履帶式沙障埋設(shè)車坡面通過性仿真與分析

摘要：

我國(guó)沙漠化嚴(yán)重，急需埋設(shè)沙障進(jìn)行防風(fēng)固沙，沙漠地形較為復(fù)雜，沙障埋設(shè)機(jī)械的底盤性能決定能否完成沙障埋設(shè)任務(wù)，是沙漠化治理進(jìn)程中需要解決的基礎(chǔ)問題。以沙漠坡面作為主要應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)一種新型履帶式沙障埋設(shè)車，對(duì)沙障埋設(shè)車在斜坡上縱向和橫向行駛的通過性進(jìn)行理論分析。根據(jù)實(shí)際需求，使用Recurdyn仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的履帶式沙障埋設(shè)車在不同坡面的行駛過程進(jìn)行仿真分析，以坡面角度作為指標(biāo)，對(duì)車輛通過性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，履帶式沙障埋設(shè)車在25°斜坡縱向上坡和下坡均可以順利通過，經(jīng)過履帶調(diào)速后可以在15°斜坡和新月形沙丘上橫向行駛。該履帶式沙障埋設(shè)車具有較好的通過性，可應(yīng)對(duì)沙漠復(fù)雜環(huán)境下的沙障埋設(shè)工作。

關(guān)鍵詞：履帶式；沙障埋設(shè)車；通過性；穩(wěn)定性；坡面；Recurdyn多體動(dòng)力學(xué)

中圖分類號(hào)： S220.32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)：2095-5553 （2025） 03-0168-07

收稿日期：2023年7月10日" 修回日期： 2023年10月26日*

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金（52265039）

第一作者： 王澤暉，男，1999年生，新疆哈密人，碩士研究生；研究方向?yàn)樯痴下裨O(shè)機(jī)械裝備。E-mail： 1328260704@qq.com

通訊作者： 鄭威強(qiáng)，男，1979年生，新疆庫爾勒人，博士，副教授；研究方向?yàn)楝F(xiàn)代制造裝備技術(shù)、智能農(nóng)業(yè)機(jī)械。E-mail： xjzwq@xju.edu.cn

Simulation and analysis of slope passability of tracked sand barrier burying vehicle

Wang Zehui， Zhang Liping， Zheng Weiqiang， Wei Yuehong， Jiang Ze

（College of Mechanical Engineering， Xinjiang University， Urumqi， 830017， China）

Abstract：

China’s serious desertification leads to the urgent need to bury sand barriers to prevent wind and sand consolidation. Under more complex desert terrain， the chassis performance of sand barrier buried machinery which determines the completion of the sand barrier burying task， is the basic problem that needs to be solved in the process of desertification control. Taking the desert slope as the main application scenario， a new type of tracked sand barrier burying vehicle was designed， and the theoretical analysis of the passability of the sand barrier burying vehicle driving longitudinally and laterally on the slope was carried out. According to the actual demand， the designed crawler sand barrier burying vehicle was simulated and analyzed for the driving process on different slopes by using Recurdyn simulation software， and the slope angle was used as an indicator to analyze and evaluate the vehicle passability. The results showed that the tracked sand barrier burying vehicle could pass smoothly on 25° slope longitudinal uphill and downhill， and could drive laterally on 15° slope and crescent-shaped sand dune after the track speed adjustment. It has proved that the tracked sand barrier burying vehicle with good passability can cope with the sand barrier burying work in the complex environment of desert.

Keywords：

tracked; sand barrier burial vehicle; passability; stability; slope； Recurdyn multibody dynamics

0 引言

土地荒漠化是我國(guó)長(zhǎng)期面臨的環(huán)境問題，尤其是我國(guó)西北地區(qū)，長(zhǎng)期受到風(fēng)沙天氣危害，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展受到破壞。機(jī)械沙障可以有效地阻礙風(fēng)沙流，提高地表粗糙度，降低近地面風(fēng)速，減少地表沙粒與風(fēng)的接觸和氣流的攜沙量［1］，被廣泛地用于我國(guó)沙漠化治理中。機(jī)械沙障材料通常就地取材，常見的材料有秸稈、麥草、蘆葦稈、樹枝等［2］。

