劉瑞強(qiáng)

摘要：履帶車輛的牽引計(jì)算是傳動(dòng)裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)裝置設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)牽引計(jì)算的結(jié)果，可以預(yù)先評(píng)價(jià)履帶車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和提出自動(dòng)控制行駛的規(guī)則。履帶車輛牽引計(jì)算的共同任務(wù)，是在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下，在考慮到傳動(dòng)裝置形式以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)形式及參數(shù)的同時(shí)，確定傳動(dòng)裝置內(nèi)的速度范圍，排擋數(shù)和排擋劃分，以便保證履帶車輛的最佳動(dòng)力性能。

Abstract： Traction calculation of tracked vehicles is an important link in the design of transmission and engine devices. According to the results of traction calculation， the fuel economy of the crawler vehicle can be evaluated in advance and automatic control rules can be proposed. The common task of the traction calculation of the tracking vehicle is to determine the speed range， gear number and gear division while considering the drive form and the steering mechanism form and parameters， so as to ensure the optimal dynamic performance of the track vehicle.

關(guān)鍵詞：履帶車輛;牽引計(jì)算;傳動(dòng)裝置

Key words： tracked vehicles;traction calculation;transmission

中圖分類號(hào)：U469.6+94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0087-02

0? 引言

已知結(jié)構(gòu)履帶車輛檢驗(yàn)性牽引計(jì)算的共同任務(wù)，是確定和評(píng)價(jià)車輛的動(dòng)力性能。上述兩種任務(wù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)外特性或在任何給定的工況下（通用牽引特性）工作時(shí)，均通過(guò)繪制直線行駛牽引和制動(dòng)特性曲線來(lái)解決。轉(zhuǎn)向在考慮到允許的行駛速度的同時(shí)，以在各種土壤上的行駛軌跡曲率來(lái)表示。

1? 傳動(dòng)裝置效率的計(jì)算

通過(guò)傳動(dòng)裝置傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)功率，伴隨著傳動(dòng)裝置各組成部分的能量損失。在沒(méi)有負(fù)荷的情況下對(duì)傳動(dòng)裝置功率損失進(jìn)行計(jì)算。速度功率損失ΔNC由未結(jié)合摩擦部件中的功率損失ΔNΦ和傳動(dòng)裝置機(jī)械部分的功率損失ΔNM（行星排和齒輪傳動(dòng)、軸承和密封件中的功率損失）的相加得到，有：ΔNC=ΔNΦ+ΔNM

2? 液力變矩器

液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，其通常位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速機(jī)構(gòu)之間，主要由三個(gè)工作葉輪組成，其中B為泵輪、W為渦輪、T為導(dǎo)輪。

2.1 液力變矩器的原始特性

液力變矩器的原始特性關(guān)系圖如圖2所示：其中K為變矩比、η為效率、λB為轉(zhuǎn)矩系數(shù)、i為轉(zhuǎn)速比。

2.2 液力變矩器的轉(zhuǎn)速比

液力變矩器的轉(zhuǎn)速比關(guān)系式如下：i=

其中nw為渦輪轉(zhuǎn)速，nB為泵輪轉(zhuǎn)速。

2.3 液力變矩器變矩比

液力變矩器變矩比如下式所示：K=

其中K為變矩、TW為渦輪轉(zhuǎn)矩、TB為泵輪轉(zhuǎn)矩。

2.4 液力變矩器的泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)

反映泵輪轉(zhuǎn)矩與其幾何參數(shù)、油液密度及轉(zhuǎn)速等關(guān)系的一個(gè)性能參數(shù)。其定義為：

2.5 牽引特性

當(dāng)對(duì)有液力機(jī)械式傳動(dòng)裝置的履帶車輛進(jìn)行直線行駛牽引計(jì)算時(shí)，具有下列特點(diǎn)：①在液力變矩器正常工作時(shí)，其中傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)傳動(dòng)比由機(jī)械式部件和液力變矩器的傳動(dòng)比共同決定。②液力變矩器的運(yùn)動(dòng)學(xué)傳動(dòng)比，應(yīng)與繪制履帶車輛牽引特性時(shí)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)工況相對(duì)應(yīng)。③液力機(jī)械式傳動(dòng)裝置是一種在較少情況下具有兩自由度的系統(tǒng)，當(dāng)分析履帶車輛加速時(shí)應(yīng)考慮這點(diǎn)。④液力機(jī)械式傳動(dòng)裝置的動(dòng)力學(xué)傳動(dòng)比與運(yùn)動(dòng)學(xué)傳動(dòng)比差別很大，并且在每種工況下不僅由機(jī)械部件決定，而且還取決于液力交矩器的動(dòng)力學(xué)傳動(dòng)比。⑤當(dāng)決定變速箱的速度范圍和劃分排擋時(shí)，應(yīng)考慮液力變矩器的閉鎖。

