履帶車輛小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)滑轉(zhuǎn)的載荷比研究

遲 媛，王洪濤，石丹丹，張榮蓉

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

履帶車輛小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)滑轉(zhuǎn)的載荷比研究

遲 媛，王洪濤，石丹丹，張榮蓉

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

為分析履帶車輛差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向性能，在考慮滑轉(zhuǎn)的履帶車輛實(shí)際轉(zhuǎn)向情況的基礎(chǔ)上，對(duì)履帶車輛小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)其載荷比和轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系進(jìn)行理論分析，并獲得兩者間關(guān)系。通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)計(jì)算獲得小半徑差速轉(zhuǎn)向且考慮滑轉(zhuǎn)時(shí)的載荷比和轉(zhuǎn)向半徑數(shù)值，并繪制考慮滑轉(zhuǎn)時(shí)載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的實(shí)際關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)在考慮滑轉(zhuǎn)條件下實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的功率小于理論轉(zhuǎn)向時(shí)消耗功率，且小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率大于外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率，同時(shí)發(fā)現(xiàn)根據(jù)土壤剪切作用也可以計(jì)算出考慮滑轉(zhuǎn)的載荷比，雖然該方法計(jì)算的載荷比在數(shù)值上與實(shí)測(cè)載荷比有一定誤差，但因其無(wú)需進(jìn)行扭矩測(cè)試，可作為載荷比的定性分析方法，研究可為采用液壓機(jī)械雙功率流的差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)履帶車輛的研究提供參考。

履帶車輛；滑轉(zhuǎn)；載荷比；轉(zhuǎn)向半徑；差速轉(zhuǎn)向

轉(zhuǎn)向性能是表征車輛改變運(yùn)動(dòng)方向能力，評(píng)價(jià)車輛性能的重要指標(biāo)[1-2]。通常以轉(zhuǎn)向半徑、轉(zhuǎn)向角速度、直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和載荷比等為評(píng)價(jià)指標(biāo)。不考慮滑移滑轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)理論不能準(zhǔn)確反映履帶車輛實(shí)際轉(zhuǎn)向情況，近年來(lái)學(xué)者在考慮滑移滑轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)向半徑、轉(zhuǎn)向角速度和直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、牽引特性等評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究[3-6]，但載荷比和滑移滑轉(zhuǎn)關(guān)系研究有待深入。載荷比，也稱發(fā)動(dòng)機(jī)載荷增長(zhǎng)程度或轉(zhuǎn)向功率比，是指在相同土壤條件下，載荷相同（即車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)力和等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力相同）時(shí)，履帶車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)和等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率比[7-8]。載荷比越大，轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的相應(yīng)功率越大。方志強(qiáng)等考慮高速側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)和低速側(cè)履帶滑移，對(duì)安裝不同轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)履帶車輛轉(zhuǎn)向功率和直駛功率進(jìn)行比較分析，得到不同轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向功率比[9-10]；Bruce等在考慮打滑的情況下對(duì)不同轉(zhuǎn)向半徑時(shí)功率消耗進(jìn)行研究[11-13]?；苹D(zhuǎn)在履帶車輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中必然存在。安裝差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的履帶車輛在小半徑轉(zhuǎn)向即O＜R≤B/2時(shí)兩側(cè)履帶均滑轉(zhuǎn)。本文針對(duì)自行設(shè)計(jì)的履帶車輛液壓機(jī)械三行星排轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，旨在考慮兩側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)載荷比與轉(zhuǎn)向半徑關(guān)系進(jìn)行理論推導(dǎo)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，為履帶車輛差速轉(zhuǎn)向性能分析提供理論基礎(chǔ)。

1 載荷比與轉(zhuǎn)向半徑

1.1 驅(qū)動(dòng)力

試驗(yàn)采用的塑性土壤，在剪切力達(dá)到最大值后，仍保持最大值，不出現(xiàn)駝峰，故采用Janosi和Hanamoto土壤剪切模型[14]：

式中，c-土壤的內(nèi)聚力（kPa）；φ-土壤的內(nèi)摩擦角（°）；σ-作用在剪切面上的法向應(yīng)力（kPa）；K-土壤的剪切變形模量（cm）；j-剪切位移量（cm）。