傳統(tǒng)的機(jī)械沙障埋設(shè)方式為人工埋設(shè)，通過鐵鍬挖溝，將機(jī)械沙障填入溝中再進(jìn)行埋設(shè)，但由于野外工作環(huán)境差，人工埋設(shè)效率低、質(zhì)量差、成本高，無法解決我國(guó)沙漠化面積大、流動(dòng)沙域多、環(huán)境惡劣的問題。因此，亟須設(shè)計(jì)研發(fā)一種具有良好通過性、能在惡劣環(huán)境下完成沙障埋設(shè)作業(yè)并且自動(dòng)化程度更高的沙障鋪設(shè)車。

2002年，在國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展“863”計(jì)劃中，確定了工程治沙機(jī)械的研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目—防風(fēng)固沙草沙障鋪設(shè)機(jī)器人研究，標(biāo)志著我國(guó)工程治沙機(jī)械的研究工作已進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段［3］。在已有的研究基礎(chǔ)上孫術(shù)發(fā)等［4］利用ADAMS軟件對(duì)防風(fēng)固沙草沙障鋪設(shè)機(jī)器人橫向割斷機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，繪制出關(guān)鍵部位的速度、位移等參數(shù)曲線。唐偉國(guó)等［5］設(shè)計(jì)了多桿橫向插刀機(jī)構(gòu)，對(duì)Stephenson-Ⅲ型六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。隋婷婷等［6］提出一種多桿步進(jìn)式并聯(lián)橫向插草機(jī)構(gòu)，求解運(yùn)動(dòng)學(xué)模型得到插刀機(jī)構(gòu)標(biāo)記點(diǎn)插草過程中連續(xù)變化的曲線，利用fsolve函數(shù)進(jìn)行插刀標(biāo)記點(diǎn)的軌跡規(guī)劃。防風(fēng)固沙草沙障鋪設(shè)機(jī)器人采用輪式底盤，裝備質(zhì)量大，面對(duì)復(fù)雜多變松軟的沙漠地形，沒有良好的通過性，使其推廣應(yīng)用受到阻礙［7］。徐先英等［8］設(shè)計(jì)的手扶式獨(dú)輪麥草沙障鋪設(shè)裝置，先將散裝的干麥草鋪設(shè)在沙土表面，再使沙障鋪設(shè)裝備從麥草上壓過，將麥草壓入到沙土中，隨后完成覆土，最終完成沙障鋪設(shè)工作。這種麥草沙障鋪設(shè)裝置具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但該埋設(shè)裝備需人力推動(dòng)，使用場(chǎng)景受限、工作效率較低、自動(dòng)化程度不高，使其無法大面積推廣使用。

為提高沙障埋設(shè)機(jī)械在沙漠環(huán)境的通過性，使其以平穩(wěn)的狀態(tài)在沙漠坡面上行駛，本文設(shè)計(jì)一種履帶式沙障埋設(shè)車，并對(duì)其在沙地坡面的通過性進(jìn)行仿真與試驗(yàn)分析。

1 整體結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)要求

沙障埋設(shè)車需要在沙漠環(huán)境下行走并完成沙障埋設(shè)作業(yè)，通常沙障埋設(shè)在平緩沙面、迎風(fēng)坡沙面以及新月形沙丘迎風(fēng)坡沙面，需要車輛在斜坡和新月形沙丘路面有良好通過性。

輪式底盤有速度優(yōu)勢(shì)，但輪胎接地面積小，地面附著力遠(yuǎn)小于履帶底盤，在沙漠環(huán)境沒有良好通過性［9］。綜合比較，履帶車輛具有坡面通過性能好的顯著優(yōu)點(diǎn)，故沙障埋設(shè)車采用履帶式底盤結(jié)構(gòu)。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

