多履带车辆行驶特性分析
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履带车辆和轮式车辆外部行驶阻力的对比分析
履带车辆和轮式车辆外部行驶阻力的对比分析作者：何建军别尔德别克·吾赞来源：《山东工业技术》2016年第21期摘要：在大型的工程机械当中，轮式的车辆和履带式的车辆都被广泛应用。
履带车辆具有较好的通过性，而轮式车辆机动性较好。
这两种车辆在工作行驶过程中都会受到外部的行驶阻力，其外部行驶阻力的产生机理有所差别，通过对比这两种车辆的外部行驶阻力，为工程机械的选择提供一定的依据。
关键词：履带车辆；轮式车辆；外部行驶阻力；对比分析DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.1821 轮式汽车外部行驶阻力的形成与计算1.1 形成机理车辆在水平道路上行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。
当在坡道上行驶时，还要克服自身重力沿坡道的分力，也就是坡度阻力。
当车辆加速行驶时还需要克服加速阻力。
这些所有阻力的总和称为车辆的外部行驶阻力。
除了滚动阻力和空气阻力，其他阻力不是在任何行驶条件下都存在的，其中坡度阻力和加速阻力仅在一定的行驶条件下才存在。
（1）滚动阻力。
车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用以及相应的轮胎和支撑路面的变形。
当弹性轮胎在硬路面上滚动时，主要以轮胎变形为主。
此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失。
进一步分析，便可知道这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。
（2）空气阻力。
车辆在直线行驶时受到空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。
空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力两部分。
作用在汽车外表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为压力阻力；摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。
压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。
形状阻力占压力阻力的大部分，主要跟车身形状有很大关系，干扰阻力是车身表面的突起物如后视镜、门把、引水槽等引起的阻力；发动机冷却系，车身通风等所需空气流经车体内时构成的阻力，即为内循环阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向的投影。
履带车辆行驶理论ppt
v=(vT－vj) (m/s ) 式中：vj—履带在地面上的向后运动速度(m/s ) 。
滑转速度
履带在地面上的向后运动速度称为滑转速度vj则 可用单位时间内的滑转距离来表示：
vj=lj÷t 或vj=lj÷t=（lT－l) ÷t 式中：l—在时间t内，车辆的实际行驶距离； lj—在时间t内，履带相对地面向后运动的距离； lT—在同一时间t内，车辆的理论行驶距离，它可
ηm=PK÷Pe=（ MK×ωK ）÷（ Me×ωe ）=(MK÷Me) ×im 式中：ωK——驱动的角速度；
ωe——发动机曲轴的角速度； Me——发动机的有效力矩。 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。 当车辆在水平地段上作等速直线行驶时，其驱动力矩MK可由下式求得：
包权
人书友圈7.三端同步
切线牵引力产生
为了便于说明行驶原理，参看图1-1所示 图1-1履带式拖拉机行驶原理图
车辆行驶时，在驱动力矩MK作用下，驱动段内产生拉 力Ft即： Ft=MK÷rK。
对车辆来说，拉力Ft是内力，它力图把接地段从支重 轮下拉出，致使土壤对接地段产生水平反作用力。这 些反作用力的合力FK叫做履带式车辆的驱动力，其方 向与行驶方向相同。
第一章履带车辆行驶理论
§1-1履带车辆行驶原理 §1-2履带行走机构的运动学和动力学 §1-3履带接地比压和履带接地平面和心域 §1-4履带车轮的行驶阻力 §1-5履带车辆的附着性能
§1-1履带车辆行驶原理
一、驱动力距与传动系效率 二、履带车辆的行驶原理
一、驱动力距与传动系效率
