履帶車輛的轉(zhuǎn)向理論

1、履帶車輛的轉(zhuǎn)向理論一、雙履帶車輛的轉(zhuǎn)向理論對于雙履帶式車輛各種轉(zhuǎn)向機構(gòu)就基本原理來說是相同的，都是依靠改變兩側(cè)驅(qū)動輪上的驅(qū)動力，使其達(dá)到不同時速來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。(一)雙履帶式車輛轉(zhuǎn)向運動學(xué)履帶車輛不帶負(fù)荷，在水平地段上繞轉(zhuǎn)向軸線O作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的簡圖，如圖7-12所示。從轉(zhuǎn)向軸線O到車輛縱向?qū)ΨQ平面的距離R，稱為履帶式車輛的轉(zhuǎn)向半徑。以代表軸線O在車輛縱向?qū)ΨQ平面上的投影，的運動速度代表車輛轉(zhuǎn)向時的平均速度。則車輛的轉(zhuǎn)向角速度為： 圖712 履帶式車輛轉(zhuǎn)向運動簡圖        (7-37)轉(zhuǎn)向時，機體上任一點都繞轉(zhuǎn)向軸

2、線O作回轉(zhuǎn)，其速度為該點到軸線O的距離和角速度的乘積。所以慢、快速側(cè)履帶的速度和分別為：                (7-38)式中：B履帶車輛的軌距。根據(jù)相對運動原理，可以將機體上任一點的運動分解成兩種運動的合成：(1)牽連運動，；(2)相對運動。由上可得：(二)雙履帶式車輛轉(zhuǎn)向動力學(xué)1、牽引平衡和力矩平衡圖7-13給出了帶有牽引負(fù)荷的履帶式車輛，在水平地段上以轉(zhuǎn)向半徑R作低速穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時的受力情況(離心力可略去不計)。轉(zhuǎn)向行駛時的牽引平衡可

3、作兩點假設(shè)：(1)  在相同地面條件下，轉(zhuǎn)向行駛阻力等于直線行駛阻力，且兩側(cè)履帶行駛阻力相等，即： (2)在相同的地面條件和負(fù)荷情況下，相當(dāng)于直   線行駛的有效牽引力，即：圖713 轉(zhuǎn)向時作用在履帶車輛上的外力           所以回轉(zhuǎn)行駛的牽引平衡關(guān)系為：                (7-39)設(shè)履帶車輛回

4、轉(zhuǎn)行駛時，地面對車輛作用的阻力矩為，在負(fù)荷作用下總的轉(zhuǎn)向阻力矩為：                      (7-40)式中：牽引點到軸線的水平距離。如前所述履帶車輛轉(zhuǎn)向是靠內(nèi)、外側(cè)履帶產(chǎn)生的驅(qū)動力不等來實現(xiàn)的，所以回轉(zhuǎn)行駛時的轉(zhuǎn)向力矩為：            &#

5、160;         (7-41)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時的力矩平衡關(guān)系為：                     (7-42)為了進(jìn)一步研究回轉(zhuǎn)行駛特性，有必要對內(nèi)、外側(cè)驅(qū)動力分別加以討論。由上可得：          

6、60;          (7-43)式中：為在作用下，土壤對履帶行駛所增加的反力，亦即轉(zhuǎn)向力，作用方向與驅(qū)動力方向相同，以表示。變形得式：                    (7-44)令所以。稱為轉(zhuǎn)向參數(shù)，其意義為轉(zhuǎn)向力與車輛切線牽引力之比。顯然大表示轉(zhuǎn)向阻力矩大，小表示轉(zhuǎn)向阻力矩小?？梢跃C合反映轉(zhuǎn)向特性。將代

7、入得：                    (7-45)下面就值得變化來討論一下履帶車輛轉(zhuǎn)向情況。1.當(dāng)=0時，轉(zhuǎn)向阻力矩，。表明車輛作直線行駛。2.當(dāng)=0.5時，內(nèi)側(cè)履帶的驅(qū)動力，外側(cè)履帶的驅(qū)動力。說明內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向離合器徹底分離，但制動器沒有制動，牽引負(fù)荷完全由外側(cè)履帶承擔(dān)。3.當(dāng)0.5時，內(nèi)側(cè)履帶的驅(qū)動力，外側(cè)履帶驅(qū)動力。說明內(nèi)側(cè)離合器處于半分離狀態(tài)，內(nèi)外側(cè)履帶都提供驅(qū)動力。4.當(dāng)0.5時，內(nèi)側(cè)履帶的驅(qū)動

8、力，外側(cè)履帶驅(qū)動力。說明內(nèi)側(cè)離合器不僅完全分離，而且對驅(qū)動鏈輪施加了制動力矩，履帶產(chǎn)生了制動力。2.轉(zhuǎn)向阻力矩不帶負(fù)荷時轉(zhuǎn)向阻力矩就是。也稱為轉(zhuǎn)向阻力矩，它與牽引負(fù)荷的橫向分力所引起的轉(zhuǎn)向阻力矩不同，它是履帶繞其本身轉(zhuǎn)動軸線(或)作相對轉(zhuǎn)動時，地面對履帶產(chǎn)生的阻力矩。實驗表明，當(dāng)土壤和轉(zhuǎn)向半徑一定時，這些力與車輛重量大體成正比，且對履帶相對轉(zhuǎn)動軸線(或)形成阻力矩。所有作用的履帶上單元阻力矩之和，就是履帶式車輛的轉(zhuǎn)向阻力矩。為便于計算的數(shù)值，作如下兩點假設(shè)： 1.機重平均分布在兩條履帶上，且單位履帶長度上的負(fù)荷為：      