沙障埋設(shè)車由履帶動(dòng)力底盤、沙障運(yùn)送系統(tǒng)、沙障埋設(shè)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等部分組成，整車簡(jiǎn)圖如圖1所示。履帶動(dòng)力底盤主要由驅(qū)動(dòng)輪、支撐輪、履帶、張緊裝置、導(dǎo)向輪、電機(jī)、電池和車架等部分組成，是沙障埋設(shè)車的行走機(jī)構(gòu)，能確保沙障埋設(shè)車在復(fù)雜地形下有良好的通過性；沙障運(yùn)輸系統(tǒng)的功能是轉(zhuǎn)動(dòng)草簾卷，將其從料箱運(yùn)送至地面，并使其平鋪在沙土表面；沙障埋設(shè)系統(tǒng)的功能是通過液壓桿調(diào)整壓草刀高度，壓草刀從草簾中間壓過，將其壓入沙土中，再由后方覆土板完成覆土，最終形成沙障；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的功能是接受和發(fā)出信號(hào)，控制電機(jī)的啟閉，實(shí)現(xiàn)沙障埋設(shè)車的遠(yuǎn)程控制作業(yè)。沙障埋設(shè)車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 履帶底盤坡面通過性理論分析

2.1 斜坡縱向通過性分析

履帶式沙障埋設(shè)車在沙漠坡面上行駛時(shí)，通過性能是由其坡面牽引性能和坡面傾翻穩(wěn)定性能決定的。沙障埋設(shè)車無法通過坡面時(shí)，其主要原因是車輪牽引能力不足或者車體失穩(wěn)發(fā)生傾翻。一般選取車輛所能通過最大坡面的坡度角作為其通過性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。斜坡縱向行駛時(shí)用縱向極限傾翻角表示，斜坡橫向行駛時(shí)用橫向極限傾翻角表示［10］。

當(dāng)沙障埋設(shè)車在大坡度縱向坡面行駛，由于重力作用，車輛會(huì)傾翻。沙障埋設(shè)車在上、下坡時(shí)的縱向極限傾翻角為α1和α2。

參考GB 25849—2010《移動(dòng)式升降工作平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算、安全要求和測(cè)試方法》對(duì)沙障埋設(shè)車斜坡縱向行駛過程進(jìn)行理論分析，先對(duì)車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，由于整機(jī)在作業(yè)時(shí)行駛速度較低，故忽略不計(jì)爬坡時(shí)受到的空氣阻力和空氣升力，同時(shí)不考慮履帶彈性變形量。如圖2所示，A和B為左右兩支撐輪與地面的接觸點(diǎn)，O為質(zhì)心?？紤]最不利的穩(wěn)定條件工況，風(fēng)載荷F在上坡時(shí)水平向左。沙障埋設(shè)車勻速上坡時(shí)，整車受力平衡。A點(diǎn)為沙障埋設(shè)車傾翻點(diǎn)。此時(shí)車輛最大傾覆力矩和穩(wěn)定力矩為

M傾=N1c+Fhcosα1+Ghsinα1

（1）

M穩(wěn)=aGcosα1

（2）

式中： F1——沙障埋設(shè)車驅(qū)動(dòng)力，N；

G——沙障埋設(shè)車重力，N；

α1——上坡角度，（°）；

a——質(zhì)心到左端支撐輪之間的距離，m；

h——質(zhì)心到斜坡坡面間的距離，m；

N1——

坡面對(duì)沙障埋設(shè)車垂直反作用力，N；

c——垂直反力到驅(qū)動(dòng)輪之間距離，m；

F——風(fēng)載荷，N。

防傾覆安全系數(shù)K=M穩(wěn)/M≥1才能確保車輛穩(wěn)定，即M穩(wěn)≥M傾且處于臨界值時(shí)，c=0，即Gacosα1-Fhcosα1+Ghsinα1=0，可得出沙障埋設(shè)車不發(fā)生翻車的上坡縱向極限傾翻角

α1=arctanah-FG

（3）

同理，如圖3所示，分析沙障埋設(shè)車下坡行駛，考慮最不利的穩(wěn)定條件工況，風(fēng)載荷F在下坡時(shí)水平向右，B點(diǎn)為沙障埋設(shè)車傾翻點(diǎn)，此時(shí)車輛最大傾覆力矩和穩(wěn)定力矩為

