高速履带与软地面附着特性与优化研究

履带车辆经常高速行驶在松软地面上，其复杂的行动系统和软地面土壤性状的变化万千都制约着履带车辆通过性的提高。履带车辆地面附着特性决定着车辆的最大牵引力，是车辆在松软地面通过性的重要指标。本文从土壤力学特性、车辆设计及行驶参数等方面研究了履带车辆的附着特性，建立了履带板-地面附着力数学模型，进行了实际履带板重载动态试验和履刺效应模型试验，基于履带板-地面附着力模型推导出车辆履带-地面附着力模型，提出了针对不同典型地面的履带板优化方案。 从地面和车辆两大方面因素分析了履带车辆的附着特性。以起伏土路、高原路、砂石路3种典型道路土样为研究对象进行土壤试验，得到土壤在不同含水率下的力学特性参数。考虑含水量及剪切速率对土壤剪切强度公式进行修正，得到新的土壤剪切强度公式。结合新的土壤剪切强度公式和Rankine被动土压理论，考虑履带板履刺形状等因素，最终建立了履带板-地面附着力模型。 基于弹性模型和Mohr-Coulomb模型建立了土壤有限元模型，通过有限元仿真验证了履带板-地面附着力模型。建立了履带板附着力土槽实验系统，进行了实际履带板附着力重载动态试验和履带板附着力模型试验，检验和修正了履带板-地面附着力数学模型。 由单块履带板-地面附着力模型推导履带-地面附着力模型，利用LMS Virtual.LabMotion软件建立了履带车辆附着力多体动力学仿真模型，考虑履带张紧器张紧力影响进行仿真，根据理论推导和仿真结果建立了考虑接地压力分布、车速、履带板间距和履带张紧器张紧力等行驶参数的履带-地面附着力模型。 从提高履带车辆在软地面的运动能力出发，将提高一定行驶工况下的履带车辆最大挂钩牵引力为目标进行履带板优化。优化的约束条件考虑为履带车辆行驶阻力即车辆功耗设定上限。选取履带板间距、履刺高度、履刺厚度和履刺八字角度四个设计变量，结合三种典型路面地形地貌特点及车辆行驶工况要求分别进行优化，得到适合典型路面行驶的履带车辆履带板结构参数。