履带车辆差速式转向机构性能试验

2 0 0 8 年 7 月 农 业 机 械 学 报 第 39 卷 第 7 期 履带车辆差速式转向机构性能试验* 迟 � 媛 � 蒋恩臣 � � �摘要 � 设计了一种履带车辆用差速式液压机械双功率流转向机构, 由 3 套行星系组成,将变速器传来的功 率和液压转向系统传来的功率汇流,在转向时能够实现两侧履带的正反转转向。样机试验表明, 样机直线稳定性 好,偏驶率为 0�7% ,符合国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ; 当只有转向动力输入时, 样机转向角速度大, 转向角速度随转向动力输入转速 的增加而增加;由于实际两侧履带的滑移和滑转的情况不同,最小转向半径为 0�02 m, 接近于零,可实现原位转向。 关键词: 履带车辆 � 差速式转向机构 � 性能试验 中图分类号: U469� 6+ 94; U463� 4 文献标识码: A Performance Tests on Differential Steering Mechanism of Tracked Vehicle Chi Yuan1 � Jiang Enchen2 (1. N or theast Agr icul tural University , H ar bin 150030, China 2. South China Agr icultur al University , G uangz hou 510642, China) Abstract A new dif ferent ial steering mechanism adopt ing hydro�mechanical double power used in t racked vehicle w as designed. The new different ial steering mechanism is made up of three planetary systems. Combining the pow er of the derailleur and that of the turning hydraulic system, the mechanism realizes tw o t racks turning in reverse direct ions. The experimental results show that it has good heading performance and the yaw ing rate is 0�7% , which accords w ith nat ional standard. Quickly turning is achieved while only turning pow er input . With the increasing of input ting rotate speed, turning angle velocity is also increased. The neutral turning is realized and the m inimum turning radius is 0�02 m as the tracks on both sides have dif ferent skids and slips. Key words � Tracked vehicle, Different ial steering mechanism, Performance test 收稿日期: 2007�07�13 * 黑龙江省科技厅攻关项目(项目编号: GB01B703�02) 迟 � 媛 � 东北农业大学工程学院 � 讲师 � 博士生, 150030 � 哈尔滨市 蒋恩臣 � 华南农业大学工程学院 � 教授 � 博士生导师 � 通讯作者, 510642 � 广州市 � � 引言 履带式车辆的转向机构普遍采用离合器结合制 动器,转向通过摩擦元件的滑磨来实现,既造成了功 率损失,又降低了摩擦元件的使用寿命。同时转向 费力、转弯半径大,无法在小地块转向。此种转向机 构属于单功率流的转向机构, 液压机械双功率流转 向机构是把机械传动的高效率和液压传动的无级变 速优点结合在一起,由发动机输出的功率分成液压 和机械两股!功率流∀,机械传动用于直行,液压传动 用于转向,在多自由度的行星差速器汇合,使两侧履 带以不同的速度行驶, 从而以不同转向半径实现转 向。本文借鉴美国卡特公司 D8N 型推土机的差速 式转向机构的工作原理,设计新型差速式转向机构, 使其能与橡胶履带式割前摘脱收获机发动机匹配。 1 � 结构原理 设计的差速式转向机构原理图和结构图如图 1 和图 2所示。 本机构由 3 套行星系组成, 有 2个动力输入端 A、B和 2个动力输出半轴 1、14, A 端由变速箱输入 动力, B端由转向液压马达输入动力。 当只有A端输入动力时,动力流向为:变速箱#驱 动小直齿轮#驱动大直齿轮#行星排 2的行星架# 行星排 2的齿圈#行星排 1的行星架#左半轴 行星排 2的太阳轮#行星排 3的太阳轮#行星排3 � 的行星架#右半轴 左、右半轴 1、14同向,实现了直行。 