9、;               (7-46)2.形成轉(zhuǎn)向阻力矩的反力都是橫向力且是均勻分布的。于是在牽引負(fù)荷橫向分力的影響下，車輛轉(zhuǎn)向軸線將由原來通過履帶接地幾何中心移至(見圖7-14)，移動距離為。根據(jù)橫向力平衡原理，轉(zhuǎn)向軸線偏移量可按下式計算：              (7-47)   

10、60;         圖7-14  履帶式車輛轉(zhuǎn)向阻力的分布式中：整機使用重量；轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時地面對履帶支承段的反作用力的分布如圖7-14所示，為矩形分布。在履帶支承面上任何一微小單元長度dx，分配在其上的機器重量為?？偟霓D(zhuǎn)向阻力矩可按下式進(jìn)行計算：將(7-46)代入上式并積分得：                 &

11、#160;    (7-48)式中：轉(zhuǎn)向軸線偏移系數(shù)。式(7-48)說明，轉(zhuǎn)向阻力矩隨轉(zhuǎn)向軸線偏移量得增加而增大，然而轉(zhuǎn)向軸線的偏移量相對履帶接地長度是較小的。如果設(shè)，此時轉(zhuǎn)向阻力矩可表示為：                          (7-49)轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)表示作用在履帶支撐面上單位機械重量所引起的土壤換算橫

12、向反力。它是綜合考慮了土壤的橫向和縱向的摩擦和擠壓等因素的作用。一般用試驗方法測定。(三)影響履帶車輛轉(zhuǎn)向能力的因素車輛轉(zhuǎn)向時可能獲得的最大轉(zhuǎn)向力矩受發(fā)動機功率和土壤的附著條件兩方面的制約。下面將分別討論。1轉(zhuǎn)向能力受限于發(fā)動機功率的條件履帶式車輛在水平地段上作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時所消耗的功率則由下列三部分所組成：(1)車輛作基本直線運動所消耗的功率：(2)車輛繞本身的相對轉(zhuǎn)動軸線OT轉(zhuǎn)動所消耗的功率：(3)轉(zhuǎn)向機構(gòu)或制動器的摩擦元件所消耗的功率：式中：轉(zhuǎn)向離合器或制動器上的摩擦力矩；制動器的角速度或轉(zhuǎn)向離合器主從動片間的相對角速度。由此可知，履帶車輛作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，傳到中央傳動從動齒輪上的功率可分為三部

13、分，即：                     (7-50)式中：車輛在穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，作用在中央傳動齒輪上的力矩；車輛在穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，中央傳動從動齒輪的角速度。當(dāng)車輛在相同條件下作等速直線運動時，傳到中央傳動從動齒輪上的功率等于：               &

14、#160;              (7-51)式中：車輛作等速直線運動時，作用在中央傳動從動齒輪上的扭矩；車輛作等速直線運動時，中央傳動從動齒輪的角速度。假定，則。如果將車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時與等速直線運動時發(fā)動機轉(zhuǎn)矩之比稱為發(fā)動機載荷比，并用系數(shù)來表示，可以得到：          (7-52)式中：、分別為車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時和等速直線運動時的發(fā)動機扭矩；、分別為車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)

15、向時和等速直線運動時的曲軸轉(zhuǎn)動角速度。該式表示了在相同的土壤和載荷條件下，履帶式車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時與直線運動時相比，其發(fā)動機功率增長情況。系數(shù)值越大，車輛在急轉(zhuǎn)彎時功率增長尤為顯著。因此，發(fā)動機荷載比是評價履帶式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)性能的一項指標(biāo)。2轉(zhuǎn)向能力受限于附著力的條件當(dāng)車輛在松軟潮濕土壤或冰雪地上轉(zhuǎn)彎時，有時會出現(xiàn)快速側(cè)履帶嚴(yán)重打滑而不能進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎的現(xiàn)象。為了確保履帶式車輛能穩(wěn)定地進(jìn)行轉(zhuǎn)向，快速側(cè)履帶的驅(qū)動力必須滿足下列不等式的要求，即：             

16、60;           (7-53)式中：快速側(cè)履帶與土壤的附著系數(shù)。當(dāng)車輛不帶負(fù)荷在水平地段上作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(即)，上式可改寫成：或:                      (7-54)該式表明，履帶式車輛的轉(zhuǎn)向能力不僅與土壤條件和履刺機構(gòu)(系數(shù)、f及)有關(guān)，同時還與車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)

17、()有關(guān)?，F(xiàn)代履帶拖拉機的結(jié)構(gòu)參數(shù)一般都能滿足不帶負(fù)荷急轉(zhuǎn)彎的行駛條件。同樣分析，履帶車輛內(nèi)側(cè)離合器被動鼓不制動轉(zhuǎn)向的條件是：當(dāng)車輛不帶牽引負(fù)荷在水平地段上作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時,上式可寫為：或：                                  (7-55)如果