M傾=N2C+Ghsinα2+Fhcosα2

（4）

M穩(wěn)=Gbcosα2

（5）

式中： F2——沙障埋設(shè)車驅(qū)動(dòng)力，N；

α2——下坡角度，（°）；

b——

質(zhì)心到右端支撐輪之間的距離，m；

N2——

坡面對(duì)沙障埋設(shè)車垂直反作用力，N。

同理，當(dāng)c=0，即Gbcosα2-Fhcosα2+Ghsinα2=0時(shí)，沙障埋設(shè)車不會(huì)發(fā)生翻車，最大下坡縱向極限傾翻角

α2=arctanbh-FG

（6）

根據(jù)以上受力分析可知，質(zhì)心位置和風(fēng)載荷會(huì)影響沙障埋設(shè)車上坡和下坡的通過性，當(dāng)沙障埋設(shè)車上坡時(shí)，a越大，質(zhì)心越靠近右端支撐輪，α1越大，上坡通過性越好。當(dāng)沙障埋設(shè)車下坡時(shí)，b越大，質(zhì)心越靠近左端支撐輪，α2越大，下坡通過性越好。當(dāng)質(zhì)心高度和風(fēng)載荷越低時(shí)，上坡和下坡通過性都會(huì)提高［11］。

2.2 斜坡橫向通過性分析

履帶車輛在橫向坡道行駛，當(dāng)坡道傾斜角大于傾翻角臨界值時(shí)，車輛會(huì)發(fā)生傾翻或橫向滑移，沙障埋設(shè)車在斜坡上行駛的最大坡度角稱為橫向極限傾翻角θmax。

對(duì)沙障埋設(shè)車斜坡橫向行駛過程進(jìn)行理論分析，假設(shè)條件與車輛縱向行駛相同。如圖4所示。C和D為左右履帶與斜坡坡面的接觸點(diǎn)，F(xiàn)3和F4為斜面給車的橫向反作用力，考慮最不利的穩(wěn)定條件工況，風(fēng)載荷F水平向左。沙障埋設(shè)車在斜坡上橫向勻速直線行駛，整車受力平衡。D點(diǎn)為沙障埋設(shè)車傾翻點(diǎn)。此時(shí)車輛最大傾覆力矩和穩(wěn)定力矩為

M傾=N3B′+Ghsinθ+Fhcosθ

（7）

M穩(wěn)=G（0.5B′-e）cosθ

（8）

式中： N3——斜面給車的垂直反作用力，N；

B′——軌距，即左右履帶間距離，m；

θ——斜坡角度，（°）；

e——質(zhì)心偏移距離，m。

防傾覆安全系數(shù)K=M穩(wěn)/M≥1才能確保車輛穩(wěn)定，即M穩(wěn)≥M傾且處于臨界值時(shí)N3=0，即G（0.5B′-e）cosθ-Ghsinθ-Fhcosθ=0，可得出橫向行駛的最大橫向傾翻角

θmax=arctan0.5B′-eh-FG

（9）

根據(jù)以上受力分析可知，質(zhì)心位置和風(fēng)載荷會(huì)影響沙障埋設(shè)車斜坡橫向行駛的通過性，履帶軌距越大、質(zhì)心偏移越小、質(zhì)心高度越低，風(fēng)載荷越小，則斜坡橫向行駛通過性越好［12］。

3 履帶底盤通過性仿真分析

在沙障埋設(shè)車通過性理論分析的基礎(chǔ)上，通過Recurdyn軟件進(jìn)行通過性仿真分析。RecurDyn是基于遞歸算法開發(fā)出的新一代多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件。先在Recurdyn中建立整機(jī)仿真模型如圖5所示，然后根據(jù)沙漠地區(qū)土壤參數(shù)完成地面模型建立，干沙地面參數(shù)如表2所示。

3.1 斜坡縱向通過性分析

建立3種不同的坡度（15°、20°、25°）的斜坡地形，對(duì)履帶式沙障埋設(shè)車斜坡縱向通過性進(jìn)行仿真，分析質(zhì)心速度、高度，俯仰角的變化曲線。行駛過程如圖6所示。沿著行駛方向?yàn)閤軸正方向，豎直向上方向?yàn)閥軸正方向，右側(cè)垂直于行駛方向?yàn)閦軸正方向。