在履帶接地面微段上，取該接地面對(duì)稱軸為x坐標(biāo)軸。計(jì)算得到履帶車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，外側(cè)履帶與地面相互作用產(chǎn)生的推力即驅(qū)動(dòng)力為：

式中，b-履帶寬（m）；L-履帶接地長(zhǎng)度（m）；A-履帶接地面積，即A=2bL，m2；G-履帶車輛整車重力（N）；io為外側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率。

同理，內(nèi)側(cè)履帶與地面相互作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力為：

式中，ii-內(nèi)側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率。

由式（2）和式（3）可知，小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與內(nèi)、外側(cè)履帶-地面相互作用產(chǎn)生的滑轉(zhuǎn)有關(guān)。

1.2 平面運(yùn)動(dòng)方程

傳統(tǒng)的離合器和制動(dòng)器轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其最小轉(zhuǎn)向半徑為B/2。此時(shí)，外側(cè)履帶動(dòng)力不變，內(nèi)側(cè)履帶動(dòng)力切斷且制動(dòng)（即內(nèi)側(cè)履帶速度為0）。當(dāng)向內(nèi)側(cè)履帶施加一個(gè)與外側(cè)履帶運(yùn)動(dòng)方向相反的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，內(nèi)側(cè)履帶向與外側(cè)履帶運(yùn)動(dòng)方向相反方向運(yùn)動(dòng)，履帶車輛便開(kāi)始差速轉(zhuǎn)向，這時(shí)轉(zhuǎn)向半徑O＜R≤B/2。當(dāng)內(nèi)側(cè)履帶速度增加達(dá)到與外側(cè)履帶的速度大小相同時(shí)，理論上車輛平面幾何中心的轉(zhuǎn)向半徑為0，實(shí)現(xiàn)履帶車輛的原地轉(zhuǎn)向。履帶車輛差速轉(zhuǎn)向和原地轉(zhuǎn)向通過(guò)差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)差速轉(zhuǎn)向時(shí)履帶與地面的相互作用進(jìn)行分析，以車體中心O為坐標(biāo)中心，建立平面直角坐標(biāo)系，如圖1所示。其中，O′為轉(zhuǎn)向中心；Ffi、Ffo為內(nèi)外側(cè)履帶的行駛阻力；Fi、Fo為內(nèi)外側(cè)履帶的推力。

圖1 履帶車輛小半徑轉(zhuǎn)向的平面運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.1 Plane motion schematic for steering within small radius of tracked vehicle

履帶車輛在水平地面上穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向，縱向力對(duì)車體中心的合力矩為0，則

式中，Mμ-轉(zhuǎn)向阻力矩；B-履帶軌距（m）。

1.3 載荷比

前期研究表明，動(dòng)力差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在小半徑轉(zhuǎn)向時(shí)打滑現(xiàn)象突出，對(duì)載荷比影響較大。

履帶車輛轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的功率包括克服行駛阻力消耗的功率、克服轉(zhuǎn)向阻力矩消耗的功率和克服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動(dòng)力矩消耗的功率。液壓機(jī)械雙功率流差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時(shí)沒(méi)有制動(dòng)功率損失。設(shè)履帶車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向和等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，中央傳動(dòng)從動(dòng)齒輪上的角速度相同，則簡(jiǎn)化載荷比計(jì)算式為：

式中，f-摩擦阻力系數(shù)，取0.11；ν-轉(zhuǎn)向或直行時(shí)車體質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度（m·s-1）；ω-履帶式車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向時(shí)的回轉(zhuǎn)角速度（rad·s-1）；R-轉(zhuǎn)向半徑（m）。