2.6 共同工作特性

所謂共同工作的輸入特性，是指與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接相聯(lián)的液力元件泵輪軸，在穩(wěn)定工作狀態(tài)下的力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系 ，而把渦輪軸上相應(yīng)力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系 叫做共同工作的輸出特性。

利用 式 和式 ，計(jì)算出它們共同工作的輸出性。作為技術(shù)比較成熟先進(jìn)的TCL-421系列液力變矩器可以作為安裝在履帶車輛的首選。

3? 行動(dòng)部分功率損失分析

履帶車輛直線行駛和轉(zhuǎn)向牽引計(jì)算時(shí)，行動(dòng)部分的功率損失分成3個(gè)重要組成部分，這三部分是履帶纏繞損失、摩擦損失和負(fù)重輪沿履帶板的滾動(dòng)損失。

用于履帶纏繞的功率損失不依賴傳輸?shù)墓β蚀笮?，并可看作是空轉(zhuǎn)損失，且與履帶車輛行駛速度（至50km/h）成正比。履帶與主動(dòng)輪嚙合中的功率損失，也如同履帶和鏈條傳動(dòng)一樣，取決于所傳輸?shù)墓β省?/p>

負(fù)重輪沿履帶滾動(dòng)的功率損失（組成部分）正比于懸掛質(zhì)量，以及履帶車輛在所有速度范圍內(nèi)的行駛速度，通常在考慮到把懸掛質(zhì)最換算成車輛全重的同時(shí)，用負(fù)重輪沿履帶滾動(dòng)阻力系數(shù)fK的形式表示。系數(shù)fK包括在履帶車輛直線行駛阻力系數(shù)的組成內(nèi)：f=fK+fГP

式中fГP為地面阻力系數(shù)。

履帶車輛多次行駛試驗(yàn)所得到的系數(shù)f和fГP的試驗(yàn)值如表1所示。

換算公式表明，沿地面移動(dòng)和沿履帶（板）滾動(dòng)負(fù)重輪時(shí)產(chǎn)生的履帶車輛直線行駛阻力，取決于作用到履帶支承表面上的履帶車輛重量的垂直組成部分。

傳統(tǒng)的車輛地面力學(xué)基于經(jīng)典土力學(xué)理論，較多的是將與行走機(jī)構(gòu)作用的土壤看成是彈塑性體、非線彈性體、粘彈性體等非線性材料，認(rèn)為土體的本構(gòu)關(guān)系是恒定的，加載的瞬間土壤即開(kāi)始變形，不考慮加載時(shí)間的影響。

4? 自動(dòng)換擋系統(tǒng)

建立自動(dòng)換擋系統(tǒng)的任務(wù)是首要的，有利于節(jié)省駕駛員體力和減少燃油消耗，對(duì)自動(dòng)換擋系統(tǒng)要求如下：①換擋時(shí)間和判擋或降擋時(shí)刻的選擇。②在換擋過(guò)程的過(guò)渡時(shí)間內(nèi)動(dòng)力裝置組成部分的工作狀態(tài)調(diào)節(jié)。③在換擋時(shí)不要發(fā)生機(jī)件損壞。④利用履帶車輛的整個(gè)牽引特性。⑤動(dòng)力裝置工作在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，在換擋時(shí)工作中斷時(shí)間最短。⑥消除循環(huán)換擋。⑦減少不合理的換擋次數(shù)。⑧可從自動(dòng)過(guò)渡到手動(dòng)換擋（或半自動(dòng)）和相反。⑨手動(dòng)操縱優(yōu)先。