驱动力矩MK：发动机通过传动系传到驱动轮上的力矩称。 传动系效率ηm ：
参看(图1-6)
根据履带等速运转的平衡条件，在驱动力 矩M K与切线牵引力之
滑转速度
履带在地面上的向后运动速度称为滑转速度vj则 可用单位时间内的滑转距离来表示：
vj=lj÷t 或vj=lj÷t=（lT－l) ÷t 式中：l—在时间t内，车辆的实际行驶距离； lj—在时间t内，履带相对地面向后运动的距离； lT—在同一时间t内，车辆的理论行驶距离，它可
ηm=PK÷Pe=（ MK×ωK ）÷（ Me×ωe ）=(MK÷Me) ×im 式中：ωK——驱动的角速度；
ωe——发动机曲轴的角速度； Me——发动机的有效力矩。 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。 当车辆在水平地段上作等速直线行驶时，其驱动力矩MK可由下式求得：
包权
人书友圈7.三端同步
切线牵引力产生
为了便于说明行驶原理，参看图1-1所示 图1-1履带式拖拉机行驶原理图
车辆行驶时，在驱动力矩MK作用下，驱动段内产生拉 力Ft即： Ft=MK÷rK。
对车辆来说，拉力Ft是内力，它力图把接地段从支重 轮下拉出，致使土壤对接地段产生水平反作用力。这 些反作用力的合力FK叫做履带式车辆的驱动力，其方 向与行驶方向相同。
第一章履带车辆行驶理论
§1-1履带车辆行驶原理 §1-2履带行走机构的运动学和动力学 §1-3履带接地比压和履带接地平面和心域 §1-4履带车轮的行驶阻力 §1-5履带车辆的附着性能
§1-1履带车辆行驶原理
一、驱动力距与传动系效率 二、履带车辆的行驶原理
一、驱动力距与传动系效率
驱动力矩MK：发动机通过传动系传到驱动轮上的力矩称。 传动系效率ηm ：
参看(图1-6)
根据履带等速运转的平衡条件，在驱动力 矩M K与切线牵引力之
履带式推土机行驶系统运动学分析
履带式推土机行驶系统运动学分析履带式推土机行驶系统运动学分析摘要：随着建筑工程的不断发展，履带式推土机已成为重要的土方机械之一。
而履带式推土机的行驶系统是其能够高效工作的关键部分。
本文通过对履带式推土机行驶系统的运动学分析，探讨其运动特性和影响因素。
关键词：履带式推土机、行驶系统、运动学分析引言：履带式推土机是一种采用履带代替车轮的土方机械，其行驶系统是由动力源、变速器、传动轴、差速器、转向器、履带系统、制动器等部件组成的。
此外，履带式推土机的行驶方式与汽车等传统车辆有所不同，因此需要对其行驶系统进行运动学分析。
运动学分析：1. 履带式推土机行驶特性履带式推土机的行驶方式是通过履带系统驱动机器行进。
由于履带面积大，并且能够贴合地形，因此行驶稳定性强，通过性能好。
此外，由于两侧履带速度可以独立控制，因此履带式推土机可以做到在狭窄和复杂的场地中行驶转向。
2. 影响履带式推土机行驶的因素（1）履带系统的设计履带系统是支撑履带式推土机行驶的关键部件。
其中的制动器、离合器、差速器、变速器等部件的性能会直接影响履带式推土机的行驶性能。
因此，需要在设计时采用合适的部件，并且合理配置履带的长宽比和轮距。
（2）动力输出动力输出是决定履带式推土机行驶速度和负载能力的另一个关键因素。
动力输出将直接影响传动轴、差速器和履带的受力情况，从而影响履带式推土机的行驶和转向。
（3）路面状况路面状况是影响履带式推土机行驶稳定性和通过性的重要因素。
不同的路面对推土机的行驶产生的影响也不同。
在设计中，需要考虑到不同路面的情况，以使履带式推土机能够顺利地行驶。
结论：通过运动学分析，可以看出履带式推土机的行驶方式是通过履带系统驱动机器行进。
此外，履带式推土机的行驶方式与汽车等传统车辆有所不同，因此需要对其行驶系统进行运动学分析。
在设计时，需要考虑到履带系统的设计、动力输出和路面状况等因素的影响，以使履带式推土机具有较好的行驶和操作性。
进一步分析：除了上述影响因素外，履带式推土机的行驶速度也受到其他因素的影响。
一种测定履带车辆行驶地面性质参数的新方法
2 1 求解地面变形阻力系数
当履带车辆在水平地面匀速直线行驶时, 地面
变形阻力 Ff 等于车辆的牵引力 F t, 即
Ff = F t.
( 6)
而车辆的牵引力 等于两侧主动轮的输出转矩
M sl、M sh之和除以两 侧主动轮的工作半 径 r s 并乘
第4期
一种测定履带车 辆行驶地面性质参数的新方法
393
F th=
M
sh
rs
!r
,
Fbl=
M sl !r rs
.
( 15)
因为车辆为匀速转向, 所以 F th 和 Fbl分别等于 两侧履带的牵引力 Ft h和 Fbl, 从而求得在当前转向 半径下的转向阻力系数
=
2(
M
sh+ M sl) r sFg L
B !r .