將式（2）、（3）、（4）帶入式（5）得到

可知式（7）中，s是與履帶車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、土壤參數(shù)、車輛重量、內(nèi)外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率有關(guān)的函數(shù)。履帶車輛小半徑轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)履帶均為滑轉(zhuǎn)，且通常較小，給定滑轉(zhuǎn)率io、ii的范圍為（0，1）。當(dāng)履帶車輛在含水率為7.1%、內(nèi)摩擦角φ=18.087°、內(nèi)聚力c=21.045 kPa、土壤剪切變形模量K=0.22 cm的土壤上作業(yè)，且履帶軌距B=0.715 m、履帶寬b= 0.15 m、履帶接地長(zhǎng)L=0.75 m、車體重力G=2 940 N時(shí)，利用MATLAB軟件可以得到式（7）的曲線變化關(guān)系，如圖2所示（其中外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率io為x軸，內(nèi)側(cè)滑轉(zhuǎn)率ii為y軸，s為z軸）：

圖2 s與兩側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系Fig.2 Relationship between s and skid ratio of each track

為更清楚觀察s的取值范圍，轉(zhuǎn)換視角，在yoz平面即內(nèi)側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率ii和s平面內(nèi)觀察，由圖3可知，s的變化區(qū)間為（0.9，6.1）。隨著內(nèi)、外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率的增大s均增大。

圖3 s在yoz平面的投影Fig.3 Projection of s in the yoz plane

根據(jù)式（6）、（7），載荷比可以表示為

根據(jù)式（8），用MATLAB軟件分別畫(huà)得s=0.9、s=1.2、s=1.5、s=1.8、s=2時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑與載荷比的多條關(guān)系曲線，如圖4所示（從下到上依次為s=0.9、s=1.2、s=1.5、s=1.8、s=2時(shí)轉(zhuǎn)向半徑與載荷比的關(guān)系曲線）。

圖4 載荷比ξ與轉(zhuǎn)向半徑R的理論關(guān)系曲線Fig.4 Theoretical curve between steering power ratio ξ and turning radius R

由圖4可知，s一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)向半徑的增加，載荷比減小。而載荷比的大小與s的大小有關(guān)，s的大小又與兩側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率有關(guān)，故載荷比與兩側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率有關(guān)。結(jié)合圖3分析可知，在轉(zhuǎn)向半徑一定時(shí)，隨著滑轉(zhuǎn)率的增加，對(duì)s值的影響越大，對(duì)載荷比的影響也越大。

2 載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的試驗(yàn)研究

2.1 滑轉(zhuǎn)率

通過(guò)履帶樣機(jī)試驗(yàn)，可以測(cè)得載荷比和轉(zhuǎn)向半徑的值，滑轉(zhuǎn)率的測(cè)量方法如下：

履帶相對(duì)于地面的滑轉(zhuǎn)速度，與理論速度的比值稱為履帶的滑轉(zhuǎn)率?；D(zhuǎn)率為正，履帶滑轉(zhuǎn)；滑轉(zhuǎn)率為負(fù)，履帶滑移。內(nèi)、外側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率為：

式中，νti、νto分別為內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的角速度與節(jié)圓半徑確定的理論速度，方向相反；νsi、νso分別為內(nèi)外側(cè)履帶的實(shí)際速度。

又因?yàn)閮?nèi)、外側(cè)履帶實(shí)際速度為：

將式（11）、（12）分別帶入式（9）、（10），可以得到試驗(yàn)中內(nèi)、外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率為：

則內(nèi)、外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率可以分別表示為：

通過(guò)試驗(yàn)中由輸入端實(shí)際測(cè)得的輸入轉(zhuǎn)速計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪理論速度和實(shí)際測(cè)得的轉(zhuǎn)向半徑，可知相同轉(zhuǎn)向半徑時(shí)ki、ko的值，并對(duì)比ki、ko，從而判定內(nèi)外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率。

3 結(jié)果與分析

3.1 載荷比與轉(zhuǎn)向半徑

3.1.1 基于土壤剪切作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算載荷比

根據(jù)土壤的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，得到履帶試驗(yàn)樣機(jī)試驗(yàn)的土壤參數(shù)值：內(nèi)摩擦角φ=18.087°、內(nèi)聚力c=21.045 kPa、土壤剪切變形模量K=0.22 cm。