自動(dòng)換擋操縱系統(tǒng)可選擇換擋時(shí)間，確定換擋方向（升擋或降擋），完成換擋計(jì)算，消除動(dòng)力裝置部件的損壞，保證駕駛員隨時(shí)進(jìn)入到手動(dòng)操縱。同時(shí)系統(tǒng)的這些特性可降低對(duì)駕駛員技術(shù)水平的要求，減少訓(xùn)練學(xué)習(xí)時(shí)間，提高行車信心，減少對(duì)保持規(guī)定的車輛適應(yīng)能力的訓(xùn)練量。車輛行駛的外部條件，包括各種隨機(jī)不確定性的道路阻力及其較大頻次變化范圍的行駛阻力。駕駛員應(yīng)當(dāng)時(shí)刻觀察外部條件，并在這些條件變化時(shí)及時(shí)改變車輛行駛的狀態(tài)和參數(shù)。為此，車輛應(yīng)具有允許駕駛員強(qiáng)制性地改變它的狀態(tài)和工況的操縱機(jī)構(gòu)，這樣，駕駛員才有可能保證車輛按照外部行駛條件進(jìn)行有效和安全地行駛。

必須注意到，例如：液力機(jī)械傳動(dòng)的履帶車輛牽引特性，其特點(diǎn)是存在兩個(gè)高油耗區(qū)。第一個(gè)（在高速行駛范圍）解釋為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，在該區(qū)域隨著其曲軸轉(zhuǎn)速增加和負(fù)荷降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗增加。第二個(gè)是由于在低轉(zhuǎn)速時(shí)液力變矩器效率降低。因此，工作的經(jīng)濟(jì)區(qū)在每擋的中間速度范圍內(nèi)。在低擋調(diào)節(jié)特性曲線上，由低擋到高擋換擋規(guī)律點(diǎn)位置，要求有高精度的參數(shù)測(cè)量并影響到履帶車輛的加速性。

消除換擋循環(huán)最基本的方法是根據(jù)換擋行駛速度實(shí)現(xiàn)換擋規(guī)律的分隔。早期換擋循環(huán)出履帶車輛現(xiàn)在不合理的換擋，采取的辦法是在換擋時(shí)延緩執(zhí)行換擋指令，這也是換擋規(guī)律的修正。延緩履帶車輛可按3個(gè)原則處理：如正常的換擋規(guī)律移動(dòng);駕駛員加以干預(yù);考慮操縱對(duì)動(dòng)力或?qū)β膸к囕v行駛速度修正換擋規(guī)律。履帶車輛偏移正常換擋規(guī)律的延遲是基于自動(dòng)換擋系統(tǒng)完成換擋的算法總是比駕駛員反應(yīng)快。知道由自動(dòng)換擋系統(tǒng)和駕駛員保證的“升擋”和“降擋”時(shí)的換擋時(shí)間，在自動(dòng)換擋系統(tǒng)可取平均履帶車輛差值，作為換擋時(shí)執(zhí)行指令的延遲。延遲不能超過(guò)1.5～2秒，也不能導(dǎo)致履帶車輛經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性出現(xiàn)明顯地下降。有相關(guān)試驗(yàn)表明，液力機(jī)械傳動(dòng)的自動(dòng)換擋數(shù)量少，因此建立液力機(jī)械傳動(dòng)的自動(dòng)換擋系統(tǒng)要比機(jī)械傳動(dòng)容易;排擋之間宜安排得足夠遠(yuǎn)，以適應(yīng)自動(dòng)換擋系統(tǒng)附加手段和對(duì)精度提高的要求。液力變矩器的減振性能、其自身的自適應(yīng)性，使得對(duì)換擋系統(tǒng)在換擋過(guò)渡過(guò)程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求簡(jiǎn)化。換擋算法與機(jī)械傳動(dòng)具有一樣的操縱運(yùn)算量，但除精度要求外，在很多情況下類似遙控操縱系統(tǒng)。

駕駛員操縱機(jī)構(gòu)的“自動(dòng)化”是非常明顯的趨勢(shì)。用操縱機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)元器件和用途描述各種汽車的用途、類型和結(jié)構(gòu);具有相似的布置和結(jié)構(gòu)，相同的操縱算法，促使所有駕駛員很快適應(yīng)車輛，縮短訓(xùn)練時(shí)間和提高駕駛質(zhì)量。

履帶車輛駕駛員工作的模式完全和汽車駕駛員的一樣未必可能，但使其在機(jī)構(gòu)、操縱算法相似，則是完全可能的。這樣就簡(jiǎn)化了駕駛員訓(xùn)練任務(wù)，縮短培養(yǎng)周期，以便更快提升駕駛員培養(yǎng)質(zhì)量，為增加作戰(zhàn)人員提供有利條件。

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