本文是一篇机械论文，笔者对双节履带车行走机构进行分析，通过三维建模软件和多体系系统动力学仿真软件对双节全地形履带车的行走机构和铰接机构的两个关键结构进行虚拟样机模型的构建。并综合考虑全地形履带车所在工作环境地面对全地形履带车运动性能的影响因素，建立双节全地形履带车的地面模型，并最终完成双节全地形履带车整车模型的构建。
第1章 绪论
1.1 课题来源及目的和意义
中国国土辽阔、地形地貌复杂多样，丘陵、高原、盆地以及沼泽等复杂地貌在我国分布较广，其中最具代表性的山地地貌约占我国总土地面积的 75%[1-4]。近年来，随着气候变暖，自然灾害(如地震、泥石流和洪水等)在我国发生较多，如 2008 年 5 月四川省汶川地震、2010 年青海省玉树泥石流、2016 年 7月上旬西南至长江中下游地区暴雨洪涝灾害、2017 年 4 月大兴安岭森林火灾等。地震、泥石流和火灾等灾害不仅造成了环境的破坏，还严重的威胁了人民群众的健康及财产安全。现有的救援队伍因车辆越障功能不完善，仅有少量物资可采用空投方式进行运输，大部分物资还是依靠传统的人力和畜力方式进行运输，运输效率低。救援队伍无法实现高效快速的进入灾区并进行现场救援和灾后重建。因此，急需一种新型多功能一体化的救援车辆，可用于在沼泽、沙漠、雪地及山地等复杂环境中的施工作业。该特种车辆不仅可用于灾后救援及重建，还可用于国家的基础设施建设中 (例如极端工况下铁路、公路及水电等基础设施建设)。
针对上述问题，全地形履带车的相关研究可为我国提供一类具有接地比压低、越障能力强和机动性能优越等优点的机动运载平台，能够实现在雪地、沙漠及沼泽等多种复杂地形中实施作业，满足我国极端工况下特种作业对全地形履带车的需求，公路最大行程 500 km，公路最大行驶速度 40 km/h，最大爬坡度 35°，最大侧倾行驶坡度 20°，过垂直墙高 0.6 m，越壕宽度 1.5 m，工作环境温度-40~50 ℃。
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1.2 全地形履带车的国内外研究情况
20 世纪后期，北美的加拿大，北欧的瑞典、芬兰，原苏联等国就进行了双节履带式车辆的研制工作。之所以这些国家重视该类型车辆的研制工作，是因为这些国家由于处在较高纬度，国内领土有着非常恶劣的地形和较为极端的气候(如沼泽、冰雪路面、山地环境等特殊工况)。在这样的地形上通过，一般的轮式车辆和履带车辆无法完成[5-9]。因此迫切需要在该地域上能进行人员、物资运输、武装巡逻等功能需要的车辆。由于具有驱动功率小、转向推进力不变、机动性好和载重量大等优点，双节履带式车辆被广泛应用于救灾抢险和极端环境设施施工中 [10]。双节履带式车辆的车底行动装置结构示意图如图 1-1所示，该行动装置主要由带履带张紧装置的诱导轮、扭杆弹簧、托带轮、驱动轮、负重轮轴、平衡肘、负重轮和履带等 8 部分构成。
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第2章 双节全地形履带车虚拟样机构建
2.1 全地形履带车驱动特性分析
2.1.1 全地形履带车的驱动原理
履带车辆能够行驶，是依靠发动机、传动系统等将发动机输出的动力传导至驱动轮，驱动轮带动履带做卷绕运动。履带卷绕时，履带接地部分与路面间生成作用力，该作用力驱动车辆前进。
双节履带车的动力传递路线如图 2-1 所示，由发动机输出的动力经由自动液力变速器传递到动力分动箱，动力分动箱内有一轴间差速器，可以把有发动机传递来的动力分别传递到双节履带车前后车体内部的轮间差速器，轮间差速器可以把发动机传递来的动力分别传递到两侧的轮边减速器，轮边减速器与车辆的驱动轮相连接，这样，驱动轮发生旋转，带动履带绕着行走系统重复进行卷绕运动，实现使车辆前进的目的。因为双节履带车内部有轴间差速器和轮间差速器，所以当双节履带车行驶在条件差异较大的起伏路面上时，双节履带车上的四条履带会在轴间差速器和轮间差速器作用下，自动适应起伏路面的变化，最终保证车辆能够按照车辆操作者的操作动作行驶。
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2.2 行走机构虚拟样机模型的建立
