车辆的通过性与车辆行走机构形式的关系

工程机械地面力学与作业理论

学院：工程机械学院

学号：2504091012

姓名：王亚怀

指导老师：杨士敏

日期：2012.4.16

车辆的通过性与车辆行走机构形式的探讨

王亚怀

（长安大学机制十班2504091012 陕西西安710010）

摘要：车辆的通过性（越野性）通常是指车辆在困难路面及无路地段行驶时所表现的特性，一般包括车辆的动力性，车辆的机动性，车辆的经济性。如对于牵引型的车辆，则首先要求其牵引性能，可由单位质量的有效牵引力，牵引功率，牵引效率来表征。对越野运输型的车辆，则以运输能力和运输效率来评价。但从车辆——地面力学角度来看，车辆的越野性能主要指车辆在松软地面上的通过性。

关键词：车辆通过性行走机构通过性指标

车辆的通过性根据路面对车辆通过性影响的原因，它又分为了支承通过性和几何通过性。车辆的通过性主要取决于地面的物理性质及车辆的结构参数和几何参数；同时，它还与车辆的其他性能密切相关！通过研究车辆通过性与车辆行走机构形式的探讨，可以对设计车辆，以及车辆的越野性具有指导意义。

一．车辆的通过性指标及几何参数

车辆在松软土地上通过性的评价指标：即认为用单位车重的有效牵引力（或后备牵引力）这个指标来评价车辆在松软地面上的通过性较为合适。这个牵引力越大，则车辆的爬坡能力和超越障碍的能力越大，车辆的加速性能也越好。所以车辆的通过性指标S可用下式表示：S=（Fhmax—Fc）/W=Φ—f

FHmax———切线牵引力的最大值；

Fc———行驶阻力；

W——车辆重量；

Φ——附着系数；

f——外部行驶阻力系数。

1.车辆支承通过性评价指标

目前，常采用相对牵引力，牵引效率及燃油消耗率三项指标来评价；相对牵引力：单位车重的挂钩牵引力（有效牵引力）。它表明车辆在松软地面上加速，爬坡及牵引其他车辆的能力；

牵引效率：驱动轮输出功率与输入车辆功率之比。它反映了功率传递过程中的能量损失；

燃油消耗率：单位燃油消耗所输出的功。

2.车辆通过性的几何参数

由于车辆与地面间的间隙不足而被地面托住，无法通过的情况，成为间隙失效。当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时，称为“顶起失效”：当车辆的前端或尾部触及地面而不能通过时，则分别称为“触头失效”和“托尾失效”。显然，后两种情况属于同一类失效。

与间隙失效有关的车辆整车几何尺寸，称为车辆通过性的几何参数。这些参数包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。

（1）最小离地间隙h：车辆满载、静止时，支承平面与车辆上的中间区域（0.8b范围内）最低点之间的距离。它反映了车辆无碰撞地通过地面凸起的能力。

（2）纵间通过角β：车辆满载、静止时，分别通过前后车轮外缘作垂直车辆纵向对称平面的切平面，当两切平面交于车体下部较低部位时所夹的最小锐角。它表示车辆能够无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。Β越大，顶起失效的可能性越小，车辆的通过性越好。（3）接近角γ1：车辆满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角，γ1越大，越不易发生触头失效。

（4）离去角γ2：车辆满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。Γ2越大，越不易发生托尾失效。

（5）最小转角直径dmin：当方向盘转到极限位置、车辆以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。它在很大程度上表征了车辆能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。Dmin越小，车辆的机动性越好。

（6）转弯通道圆：当方向盘转到极限位置、车辆以最低稳定车速转向行驶时，车体上所有点在支承平面上的投影均位于圆周以内的最小外圆，称为转弯通道外圆。转弯通道内、外圆半径的差值为车辆极限转弯时所占空间的宽度，此值决定了车辆转弯时所需的最小空间；它越小，车辆的机动性越好。

二．车辆行走机构的改进与通过性指标S的关系

改进车辆行走机构的主要目的之一，是提高有效牵引力与车重的比值（即通过性指标S），或者说提高牵引系数。由下式可知：

S=（FHmax-Fc）/W=C/Pcp+tanφ-1/（（n+1）L）*（Pcp/K）1/n

要提高有效牵引力与车重的比值，有效的办法是减小单位面积接地压力Pcp。见笑Pcp既可提高单位车重的切线牵引力，又可降低行驶阻力。在难通过的地面条件下，这样做特别有效。可是，利用减轻车辆质量来减小单位面积接地压力的尝试，经过几十年的试验和实践，设计者很难取得突破，几乎已无能为力。因此，增加接地面积仍然是改进车辆性能的重要途径。但是，利用增加轮胎或者履带宽度的办法，来增加接地面积，效果也很微小。由于增加轮胎或履带的宽度，不但受到道路宽度和车辆“腹部”宽度的限制，而且给本身结构强度也带来不少的问题，同时也使行驶阻力增大。因此，可利用增加接地面积长度的办法，即采用狭长的接地面积，来降低接地压力，从而有效地提高单位车重的有效牵引力。这样一来，就导致了采用狭长的履带或大直径的低压轮胎。可是，继续加长履带，却涉及到转向问题，给转

向带来困难。过去几十年，人们一直是用增大轮胎直径的方法来增加接地面积（当然轮胎的宽度也相应增大），但现在看来，这种做法似乎已经接近极限了。所以说，对现在的车辆而言，进一步降低接地压力Pcp比较困难，因为现有行走装置的形式限制了Pcp的降低，只有探索新的结构形式，才会使车辆的牵引性能有根本的改变。因此，人们必须从车辆及轮胎和履带的形式上进行改进，这样，就形成了铰接式车辆发展的理论和根据。对于铰接式车辆的试验表明，这种车辆有许多优点，如接地压力降低、行驶速度提高、生产和供应都比较经济。在高低不平的地面上行驶时，铰接式车辆可以保证车辆轴间载荷分配均匀，因此可以产生较大的牵引力。

三．车辆的几何通过性

车辆在无路地区失去通过能力大部分不是由于土壤的坚实度和地面的不平度，而主要是因为不能越过各种几何障碍。车辆的越障性能也称为几何通过性，涉及车辆不能通过几何障碍物的原因和建立越过几何障碍物的条件。

（一）、车辆失去几何通过性的类型

车辆在无路地面行驶时，由于碰到几何障碍物而失去通过性可分为以下几种类型：

1、因牵引力或附着力不足而失去通过性

当车辆在坡道上等速爬坡时，由于车重产生的上坡阻力和滚动阻力之和大于车辆所能发出的最大牵引力时，车辆就不能前进。

当坡面或无坡的路面比较滑时，车轮或履带与地面的附着性能很