一种履带行走机构内阻力和功耗分析计算方法

摘要

本发明公开了一种履带行走机构内阻力和功耗分析计算方法，其具体分析内容为：（1）外部特性理论分析，包括接地比压、沉陷深度、地面牵引力和行驶阻力的分析；（2）内部摩擦阻力理论推导分析，包括履带销和销套相对转动产生的摩擦阻力、履带架和履带之间的摩擦阻力、驱动轮轴承处的摩擦阻力、导向轮轴承处的摩擦阻力和驱动轮齿与履带板的啮合摩擦阻力的分析；（3）驱动力矩和功率的确定，包括力学平衡理论及驱动力矩的确定、功率平衡理论及驱动功率的确定。本发明在坚实的理论研究的基础上系统的分析及计算了履带行走机构的内阻力和功耗，为履带行走机构的设计提供了良好的参考，本发明的计算前后处理方便快捷。

主权项

1.一种履带行走机构内阻力和功耗分析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）外部特性理论推导1）接地比压计算：根据地面力学理论，考虑纵向偏心距e，当纵向偏心距在e∈（0，L/6）时，接地压力呈梯形分布；当e∈（L/6，L/2）时，接地压力图呈底边缩小的直角三角形；e∈（L/6，L/2）时，履带接地压力计算公式为：P_min=0$P_{\max }=\frac{2G}{2b(L-2e)}$$P_x=\frac{G}{9b{(L/2-e)}^2}(L-3e+x)$其中，P_min是最小接地比压；P_max是最大接地比压；P_x是接地段任意位置接地比压；b是履带宽度；G是车体重量；L是履带接地长度；x是履带接地段区域任意一点与几何中心O的纵向距离；2）沉陷深度Z计算：履带接地压力引起了土壤发生向下沉陷，计算公式为：其中，P是接地压力；K_C是土壤粘性成分决定的变形模量；是土壤摩擦成分决定的变形模量；n是土壤变形指数；3）地面牵引力F_H计算：当偏心位于（0，L/6）时，地面牵引力方程为：当偏心位于（L/6，L/2）时，地面牵引力方程为：其中，c是土壤内聚力，是土壤内摩擦角，K是土壤的水平剪切变形模量，i是土壤的剪切位移；F_H是地面牵引力；4）行驶阻力计算当纵向偏心距位于e∈[0,L/6]，行驶阻力F′_R计算公式为：当纵向偏心距位于e∈（L/6，L/2）时，行驶阻力F′_R的计算公式为：（2）内部摩擦阻力理论推导：①履带销和销套相对转动产生的摩擦阻力分析：要克服此摩擦需要的牵引力F_r1为：②履带架和履带之间的摩擦阻力分析：履带架和履带之间的摩擦力F_r2为：F_r2=μG③驱动轮轴承处的摩擦阻力分析：驱动力矩轴承处摩擦力矩M_r3为：④导向轮轴承处的摩擦阻力分析：导向轮轴承处的摩擦力矩M_r4为：M_r4=d'μf_rF₀⑤驱动轮齿与履带板的啮合摩擦阻力分析：驱动轮和履带销的啮合摩擦阻力F_RE为：其中，P是履带拉力；d是销子直径；μ,是摩擦系数；z是驱动轮齿数；t是履带板节距；d′是轴承公称内径；F_K是切向牵引力；F₀是预紧力；f_r是摩擦阻力系数；Z_T是驱动轮齿数；（3）驱动力矩和功率的确定：①力学平衡理论及驱动力矩的确定：驱动轮驱动力矩的确定公式：$\frac{M_K}{r_K}=F_K=\mathrm{\Sigma F}+(F_{r1}+F_{r2}+F_{r3}+F_{r4}+F_{r5})$②功率平衡理论及驱动功率的确定：功率平衡理论：$P_{\mathrm{kp}}=P_e-P_c-\underset{i=1}{\overset{5}{\Sigma }}{P}_i-P_r\ge 0$内部损耗功率由五部分组成：a）销和销套的摩擦功率损耗F_r1V_T；b）履带架和履带之间的摩擦功耗：F_r2V_T；c）驱动轮轴承的摩擦功耗：d）导向轮轴承的摩擦功耗：e）驱动轮齿啮合摩擦功耗：$\frac{10F_{r5}s}{T}=\frac{10F_{r5}s}{2\pi /\omega }=\frac{10F_{r5}s}{2\pi }\times \frac{V_T}{r_K};$外部功率损耗P_r：其中，M_K是驱动轮驱动力矩；r_K是驱动轮半径；∑F是外部阻力总和；F_r1是克服履带销和销套相对转动产生的摩擦阻力的牵引力；F_r2是履带架和履带之间的摩擦力；F_r3驱动力矩轴承处摩擦力；F_r4是导向轮轴承处的摩擦力；F_r5是驱动轮齿与履带板的啮合摩擦阻力；P_e是电动机的功率；P_c是传动机构损耗；是内部损耗；P_r是外部阻力损耗；P_kp是有效输出功率；i是滑转率；V_T是驱动轮的线速度；s是摩擦距离；ω是驱动轮的角速度；T是驱动轮转一圈所用时间。