2.2.1 行走机构的性能分析
如图 2-8 所示，按不同功能，可将整条履带分为四个区段，其中驱动段为标号 1-3，上方悬置区段为标号 4-5，前方区段为标号 6-8，最后一部分为接地段，标号为 8-1，该段也可称为支承段。
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第3章 平直路面双节全地形履带车工况性能研究 .......................... 26
3.1 平直路面直线行驶仿真模型 .................................. 26
3.2 平直路面直线行驶不同工况仿真 ................................... 26
第4章 陡坡路面双节全地形履带车工况仿真研究 ................................. 41
4.1 爬坡过程受力分析 ............................. 41
4.2 陡坡路面爬坡过程不同工况仿真 ................................. 42
第5章 双节全地形履带车越障过程仿真研究 ............................... 50
5.1 双节履带车越高墙仿真 ..................................... 50
5.1.1 越高墙行驶仿真模型 ................................... 50
5.1.2 越高墙行驶运动性能 ................................... 50
第5章 双节全地形履带车越障过程仿真研究
5.1 双节履带车越高墙仿真
5.1.1 越高墙行驶仿真模型
为了研究双节全地形履带车的越障能力，建立双节全地形履带的越高墙仿真模型。在仿真过程中，双节履带车以 1 m/s 的速度向前行驶，测试车辆对高度为 0.6 m 的垂直墙的越障能力。如图 5-1 所示，当接近障碍时车辆通过控制俯仰机构使前车向上抬头，当前车驱动轮中心高过障碍高时，前车就能顺利通过障碍，在整个越障碍过程中，驾驶员要通过控制俯仰机构的动作来实现车辆的动作，以便车辆能够顺利的通过障碍。
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结论
我国国土辽阔、地形地貌复杂多样，丘陵、高原、盆地以及沼泽等复杂地貌在我国分布较广。近年来，随着气候变暖，自然灾害(在我国发生较多。地震、泥石流和火灾等灾害不仅造成了环境的破坏，还严重的威胁了人民群众的健康及财产安全。针对上述问题，本文对双节全地形履带车的设计及优化进行研究，可为我国提供一类接地比压低、越障能力强和机动性能优越的机动运载平台，能够实现在雪地、沙漠及沼泽等多种复杂地形中实施作业，满足我国极端工况下对全地形履带车的需求。
本文结论简述如下：
（1）对双节履带车行走机构进行分析，通过三维建模软件和多体系系统动力学仿真软件对双节全地形履带车的行走机构和铰接机构的两个关键结构进行虚拟样机模型的构建。并综合考虑全地形履带车所在工作环境地面对全地形履带车运动性能的影响因素，建立双节全地形履带车的地面模型，并最终完成双节全地形履带车整车模型的构建。
（2）利用双节全地形履带车的虚拟模型，通过多体系系统动力学仿真分析了双节全地形履带车在在重黏土路面、沙质地面、硬性地面以及积雪路面等条件下直线行驶和陡坡行驶的运动性能及行走机构的力学性能。通过分析可知，双节履带车在雪地地面下行驶时驱动轮转矩最大，在工况较好的硬质路面和重黏土路面上行驶时驱动轮转矩最小。雪地行驶时是由于车辆行驶时陷入雪中，增加了行驶阻力，使得驱动力矩最大；在其余路面上，是由路面工况的不同，双节全地形履带车所需的驱动转矩也各不相同。
（3）针对双节履带车辆在差速器锁紧和工作两种状态，建立了双节履带车辆的多体动力学模型，进行了硬质路面、粘土路面、重粘土路面和干沙路面的爬坡仿真，分析了部分履带行走机构工作条件下的爬坡能力，分析了履刺高度对爬坡能力影响。通过进行双节履带车辆的爬坡过程仿真得出，差速器锁紧可以提高双节履带车辆的爬坡通过性;更改履刺高度后当车辆在粘性土壤上可以提高通过性，但对于摩擦性土壤影响很小，可以忽略不计;后车履带驱动的爬坡通过性要好于前车履带的驱动。