18、取松土地面的轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，滾動阻力系數(shù)，則轉(zhuǎn)向附著條件式為：0.3由于現(xiàn)代履帶拖拉機結(jié)構(gòu)參數(shù)遠(yuǎn)大于0.3，所以不帶制動難以實現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎行駛。(四)各種轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向性能及簡單評價1、轉(zhuǎn)向離合器和單級行星機構(gòu)對履帶式車輛轉(zhuǎn)向性能的影響履帶式車輛轉(zhuǎn)向是利用轉(zhuǎn)向機構(gòu)來調(diào)節(jié)傳至兩側(cè)履帶上的驅(qū)動力，使左、右驅(qū)動輪上的驅(qū)動力不等來實現(xiàn)的。圖7-15上給出了裝有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛后橋的結(jié)構(gòu)簡圖(假定沒有最終傳動，但這不影響討論問題的實質(zhì))。 圖7-15 裝有轉(zhuǎn)向離合器的履帶          &#

19、160;   圖7-16  具有單級行星機構(gòu)的履帶式車輛的后橋簡圖           車輛后橋結(jié)構(gòu)簡圖               1-行星機構(gòu)制動器；2-停車制動器 a)齒圈主動；b)太陽輪主動當(dāng)車輛作直線運動時，兩側(cè)離合器是結(jié)合的，而制動器則是完全松開的。此時兩側(cè)驅(qū)動輪以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向參數(shù)=0。車輛需要轉(zhuǎn)向時，可

20、以有下列兩種情況。第一種轉(zhuǎn)向情況是：將兩側(cè)制動器完全松開，部分地或全部分離慢速側(cè)離合器。此時兩側(cè)履帶上的驅(qū)動力為正值，因此兩側(cè)半軸都傳遞驅(qū)動力，在這種情況下轉(zhuǎn)向參數(shù)0.5。第二種轉(zhuǎn)向情況是：除了將慢速側(cè)離合器徹底分離外，還對慢速側(cè)加以制動。此時慢速側(cè)履帶上的驅(qū)動力為負(fù)值。因此慢速側(cè)半軸和慢速側(cè)履帶是在機體帶動下運動的，在這種情況下轉(zhuǎn)向參數(shù)>0.5。圖7-16是具有單級行星機構(gòu)的履帶式車輛的后橋結(jié)構(gòu)簡圖(假定沒有最終傳動)。圖7-16a)表示齒圈主動，行星架行動。7-16b)表示太陽主動，行星架主動。當(dāng)車輛作直線行駛時，兩側(cè)行星機構(gòu)制動器應(yīng)該包緊，而停車制動2則完全松開。此時行星機構(gòu)起減速

21、器作用，兩側(cè)驅(qū)動輪即以相同角速度旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向參數(shù)=0。車輛需要轉(zhuǎn)向時，也有下列兩種情況： 第一種轉(zhuǎn)向情況是：將兩側(cè)停車制動器2完全松開，并將慢速側(cè)行星機構(gòu)制動器1部分或全部松開，此時兩側(cè)半軸上的驅(qū)動力都是正值，在這種情況下，轉(zhuǎn)向參數(shù)0.5。第二種轉(zhuǎn)向情況是：除了將慢速側(cè)的行星機構(gòu)制動器1完全松開外，還需要對該側(cè)(停車制動器2)加以制動。此時慢速側(cè)履帶上的驅(qū)動力為負(fù)值，在這種情況下，轉(zhuǎn)向參數(shù)>0.5。以上分析表明，單級行星機構(gòu)和轉(zhuǎn)向離合器的工作情況完全類似，由它們所決定的車輛的轉(zhuǎn)向性能也完全一樣。因此，下面僅以具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛為例，進(jìn)行討論。假定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速不變，具有轉(zhuǎn)向離合器的

22、履帶式車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時由于快速側(cè)離合器未分離，故該側(cè)履帶的速度就等于車輛直線行駛時的速度v。轉(zhuǎn)向時車輛的平均速度：                         (7-56)這表明，具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，其平均速度比等速直線行駛時的速度要低。當(dāng)車輛在第一種情況下(0.5)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，如圖7-17所示，兩側(cè)履帶上的驅(qū)動力均為正值，慢速側(cè)離合器所傳遞

23、的力矩比快速側(cè)離合器所傳遞的力矩要小。設(shè)此時傳到中央傳動從動齒輪上的驅(qū)動力矩為，則圖7170.5時作用在具有轉(zhuǎn)向離   。如果將履帶驅(qū)動段效率略去不計，合器的履帶式車輛后橋上的力矩    這時兩側(cè)履帶上的驅(qū)動力分別是： 式中：驅(qū)動輪的動力半徑。車輪轉(zhuǎn)向力矩為               (7-57)上式說明，如0.5的情況下，具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛的轉(zhuǎn)向力矩可以靠慢速側(cè)離合器的摩擦力矩來調(diào)節(jié)，慢速側(cè)離合

24、器分離程度越大，則摩擦力矩越小，車輛轉(zhuǎn)向力矩就越大。當(dāng)慢速側(cè)離合器全部分離時=0，轉(zhuǎn)向力矩達(dá)到不施加制動器時的最大值，此時，=0.5。圖7-18給出了車輛在這種情況下轉(zhuǎn)向時，作用在機器后橋脫離體上的所有力矩。根據(jù)該圖及的假定可得下列平衡方程式：由此可得發(fā)動機載荷比：                            (7-5

25、8)上式表明，具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛在第一種情況下(0.5)，作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時的發(fā)動機載荷，就等于車輛在相同條件下作等速直線行駛的發(fā)動機載荷。在第二種轉(zhuǎn)向情況下(>0.5)，履帶的驅(qū)動力完全發(fā)生在快速側(cè)，于是發(fā)動機的載荷比可按下式計算：，因而的表達(dá)式可演變?yōu)椋?#160;                   (7-59)上式表明，轉(zhuǎn)向參數(shù)>0.5時，發(fā)動機載荷比將恒大于1。也就是說，在這種情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)向，