( 16)
利用式( 16) 可以测定履带车辆在任意转向半径
性质参数只能够用实验的方法测定, 传统上针对不 同的地面性质参数需要采用不同的实验方法, 这些 方法往往需要动用多台车辆进行联合实验, 实验准 备困难、操作复杂, 具有很大的局限性; 传统实验采 用的是指针式机械测力计, 读数不够准确, 无法实时 的记录实验数据, 带来了较大的人为误差。本文利 用一套专用的测量装置, 通过直接测量履带车辆两 侧主动轮输出转矩的方法来计算获得履带车辆行驶 地面性质的参数值。
vehicle during steering
这些外力分别是: 作用在高速侧和低速侧履带 接地段的地面变形阻力 Ff h 和 Ff l 、高速侧履带的牵 引力 Ft h和低速侧履带的制动力 Fbl、履带接地段前 部和后部的转向阻力 F f 和 F r.
以上外力对履带车辆平面中心 O 点取矩, 就形 成了车辆转向的转向力矩 M d 和转向阻力矩 M . 1 2 地面变形阻力系数
软土路面上履带车辆特征参数与牵引力的分析
（ 静
和
Ｒ面１ ） （ ｊ
（ 面 罟）
（
（ ７ ）
率， 它描述 了履带接地段 沿地面 的滑转程度 ， 定义 为履带接 地 段的滑转速度 和和主动轮 的卷绕速度之 比， 由下式 确定．
＝ 一
这是计 算具有均匀压力分布于履带 ， 由土壤压实 引起运 并
动阻力 的方程 ， Ｂ ｋｅ 提 出的土壤 压力一沉陷关 系为基础 。 以 ｅｋ ｒ 对基 于其他压力一沉陷关系 的运动阻力 ， 可用类似方法 推导 出
引特性 的初步评价 。
点都相 同。 在与履带前端相距 某一定点 的剪切位移 Ｓ可 以表 ｊ
示 为
Ｓ ｖ ｊｔ ＝ （） ９
２ 履带的牵引力和滑转
２１ 履 带 与地 面 的 剪切 与 滑 转 ．
式 中 ，是点 与地 面的接触 时间并等 于 ｔ
Ｓ的表达式变为 ｉ
１２ 履 带 车 辆 的 运 动 阻力 。
种可靠的实用方法 来分析预测 车辆在不 同的设计参 数和土壤 条件下 的行驶性能 。
一
依 据 Ｂ ｋ ｅ 的假设 ，我们提 出履带受到 土壤 的作用可 以 ｅ ｋｒ
种早 期 的针对 履带 系 统 的分析 方法 是 由 Ｂ ｋ ｅ 提 出 ｅｋ ｒ
Ａ ＲＣ ＬＵ Ａ Ｅ Ｈ Ｏ０Ｇ Ｇ ＩＵＴ Ｒ Ｌ Ｃ Ｎ Ｌ Ｙ＆Ｅ ＵＰ Ｅ Ｔ ５ Ｔ Ｑ Ｉ Ｎ １ Ｍ
维普资讯
力是车辆整体 阻力的重要部分 ， 要考虑。由于上述方法是建 需 立在一系列 简单化假设 的基础上 的， 故其只能提供履带车辆牵
用履带 的行走方式 。要深入分析履带式越野车辆 的通过能力 ， 就必须深入研究车辆履带与地面之间 的相互作用 ， 进而提 出一
第二章 履带式机械行驶理论
r
M k M r1 Mk
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。
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。
经以上分析可知，Mr可表示为：
M r M r1 M r2
代入前式可得：
F M r2 rk
Fk
M r2 rk
r M k
rk
Fk
M r2 rk
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。
式中：G为机械重力；f为滚动阻力系数。
不同支承地面的滚动阻力系数
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
二、影响滚动阻力的因素：
车辆行驶时，在驱动力矩作用下，驱动段内产生拉
力Ft，Ft的大小等于驱动力矩与驱动轮动力半径之比， 即：
Ft
Mk rk
对车辆来说，拉力Ft是内力，它力图把接地段从支重 轮下拉出，致使土壤对接地段的履带板产生水平反作用
力。这些反作用力的合力FK叫做履带式车辆的驱动力， 其方向与行驶方向相同。履带式车辆就是在FK作用下行 驶的。
vT rk k
动力半径：动力半径是切线牵引力线到轮心的距离。
基于履带轮行走机构的车辆行驶效率分析
L=k
图 3 履带轮行走机构行驶效率曲线 履带轮行走机构行驶效率高于传统履带车辆的行驶效率， 履带轮行走机构轮式状态下行驶效率高于履带状态下的行驶 效率。
= Pf 2 6= BL 6 Bk
设所采用橡胶履带支撑区段长度为 L0，且支撑面上接地 比压 p 均布，设整机重量为 G，因 p = kZ nn +1，所以有：
1 履带轮原理及构成
履带轮是一种可以实现轮式行走向履带式行走、履带行 走向轮式行走转换的机构，可以根据所搭载平台的行驶需要 进行转换。借鉴履带行动系统和轮胎行动系统的机构和原理， 完成了履带轮的设计。 履带轮行走机构由驱动制动总成、橡胶履带、保持架、 执行器、负重轮、张紧轮组、诱导轮等部件组成。整体的结 构构成如图 1 所示。轮履状态变化通过保持架变形实现 [2]。
= Pf
Mf f = G rK rK
（6）
当行动系统行进时，履带前方岩土的反作用力 Rn，可分 解为垂直和平行地面的分力 Zn 和 Pf 2。可以认为 Pf 2 所引起的 功率损失就是使岩土在垂直方向产生参与变形所消耗的功率。 则履带支撑区压缩单位面积岩土所消耗功为：
n +1 Zn （7） n +1 行动系统中 6 个履带轮行走单元消耗的功为 6BSL，这部 分的功表示即为：
2017 年 11 月下
内部滚动阻力主要来源为：由履带张紧力 T0 引起的滚动 阻力 Pf 0，负重轮在橡胶履带上滚动的滚动阻力矩所引起的滚 动阻力 Pf 。每当有一块芯金被卷上驱动轮，橡胶履带驱动轮 消耗的摩擦功为： 式中： T0 为履带张紧力。 整个履带轮系统总共有 6 个履带轮行驶单元构成，因此 所有履带上由张紧力引起的滚动阻力为：
带轮轮式状态下的效率 [3]。 对于传统履带车辆，履带行驶系统的效率可由 A．D．克 留可夫经验公式求得。
履带吊车单机工况分析
绳 增 大 受 力 的 过 程 中 ，指 挥 司 机 减 拉 力 亦 逐 渐 降 至 最 小 ，而 使 拉 索 收 致 前 后 晃 动 而 使 吊 车 超 载 。
幅 （紧 拉 索 ），使 主 钩 绳 对 地 垂 直 。 缩 ，导 致 主 臂 后 仰 ，如 重 物 放 得 太 ５ 空车 行走 工况
所 以 指 挥 履 带 吊 车 空 车 行 走 ，
履 带 吊在 吊重 中 ，进 行 增 幅 （扒 机 在 放 下 吊重 前 后 ，及 时 调 整 幅 度 要 注 意 ：
杆 ）就 位 ，可 能 导 致 吊车 前 倾 事 故 。 使 主 钩 绳 始 终 保 持 垂 直 。
（１）选 择 平 坦 道 路 。