参考文献（略）
第1章 绪论
1.1 课题来源及目的和意义
中国国土辽阔、地形地貌复杂多样，丘陵、高原、盆地以及沼泽等复杂地貌在我国分布较广，其中最具代表性的山地地貌约占我国总土地面积的 75%[1-4]。近年来，随着气候变暖，自然灾害(如地震、泥石流和洪水等)在我国发生较多，如 2008 年 5 月四川省汶川地震、2010 年青海省玉树泥石流、2016 年 7月上旬西南至长江中下游地区暴雨洪涝灾害、2017 年 4 月大兴安岭森林火灾等。地震、泥石流和火灾等灾害不仅造成了环境的破坏，还严重的威胁了人民群众的健康及财产安全。现有的救援队伍因车辆越障功能不完善，仅有少量物资可采用空投方式进行运输，大部分物资还是依靠传统的人力和畜力方式进行运输，运输效率低。救援队伍无法实现高效快速的进入灾区并进行现场救援和灾后重建。因此，急需一种新型多功能一体化的救援车辆，可用于在沼泽、沙漠、雪地及山地等复杂环境中的施工作业。该特种车辆不仅可用于灾后救援及重建，还可用于国家的基础设施建设中 (例如极端工况下铁路、公路及水电等基础设施建设)。
针对上述问题，全地形履带车的相关研究可为我国提供一类具有接地比压低、越障能力强和机动性能优越等优点的机动运载平台，能够实现在雪地、沙漠及沼泽等多种复杂地形中实施作业，满足我国极端工况下特种作业对全地形履带车的需求，公路最大行程 500 km，公路最大行驶速度 40 km/h，最大爬坡度 35°，最大侧倾行驶坡度 20°，过垂直墙高 0.6 m，越壕宽度 1.5 m，工作环境温度-40~50 ℃。
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1.2 全地形履带车的国内外研究情况
20 世纪后期，北美的加拿大，北欧的瑞典、芬兰，原苏联等国就进行了双节履带式车辆的研制工作。之所以这些国家重视该类型车辆的研制工作，是因为这些国家由于处在较高纬度，国内领土有着非常恶劣的地形和较为极端的气候(如沼泽、冰雪路面、山地环境等特殊工况)。在这样的地形上通过，一般的轮式车辆和履带车辆无法完成[5-9]。因此迫切需要在该地域上能进行人员、物资运输、武装巡逻等功能需要的车辆。由于具有驱动功率小、转向推进力不变、机动性好和载重量大等优点，双节履带式车辆被广泛应用于救灾抢险和极端环境设施施工中 [10]。双节履带式车辆的车底行动装置结构示意图如图 1-1所示，该行动装置主要由带履带张紧装置的诱导轮、扭杆弹簧、托带轮、驱动轮、负重轮轴、平衡肘、负重轮和履带等 8 部分构成。
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第2章 双节全地形履带车虚拟样机构建
2.1 全地形履带车驱动特性分析
2.1.1 全地形履带车的驱动原理
履带车辆能够行驶，是依靠发动机、传动系统等将发动机输出的动力传导至驱动轮，驱动轮带动履带做卷绕运动。履带卷绕时，履带接地部分与路面间生成作用力，该作用力驱动车辆前进。
双节履带车的动力传递路线如图 2-1 所示，由发动机输出的动力经由自动液力变速器传递到动力分动箱，动力分动箱内有一轴间差速器，可以把有发动机传递来的动力分别传递到双节履带车前后车体内部的轮间差速器，轮间差速器可以把发动机传递来的动力分别传递到两侧的轮边减速器，轮边减速器与车辆的驱动轮相连接，这样，驱动轮发生旋转，带动履带绕着行走系统重复进行卷绕运动，实现使车辆前进的目的。因为双节履带车内部有轴间差速器和轮间差速器，所以当双节履带车行驶在条件差异较大的起伏路面上时，双节履带车上的四条履带会在轴间差速器和轮间差速器作用下，自动适应起伏路面的变化，最终保证车辆能够按照车辆操作者的操作动作行驶。
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2.2 行走机构虚拟样机模型的建立
2.2.1 行走机构的性能分析
如图 2-8 所示，按不同功能，可将整条履带分为四个区段，其中驱动段为标号 1-3，上方悬置区段为标号 4-5，前方区段为标号 6-8，最后一部分为接地段，标号为 8-1，该段也可称为支承段。