26、所引起的功率損失要比第一種轉(zhuǎn)向情況來得大一些。這時雖然車輛作基本直線運動所消耗的功率有所減少，但由于轉(zhuǎn)向阻力矩增大和慢速側(cè)制動器所消耗的功率增加，        圖718 0.5時作用在具有轉(zhuǎn)向離合器所以總消耗功率還是增加的。                         &#

27、160;      的履帶式車輛后橋上的力矩圖7-19實線表示了車輛轉(zhuǎn)向時，發(fā)動機載荷比隨轉(zhuǎn)向參數(shù)而變化的關(guān)系線圖。=00.5是一段是按式(7-58)繪出的；v>0.5的一段是按式(7-59)繪出的。在第二種轉(zhuǎn)向情況下(>0.5)，慢速側(cè)離合器輸出半軸必須制動，在這種情況下，履帶車輛的轉(zhuǎn)向力矩可由下式表示(圖7-18)：              (7-60)上式說明，在第二種轉(zhuǎn)向情況下，車輛的轉(zhuǎn)向力矩，

28、可以利用調(diào)節(jié)制動器摩擦力矩的方法來達(dá)到。車輛在穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，制動器上所需的摩擦力矩為：由上式可知，當(dāng)車輛不帶負(fù)荷(=0)且滾動阻力極小(=0)時，制動器摩擦力矩可表示為：                         (7-61) 當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向受限于附著力時，轉(zhuǎn)向力矩應(yīng)為：車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向力矩恒等于轉(zhuǎn)向阻力矩，即,于是求得由土壤附著力決定的制動器

29、最大摩擦力矩：                       (7-62)上面討論了車輛轉(zhuǎn)向時發(fā)動機載荷比隨轉(zhuǎn)向參數(shù)變化的規(guī)律，以及第二種轉(zhuǎn)向情況下轉(zhuǎn)向離合器制動摩擦力矩的計算方法，下面將進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)向時發(fā)動機載荷比隨轉(zhuǎn)向半徑R變化的特點。由于轉(zhuǎn)向離合器式履帶車輛轉(zhuǎn)向時外側(cè)快速履帶的行駛速度與直線行駛時相等，所以行駛速度有如下關(guān)系：于是，車輛轉(zhuǎn)向時發(fā)動機載荷比的表達(dá)式可寫為：&#

30、160;               (7-63)上式表明，發(fā)動機載荷比由三部分組成，它們分別表示車輛在不同轉(zhuǎn)向半徑時各部分功率消耗的比值。如果這三部分分別由、和表示，則可表示為：式中：轉(zhuǎn)向時用于基本直線運動所消耗的功率與轉(zhuǎn)向前直線運動所消耗的功率之比；車輛繞本身轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動時所消耗的功率與直線運動所消耗的功率之比；車輛轉(zhuǎn)向時慢速側(cè)轉(zhuǎn)向離合器(或制動器)消耗的功率與直線運動所消耗的功率之比。轉(zhuǎn)向阻力矩，內(nèi)側(cè)履帶完全制動的情況下，車輛將以最小轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向，此

31、時轉(zhuǎn)向半徑等于履帶軌距的一般，即，則此時：            (7-64)這在圖7-19上即是最上邊的一條實線，此時=0。圖7-19中還給出了轉(zhuǎn)向半徑為0.5B至之間的射線族。圖中的水平點劃線表示各R值時的值，斜虛線表示各轉(zhuǎn)向半徑R的值。因此，實線與虛線間的垂直距離就代表值。圖7-19給出了轉(zhuǎn)向半徑R=B時，上述三部分功率消耗比值隨轉(zhuǎn)向參數(shù)而變化的圖線。此時，代表車輛基本直線運動所消耗的功率比值為：顯然，僅隨車輛轉(zhuǎn)向半徑R而變化，它與轉(zhuǎn)向參數(shù)值的大小無關(guān)。不論<0.5或>

32、;0.5，這一部分功率消耗比值在圖7-19上表示均為一條水平線。當(dāng)R=B時可以得出：   圖7-19 具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛值隨轉(zhuǎn)向參數(shù)而變化的線圖及分布圖等式右邊為一斜直線，它表示以該轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向時，車輛作基本直線運動和相對轉(zhuǎn)動所消耗的功率之和與轉(zhuǎn)向前作等速直線運動所消耗的功率之比值。例如當(dāng)轉(zhuǎn)向參數(shù)=1時，、分別代表車輛轉(zhuǎn)向時基本直線運動、相對轉(zhuǎn)動和制動器摩擦所消耗的功率與轉(zhuǎn)向前等速直線運動所消耗的功率之比值。(見圖7-19右圖)。圖7-20和圖7-21分別給出了具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛在<0.5和>0.5的情況下轉(zhuǎn)向行駛，其功率流流向。當(dāng)=0.5時，說

33、明慢速側(cè)離合器已徹底分離，由發(fā)動機傳來的功率不再傳給該側(cè)履帶而全部傳給快速履帶。如果慢速制動器完全制動，車輛以最小轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向，則制動器中的摩擦功率=0。     圖7-20 v<0.5時具有轉(zhuǎn)向離合器的            圖7-21 v>0.5時具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛的功率流            