由圖7可知，在3種坡度下質(zhì)心x方向速度有相同變化趨勢(shì)。以15°斜坡行駛仿真結(jié)果為例，0～2s為沙障埋設(shè)車加速時(shí)間段，2s后速度升至4km/h（約1111mm/s）；4～6s為車輛爬上斜坡時(shí)間段，車速明顯降低；6～9s為車輛在斜坡上勻速爬坡時(shí)間段；9s時(shí)車輛由于慣性沖出斜坡，車輛勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，車速有明顯提升，隨后由于車體下落慣性，車速減低，然后逐漸恢復(fù)車速［13］。根據(jù)三條線可明顯得知，4～11s內(nèi)25°斜坡車速變化最大，15°斜坡車速變化最小。

由圖8可知，在3種坡度下有相同的質(zhì)心y方向高度變化趨勢(shì)。以15°斜坡行駛仿真結(jié)果為例，0～4s為平地行駛階段，y方向質(zhì)心高度為0；4～9s線條斜率基本保持不變，此階段為勻速爬坡階段；9～10s由于慣性沙障埋設(shè)車沖出斜坡，y方向位移產(chǎn)生變化，10～14s是平地行駛階段，車速逐漸恢復(fù)平穩(wěn)［14］。

由圖9可知，在3種坡度下有相同的俯仰角度變化趨勢(shì)。以15°斜坡行駛仿真結(jié)果為例，0～2s加速段，俯仰角略有變化；2～4s為車輛水平勻速直線運(yùn)動(dòng)階段，俯仰角基本不變；4s時(shí)沙障埋設(shè)車開始駛上斜坡，俯仰角逐漸增大；6s時(shí)底盤全部駛?cè)胄逼?，?dǎo)致俯仰角突然增大；6～9s是勻速爬坡階段，俯仰角度基本不變，略高于斜坡角度；10s時(shí)沙障埋設(shè)車由于慣性沖出斜坡，隨后落入平面，俯仰角明顯降低，隨后平地面俯仰角恢復(fù)為0°。

根據(jù)不同坡度的上坡仿真結(jié)果，綜合分析可知，在x、y、z三個(gè)方向車輛都有很好的穩(wěn)定性，車輛可以平穩(wěn)地通過3種角度的坡面。其中25°斜坡車速下降最明顯、質(zhì)心高度升高最大、俯仰角度最大。坡面角度越大，坡底處和坡頂處速度、位移、俯仰角變化越明顯。

同理，分析不同坡度下坡時(shí)沙障埋設(shè)車的通過性如圖10～圖12所示，3種坡度下車輛有相同的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，且沙障埋設(shè)車均能平穩(wěn)通過。坡度越大車速變化越大，下坡階段由于慣性作用俯仰角略大于斜坡角度［15］。坡面角度越大坡底頂和坡底處速度、位移、俯仰角變化越明顯。

3.2 斜坡橫向通過性分析

在斜坡橫向行駛時(shí)，由于坡面作用反力，使得沙障埋設(shè)車重心偏移，小坡度會(huì)使車輛滑落至坡底，大坡度可能會(huì)使車輛側(cè)翻。履帶底盤可以通過調(diào)整兩邊履帶差速旋轉(zhuǎn)，使其在斜坡橫向行駛時(shí)盡量保持直線行駛。建立15°坡度的斜坡地形，對(duì)履帶式沙障埋設(shè)車斜坡橫向通過性進(jìn)行仿真，分析質(zhì)心速度、高度、位移的變化曲線。行駛過程如圖13所示。

