崔 智， 李年裕， 王天祺， 房 遠(yuǎn)

（1.陸軍裝甲兵學(xué)院， 北京 100072； 2.63853部隊(duì)， 吉林 白城 137000）

引言

現(xiàn)如今履帶式移動(dòng)平臺(tái)在工農(nóng)業(yè)、軍事領(lǐng)域中投入使用越來(lái)越廣泛，一方面履帶式行走裝置相比輪式來(lái)說(shuō)，可以平穩(wěn)地在崎嶇不平道路上行駛，另一方面平臺(tái)整體的穩(wěn)定性強(qiáng)于輪式平臺(tái)。針對(duì)傳統(tǒng)履帶式平臺(tái)轉(zhuǎn)向性能差等問(wèn)題，本文設(shè)想出了一種新型履帶式移動(dòng)平臺(tái)，主要對(duì)其內(nèi)部零部件的參數(shù)進(jìn)行匹配計(jì)算，以使平臺(tái)能夠有良好運(yùn)動(dòng)性能。

1 平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)

該平臺(tái)的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的履帶式移動(dòng)平臺(tái)極其相似，可以實(shí)現(xiàn)載人運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。平臺(tái)內(nèi)部放置有電池、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等結(jié)構(gòu)。

平臺(tái)與傳統(tǒng)履帶式平臺(tái)不同之處就是在履帶板上添加了可以滾動(dòng)的小輥輪。履帶板的結(jié)構(gòu)如圖2所示。平臺(tái)在轉(zhuǎn)向時(shí)，將原有的履帶板與地面之間的滑動(dòng)摩擦力部分轉(zhuǎn)變?yōu)檩佪喤c地面之間的滾動(dòng)摩擦力，提升了平臺(tái)的轉(zhuǎn)向性能，也減少了地面對(duì)履帶板摩擦的損耗。

圖1 平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)

圖2 履帶板結(jié)構(gòu)

2 主要零部件的匹配計(jì)算

2.1 電機(jī)的選取及參數(shù)匹配

交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用更加廣泛[1]，因此平臺(tái)在電機(jī)的選取上選擇了交流異步電機(jī)。電機(jī)需要專門設(shè)計(jì)，根據(jù)平臺(tái)的需求，合理地選取電機(jī)的主要性能參數(shù)。

平臺(tái)在水平路面上行駛的最大速度為36 km/h，速度相對(duì)較低，因此可以忽略空氣阻力的影響[2]。若平臺(tái)以最大速度勻速行駛，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)輸出功率為：

式中：f為地面變形阻力系數(shù)，0.05；G為平臺(tái)的重力，14162N；Vmax為最大行駛勻速，36km/h；2代表電機(jī)數(shù)量；ηch為電機(jī)輸出端到主動(dòng)輪的傳動(dòng)效率，0.8[3]；ηx=0.95-0.003Vmax[4]。計(jì)算可得：P1≥5.26 kW。

履帶式移動(dòng)平臺(tái)正常可以爬上32°斜坡，當(dāng)平臺(tái)進(jìn)行爬坡運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)的峰值功率為：

其中，平臺(tái)的速度不宜過(guò)大，只要能保證可以順利爬上斜坡即可，因此取V0=5 km/h。計(jì)算得：P2≥7.52 kW。

由P1、P2的計(jì)算結(jié)果可知，平臺(tái)的電機(jī)功率需要同時(shí)滿足最大速度行駛和爬坡行駛，因此取：

根據(jù)上述計(jì)算功率，本文選取華盛力通公司AQHT8.5-4XX電機(jī)，其參數(shù)為：額定功率為8.5 kW，額定電壓32 V，額定電流206 A，額定轉(zhuǎn)速為1 650 r/min，最高轉(zhuǎn)速為8 000 r/min，額定轉(zhuǎn)矩為49.2 N·m，最大轉(zhuǎn)矩為70 N·m。

2.2 電池選取及參數(shù)匹配

對(duì)于該平臺(tái)來(lái)說(shuō)，電池是最為核心的零部件，鋰電池具有重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，因此本平臺(tái)采用鋰電池為其進(jìn)行供電。

平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的最大速度為36 km/h，平均速度為24 km/h，則鋰電池的功率為：

鋰電池的額定電壓取48 V，則平臺(tái)在勻速行駛時(shí)電池的額定電流為：

假設(shè)樣機(jī)平臺(tái)可以正常工作3 h，電池的利用率為70%[5]，則鋰電池的容量為：

2.3 減速器的參數(shù)匹配

傳動(dòng)比與電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大輸出轉(zhuǎn)速有關(guān)，既要滿足電機(jī)的轉(zhuǎn)矩又要滿足其轉(zhuǎn)速特性，因此必須對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行合理的選擇。

傳動(dòng)比與最大輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系：

式中：r為平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，0.15 m；Tm為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，70 N·m。代入式（7）中得：i≥11.61。

傳動(dòng)比與最高行駛速度關(guān)系：

式中：nm為電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，8 000 r/min；Vm為平臺(tái)最大速度，36 km/h。帶入式（8）中得：i≤12.56。

聯(lián)立式（5）（7）得到合適的減速比 i=12。

3 結(jié)論

本文主要提出了一種可以提升履帶式移動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)向性能的新型履帶式移動(dòng)平臺(tái)，同時(shí)為平臺(tái)選取了合適的電機(jī)、電池及減速器，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了匹配，為平臺(tái)的研制及試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。