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第3章 平直路面双节全地形履带车工况性能研究 .......................... 26
3.1 平直路面直线行驶仿真模型 .................................. 26
3.2 平直路面直线行驶不同工况仿真 ................................... 26
第4章 陡坡路面双节全地形履带车工况仿真研究 ................................. 41
4.1 爬坡过程受力分析 ............................. 41
4.2 陡坡路面爬坡过程不同工况仿真 ................................. 42
第5章 双节全地形履带车越障过程仿真研究 ............................... 50
5.1 双节履带车越高墙仿真 ..................................... 50
5.1.1 越高墙行驶仿真模型 ................................... 50
5.1.2 越高墙行驶运动性能 ................................... 50
第5章 双节全地形履带车越障过程仿真研究
5.1 双节履带车越高墙仿真
5.1.1 越高墙行驶仿真模型
为了研究双节全地形履带车的越障能力，建立双节全地形履带的越高墙仿真模型。在仿真过程中，双节履带车以 1 m/s 的速度向前行驶，测试车辆对高度为 0.6 m 的垂直墙的越障能力。如图 5-1 所示，当接近障碍时车辆通过控制俯仰机构使前车向上抬头，当前车驱动轮中心高过障碍高时，前车就能顺利通过障碍，在整个越障碍过程中，驾驶员要通过控制俯仰机构的动作来实现车辆的动作，以便车辆能够顺利的通过障碍。
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结论
我国国土辽阔、地形地貌复杂多样，丘陵、高原、盆地以及沼泽等复杂地貌在我国分布较广。近年来，随着气候变暖，自然灾害(在我国发生较多。地震、泥石流和火灾等灾害不仅造成了环境的破坏，还严重的威胁了人民群众的健康及财产安全。针对上述问题，本文对双节全地形履带车的设计及优化进行研究，可为我国提供一类接地比压低、越障能力强和机动性能优越的机动运载平台，能够实现在雪地、沙漠及沼泽等多种复杂地形中实施作业，满足我国极端工况下对全地形履带车的需求。
本文结论简述如下：
（1）对双节履带车行走机构进行分析，通过三维建模软件和多体系系统动力学仿真软件对双节全地形履带车的行走机构和铰接机构的两个关键结构进行虚拟样机模型的构建。并综合考虑全地形履带车所在工作环境地面对全地形履带车运动性能的影响因素，建立双节全地形履带车的地面模型，并最终完成双节全地形履带车整车模型的构建。
（2）利用双节全地形履带车的虚拟模型，通过多体系系统动力学仿真分析了双节全地形履带车在在重黏土路面、沙质地面、硬性地面以及积雪路面等条件下直线行驶和陡坡行驶的运动性能及行走机构的力学性能。通过分析可知，双节履带车在雪地地面下行驶时驱动轮转矩最大，在工况较好的硬质路面和重黏土路面上行驶时驱动轮转矩最小。雪地行驶时是由于车辆行驶时陷入雪中，增加了行驶阻力，使得驱动力矩最大；在其余路面上，是由路面工况的不同，双节全地形履带车所需的驱动转矩也各不相同。
（3）针对双节履带车辆在差速器锁紧和工作两种状态，建立了双节履带车辆的多体动力学模型，进行了硬质路面、粘土路面、重粘土路面和干沙路面的爬坡仿真，分析了部分履带行走机构工作条件下的爬坡能力，分析了履刺高度对爬坡能力影响。通过进行双节履带车辆的爬坡过程仿真得出，差速器锁紧可以提高双节履带车辆的爬坡通过性;更改履刺高度后当车辆在粘性土壤上可以提高通过性，但对于摩擦性土壤影响很小，可以忽略不计;后车履带驱动的爬坡通过性要好于前车履带的驱动。
参考文献（略）
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