履带农田运输车-履带运输车-济宁欧科(图)

　　现代履带运输车发动机多采用柴油机，其主要原因是:柴油机的压缩比高，做功行程的气体膨胀比较充分，能量利用率高，燃油消耗率比***机一般低;由于柴油机的燃油消耗率低以及柴油密度大，在相同容积油箱的情况下，履带运输车采用柴油机的行程里程为采用***机的倍;柴油不易蒸发、着火点高，不易发生火灾，易于储存和运输，可以减少履带运输车的火灾***性;柴油机易于改装成多种燃料发动机;柴油机易于采用增压技术提高发动机的单位体积功率，降低发动机的比质量和燃油消耗率，从而提高发动机的紧凑性和燃油经济性。

履带运输车的发动机特性 　　近年来履带运输车柴油机性能有了很大提高，提高功率主要靠增加平均有效压力，具体措施包括采用涡轮增压技术、中冷技术、电子控制、超高增压、低散热等新技术。通过提高增压度和采用中冷技术，使结构更加紧凑，油耗进一步降低。履带运输车发动机的功率。由于履带运输车经常在恶劣环境下行驶，对动力装置辅助系统的功能、性能提出了特殊的要求。

履带运输车的发动机特性

　　履带运输车在不同的路面行驶时，造成柴油机的负荷阻力矩在很大的范围内变化。为了保持柴油机正常工作，并且稳定柴油机的稳定工作转速和限制柴油机的转速，履带运输车的发动机采用全程调速的风冷式涡轮增压柴油机，其模型包括标定功率速度特性和部分速度特性模型。调速器的采用可以改进柴油机的转矩曲线，尽管发动机工作时其输出转矩可以在很大的范围内变化，但其转速变化很小，因此保证了发动机在稳定的状态下工作，以适应行驶阻力的急剧变化。

履带运输车的发动机特性

　　柴油机的外特性代表车辆柴油机在使用中允许达到的性能，直接关系到车辆的动力性能。柴油机部分特性曲线的有效功率、有效扭矩、小时燃油消耗的变化趋势与外特性曲线相类似，但均小于外特性的值。柴油机理论上是一个非线性不确定系统，其数学模型是非线性的。虽然非线性的数学模型可以准确描述柴油机的工作特性，但是它不便使用，所以在实际应用时常常采用准线性模型代替非线性模型。另外履带运输车在正常行驶过程中，发动机一般是相对稳定的系统，也就是说发动机的转速波动不是太大。

　　目前，在我国的山地以及丘陵地带有大面值的果园种植，到了果实收获季节，果实的运输问题一直困扰着农民，依靠以往的人力和畜力的运输方式效率极低，而且工作量大。随着我国城市化进程的加快，农村青壮年劳动力缺乏的问题日益明显。到了果实收获季节，需要在短时期内将果实快速运输到消费市场，由于山地果园运输机械的缺乏，使得这个问题日益突出，严重影响了果园种植业的发展和果农经济效益的提升。目前，在山地的纵向运输问题上国内已经出现了自走式大坡度单轨和双轨运输机，但是横向运输上仍然靠传统牲畜拖拉和手推车为主的方式，急需一款动力机械来解决山地果园内区内的运输问题。考虑到山地特殊的地形条件，通过对轮式、履带式和手扶式等几种运输方式的比较，选用履带式结构。

履带运输车的研究 　　为了方便单人操作和限度的简化结构、降低成本，同时又要保持车体的灵活性与稳定性，选用单履带运输车装置作为核心装置。本设计选用***机作为动力源，单履带运输车机构作为行走系，以蜗轮蜗杆传动和链传动作为传动系，皮带张紧轮为离合，整车结构简单，操作方便。单履带运输车采用了模块化设计思想，10吨履带运输车，由动力装置、传动系统、履带运输车系、车架以及加宽装置等四大部分组成。

履带运输车的研究 　　主要工作包括以下几部分：

　　（1）总体结构的分析和设计。考虑到山坡特殊的地理条件和位置，为了达到良好的通过性和一定的灵活性，履带运输车，选择单履带运输车装置。单履带运输车装置平衡性不如双履带，为了保持平稳性需要对车体的重力配置进行分析和研究。该车由单人操作，因此体积较小，为了同时容纳动力装置、传动装置和行走装置等多个部分，需要优化结构设计，尽可能的紧凑。

　　（2）主要参数的计算和相关零部件的选用。车体行走需要动力，根据地理条件和载重来计算所需的功率；然后分配各部分的传动比和输入功率，并计算相关的扭矩等参数。***后根据动力输入、转速和扭矩选择合适的零部件。

履带运输车的研究 　　（3）各部分结构的设计与计算，包括履带运输车装置、传动装置、动力源和车体及加宽装置。主要是履带运输车装置的设计计算，该部分是整个车体的核心部分，需要选定适合要求的履带并设计加工配套的履带轮和导向轮。车辆行走时，履带行走装置需要配合可靠运行平稳。

　　（4）在完成加工后对车辆进行试验和性能测试，分析测试过程中发现的问题并加以改进。在实际加工生产过程中，存在很大的差异，会出现很多没考虑到的问题，因此在需要不断的改进来解决问题满足使用要求。