34、0;        履帶式車輛的功率流2.雙差速器對履帶式車輛轉(zhuǎn)向性能的影響(1)雙差速器履帶式車輛轉(zhuǎn)向運動學(xué)圖7-22給出了具有雙差器的履帶式車輛的后橋結(jié)構(gòu)簡圖(假定沒有最終傳動)。雙差速器與單差速器相比，雙差速器具有雙重行星齒輪。內(nèi)行星齒輪與兩半軸齒輪常嚙合，而外行星齒輪則與兩個制動齒輪常嚙合。當(dāng)車輛作直線行駛時，兩側(cè)制動器是松開的，制動齒輪分別在左、右半軸上空轉(zhuǎn)，不起作用。圖722 具有雙差速器的履帶式車輛    從中央傳動傳來的動力經(jīng)內(nèi)行星齒輪和左、右半軸齒輪分別后橋結(jié)構(gòu)簡圖 

35、              傳給左、右驅(qū)動輪。當(dāng)一側(cè)制動器制動時，雙重行星齒輪除了與差速器殼共同旋轉(zhuǎn)外，還要繞本身軸線自轉(zhuǎn)，兩個半軸就以不同的角速度旋轉(zhuǎn)。與此同時，通過外行星齒輪有一部分功率消耗在慢速側(cè)制動器上。故傳到兩側(cè)驅(qū)動輪上的驅(qū)動力矩也不相同，這樣就使兩側(cè)驅(qū)動輪具有不同的驅(qū)動力，從而使車輛實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。圖7-23表明了雙差速器的運動情況。設(shè)半軸齒輪和制動齒輪的平均節(jié)圓半徑分別為和，內(nèi)、外行星齒輪的平均節(jié)圓半徑分別為和。設(shè)外行星齒輪與慢速側(cè)制動齒輪的嚙合點為C點。由

36、于行星齒輪自轉(zhuǎn)(行星齒輪自轉(zhuǎn)角速度的大小隨制動情況而變化)，則C點的速度可以寫成：                             (a)圖723 雙差速器運動簡圖             &

37、#160;                               (b)式中：慢速側(cè)制動齒輪的角速度。聯(lián)解(a)、(b)兩式，并結(jié)合上一節(jié)公式(7-23)得：           (7

38、-65)上式中的是當(dāng)差速器殼不動時，制動齒輪到半軸齒輪之間的減速比，稱為雙差速器的傳動比。雙差速器的傳動比都大于1。上式表明，雙差速器的運動學(xué)特性和單差速器完全相同。具有雙差速器的履帶式車輛在轉(zhuǎn)向時的平均速度等于它作直線運動時的速度。當(dāng)將慢速側(cè)制動齒輪完全制動住時(=0)，車輛以最小轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向，此時，式(7-65)可寫為：                       

39、;   (7-66)繼而得：                               (c)根據(jù)圖7-12可以看出：             &#

40、160;               d)聯(lián)解(c)、(d)兩式得：                           (7-67)該式表明，具有雙差速器得履帶式車輛的最小轉(zhuǎn)向半徑與車輛的軌距B和雙

41、差速器的傳動比成正比。由于>1，所以其最小轉(zhuǎn)向半徑比具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛為大。(2)雙差速器履帶式車輛轉(zhuǎn)向動力學(xué)圖7-24給出了穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時在雙重行星齒輪脫離體上的外力作用情況。和分別表示慢、快半軸齒輪作用在內(nèi)行星齒輪上的圓周力，表示慢速側(cè)制動齒輪作用在外行星齒輪上的圓周力，因而：     圖724 雙重行星齒輪受力簡圖         (e)         (f) 

42、0;       (g)式中：、車輛轉(zhuǎn)向時，分別作用在慢、快速半軸上的力矩。制動器的摩擦力矩。如果略去雙差速器中的摩擦力不計，則根據(jù)雙重行星齒輪上的力矩平衡條件可得出：將式(e)、(f)、(g)代入上式，并加以整理可得：                 (7-68)圖725 作用在具有雙差速器的履帶      上式說明，制動器摩

43、擦力矩越大，車輛兩側(cè)驅(qū)動輪上的式車輛后橋上的力矩        力矩之差也就越大。作用在具有雙差速器的履帶式車輛后橋脫離體上的來力矩，如圖7-25所示。根據(jù)該圖可得如下的力矩平衡方程式：      (7-69)繼而可得出作用在兩個半軸上得驅(qū)動力矩為：                 (7-70)由上式可以看出，作用在快

44、速半軸上的驅(qū)動力矩時才是正值。當(dāng)慢速側(cè)制動器的摩擦力矩時，則為負(fù)值。此時慢速側(cè)半軸不再是驅(qū)動軸，而是被快速側(cè)履帶傳動給機體的推力所帶動。該側(cè)在推力作用下，慢速履帶上就產(chǎn)生了與車輛運動方向相反的負(fù)驅(qū)動力，并使該側(cè)驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)方向與快速側(cè)驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)方向相同。假設(shè)履帶驅(qū)動段效率=1，具有雙差速器的履帶式車輛的轉(zhuǎn)向力矩為：代入式(7-68)得：                      

45、60;                (7-71)當(dāng)車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向力矩恒等于總轉(zhuǎn)向力矩。因此，將代入式(7-71)，可以得到制動器摩擦力矩的表達(dá)式：                        