（１）起 重 指 挥 人 员 要 站 在 主 臂 重 物 （有 时 重 物 在 高 空 ），由 于 主
（３）长 件 立 直 前 可 在 长 件 顶 上
侧 面 ，监 视 主 钩 绳 的 垂 直 度 ，在 主 钩 钩 绳 拉 力 从 最 大 到 最 小 ，主 臂 拉 素 设 拉 索 ，使 长 件 离 地 前 后 ，上 部 不
注 意 及 时 走 车 ，保 持 主 钩 绳 垂 直 。
指 挥 ，极 易导 致 指 挥 人 员 伤 亡 事 故 。 ３ 最 小幅 度放 下熏 物工 况
（２）如 长 件 横 放 时 ，要 及 时 走
所 以 吊物 离 地 前 应 注 意 ：
履 带 吊 车 在 最 小 幅 度 时 放 下 车 和 回转 ，方 能 保 持 主 钩 绳 垂 直 。
（２）起 重 指 挥 人 员 在 起 吊 重 快 ，可 能 造 成 主 臂 后 翻 事 故 。
指 挥 履 带 吊 空 车 行 走 ，如 地 面
物 离 地 时 ，要 站 在 吊 重 的 侧 面 ，不
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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］。
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
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） 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
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
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：
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。
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
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。
（ 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
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
（ 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。
WANG Xin1 ，DUAN Baogang1 ，SHEN Zhanchao2 ，GAO Shunde1 （ 1. School of Mechanical Engineernology，Dalian Liaoning 116023，China；
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。
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、
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
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。
（ 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
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．
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］。
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
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） 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
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
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：
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。
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
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。
（ 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
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
（ 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。
WANG Xin1 ，DUAN Baogang1 ，SHEN Zhanchao2 ，GAO Shunde1 （ 1. School of Mechanical Engineernology，Dalian Liaoning 116023，China；
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
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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。
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、
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
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。
（ 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
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．