图 1 � 差速式转向机构原理图 F ig. 1 � Principles of differential steering mechanism 1.左半轴� 2、8、13.行星架 � 3、7、12.行星齿轮 � 4、6、11. 行星齿 圈 � 5.转向动力输入大齿轮 � 9.直行动力输入小齿轮 � 17.转向 动力输入小齿轮 � 10.传动轴 � 14.右半轴 � 15、16、18.太阳轮 � 图 2 � 差速式转向机构结构图 Fig. 2 � Structure of differential steering mechanism � 当只有 B 端输入动力时, 动力流向为: 转向马 达#转向小直齿轮#转向大直齿轮 #行星排 1齿圈 #行星排 1的行星架 #左半轴及行星排 1的行星轮 #行星排 3的太阳轮、行星轮、行星架#右半轴 左、右半轴 1、14反向,实现了原地转向。 当A、B同时输入动力时, 实现了车辆不同半径 的转向。 该新型差速式转向机构结构上能够与橡胶履带 式割前摘脱收获机发动机匹配, 理论上能够减少制 动功率损失,具有无数个规定转向半径,可实现收获 机的连续稳定转向和原地转向。 2 � 性能试验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 2�1 � 车辆转向性能与评价指标 转向性能是表征车辆改变其运动方向的一种能 力,是车辆性能的一个重要指标。转向机构的性能 主要是通过履带车辆最小转向半径、转向角速度、发 动机载荷增长程度、直线运动稳定性等指标评价, 本 文只针对最小转向半径、转向角速度、直线稳定性进 行研究。 2�2 � 性能试验 2�2�1 � 试验样机设计 图 1中 A端变速箱动力输入由 0�75 kW 的三 相异步电动机通过链传动带动, B端马达动力输入 采用 1�1 kW 三相异步电动机通过链传动带动, 两 电动机均由变频调速器控制,并分别接上倒顺开关, 试验样机的前进、后退、左转、右转、增速、减速便可 由变频调速器和倒顺开关控制实现。当直线行驶 时,只有 A端电动机工作, 速度由与其连接的变频 器控制,前进或后退由与其连接的倒顺开关控制;转 向时A 端电动机与 B端电动机同时工作,转向半径 的大小由两个变频器共同控制, 转动的方向由与 B 端电动机连接的倒顺开关控制; 当原地转向时, 只有 B端电动机工作, A端电动机不工作, 同时用制动链 轮制动差速式转向机构的 A轴。试验样机见图 3。 图 3 � 试验样机 Fig. 3 � Experimental prototype � 2�2�2 � 直线性能试验 参考军用履带式工程机械设计定型通用试验规 程 ∃ ∃ ∃ 直线行驶性能试验方法, 进行直线性能试验。 道路条件:水泥路面; 仪器设备: 钢卷尺、标杆、 粉笔;试验内容和方法: 样机停在选好的道路上, 以 一侧履带外缘为基准向前标定一直线, 以该侧履带 着地首块履带板前端为起点,沿标定方向 50 m 处标 出记号,在该标记处作一横向垂线,样机以低挡恒速 行驶,只有控制直行的电动机工作,而控制转向的电 动机不工作,行驶至终点,量出偏离标定直线的垂直 距离即为偏驶距离, 记录偏离方向,重复 3次,取平 均值,得偏驶率为 p = e l % 100% ( 1) 式中 � e ∃ ∃ ∃ 偏驶距离, m � � l ∃ ∃ ∃ 标定距离, m 定义向左偏方向为正,偏驶距离分别为 0�35 m、 - 0�32 m、- 0�4 m, 根据式( 1)计算平均偏驶率为 0�7%。依据 GJB4111�5 ∃ 2000要求偏驶率一般不 超过 1%,通过试验和计算可知本样机的偏驶率在 国家标准范围内, 即本差速式转向机构在不操纵转 向时直线性很好(不用控制转向来修正直线性)。 15第 7 期 � � � � � � � � � � � � � 迟媛 等: 履带车辆差速式转向机构性能试验 产生偏驶原因分析: ( 1)两侧履带板钢丝的焊接高度、履带板之间的 间隙、支重轮、导向轮安装位置不可能完全相同, 从 而导致在驱动轮输出转速相同的情况下, 两侧履带 的工作状况也不同。 ( 2)两侧履带接触的地面条件不同,地面的起伏 会造成车辆的偏驶。 2�2�3 � 最小转向半径测试 对于水田收获机械, 转向性能比直线稳定性更 为重要。在松软水田中, 往往能顺利直驶通过的地 块,却不能顺利转向。 车体的回转中心到车体纵向中心线的垂直距离 称为转向半径 R。 设计的差速式转向机构, 理论上使履带车辆稳 定转向半径 R= 0。目前国产履带式拖拉机、履带 式收获机多采用 R= B / 2 的转向机构。由于转向 性能试验没有相关国家标准, 通过分析相关文献, 确 立了如下的试验方法。 仪器设备: 钢板尺、三角板、米尺、电感式转速传 感器、12 V直流电源、粉笔。 使直行电动机不工作, 同时制动直行动力输入 轴A,只有转向电动机驱动,即 nA= 0, nB & 0, 测试 nB取不同值时的最小转向半径。履带原地转向时, 履带轨迹为 2个同心圆,大圆是履带接地外端点 A (图 4a)的轨迹,小圆是履带内边中点 D (图4b)的轨 迹,本试验分别测出大圆和小圆的半径。 图 4 � 最小转向半径求解示意图 Fig . 4� Sketch of minimum turning radius ( a) 测量大轨迹圆半径 � ( b) 测量小轨迹圆半径 � 采用下述 2种算法, 各求出原位转向的转向半 径,将两种算法得值取平均来减小误差。 ( 1)如图 4a 所示, 静止时标记履带接地面积的 几何中心 O ,标记履带最外点 A 划出的圆弧, 测出 轨迹圆半径 lAO 3 ,可知 lAC = 12 L , lCO= B 2 + b 2 , 则 转向半径 R = lCO 3 - lCO= l 2 AO 3 - l 2 AC- lCO= l 2 AO 3 - L 2 2 - B 2 - b 2 ( 2) 式中 � L ∃ ∃ ∃ 履带接地长度 B ∃ ∃ ∃ 履带轨距 � � b ∃ ∃ ∃ 履带宽度 ( 2)如图 4b所示, 标记履带内边中点 D 划出的 轨迹圆半径 lDO 3 ,则转向半径 R= lDO 3 - lDO= lDO 3 - B 2 + b 2 ( 3) 表 1为 n B= 115 r/ min时的转向半径测定记录 表( L = 0�75 mm, B= 0�715 mm, b= 0�15 m) , 算得 原位转向时最小转向半径平均值为 0�07 m, 同样方 法,当 nB取 141 r/ min、160 r/ min时算得最小转向 半径平均值均为 0�05 m。 表 1 � 转向变频器输入 500 r/ min( n B= 115 r/ min)时 转向半径测定结果 Tab. 1� Data record of turning radius while inverser inputting rotate speed is 500 r/ min m 序号 lAO3 lDO3 1 0. 60 0. 29 2 0. 64 0. 30 3 0. 69 0. 31 4 0. 70 0. 32 5 0. 71 0. 30 6 0. 70 0. 31 平均值 0. 67 0. 31 R 0. 12 0. 02 � � 履带行走没有滑转和滑移时,即为纯滚动, 履带 前进速度即为驱动轮节圆半径与驱动轴角速度的 积。当地面受履带作用产生水平剪切应力造成剪切 变形,使履带前进速度减小, 便产生了滑转;当履带 在滚动的过程中被车架拖带使履带前进速度增加, 便产生了滑移。如果 2 条履带无滑转、滑移, 或滑 转、滑移相同, 则转向半径 R= 0, 实际运动时总不 会相同,故转向中心不是 O 点, 而是 O 3点。 通过以上试验和分析可知, 本差速式转向机构 在只有转向动力源输入时, 可以实现一侧履带正转, 另一侧履带反转, 且正反转转速相等,能够实现车体 的原地转向,转向半径近于零,可以实现车体的小地 块转向。 2�2�4 � 转向角速度的测试 周转向时间或转向角速度也是评价转向性能的 重要指标。 周转向时间是履带车辆绕其转向中心旋转一周 所需的时间, t = 2�� ( � 为平均旋转角速度, rad/ s)。 仪器设备:秒表、钢板尺、粉笔、电感式转速传感器、 12 V 直流电源。 直行电动机不输入动力,转向电动机输入动力, 16 农 � 业 � 机 � 械 � 学 � 报 � � � � � � � � � � � � � � � � 2 0 0 8 年 转向电动机的转速由与其连接的变频器来控制。用 秒表测量车体原地转向一周的时间即为周转向时间。 转向变频器输入转速为 500 r/ m in 时, 测得转 速 nB= 115 r/ min,通过实测得到的角速度为 0�14、 0�16、0�15 rad/ s。同样, 当转速 n B 取141 r/ min、 160 r/ min时, 周转向时间均值分 别为 30�9 s、 28�7 s, 转 向 角 速 度 均 值 分 别 为 0�20 rad/ s、 0�22 rad/ s。而通过理论分析得到相同转速下的周转 向时间分别为: 25�7 s、20�9 s、18�4 s。观察相同转 向动力输入转速的试验值和理论值,可知理论值小 于试验值。 通过以上试验可知, 只有转向动力输入而直行 动力不输入时, 周转向时间短,转向角速度大, 转向 角速度随转向动力输入转速的增加而增加, 但也受 地面附着力的制约,引起的滑移和滑转导致履带车 速降低,从而实际周转向时间比理论值大。 3 � 结束语 设计了新型差速式转向机构, 并进行了样机的 直线性、最小转向半径、转向角速度的试验。通过试 验可以得到,本差速转向机构在不操纵转向时, 即不 用转向控制来纠偏时, 直线性能的偏驶率为 0�7%, 符合国家标准; n B取 115、141、160 r/ m in 时,通过 2 种计算方法算得平均最小转向半径分别为 0�07、 0�05、0�05 m,通过测量得周转向时间分别为 45�6、 30�9、28�7 s,转向角速度随转向动力输入转速的增 加而增加。表明本差速式转向机构在只有转向动力 源输入时, 可以实现一侧履带正转, 另一侧履带反 转,且正反转转速相等,能够实现车体的原地转向, 转向半径近于零, 可以实现履带车辆的小地块转向。 参 考 文 献 1� Merho f W , Hackbarth E M . 履带车辆行驶力学[ M] . 北京: 国防工业出版社, 1989: 71~ 77, 86~ 87. 2� Muro T . 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