由土壤的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和實(shí)際測(cè)得的內(nèi)、外側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率，再結(jié)合式（6）計(jì)算得到載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系，得到基于土壤剪切作用的載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系圖，如圖5所示。

從土壤參數(shù)的角度出發(fā)，考慮履帶與地面的剪切作用所產(chǎn)生的滑轉(zhuǎn)而得到的載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系。

3.1.2 基于功率輸出實(shí)測(cè)的載荷比

將樣機(jī)試驗(yàn)測(cè)得的扭矩和轉(zhuǎn)速帶入載荷比的試驗(yàn)表達(dá)式[22]，得到履帶車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的實(shí)際載荷比，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得轉(zhuǎn)向半徑，從而得到考慮滑轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際載荷比與實(shí)際轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系曲線，則O＜R≤B/2時(shí)的實(shí)際載荷比與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系曲線如圖6所示。

從載荷比定義的角度出發(fā)，考慮履帶車輛小半徑差速轉(zhuǎn)向發(fā)生滑轉(zhuǎn)的情況下，根據(jù)差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)直行時(shí)和轉(zhuǎn)向時(shí)的扭矩、轉(zhuǎn)速計(jì)算得到的載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系。

由圖5、6可知，考慮兩側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)的基于土壤剪切作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算的載荷比和基于功率輸出實(shí)測(cè)的載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的變化關(guān)系均一致，轉(zhuǎn)向半徑增加時(shí)，載荷比有減小趨勢(shì)。且在數(shù)值上基于土壤剪切作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算的載荷比大于基于功率輸出實(shí)測(cè)的載荷比，這是由于公式（6）中車體重量G是估計(jì)值，與車體的實(shí)重不同，同時(shí)摩擦阻力系數(shù)f隨實(shí)際地面條件變化，且通過(guò)土壤剪切試驗(yàn)測(cè)得的土壤參數(shù)值φ、c、K只是取同一性質(zhì)地面的部分土壤，并不代表試驗(yàn)地面的整體情況，所以兩種方法實(shí)測(cè)的載荷比不同。通過(guò)土壤剪切試驗(yàn)進(jìn)行考慮滑轉(zhuǎn)的載荷比的研究，還需要進(jìn)行樣機(jī)的試驗(yàn)測(cè)定內(nèi)外側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率ii、io，但只需進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試，不需進(jìn)行扭矩的動(dòng)力學(xué)測(cè)試。這種方法雖然存在誤差，但可作為考慮滑轉(zhuǎn)的載荷比和轉(zhuǎn)向半徑的定性分析依據(jù)。

圖5 基于土壤參數(shù)的實(shí)際載荷比ξ與轉(zhuǎn)向半徑R的關(guān)系Fig.5 Relationship between steering power ratio and turning radius based on soil shearing function

圖6 載荷比ξ與轉(zhuǎn)向半徑R的試驗(yàn)關(guān)系曲線Fig.6 Experimental curve between steering power ratio ξ and turning radius R

圖7為基于功率輸出實(shí)測(cè)的載荷比和轉(zhuǎn)向半徑的實(shí)際關(guān)系曲線和理論關(guān)系曲線對(duì)比分析。由圖7可知，滑轉(zhuǎn)率對(duì)載荷比有一定影響。由于實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)滑轉(zhuǎn)的存在，實(shí)際轉(zhuǎn)向半徑大于理論轉(zhuǎn)向半徑。試驗(yàn)測(cè)得的考慮滑轉(zhuǎn)的載荷比小于理論分析的載荷比，即實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的功率小于理論轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的功率，考慮滑轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向情況，更能真實(shí)反映實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)的載荷比。

圖7 載荷比ξ與轉(zhuǎn)向半徑R的理論關(guān)系曲線Fig.7 Theoretical curve between steering power ratio ξ and turning radius R

