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基于改进土壤承压模型的履带车辆行驶振动特性(3)

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图11 行动部分拓扑结构图Fig.11 Topological relationship of traveling part

该履带车辆采用油气悬挂，由一个动力缸和蓄压器组成，通过油液传递压力，以气体为弹性元件。其工作原理如图12所示。

其工作原理是当负重轮因路面不平而向上摆动时，油液通过单向阀和阻尼器时消耗了部分能量，同时压缩氮气储存部分能量。随后，当负重轮向下摆动时，气体能量得以释放，使得油液推动活塞及负重轮向下运动，油液通过阻尼器时又消耗了能量，起到减振的作

图12 油气悬挂原理图Fig.12 Oil-gas suspension principle

用。油气悬挂的特性是非线性的，悬挂的刚性随着压缩气体的行程变化，具有行驶平稳性好，吸收缓冲能量大的特点。

根据油气悬挂的工作原理，用一个双向力矩来模拟油气悬挂的非线性，双向力矩的非线性主要来自气体的多变指数[14]。假设，作用缸活塞产生的位移，则产生的作用力为

式中：p0为初压；A1、A2分别为作用缸和蓄压器有效作用面积；s0为蓄压器中气体初始长度；m为气体多变指数；c为阻尼。

最终在Recurdyn软件中建立的某履带车辆的动力学模型，如图13所示。

图13 履带车辆动力学模型Fig.13 Dynamic model of tracked vehicle

4 履带车辆软土路面行驶振动特性仿真分析

4.1改进土壤程承压模型编程

Recurdyn软件提供了二次开发用户子程序接口，这里通过Fortran语言分别将贝克公式和改进的土壤承压模型编程，然后通过Fortran编译器编译链接为动态链接库dll文件，供用户子程序调用。

对于履带板与软土路面的的相互作用模型，Recurdyn软件提供了一定的格式标准[15]，方便用户编程，规定了一些系统变量的名称和含义。TIME：时间；INFO：标示号；UPAR：用户定义变量；NPAR：用户定义变量个数；DIRD：坐标向量；DIRV：接触点相对于坐标向量的速度；DISP：位移。

整个模型编程的流程，如图14所示。

图14 模型编程流程Fig.14 Model programming flow

4.2土壤承压模型参数

对于应用贝克公式而言，涉及到的土壤承压参数有3个，分别是土壤的黏聚力模量Kc，内摩擦角模量Kφ以及土壤变形指数n。此时还需要横向的剪切作用模型如式(8)所示，还需要3个参数，分别是土壤黏聚力c，土壤的内摩擦角φ以及土壤的剪切模量Kτ，总共6个土壤参数。

对于应用改进土壤承压模型而言，除了上面需要的6个土壤参数而言，还需要4个参数，分别是滑动沉陷系数kj，回弹系数kl，率相关参数λ以及参考加载速度vref。

这样一共涉及到10个模型参数，这里以履带车辆在石家庄黏土路面上行驶仿真为研究对象，土壤承压模型参数，如表1所示。

表1 土壤承压模型参数Tab.1 Soil pressure bearing model parameters参数数值Kc13 kN/m1.5Kφ529 kN/ kPaφ13°参数数值Kτ0.25 /0.1zmaxλ cm/s

4.3履带车辆行驶振动特性仿真研究

对某履带车辆在软土路面上行驶过程进行了仿真研究，行驶路面为平直的黏土路面，行驶仿真时长为5 s，采样频率为500次/秒。

4.3.1 车体质心冲击加速度

车体质心冲击加速度的大小是考察履带车辆行驶过程中振动特性的主要指标，通过仿真模拟，得到车体质心位置的冲击加速度曲线，如图15所示。图15(a)是基于贝克公式得到的加速度曲线，图15(b)是基于改进土壤承压模型得到的加速度曲线。

从图15的对比可以看出，基于改进土壤承压模型仿真得到的车体知心加速度峰值以及平均加速度大小整体上小于基于贝克公式仿真得到的加速度值。车体质心位置的加速度峰值以及平均值的对比，如表2所示。

图15 车体质心位置加速度-时间曲线Fig.15 Acceleration-time curves at the centroid location of hull

表2 冲击加速度值对比Tab.2 Comparison of impact acceleration加速度峰值平均加速度贝克公式56.7 m/s23.3 m/s2改进土壤承压模型49.8 m/s21.9 m/s2

4.3.2 履带板沉陷量

履带板下方的土壤沉陷量是考察履带车辆在软土路面上行驶通过性的一个重要指标，改进土壤承压模型以及贝克公式都是研究履带板与土壤之间的作用关系，因此从这个角度出发研究履带板的沉陷量曲线。以第84号履带板为例，通过仿真模拟得到履带板沉陷量曲线，如图16所示。

图16 履带板沉陷量曲线Fig.16 Track plate sinkage curves

履带接地长度为3.75 m，车辆行驶速度为30 km/h，所以每块履带板接触地面时长大约不到0.5 s的时间。

文章来源：《土壤》网址: http://www.trqks.cn/qikandaodu/2021/0717/1418.html