第二章履带式底盘行驶理论

78.45~98.07
196.13~392.27 392.27~588.40 784.40~686.47
中等湿度的实粘土、湿泥灰土、湿黄土
干实粘土、干泥灰土、干黄土
6 864.66~9 806.65
10 787.32~12 748.65
784.53~980.67
1 078.73~1 471.00
第四节 履带车辆的附着性能
Ft MK rK
土壤对接地段的履带板产生水平反作用力 FK 在FK（驱动力、切线牵引力）作用下车辆行驶 。
im M e FK r Ft r m rK
履带驱动段效率
思考：
作用在履带上的切 线牵引力是如何作 用到车架上的？
• 驱动牵引原理
履带驱动段张力：
Mk T rk
驱动轮分力： T ' T cos T T sin 支重轮分力：

外部阻力为：
n 1 Kc z0 K 将压力p计算公式代人并积分得： Ff 1 2b b n 1
z0 2W Ff 1 2b pdz 0 L
内摩擦模量
假设车辆垂直载荷在两条履带上均匀分布，则土壤单位面积 上承受压力为： 车辆使用重量 Gs Kc n p p K z 2bL0 b 履带接地长度
车辆相对于 接地履带相 对速度
第二节 履带行走机构运动学
图2-3 履带相对于台架的卷绕运动
驱动链轮节圆半径
1位置履带速度最大 2位置履带速度最小
v1 r0 K
v 2 r0 k cos
驱动链轮角速度

2
v1 cos

2
驱动链轮分度角
• 车辆的行驶速度带有周期变化的性质
履带卷绕运动的平均速度可通过驱动轮每转一 圈所卷绕(转过)的链轨节的总长来计算 . 设驱动链轮齿数为Zk，履带节距为lt，一周所卷绕的 链轨长度为 Zk* lt ，如果驱动轮转速为nk，则链 轨卷绕运动平均速度为：
• 假定离合器不打滑
MK m M e im
e im K
im——传动系总传动比，它是变速器、中央传动和最终传动 各部分传动比的乘积。 驱动力矩MK 可以表示为:
M K m M e im
2. 履带式行驶原理
图2-1 履带式拖拉机行驶原理图
履带式行驶原理：
驱动力矩MK 驱动段内拉力Ft
lT l l 1 lT lT
滑转的存在，带来驱动功率损失，其损失大小用滑转效率 表示：
Fk v v 1 Fk vT vt
第三节 履带车辆的滚动阻力
• Fk=Ff+FT
Fk——驱动力；Ff——滚动阻力；FT——作业阻力。
• •
滚动阻力是车辆前进运动时所必须克服的阻力，也就 是说，车辆驱动力必须大于或等于滚动阻力时，车辆 才能向前行驶。 履带式车辆的滚动阻力，一般包括内部滚动阻力和外 部滚动阻力两部分
在驱动轮与支重轮之间，竖向力平衡，对机械，地面不附加任 何力;
牵引力 T 克服滚动阻力 Ff 和作业阻力FT ;
T 也可以表示为 Fk 有效牵引力 Fkp
: ；即
Fk=Ff+FT
Fkp=Fk-Ff
第二节 履带行走机构运动学
图2-3 履带相对于台架的卷绕运动
v v j vr
车辆速度 接地履带 速度
滚动阻力系数
车辆外部滚动阻力计算复杂，且不准确，实际采用试验 方法进行测定。
试验表明，滚动阻力近似与车辆使用重量成正比，其 比例常数称为滚动阻力系数。
Ff fGs
履带式机器滚动阻力系数
路面条件
铺砌道路
滚动阻力系数 f
0.05
附着系数φ
0.6~0.8
干土道路
柔软砂路 深泥土地
0.07
0.10 0.10~0.15
各种常见土壤的抗陷系数(单位沉陷量接地比压)和最大容许比压 表2-2
土壤种类
沼泽
P0 kpa/m
490.33~980.67
pmax kpa
29.23~56.84
沼泽土
湿粘土、松砂、耕过的土地 大粒砂、湿的中等粘土 中等粘土和湿实粘土
1 176.80~1 471.00
1 961.33~2 942.00 2 942.00~4 412.99 4 903.33~5 883.99
第二章 履带式底盘行驶理论
第一节 履带车辆行驶原理 第二节 履带车辆行走机构运动学 第三节 履带车辆的滚动阻力 第四节 履带车辆的附着性能
T220 履带 推土 机传 动系 统图
1-柴油机 2-主离合器 3-联轴节 4-变速箱 5-主传动器
6-制动器 7-转向离合器 8-最终传动 9-驱动轮
T220履带推土机传动系统的辅助说明
车辆的内部滚动阻力
• 组成：
– 驱动轮、引导轮、支重轮和托链轮转动时轴承内部产生的摩擦 力； – 上述各轮与履带轨链接触和卷绕时所产生的摩擦力； – 卷绕履带时轨链销轴和销套之间所产生的摩擦力等。
• 上述各摩擦力换算成行走机构摩擦力矩Mr又可分为两组：
– 由不变的法向压（如履带预张紧力、车辆使用重量）力产生的 摩擦力矩Mr2 ，这部分阻力矩与驱动力大小无关，相当于拖动行 驶时行走机构内部摩擦阻力矩； – 由履带的附加张紧力Ft产生的摩擦力矩Mr1 ，该摩擦阻力矩近似 与驱动力矩成正比，可以方便地用一个效率系数表示。 – Mr = Mr1 + Mr2
其中：
nk z k lt vT (m / s) 60
z k lt rk 2
－驱动轮（滚动）动力半径
• 当β角减小，亦即驱动轮有效啮合齿数Zk增加时， 则履带卷绕运动速度的波动就减小。对于β→0， Zk→∞这一极限情况，则有：
v1 v2 vm
这表明当驱动轮啮合齿数增加时，履带卷绕运动的速 度趋近于其平均速度，履带就具有下 图所示的形状。
P
I max
I Pmin
I Pmax 2
I Pmin
I Pmax
2G 2C (1 ) B L 3b e 2
I min
p
0
履带接地平面核心域：是履带装置两条履带接地区段几何中 心周围的一个区域。只要机器重心作用在这个区域以内，履 带接地区段沿长度都能承受一定的载荷；但当机器重心越出 这个区域时，则履带接地区段沿长度方向只有一部分接地面 积承受载荷。在此情况下，最大接地比压必然大幅度增加。 履带接地平面核心域是由两条履 带接地区段的纵向中心线，以及 位于履带装置横向中心线y轴左 右各L/6的两条平行线所组成的 一个矩形，其边长为L/3和B。 显然，接地比压和车辆结构参 数（L、b、B、C、e、G）有关， C、e和G增大，滚动阻力增大， L、b和B增大，滚动阻力减小。 但这6个参数又是相互制约的。
• • • • 齿轮啮合摩擦阻力； 轴承间摩擦阻力； 油封和轴间摩擦阻力； 齿轮搅油阻力。
传动效率的计算
履带车辆的传 动系效率ηm 驱动轮上的功率PK
PK M K K m Pe M e e
发动机有效功率Pe
• K ——驱动轮的角速度； • ——发动机曲轴的角速度； e • MK——驱动力矩； • Me——发动机的有效力矩。

