履帶底盤及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真(參考版)
2025-05-30 22:39本頁面
【正文】 此次仿真實(shí)驗(yàn)還體現(xiàn)出了計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)于履帶車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要作用，其具有的低成本，高效率以及易于調(diào)整的優(yōu)勢(shì)是實(shí)際實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到的，當(dāng)然實(shí)際實(shí)驗(yàn)中會(huì)存在更多不確定因素的影響，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)之前先經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)有助于大幅降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低工作強(qiáng)度，有利于科研工作高效、快速地開展與普及。除此之外，其分析速度較為快捷，并可以方便地生成圖表并依此進(jìn)行直觀地對(duì)比與分析。在使用RecurDyn的過程中，感覺此款軟件使用簡(jiǎn)單，界面友好且易于上手。在這次寫論文的過程中，我首次接觸了RecurDyn這樣的專業(yè)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件。轉(zhuǎn)向能力方面，水底行走履帶車的特殊履帶結(jié)構(gòu)注定其無法實(shí)現(xiàn)坦克履帶車具有的單邊轉(zhuǎn)向與原地轉(zhuǎn)向能力，只能使用差速轉(zhuǎn)向方式，且因?yàn)槁膸О褰Y(jié)構(gòu)原因使得其轉(zhuǎn)向半徑較大且易受地質(zhì)影響。6 總結(jié)在此次軟件仿真實(shí)驗(yàn)中，兩類履帶行駛車輛體現(xiàn)了截然不同的特性。而在安裝扭桿彈簧懸掛時(shí)水底行走履帶車在通過顛簸路面時(shí)未能使其車體重心的豎直方向位移波動(dòng)得到明顯改善。現(xiàn)僅對(duì)車體重心的縱向位移進(jìn)行分析。由于該型履帶車設(shè)計(jì)因素，無法進(jìn)行強(qiáng)度較高的爬坡仿真，將通過仿真車輛駛過顛簸軟質(zhì)路面的方式來驗(yàn)證懸掛作用效果。 水底行走履帶車履帶增設(shè)懸掛系統(tǒng) 在之前對(duì)于坦克履帶車的仿真中已經(jīng)證實(shí)對(duì)于重型車輛，扭轉(zhuǎn)式懸掛要由于螺旋彈簧式懸掛。在上坡過程中可以看到車輛重心平緩上升，速度并未發(fā)生較大變化。下圖為行走過程中水底行走履帶車重心位置與速度的變化曲線圖綠色為速度曲線，藍(lán)色為重心的Y軸坐標(biāo)（豎直位移），底部為X軸坐標(biāo)（縱向位移）由位移與速度，位移與車身重心縱坐標(biāo)曲線圖可以看出水底行走履帶車能夠滿足設(shè)計(jì)要求的爬坡與過溝能力。下圖為仿真的部分圖片截取，首先是一個(gè)坡度為15度，隨后為一個(gè)寬度為1m。根據(jù)提供的設(shè)計(jì)要求， ，爬坡坡度不得大于15度，越溝的寬度不得大于1m。 水底行走履帶車爬坡，越溝行走仿真分析由于水底地面環(huán)境較為復(fù)雜，必然會(huì)存在各種障礙。下圖為水底行走履帶車在不同地面上轉(zhuǎn)向行走的仿真運(yùn)動(dòng)軌跡曲線圖兩坐標(biāo)系分別對(duì)應(yīng)X軸與Z軸（水平平面位移路徑）砂壤土 硬質(zhì)土 粘性土，水底行走履帶車的轉(zhuǎn)向半徑達(dá)到了30m左右，基本上轉(zhuǎn)向路徑為正圓形，證明在軟質(zhì)地面轉(zhuǎn)向性能并未受到較大影響。水底行走履帶車直線行走時(shí)車體在仿真地質(zhì)的下沉距離約為100mm，履帶齒能與底質(zhì)產(chǎn)生剪切作用的厚度約為100mm。如圖為仿真截圖以及仿真曲線。5 水底行走履帶車仿真分析 直線行走仿真分析 。兩者分析結(jié)果如下： 采用扭矩彈簧懸掛在過坡時(shí)豎直方向承重輪軸受力曲線及車身豎直位移曲線：采用螺旋彈簧懸掛過坡時(shí)豎直方向軸受力曲線及車身豎直位移曲線：通過對(duì)比可以看出當(dāng)使用安裝螺旋彈簧懸掛時(shí)承重輪連接軸所受的徑向壓力波動(dòng)程度明顯要大于扭矩彈簧，并且造成了更大的壓力峰值。首先進(jìn)行與上面相同的軟質(zhì)路面過坡仿真。這樣的好處在于使得車輛履帶形式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、緊湊與牢固，易于維修與更換。