履带行走机构张紧力分析

潘仕卫，马星国，尤小梅，叶 明，龚雪莲

(1.沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159;2.北京北方车辆集团有限公司，北京100072)

履带行走机构是履带车辆的一个重要组成部分，履带过分松弛会导致在行走中产生脱链和振跳现象;履带过紧，则会增大磨损，因此履带必须有合适的张紧度［1］。

K.Hub等［2］根据某履带车辆的模型，提出履带诱导轮附近张紧力的计算方法。袁芬等［3］考虑行驶过程中惯性力的影响，提出更加精确的诱导轮张紧力的计算方法，且通过与仿真结果对比，验证其计算方法是可行的。肖勇开等［4］建立履带车辆动力学模型，着重分析预张紧力对车辆平顺性的影响，通过比较得出8%车重的预张紧力为最佳结果，张紧力过大，车辆振动加剧，磨损加剧;张紧力过小，容易脱轮。本文运用多体动力学软件Recurdyn建立履带车辆模型，分析履带张紧力变化情况;通过改变预张力、速度、路面等影响履带张紧力变化的因素，进行多组运算，对比分析履带张紧力的变化情况。

1 履带车辆建模

1.1 实体模型

在多体动力学软件Recudyn中使用 Track(HM)建立履带车辆的动力学模型，单侧履带系统有1个主动轮、1个诱导轮、5个负重轮、3个托带轮、166块履带板，驱动轮前置，履带块结构为双销履带，负重轮结构采用双轮缘式结构。诱导轮上配置液压张紧装置［5］，以调整履带的张紧程度，保证履带链环在行驶过程中的稳定性。履带车辆全重为15.5T，最大载人量为15人，每侧履带的接地长L为3.84m，履带中心距B为2.73m，履带板宽度为0.23m。模型如图1所示。

图1 履带车辆模型

1.2 运动约束

履带系统各轮、平衡肘与车体、负重轮与平衡肘之间均以转动副连接，限位器固定车体上，与平衡肘用接触约束连接;缓冲器与车体移动副连接，同时连接拉伸弹簧;平衡肘与车体由扭杆弹性连接。建模时扭杆作用力通过在旋转副上添加旋转弹簧来实现。模型中共有35个旋转副，6个移动副。

2 结果与分析

运用Recurdyn软件进行不同预张力、速度及路面直行三组仿真计算，分析预张力、速度及路面对于张紧力的影响。

2.1 预张紧力对于张紧力的影响

预张紧力是车辆不动时，履带环依然均匀张紧，相邻履带板间受到的力［6］。预张紧力对履带张紧力的影响较大，行驶部分采用刚性履带时，履带的预张紧力不超过8kN;对装用弹性履带的车辆，按其质量确定，预张紧力达到20kN［7］;对中型和重型军用履带车辆，预张紧力在30kN或30kN以上。模型选取10kN、20kN和40kN预张力三种情况，对张紧装置进行预加载荷。车辆于0～5s内在自身重力作用下落至水平路面，在减震器作用下迅速吸振后处于水平静止状态;5～8s内车辆开始加速，由0km/h加速到20km/h，8s后速度维持20km/h。

履带张紧力变化如图2曲线所示，从图中曲线可以看出，履带张紧力随履带预张紧力的增大而增大，且在履带均速行驶时，履带的张紧力在预张紧力值上下波动;在0～5s加速过程中，履带张紧力先减小，后增大，主要由于松边履带在初始状时处于松弛状态，加速时，松边的履带板之间不是拉力作用，而是挤压力作用，因此会有一个力的减小过程;随着速度的提高，松边开始张紧，张紧力值逐渐增大;速度稳定后，履带张紧力的变化具有周期性，变化周期与预张紧力无关。车辆行驶过程中，上支履带为紧边，因此当履带板与主动轮啮合时，张紧力出现极值;当履带退出啮合时，进入松边，张紧力值往往较小。

图2 不同预张力履带张紧力仿真曲线

2.2 不同速度仿真

不同速度行驶时，车辆的俯仰角变化不同，履带板上下振动也不同。设定履带预张力为20kN，车辆在干沙路面分别以20km/h和30km/h行驶，速度仿真曲线如图3所示。

由图3可以看出，车辆速度为30km/h时，履带张紧力小于速度为20km/h时，且履带张紧力在行驶过程中，振动幅度变小，振动周期变短。

2.3 同路面仿真

履带与地面直接接触，因此路面对履带车辆的行驶性能影响较大，尤其在沙地行驶时。车辆在干沙路面行驶时存在下陷，因此有泥沙进入下支履带和负重轮之间，这对履带系统的影响较严重。选用2种典型路况，坚实与干沙路面，保持履带预张紧力为20kN，履带行驶速度为20km/h，进行车辆的行驶仿真，对比履带车辆的动态张紧力。

图3 不同速度履带张紧力仿真曲线

图4 不同路面张紧力仿真曲线

仿真结果如图4所示，从图中可以看出，当车辆速度稳定在20km/h时，履带张紧力成周期性变化。干沙路面行驶，张紧力的振动幅度大于坚实路面，且干沙行驶时极小值较为突出，这主要由于干沙路面泥沙较松散，车辆在干沙路面行驶时有一定下陷。高速行驶时，履带车辆起伏大，因此履带的振动较大。上支履带紧边张紧力突变，出现极大值;下支履带松边张紧程度差，出现极小值，易出现脱轮或耙齿现象。

3 结论

本文用Recurdyn软件中的高速履带模块建立履带车辆的多刚体模型，分析预张紧力、速度、路面三个因素对履带张紧力的影响。结果表明:履带行走机构张紧力随预张紧力的增大而增大，且在履带均速行驶过程后，履带行走机构张紧力在预张紧力上下波动;速度的提高使张紧力的振动幅度变小、变化周期减小，但极大值出现频率增大;干沙路面张紧力状况不够理想，张紧力的振动幅度大于坚实路面，极小值较突出，松边张紧程度差，易出现脱轮或耙齿现象。

［1］姚友良.履带车辆行走装置动力学仿真［J］.机械与电子，2011(21):95-96.

［2］Hub K，Cho B H.Development of a track tension monitoring system in tracked vehicles on flat ground［J］.Journal of Automobile Engineering，2001，215(5):567-578.

［3］袁芬，张明.高速履带车辆诱导轮张紧力的计算与仿真［J］.车辆与动力技术，2008，109(1):44-50.

［4］肖永开，李晓雷.高速履带车辆履带预张紧力对平顺性影响［J］.计算机仿真，2006，23(7):253-255.

［5］史力晨，王良曦，张兵志.履带车辆转向动力学仿真［J］.兵工学报，2003，24(3):289-293.

［6］阎清东，张连第，赵毓芹.坦克构造与设计(上)［M］.北京:北京理工大学出版社，2007.

［7］宋晗，李晓雷.履带张紧力的多体动力学仿真［J］.车辆与动力技术，2005，98(2):24-27.