K
n c bK 1
2
Gs 2L 0
n1 n
1 n 1
影响履带式车辆滚动阻力的主要因素
1、土壤性质和表面状态：土壤越松软，滚动阻力越大， Kc 、KΦ 、n增大，滚动阻力减小。 2、接地比压大小及其分布。 接地比压：履带单位接地面积所承受的垂直载荷。 平均接地比压：当工作重量与垂直外载荷所构成的合力在 水平地面上的投影同履带接地区段的几何中心相重合时， 履带接地比压便呈均匀分布状态，称为平均接地比压，其 表达式为：
履带与台车相对运动的简化示意图
• 车辆的理论行驶速度 :
T rK K
实际工作时履带与地面间往往存在滑转，此时实 际行驶速度为：
v vT v j

vT v v 1 vT vT
vj——履带在地面上的滑转速度。
通常用滑转率δ来表示履带对地面的滑转程度，它表明了由 于滑转而引起的车辆行程或速度的损失，由下式计算：
G Pa 2bL
Pa1
G 2C 1 2bL B G 2C II Pa 1 2bL B G 2C 6e 1 1 2bL B L G 2C 6e 1 1 2bL B L G 2C 1 1 2 Pa 2bL B
0.8~0.9
0.6~0.7 0.5~0.6
细砂土地
开垦的田地 冻结的道路
0.10
0.10~0.12 0.03~0.04
0.45~0.55
0.6~0.7 0.2
土壤最大允许比压：指履带挤压土壤沉陷深度不大于0.15m 时的接地比压。 只有当最大接地比压不超过土壤最大容许比压时，车辆在该 地面上才能正常行驶很稳定工作。
T T T cos
T T sin
• 水平及竖直方向合力
T T T cos T T cos T T T 0
水平方向合力T，为推动机械前进的牵引力，该力 与驱动段倾角大小无关； T 大小与地面条件有关；最大值受地面限制；
M k M r1 r Mk
• 车辆作为整体考虑时，各种外部阻力的总和应与切线牵 引力平衡，即：
F F
K
M r M K M r1 M r 2 F Ft rk rK rK
M r2 M r2 F FK rK rK r M K M r2 FK rK rK
•
主传动器、转向离合器都装在同一壳 体上，称为驱动桥。另外，在柴油机与 主离合器之间通过一组传动齿轮驱动工 作装置油泵P1、主离合器油泵P2以及转 向泵P3。在变速箱输入轴后段也可输出 动力，用来驱动附件。