3.2 載荷比與打滑率

圖8為考慮滑轉(zhuǎn)且O＜R≤B/2時(shí)，轉(zhuǎn)向半徑R 與k的關(guān)系，可以清楚看到內(nèi)側(cè)履帶ki值與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系曲線位于外側(cè)履帶ko值與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系曲線下方，且最后一組數(shù)據(jù)即轉(zhuǎn)向半徑R=0.3191 m時(shí)，內(nèi)側(cè)履帶ki值大于外側(cè)履帶ko值，即除了最后一組數(shù)據(jù)外，內(nèi)側(cè)履帶ki值明顯小于外側(cè)履帶ko值，由式（17）、（18）可以得出內(nèi)側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率大于外側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率。當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑R增加到一定程度即R＜B/2時(shí)，內(nèi)側(cè)履帶由滑轉(zhuǎn)逐漸變成滑移，外側(cè)履帶仍然保持滑轉(zhuǎn)。

履帶車輛小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)，兩側(cè)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，內(nèi)側(cè)履帶反轉(zhuǎn)，外側(cè)履帶正轉(zhuǎn)，所以差速轉(zhuǎn)向時(shí)，兩側(cè)履帶的實(shí)際速度均有小于理論速度的趨勢(shì)，所以兩側(cè)履帶均發(fā)生滑轉(zhuǎn)而不發(fā)生滑移。由圖8可知，實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率大，外側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率小，內(nèi)側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)程度大于外側(cè)履帶，使得外側(cè)履帶具有帶動(dòng)車體和內(nèi)側(cè)履帶向轉(zhuǎn)向中心方向偏移的趨勢(shì)。

圖8 轉(zhuǎn)向半徑與ki、ko的實(shí)際關(guān)系曲線Fig.8 Experimental curve between the turning radius and ki,ko

4 討論

履帶車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，不同地面情況，以及行走機(jī)構(gòu)與土壤接觸產(chǎn)生打滑，均會(huì)影響履帶車輛轉(zhuǎn)向功率發(fā)揮，影響載荷比。因此，通過(guò)對(duì)滑轉(zhuǎn)情況的研究，能夠綜合評(píng)價(jià)差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向性能，充實(shí)差速轉(zhuǎn)向理論研究。

近年研究大多針對(duì)打滑現(xiàn)象進(jìn)行，但未把打滑作為載荷比的影響因素進(jìn)行深入研究。本文通過(guò)2種方法對(duì)差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)考慮滑轉(zhuǎn)時(shí)的載荷比進(jìn)行研究：基于土壤剪切作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算的載荷比、基于功率輸出實(shí)測(cè)計(jì)算的載荷比。前者根據(jù)選定土壤的參數(shù)測(cè)量值與理論公式得到，后者通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)直接測(cè)量的扭矩、轉(zhuǎn)速計(jì)算得到。不同性質(zhì)的土壤，土壤參數(shù)不同。即使相同性質(zhì)的土壤，含水率可能不同，導(dǎo)致測(cè)量土壤參數(shù)不同。盡管本文兩種方法得到的載荷比與轉(zhuǎn)向半徑變化規(guī)律一致，但由于前種計(jì)算方法與土壤參數(shù)有直接關(guān)系，具有一定局限性，只能用作定性研究。

通過(guò)履帶樣機(jī)的試驗(yàn)，對(duì)小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)的滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行測(cè)量?；D(zhuǎn)的存在，直接使得內(nèi)外履帶的實(shí)際速度減小。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)程度大于外側(cè)履帶，且內(nèi)側(cè)履帶的實(shí)際速度小于外側(cè)履帶，使得內(nèi)側(cè)履帶有向外側(cè)履帶方向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