46、0;(7-72)轉(zhuǎn)向外側(cè)履帶得附著條件：                 (7-73)受附著條件限制時的轉(zhuǎn)向力矩為：當(dāng)車輛不帶負(fù)荷，在滾動阻力極小的情況下穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時，由于及f0，則由土壤附著條件所決定的力矩應(yīng)為：                   

47、       (7-74)將此式帶入，可得到由土壤附著條件決定的制動器最大摩擦力矩為：                           (7-75)上式可作為設(shè)計制動器時參數(shù)選擇依據(jù)。(3)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時發(fā)動機的載荷比下面討論具有雙差速器的履帶式車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時發(fā)動機載荷比問題。由

48、上可知，轉(zhuǎn)向行駛時的發(fā)動機載荷比為：           (7-76)式中: 上式說明，具有雙差速器的履帶式車輛發(fā)動機載荷比值，不僅取決于轉(zhuǎn)向參數(shù)，而且還和雙差速器的傳動比有關(guān)。增加雙差速器傳動比，可以使發(fā)動機載荷比值降低，但另圖726 >0.5時具有雙差速器   一方面又會使車輛的最小轉(zhuǎn)向半徑增大，一般取2.5 3.0的履帶式車輛的功率流   較為適宜。另外，這種車輛的發(fā)動機載荷比恒大于1，無論在<0.5或>0.5時，發(fā)動機載

49、荷都比車輛作直線行駛時為大。(4)雙差速器傳動的功率循環(huán)圖7-26給出了具有雙差速器的履帶式車輛在>0.5轉(zhuǎn)向時的功率流流向?，F(xiàn)在來討論在這種轉(zhuǎn)向情況下可能出現(xiàn)的一種功率循環(huán)現(xiàn)象。設(shè)車輛以最小轉(zhuǎn)向半徑在水平地段上作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向。發(fā)動機傳給差速器殼的功率應(yīng)為：             (7-77)由差速器殼傳給快速半軸和履帶的功率為：       由繼續(xù)可得：     

50、;             (7-78)可以看出，當(dāng)時，。這就是說，傳給快速側(cè)半軸和履帶上的功率反而比發(fā)動機給差速器殼的功率還要大。為了解釋這一現(xiàn)象，就必須討論一下此時慢速側(cè)半軸和履帶的情況。慢速側(cè)半軸和履帶所傳遞的功率為：當(dāng)>0.5時，是負(fù)值，這說明慢速側(cè)半軸所得到的這個功率不是從差速器殼處傳來的，而是由機體通過慢速側(cè)履帶傳到慢速側(cè)半軸上的。慢速側(cè)半軸同時又將這部分功率通過差速器傳給快速側(cè)半軸。因此，在這種情況下，這一部分功率就按以下次序不斷地進(jìn)行循環(huán)：快速側(cè)半軸機體

51、慢速側(cè)半軸差速器快速側(cè)半軸快速側(cè)半軸。這種現(xiàn)象就稱為功率循環(huán)。被循環(huán)的這部分功率叫做寄生功率。>0.5時的功率流流向時，慢速側(cè)半軸所傳遞的功率是正值，它表明該功率是由發(fā)動機通過差速器殼傳來的，此時無功率循環(huán)現(xiàn)象。3.對履帶式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)的簡單評價履帶式車輛的使用壽命和生產(chǎn)率在一定程度上取決于它轉(zhuǎn)向機構(gòu)的性能情況。為了保證車輛在任何使用條件下都能轉(zhuǎn)向，對轉(zhuǎn)向機構(gòu)提出的基本要求是：(1)轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)保證車輛能平穩(wěn)地、迅速地由直線運動轉(zhuǎn)入沿任意轉(zhuǎn)向半徑的曲線運動；(2)轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)使車輛在轉(zhuǎn)向時具有較小的發(fā)動機載荷比，以免發(fā)動機熄火；(3)轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)使車輛具有較小的轉(zhuǎn)向半徑，以提高車輛的機動性；(

52、4)轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)保證車輛具有穩(wěn)定的直線行駛性，不應(yīng)有自由轉(zhuǎn)向的趨勢。目前在履帶式車輛上采用的各種轉(zhuǎn)向機構(gòu)，都不能滿足上述第一條要求。因為當(dāng)車輛結(jié)構(gòu)和土壤、載荷條件都一定時，合成轉(zhuǎn)向阻力矩值都隨著轉(zhuǎn)向半徑而變化。要使車輛以任意轉(zhuǎn)向半徑平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向是十分困難的。圖7-27給出了各種轉(zhuǎn)向機構(gòu)的發(fā)動機載荷比隨轉(zhuǎn)向參數(shù)而變化的關(guān)系線圖。如前所述，車輛在轉(zhuǎn)向后，其發(fā)動機載荷比分別為：          (當(dāng)0.5時)     (當(dāng)0.5時)雙差速器：  

53、0;          聯(lián)解圖中表征直線1和2的方程可得：                                      

54、60;(7-79)圖7-27可以看出，如果轉(zhuǎn)向參數(shù)<，采用轉(zhuǎn)向離合器或單級行星機構(gòu)的值，要比具有雙差速器的車輛為小。特別是當(dāng)<0.5時，具有前兩種轉(zhuǎn)向機構(gòu)的車輛不會導(dǎo)致發(fā)動機過載。但當(dāng)>時，具有雙差速器車輛的值，要比具有其它兩種轉(zhuǎn)向機構(gòu)車輛的值為小。因此，在選擇轉(zhuǎn)向機構(gòu)時，應(yīng)該考慮到車輛在最經(jīng)常轉(zhuǎn)向條件下轉(zhuǎn)向時的值。圖727  發(fā)動機載荷比           實際上，雙差速器傳動比的選擇，常受到后橋結(jié)構(gòu)安排和車輛最小隨轉(zhuǎn)向參數(shù)  轉(zhuǎn)向半徑的限制，其值不能選得太大，一