如圖14所示，調(diào)整履帶速度前和調(diào)速后，質(zhì)心在x方向上速度有很大差異。調(diào)速前兩履帶速度0～2s內(nèi)由0提升至1111mm/s，隨后車輛在橫坡上慢慢滑落，在10s后車輛滑出橫坡，在仿真環(huán)境中做自由翻轉(zhuǎn)落體運(yùn)動(dòng)，使得速度急增急降。調(diào)整履帶轉(zhuǎn)速后，履帶一側(cè)速度為1111mm/s，另一側(cè)速度為1227mm/s，由仿真結(jié)果可看出，調(diào)速后x方向速度基本保持不變，x方向車輛行駛平穩(wěn)。

由圖15所示，0s時(shí)位移下降是由于沙障埋設(shè)車仿真初始時(shí)離坡面有一定距離，且車輛落在坡面會(huì)陷入沙面一小部分。調(diào)速前車輛從橫坡滑落，10s時(shí)滑出橫坡，y方向位移下降明顯隨后在仿真環(huán)境中做自由翻轉(zhuǎn)落體運(yùn)動(dòng)。調(diào)速后車輛在y方向位移基本保持不變，y方向車輛行駛平穩(wěn)［16］。

由圖16可知，調(diào)速前沙障埋設(shè)車質(zhì)心z方向位移迅速增大，此時(shí)車輛正在從橫坡上滑落，10s時(shí)滑出橫坡。調(diào)速后車輛在z方向位移基本保持不變，車輛在z方向行駛平穩(wěn)。

根據(jù)沙障埋設(shè)車在15°橫坡上的行駛仿真結(jié)果，綜合分析可知，調(diào)速前車輛由于重心偏移會(huì)從橫坡上滑落，無法在橫坡上行駛［17］。調(diào)速后車輛在三維方向上形式運(yùn)動(dòng)都有良好的平穩(wěn)性，可以在15°橫坡上行駛工作。

3.3 新月形沙丘通過性分析

考慮到沙障埋設(shè)車主要在沙漠中工作，根據(jù)沙漠環(huán)境特有的新月形沙丘，在軟件中建立仿真地面模型，分析車輛在沙丘地形下的通過性。

新月形沙丘是風(fēng)積地貌的一種，是平面如新月的沙丘。其縱剖面的兩坡不對(duì)稱，迎風(fēng)坡凸面平緩，坡度在5°～20°；背風(fēng)坡凹而陡，一般為28°～34°。如圖17所示，建立地面仿真模型，沙丘長(zhǎng)度為20m，迎風(fēng)坡角度為15°，背風(fēng)坡角度為30°。同斜坡橫向行駛一樣，需要對(duì)履帶調(diào)速，調(diào)整履帶轉(zhuǎn)速后，履帶一側(cè)速度為1111mm/s，另一側(cè)速度為1227mm/s。

由圖18可知，0s時(shí)車輛速度為0，且處于斜坡，車輛會(huì)向-x方向移動(dòng)，速度負(fù)增加。隨后速度逐漸增加，達(dá)到預(yù)設(shè)速度后，基本保持勻速行駛，11s時(shí)車輛行駛至小坡路段，速度小幅增大。

由圖19可知，0s時(shí)沙障埋設(shè)車仿真初始時(shí)離坡面有一定距離，且車輛落在坡面會(huì)陷入沙面一小部分，位移下降。0～6s在弧形上坡路面行駛，位移逐漸增加。6～12s在弧形下坡路面行駛，位移逐漸減小。整體的位移曲線為弧形，基本與路面弧線相吻合。

由圖20可知，行駛過程中質(zhì)心z方向位移最大值為335mm，相比于整個(gè)x方向行駛距離，z方向行駛偏移較少，基本認(rèn)為車輛是做直線行駛，滿足埋設(shè)沙障的工作要求。

由圖21可知，0s時(shí)，車輛處于弧形路面上坡路段，俯仰角度增大，隨著路面弧度的減小，俯仰角度逐漸減小。6s時(shí)到達(dá)弧頂路面，俯仰角約為0，6～12s車輛處于弧形下坡路面，路面弧度增大，俯仰角度增大。

根據(jù)沙障埋設(shè)車在新月形沙丘路面行駛的仿真結(jié)果，綜合分析可知，對(duì)履帶調(diào)速后，車輛可以平穩(wěn)通過新月形沙丘路面，加速完成后車速基本保持勻速，基本保持直線行駛，滿足沙障埋設(shè)作業(yè)要求。