為了實(shí)現(xiàn)完美的原地轉(zhuǎn)向需要考慮多方面的因素，并矯正兩驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)速度，真正的原地轉(zhuǎn)向并非僅僅將兩側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)輪等速反向驅(qū)動(dòng)就能夠完成。具分析是因?yàn)槁膸?qū)動(dòng)輪正向旋轉(zhuǎn)與反向旋轉(zhuǎn)其受到的阻力不同，履帶板與地面摩擦因?yàn)榉较蚺c前后剪切角的差距也會(huì)使得左右兩側(cè)履帶子系統(tǒng)產(chǎn)生的作用力發(fā)生差別。 坦克履帶車輛原地轉(zhuǎn)向仿真分析 猜想當(dāng)兩側(cè)履帶以等速反向低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)理論上能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，現(xiàn)在將借助RecurDyn對(duì)原地轉(zhuǎn)向進(jìn)行仿真。 地面采用軟質(zhì)黏土路面 下圖為仿真運(yùn)行圖下圖為坦克履帶車輛在軟質(zhì)土地上轉(zhuǎn)向行走的仿真運(yùn)動(dòng)軌跡曲線圖兩坐標(biāo)系分別對(duì)應(yīng)X軸與Z軸（水平平面位移路徑）由此曲線圖可知在進(jìn)行單向履帶驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向行走仿真時(shí)，坦克履帶車輛的轉(zhuǎn)向半徑為2m左右。 坦克履帶車輛單邊轉(zhuǎn)向分析 為戰(zhàn)場(chǎng)上靈活性考慮，需要盡可能減小轉(zhuǎn)向半徑。隨后上到坡頂后轉(zhuǎn)為下坡，承重輪受力均出現(xiàn)一個(gè)峰值，而硬質(zhì)地面受力峰值明顯高于軟質(zhì)地面?，F(xiàn)對(duì)左側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)最前方的一對(duì)承重輪懸掛的螺旋彈簧進(jìn)行受力分析。在履帶車輛行駛過程中，支重輪是總重量經(jīng)履帶板傳遞到地面這一過程的主要承重組件，對(duì)車輛動(dòng)力性能影響巨大。首先建立坐標(biāo)系， X 指代沿車體向前的方向， Y 指代方向?yàn)樨Q直向上的方向， Z 方向指代垂直車體指向外的方向。履帶車輛的履帶板與地面的擠壓，剪切等行為均是較為典型的多體系統(tǒng)接觸過程，而對(duì)于此類設(shè)計(jì)復(fù)雜接觸的過程 RecurDyn 軟件能夠?qū)Υ艘远囿w動(dòng)力學(xué)的方式進(jìn)行仿真與分析。下面給出其建模過程的參考數(shù)據(jù)。隨后設(shè)置地面類型。考慮到該履帶車重量足以改變水底松軟地質(zhì)，且行駛地形大都為平地松軟路面，懸掛并非必要組件。有著其單條履帶行駛子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，十四個(gè)承重輪，一個(gè)張緊輪與三個(gè)托鏈輪組成。但又有著與坦克履帶車輛差別較大的地方。接著創(chuàng)建單條履帶的模型。履帶板使用采用高履刺設(shè)計(jì)，履刺高度達(dá)到了130mm。兩個(gè)真空管提供強(qiáng)大的吸力能清除水中，最后使用傳送帶將礦質(zhì)輸送入儲(chǔ)存?zhèn)}。水底環(huán)境應(yīng)為水流的長(zhǎng)期沖刷不會(huì)有過于復(fù)雜的地形，但仍需要具備一定的越障能力。此水底行走履帶車參照《深海履帶式集礦機(jī)多體動(dòng)力學(xué)建模與行走性能仿真分析》論文設(shè)計(jì)。這兩個(gè)式子能夠結(jié)合起來得到如下公式：本次仿真軟地面選用黏土地面，參數(shù)如圖所示。Sj表示剪切方向發(fā)生的位移，單位是m，k表示水平方向的剪切變形模數(shù)。地面與履帶間的水平作用力也是基于MG貝克理論進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。式中的P用于表示履帶的接地正壓力，Kpi表示內(nèi)摩擦的仿真土壤塊變形模量，b則表示履帶板的寬度，Kc表示土壤內(nèi)聚變形模量， Z表示地面變形的深度，n表示變形指數(shù)。G任何一塊單獨(dú)的履帶板跟軟質(zhì)地面之間會(huì)存在有單個(gè)廣義力，通常使用一個(gè)獨(dú)立的用戶向子程序來進(jìn)行計(jì)算，得到該單個(gè)廣義力的大小。仿真用的硬地面參數(shù)如圖所示。RecurDyn 中內(nèi)
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