55、般取2.53較為合適。而變化的關(guān)系圖  如果其它條件都相同，則采用轉(zhuǎn)向離合器或單級行星機構(gòu)的車輛的機動性比具有雙差速器的更好。前兩種轉(zhuǎn)向機構(gòu)所決定得車輛最小轉(zhuǎn)向半徑要比具有雙差速器得車輛小。采用轉(zhuǎn)向離合器或單級行星機構(gòu)的車輛直線行駛穩(wěn)定性較好。因為它們的左、右驅(qū)動輪是連成一整體的，因而直線行駛性能較好。此外，雙差速有一個很大的優(yōu)點，即它可以不降低車輛轉(zhuǎn)向時的平均速度，因而可提高機器的生產(chǎn)率。二、偏轉(zhuǎn)履帶轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)向理論帶有多履帶行走裝置的車輛在直線行走時與雙履帶行走裝置車輛基本相同，只是多履帶行走裝置的履帶一般沒有履刺，只是靠履帶板與地面的摩擦而獲得切線牽引力。對于多履帶車輛的轉(zhuǎn)向

56、卻不同于雙履帶車輛常用的滑移轉(zhuǎn)向，它是靠一條或多條履帶相對車架偏轉(zhuǎn)一定的角度，以使車輛按曲線路徑行駛的。它的轉(zhuǎn)向方式接近于輪式車輛的轉(zhuǎn)向。偏轉(zhuǎn)履帶轉(zhuǎn)向時，由于接觸面積大，地面通過履帶給車輛的一個很大的轉(zhuǎn)向阻力矩。下面我們討論一下偏轉(zhuǎn)履帶轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)向理論。1.偏轉(zhuǎn)履帶轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向時運動及受力分析多履帶車輛按履帶數(shù)及履帶布置方式不同可分為多類，如圖7-28所示。而其轉(zhuǎn)向機理均為偏轉(zhuǎn)履帶轉(zhuǎn)向。下面我以圖7-28a所示的三履帶車輛為例進(jìn)行研究。多履帶車輛轉(zhuǎn)向時，每條履帶各有其著地段速度瞬心如圖7-29中，縱向偏移量，橫向偏移量。圖7-28 履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)類型B-車輛軌距，  

57、            L-前后履帶著地段中心的縱向距離，ri-第i條履帶理論轉(zhuǎn)向半徑， rsi-第i條履帶實際轉(zhuǎn)向半徑，xi-oi點至y軸距離，          yi-oi點至x軸距離。圖7-29 三履帶車輛轉(zhuǎn)向運動簡圖將車輛上機架的回轉(zhuǎn)中心到的距離定義為理論轉(zhuǎn)向半徑r，將到的距離定義為實際轉(zhuǎn)向半徑r，則二者的相對誤差反映了多履帶車輛能否按預(yù)定軌跡轉(zhuǎn)向的性能，我們將此參數(shù)定義為轉(zhuǎn)向不準(zhǔn)確度：&

58、#215;100                        (7-80)當(dāng)車輛以角速度繞實際轉(zhuǎn)向中心轉(zhuǎn)動時，各履帶著地段繞其各自的速度瞬心以角速度轉(zhuǎn)動，的絕對速度為零。令第i條履帶的纏繞速度為，則：              

59、           (7-81)履帶著地段繞轉(zhuǎn)動，履帶縱軸上點的滑轉(zhuǎn)速度為，則由該條履帶的滑轉(zhuǎn)率可得出：                          (7-82)可見將隨增大而增大。當(dāng)此履帶與地面間出現(xiàn)滑移時，為負(fù)值，將偏向履帶另一側(cè)(向轉(zhuǎn)向

60、中心接近)。為了便于進(jìn)行受力分析，我們先作如下簡化：(1)由于多履帶車輛履帶架多采用多級平衡梁結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為履帶接地比壓均勻；(2)多履帶車輛通常在經(jīng)過平整且土壤變形不大的地面上工作，因此在討論中不考慮土壤的變形。(3)由于多履帶車輛履帶板一般無履刺，可認(rèn)為履帶與地面的摩擦服從庫侖定律，其摩擦特性在各個方向均相同。為了便于討論，建立各條履帶的局部坐標(biāo)系：以履帶著地段瞬時轉(zhuǎn)動中心為原點，與的連線為軸，過平行于履帶縱向軸線的直線為Xi軸建立在平直角坐標(biāo)系(圖7-30)，履帶著地區(qū)段每一微元dxdy上有微量摩擦為作用，方向與該點絕對速度相反，它在軸和軸方向上有分量，由此可得出履帶牽引力及側(cè)向力：&#

61、160;                (7-83)                   (7-84)式中：為履帶板與地面間的摩擦系數(shù)；為第i條履帶的垂直負(fù)荷。地面對履帶的轉(zhuǎn)向阻力矩(繞履帶接地段中心)為：      (7-85)