4 樣機(jī)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

對(duì)履帶式沙障埋設(shè)車在沙漠坡面的通過性能進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)參數(shù)的合理性，分析車輛在通過性方面存在的問題和不足。2023年8月于新疆哈密市風(fēng)沙地區(qū)進(jìn)行通過性試驗(yàn)，所用的試驗(yàn)儀器設(shè)備主要包括樣機(jī)、傾角儀、GPS速度表、皮尺、照相機(jī)、秒表等。參照GB/T 3871中相關(guān)規(guī)定，對(duì)車輛在坡面性能進(jìn)行試驗(yàn)，如圖22所示。觀察樣機(jī)坡面的行駛情況，記錄數(shù)據(jù)。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在斜坡縱向行駛試驗(yàn)中，樣機(jī)可以順利通過15°、20°、25°的斜坡。上坡試驗(yàn)樣機(jī)行駛速度隨著坡度增加逐漸降低。3種坡面上坡行駛平均俯仰角分別為16°、22.4°、28.5°，與仿真結(jié)果相對(duì)誤差分別為5.2%、6.25%、6.6%。在下坡試驗(yàn)中樣機(jī)在15°和20°坡面速度增加不明顯，在25°坡面速度增加較明顯。3種坡面下坡行駛平均俯仰角分別為-16.5°、-22.9°、-29.5°，與仿真結(jié)果相對(duì)誤差分別為5.1%、5.5%、7%。在15°斜坡橫向行駛過程中，速度平穩(wěn)且俯仰角無明顯變化，z方向行駛偏移量為54mm，與仿真結(jié)果相對(duì)誤差為9.2%。在新月形沙丘坡面行駛時(shí)，速度變化不明顯。俯仰角和z方向位移變化先增后減，符合坡面曲率變化，z方向行駛最大位移為286mm，與仿真結(jié)果相對(duì)誤差為14.6%。

試驗(yàn)測(cè)試表明，所設(shè)計(jì)制造的樣機(jī)有較好的坡面通過性能，滿足沙障埋設(shè)機(jī)械在沙漠環(huán)境行走作業(yè)的基本要求，誤差產(chǎn)生的原因：由于仿真結(jié)果是在理想環(huán)境下得出的，而實(shí)際的沙漠環(huán)境變化復(fù)雜且有風(fēng)載作用。

5 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有沙障埋設(shè)車輛通過性差的問題，設(shè)計(jì)一種新的履帶式沙障埋設(shè)車。根據(jù)沙障的鋪設(shè)環(huán)境和鋪設(shè)要求，對(duì)車輛在坡面通過性進(jìn)行理論分析。在Recurdyn多體動(dòng)力學(xué)軟件中完成沙障埋設(shè)車整車建模，在虛擬環(huán)境下對(duì)車輛在干沙路面下坡面和新月形沙丘行駛過程進(jìn)行仿真分析。

1） 斜坡縱向行駛時(shí)，以斜坡角度作為主要指標(biāo)，對(duì)車輛上坡和下坡過程進(jìn)行仿真。仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明，x、y、z方向上，車輛都能保持穩(wěn)定行駛。車輛上坡下坡均可以通過25°坡面，具有較好的穩(wěn)定性和通過性。

2） 斜坡橫向行駛時(shí)，坡度為15°，對(duì)沙障埋設(shè)車左右履帶進(jìn)行調(diào)速。仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明，車輛調(diào)速前無法在斜坡上橫向行駛。調(diào)速后，x、y、z方向上，車輛都能保持穩(wěn)定行駛，車輛z方向行駛偏移很小，可以滿足沙障埋設(shè)的行駛要求。

3） 新月形沙丘行駛時(shí)，沙丘長(zhǎng)度為20m，迎風(fēng)坡角度為15°，背風(fēng)坡角度為30°。仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明，沙丘坡面變化會(huì)引起質(zhì)心x方向速度變化和y方向高度變化，車輛z方向行駛偏移很小，可以滿足沙障埋設(shè)的行駛要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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