　　多体系统的接触碰撞是工程中常见的现象。在履带运输车行动系统中，履带与主动轮轮齿、诱导轮、负重轮、拖带轮及地面之间均存在着接触碰撞，这些碰撞保证着履带车辆的正常行驶，但同时也产生了大量的振动噪声和部件磨损。多体系统碰撞力学从力学本质上是一种非定常、变边界的高度非线性动力学过程，其中对碰撞过程的正确处理是解决多体接触碰撞动力学问题的关键。多体系统分为多刚体系统和多柔体系统。对于多刚体系统的碰撞问题一般采用经典碰撞理论来解决，其研究基于以下 4 点假设：碰撞过程瞬间完成，不考虑碰撞作用时间及过程；碰撞接触面视为一点，碰撞过程中碰撞点不变；碰撞面光滑，不考虑摩擦作用；利用碰撞前后冲量的变化确定系统运动状态的改变。基于上述假设，Routh提出了用于解决多刚体系统碰撞问题的动量平衡法；洪嘉振、梁敏[等引入碰撞约束的概念，建立了开、闭环形式一致的经典多刚体碰撞动力学方程。经典碰撞理论由于忽略了碰撞力随时间变化过程，在动力学计算中不需要进行积分运算，计算效率较高，因此在大型多刚体系统碰撞动力学中得到了广泛应用。但由于其同时忽略了摩擦，对于非光滑性质的力学系统，Coulomb 干摩擦作用会引起系统的动力学方程出现不协调现象，如Painleve 疑难问题和 Kane 动力学之迷问题。这些问题的出现表明，经典刚体动力学及碰撞理论在解决多系统动力学的理论构架上存在固有的缺陷。为了解决这些缺陷，履带农田运输车，后来的人们陆续提出了 Lemke 算法、时间步长算法、拉格朗日增广法及有限元法。

履带运输车多体系统碰撞动力学发展 　　多刚体系统发生碰撞时，碰撞力会对整个刚体系统的运动产生影响。而对多柔体系统来说，由于柔体的弹性，碰撞区域会产生应力波并在碰撞物体间及系统中传播，因 此 柔 性 多 体 系 统 的 碰 撞 动 力 学 相 对 多 刚 体 系 统 的 碰 撞 动 力 学 更 复 杂 。J.Ri***antab-Sany 和 A.A. Shabana指出在选取足够多数目的广义坐标的前提下，经典的动量平衡法可有效地应用于多柔体系统的研究中；Wu 和豪格提出了用子结构法来解决柔性体的碰撞问题。

　　无论多刚体系统还是多柔体系统，其建模方法大致可分为 3 类：动量平衡法，连续碰撞力模型及有限元法。动量平衡法的核心是经典碰撞理论，关键是确定正确的***系数。1686 年，牛顿针对低速物体碰撞问题将***系数定义为：碰撞前后的物体沿法向的相对速度之比；1817 年，Poisson 提出用碰撞的***阶段和压缩阶段的作用冲量之比作为***系数的动力学定义。但是 New-ton 和 Poisson 的理论不能解决物体间含摩擦的斜碰撞问题。Stronge 于 1990 年提出了以吸收和释放的应变能之比来定义***系数。不管哪一种定义方式，***系数都被认为是一个只与碰撞物体材料有关的常数。但近年来，刘才山、郭吉丰、Johnson、Gold***ith 及 Thornton等人发现***系数还与碰撞的初始条件有关，四缸履带运输车，如碰撞点的初始速度、碰撞位形及多体系统的连接方式等，并且给出了不同的计算公式。但是到目前为止，还没有比较明确的取值方法。

履带运输车多体系统碰撞动力学发展 　　连续分析法是一种以弹簧阻尼力元代替接触区域复杂变形的近似方法。该模型一般假定变形限制在接触区的邻域，弹簧接触力根据 Hertz 接触规律确定，通过一个与弹簧平行的阻尼器考虑接触过程中碰撞体弹性波的影响。Dubowsky采用线性粘性阻尼和弹簧接触力来处理碰撞问题，该模型在数学处理上比较方便，但是存在一定缺陷：开始接触时(变形为零)，函数值不为零；碰撞***阶段函数值可能出现负值。Johnson提出用非线性的 Hertz 接触模型去修正线性弹簧阻尼模型中的弹簧力模型，而阻尼力分量为碰撞相对速度的函数。Lee 和 Wang[提出了一种满足边界条件的非线性弹簧阻尼模型，并通过了试验验证。使用等效弹簧阻尼模型对碰撞过程进行分析，可以较精细的分析碰撞过程的动力学响应。

履带运输车多体系统碰撞动力学发展 　　对碰撞问题的研究除了结构动力学以外，有限元方法作为一种有效的工程数值分析方法正在得到广泛的应用。有限元法通过单元假设近似函数分片逼近全求解域函数，以多段线近似拟合边界形状，将一个无限自由度的连续问题离散成有限自由度的问题，进而求解得到整个域上的近似解，通过引入接触点搜索和碰撞求解算法，能够对复杂几何形状和材料性质的碰撞动力学问题进行数值。经过 30 多年的发展，有限元碰撞问题的研究已经取得了比较成熟的成果。与连续碰撞力模型相比较，采用有限元法求解多体碰撞问题时，只需要了解碰撞物体的几何形状、材料性质及碰撞前运动学参数即可对问题进行求解，不需要引入过多的参数，更符合物理实际。然而与之相应的是过多的自由度带来了数值计算上的极低效率，并且物体大范围运动与小范围弹性振动之间的耦合也将引起严重的数值病态，这些将给大型复杂机械系统碰撞动力学分析带来了巨大困难。