辆的转向理论

履带车辆的转向理论

一、双履带车辆的转向理论

对于双履带式车辆各种转向机构就基本原理来说是相同的，都是依靠改变两侧驱动轮上的驱动力，使其达到不同时速来实现转向的。

(一)双履带式车辆转向运动学

履带车辆不带负荷，在水平地段上绕转向轴线O 作稳定转向的简图，如图7-12所示。从转向轴线O 到车辆纵向对称平面的距离R ，称为履带式车辆的转向半径。

以T O 代表轴线O 在车辆纵向对称平面上的投影，T O 的运动速度v '代表车辆转向时的平均速度。则车辆的转向角速度Z ω为：

图7－12 履带式车辆转向运动简图

R v Z '

=

ω (7-37)

转向时，机体上任一点都绕转向轴线O 作回转，其速度为该点到轴线O 的

距离和角速度Z ω的乘积。所以慢、快速侧履带的速度1

v '和2v '分别为： Z Z Z Z B v B R v B v B R v ωωωω5.0)5.0(5.0)5.0(2

1

+'=+='-'=-=' (7-38)

式中：B —履带车辆的轨距。

根据相对运动原理，可以将机体上任一点的运动分解成两种运动的合成：(1)牵连运动，；(2)相对运动。

由上可得：

B

R B R v v 5.05.021

+-=''

(二)双履带式车辆转向动力学 1、牵引平衡和力矩平衡

图7-13给出了带有牵引负荷的履带式车辆，在水平地段上以转向半径R 作低速稳定转向时的受力情况(离心力可略去不计)。

转向行驶时的牵引平衡可作两点假设：

(1) 在相同地面条件下，转向行驶阻力等于直线行驶阻 力，且两侧履带行驶阻力相等，即：

f

f f F F F 5.021='='

(2)在相同的地面条件和负荷情况下，γ

cos x F 相当于直 线行驶的有效牵引

力KP F ，即：

图7－13 转向时作用在履带车辆上的外力

γ

cos x KP F F =

所以回转行驶的牵引平衡关系为：

K KP f K K

x f f K K

F F F F F F F F F F =+='+'+'+'='+'212121cos γ (7-39) 设履带车辆回转行驶时，地面对车辆作用的阻力矩为μ

M ，在负荷

x

F 作用下

总的转向阻力矩为：

γ

μsin x T C F a M M += (7-40)

式中：T a —牵引点到轴线21O O 的水平距离。

如前所述履带车辆转向是靠内、外侧履带产生的驱动力不等来实现的，所以回转行驶时的转向力矩为：

)(5.012K K

Z F F B M '-'= (7-41) 稳定转向时的力矩平衡关系为：

∑∑

='-'=M F F B M M K K

Z )(5.021 (7-42)

为了进一步研究回转行驶特性，有必要对内、外侧驱动力分别加以讨论。由上可得：

B M

F F B M F F K K

K K

∑∑

+='-='5.05.021 (7-43) 式中：B M ∑

为在∑M 作用下，土壤对履带行驶所增加的反力，亦即转向力，作用方向与驱动力方向相同，以Z F 表示。

变形得式：

⎭⎬

⎫+='-='z K K

z K K

F F F F F F 5.05.021 (7-44)

令

K

Z

F F v =

所以K Z vF F =。υ称为转向参数，其意义为转向力与车辆切线牵引

力之比。显然υ大表示转向阻力矩大，υ小表示转向阻力矩小。υ可以综合反映转向特性。将υ代入得：

⎭⎬

⎫+='-=')5.0()5.0(21v F F v F F K K

K K

(7-45)

下面就v 值得变化来讨论一下履带车辆转向情况。

1.当ν=0时，转向阻力矩0=∑M ，K K K F F F 5.021='='。表明车辆作直线行驶。

2.当ν=0.5时，内侧履带的驱动力，01='K

F ，外侧履带的驱动力K K F F '='2。说明内侧转向离合器彻底分离，但制动器没有制动，牵引负荷完全由外侧履带承担。

3.当ν＜0.5时，内侧履带的驱动力，01>'K

F ，外侧履带驱动力12K K F F '>'。说明内侧离合器处于半分离状态，内外侧履带都提供驱动力。

4.当ν＞0.5时，内侧履带的驱动力，01<'K

F ，外侧履带驱动力K K F F '>'2。说明内侧离合器不仅完全分离，而且对驱动链轮施加了制动力矩，履带产生了制动力。

2.转向阻力矩

不带负荷时转向阻力矩∑M 就是

μ

M 。μ

M 也称为转向阻力矩，它与牵引负荷

的横向分力所引起的转向阻力矩不同，它是履带绕其本身转动轴线1O (或2O )作相对转动时，地面对履带产生的阻力矩。

实验表明，当土壤和转向半径一定时，这些力与车辆重量大体成正比，且对履带相对转动轴线1O (或2O )形成阻力矩。所有作用的履带上单元阻力矩之和，就是履带式车辆的转向阻力矩

μ

M 。为便于计算

μ

M 的数值，作如下两点假设：

1.机重平均分布在两条履带上，且单位履带长度上的负荷为：

02L G q s

t =

(7-46)

2.形成转向阻力矩μ

M 的反力都是横向力

且是均匀分布的。于是在牵引负荷横向分力的

影响下，车辆转向轴线将由原来通过履带接地几何中心移至21O O (见图7-14)，移动距离为

x 。

根据横向力平衡原理，转向轴线偏移量0

x 可按下式计算：

2

sin 0

0L G F x s x ⋅=

μγ (7-47) 图7-14 履带式车辆转向阻力的分布

式中：

s

G —整机使用重量；

μ—转向阻力系数。

根据上述假设，转向时地面对履带支承段的反作用力的分布如图7-14所示，为矩形分布。

在履带支承面上任何一微小单元长度dx ，分配在其上的机器重量为xdx

q t 。

总的转向阻力矩可按下式进行计算：

]

[2)2

(

)2

(

00

00

⎰

⎰

+-+=x L x L t t xdx q xdx q M μμμ

将(7-46)代入上式并积分得：