62、 2履帶寬度對車輛轉(zhuǎn)向阻力矩的影響                           圖7-30(1)忽略履帶寬度的影響履帶車輛在轉(zhuǎn)向時，內(nèi)外側(cè)履帶存在著不同程度的滑轉(zhuǎn)或滑移，致使履帶接地面速度瞬心不在其幾何中心上，而發(fā)生橫向偏移。若履帶車輛在堅實平坦的地面上轉(zhuǎn)向，側(cè)轉(zhuǎn)向阻力矩由著地區(qū)段履帶與地面的摩擦力所引起，而摩擦力的大小

63、僅與其上的負(fù)荷成正比，方向與該點絕對速度方向相反。不計履帶寬度影響時，履帶轉(zhuǎn)向阻力矩的計算簡圖，如圖7-31所示。作用在履帶上的載荷為，沿履帶縱向?qū)ΨQ軸線均布。在以履帶接地面速度瞬心為原點，履帶橫向?qū)ΨQ軸線為X軸的直角坐標(biāo)系內(nèi)，履帶著地區(qū)段任一微元dy上有微量摩擦力作用，方向與該點絕對速度方向相反，可得出摩擦阻力矩為：                   (7-86) 式中：作用于履帶的載荷；轉(zhuǎn)向狀態(tài)下履帶與地面的摩擦系數(shù)；微

64、元dy到速度曖心的距離；L履帶接地長度。C=0，相當(dāng)于繞履帶幾何中心轉(zhuǎn)動，則：                  圖731 履帶轉(zhuǎn)向阻力矩的計算簡圖                        (7-87)C

65、0時，   (7-88)令橫向偏移系數(shù)：      (7-89)則                                       

66、60;                (7-90)不計履帶寬度時車輛總的轉(zhuǎn)向阻力矩為每條履帶轉(zhuǎn)向阻力矩之和。(2)考慮履帶寬度的影響時，履帶的轉(zhuǎn)向阻力矩的計算簡圖，如圖7-32所示。作用在履帶上的載荷沿履帶接地面均布，以履帶接地面速度瞬心為原點，履帶橫向?qū)ΨQ軸線為X軸的直角坐標(biāo)系內(nèi)，在履帶上取一個單元面和dxdy，該面積中心到坐標(biāo)原點的距離為，則單元體繞點轉(zhuǎn)動的摩擦阻力矩為：     &

67、#160;                           圖732 履帶轉(zhuǎn)向阻力矩的計算簡圖式中：履帶對地面的平均比壓力；履帶寬度。，C值不同，會得到不同的摩擦力矩公式，這里不再贅述。令,簡化摩擦力矩得：          

68、              (7-91)考慮履帶寬度時車輛總的轉(zhuǎn)向阻力矩為每條履帶轉(zhuǎn)向阻力矩之和。在考慮履帶寬度的情況下，應(yīng)采用上式計算車輛得轉(zhuǎn)向阻力矩，為簡化計算，現(xiàn)將給定情況下與的關(guān)系曲線繪出，如圖7-33所示。圖733 曲線當(dāng)給定和時，由此線便可查出，的值，使計入履帶寬度時的回轉(zhuǎn)阻力矩的計算得以簡化，極易得到計算結(jié)果。3、評價多履帶車輛轉(zhuǎn)向性能的指標(biāo)多履帶車輛的操縱者通過控制轉(zhuǎn)向履帶的偏轉(zhuǎn)角度以得到不同的轉(zhuǎn)向半徑，由于履帶著地段速度瞬心的縱向偏移使實際轉(zhuǎn)向半徑

69、通常不等于理論轉(zhuǎn)向半徑，二者的相對誤差反映了車輛實際軌跡與理論軌跡的偏移程度，可作為評價多履帶車輛轉(zhuǎn)向性能的指標(biāo)，它取決于車輛的驅(qū)動方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、重心坐標(biāo)及地面條件。多履帶車輛直線行駛時，驅(qū)動履帶發(fā)出的力用于克服各條履帶的滾動阻力，而轉(zhuǎn)向時，驅(qū)動履帶的驅(qū)動力不僅要克服各條履帶的滾動阻力，還要克服轉(zhuǎn)向阻力，轉(zhuǎn)向時履帶的驅(qū)動力通常高于直線行駛的情況。驅(qū)動力的增加可能導(dǎo)致原動機及傳動零件的過載，我們將穩(wěn)定轉(zhuǎn)向履帶i的驅(qū)動力與直線行駛時履帶i的驅(qū)動力的相對差值定義為轉(zhuǎn)向驅(qū)動力增加率，也作為評價多評價多履帶車輛轉(zhuǎn)向性能的指標(biāo)。×100。4.影響轉(zhuǎn)向性能的因素影響多履帶車輛轉(zhuǎn)向性能的因素很多。如，驅(qū)動方式、重心位置等。我們著重討論履帶的布置偏轉(zhuǎn)方式及驅(qū)動履帶條數(shù)對轉(zhuǎn)向性能的影響。(1)履帶布置及轉(zhuǎn)向方式對轉(zhuǎn)向性能的影響三履帶車輛的三條履帶布置方案有二種，如圖7-28a、b所示，a型是轉(zhuǎn)向履帶一前一后對稱布置；b型是轉(zhuǎn)向履帶縱軸線對稱布置。采用a型布置方案時，車輛向非轉(zhuǎn)向履帶一側(cè)向(方案1)與轉(zhuǎn)向履帶一側(cè)轉(zhuǎn)向(方案2)的性能差異很