5 結(jié)論

本文以液壓機(jī)械雙功率流差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為例，分析滑轉(zhuǎn)條件下小半徑轉(zhuǎn)向時(shí)其載荷比與轉(zhuǎn)向半徑關(guān)系，從樣機(jī)試驗(yàn)得到結(jié)論：

a.履帶車輛小半徑轉(zhuǎn)向時(shí)，載荷比與履帶車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、地面性質(zhì)、轉(zhuǎn)向半徑、兩側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)率有關(guān)。在履帶車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、土壤參數(shù)一定時(shí)，考慮滑轉(zhuǎn)的情況下轉(zhuǎn)向半徑增大，載荷比減小；滑轉(zhuǎn)率越大，對(duì)s的影響越大，載荷比也越大。

b.基于土壤剪切作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力來(lái)計(jì)算的載荷比和基于功率輸出實(shí)測(cè)的載荷比與轉(zhuǎn)向半徑的變化關(guān)系具有一致性，即在考慮滑轉(zhuǎn)的情況下，載荷比隨著轉(zhuǎn)向半徑的增加而減小?；谕寥兰羟凶饔卯a(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算的載荷比方法雖然簡(jiǎn)單，但由于其局限性，只能用作定性研究，不能用作定量研究。

c.小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)，由于滑轉(zhuǎn)存在，實(shí)際上載荷比小于理論上不考慮打滑的載荷比，兩側(cè)履帶滑轉(zhuǎn)程度越大，實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的功率與理論轉(zhuǎn)向時(shí)消耗功率差值越大。

d.履帶車輛在O＜R≤B/2差速轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)外側(cè)履帶均滑轉(zhuǎn)，即履帶的實(shí)際速度小于理論速度。內(nèi)側(cè)履帶的滑轉(zhuǎn)率大于外側(cè)履帶，使內(nèi)側(cè)履帶的實(shí)際速度小于外側(cè)履帶，即外側(cè)履帶具有帶動(dòng)車體和內(nèi)側(cè)履帶向?qū)嶋H轉(zhuǎn)向中心方向偏移的趨勢(shì)，使實(shí)際轉(zhuǎn)向半徑減小，載荷比增大。

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Research on steering power ratio for skid-steering with small radius of tracked vehicles adopting differential steering mechanism

CHI Yuan,WANG Hongtao,SHI Dandan,ZHANG Rongrong(School of Engineering,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China)

In order to research and analyze the turning performance of tracked vehicles adopting differential steering mechanism,an approach was described for predicting the relationship between the steering power ratio and turning radius that allowed for skid condition in the differential steering of tracked vehicles with small radius.Then the relationship between the steering power ratio and turning radius was studied.With the turning radius increasing,there was a decreasing trend for the steering power ratio with the skid rate was constant.Through prototype test and data calculation,the value of steering power ratio and turning radius were acquired and the experimental relationship was also curved between them in the differential steering of tracked vehicles with small radius.Compared prototype test with theoretical analysis,the conclusion is made that the consumption of experimental steering power is less than that of the theory based on skid.And the test results also indicate that the skid rate of interior track is more than that of the outside track when the tracked vehicle is steering withsmall radius.And steering power ratio can be also calculated based on function of soil shearing. Although the values of steering power ratio calculated by this way are different from the experimental values,the way can be used to make qualitative analysis without measuring moments.Reference is provided for the study on turning performance of tracked vehicles adopting differential steering mechanism.

tracked vehicles;skid;steering power ratio;turning radius;differential steering

S219.032.2；S220.32

A

1005-9369（2014）12-0112-07

時(shí)間2014-12-29 8∶57∶00 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20141229.0857.001.html

遲媛,王洪濤,石丹丹,等.履帶車輛小半徑差速轉(zhuǎn)向時(shí)滑轉(zhuǎn)的載荷比研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(12):112-118.

Chi Yuan,Wang Hongtao,Shi Dandan,et al.Research on steering power ratio for skid-steering with small radius of tracked vehicles adopting differential steering mechanism[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(12):112-118.(in Chinese with English abstract)

2014-10-22

國(guó)家自然科學(xué)基金（51105073）；黑龍江省留學(xué)歸國(guó)人員基金（LC2011C33）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金

遲媛（1974－），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槁膸к囕v差速轉(zhuǎn)向。E-mail∶cy207@126.com