作者：支云峰 車輛與運(yùn)載學(xué)院
指導(dǎo)老師：侯之超 車輛與運(yùn)載學(xué)院
關(guān)鍵詞：行走機(jī)構(gòu)；車輪；履帶；變形；動力切換
摘要
車輪和履帶兩種行走機(jī)構(gòu)具有不同的優(yōu)點(diǎn)，如何將其結(jié)合成為一項(xiàng)能夠應(yīng)用在特種軍事領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。本項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)了一種新型可變形履帶-車輪混合行走裝置，能夠在輪式機(jī)構(gòu)與履帶機(jī)構(gòu)間變型切換，實(shí)現(xiàn)圓形轉(zhuǎn)動以及履帶式傳動。本項(xiàng)目打破了國外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)本領(lǐng)域的突破。
背景介紹
本作品自主設(shè)計(jì)了一套新型可變形履帶-車輪混合行走裝置（如圖1），以用于需要在惡劣地形行駛的輕型裝甲車上。
裝甲車主要分為輪式和履帶式兩種行走模式，其中輪式高速性能好但是路面通過性差，在極端路況易發(fā)生陷車，而履帶式雖然通過性強(qiáng)但是高速性能差。現(xiàn)在的常用手段是為車輪加裝防滑裝置，但會花費(fèi)大量的安裝時間。
為了解決這一問題，需要將兩種行走裝置相結(jié)合。美國、印度等國家已有相關(guān)研究并甚至完成了實(shí)物的制作；而目前國內(nèi)的軍工研究所、高校雖然也有相關(guān)研究，但并無能夠與國外研究對標(biāo)的成熟項(xiàng)目。因此該技術(shù)正處于國外壟斷狀態(tài)，需要技術(shù)突破，本項(xiàng)目正建立在這一背景上。
項(xiàng)目創(chuàng)新
為了實(shí)現(xiàn)混合行走裝置的在圓形車輪形態(tài)下轉(zhuǎn)動、三角履帶形態(tài)下外履帶運(yùn)動的功能，針對動力傳輸、控制外輪廓變化及、履帶傳動進(jìn)行了創(chuàng)新與自主設(shè)計(jì)：
- 通過結(jié)構(gòu)模塊化及雙離合裝置實(shí)現(xiàn)動力傳輸路徑的切換。裝置被分為為傳動、變形、支撐三模塊，其中變型模塊能通過雙離合系統(tǒng)與其他模塊分別鎖死，實(shí)現(xiàn)兩種動力傳輸方式（如圖2）；
- 使用電推桿控制裝置變形。在機(jī)械、液壓、電控方案間選擇電推桿進(jìn)行控制變型（如圖3），可以針對受力不均勻的情況對電推桿推力進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，并利用其自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自鎖功能。
- 設(shè)計(jì)基于連桿組的傳動齒輪鏈進(jìn)行履帶傳動。為履帶提供動力的驅(qū)動輪與中心軸距將發(fā)生變化；通過起、末距可調(diào)的連桿齒輪組實(shí)現(xiàn)中心動力輸入、邊緣動力輸出（如圖4），驅(qū)動履帶在裝置任意形狀下運(yùn)動。
成果介紹
確定項(xiàng)目目標(biāo)后，本作品自主設(shè)計(jì)了新型可變形履帶-車輪混合行走裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)輪式轉(zhuǎn)動、形狀變化、履帶式傳動及傳動方式切換四大功能。
本作品已經(jīng)完成實(shí)物的實(shí)際組裝和基本功能的實(shí)際驗(yàn)證（如圖5）；同時在計(jì)算平臺完成運(yùn)動學(xué)仿真、強(qiáng)度仿真（如圖6、7）等必要校核工作。在功能方面額外實(shí)現(xiàn)了變形系統(tǒng)與行走系統(tǒng)的動力獨(dú)立，可以在任意形狀下實(shí)現(xiàn)任意的傳動方式，增加裝置的通過性。
本作品兼具了車輪、履帶兩種行走機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并且在重量控制、安裝更換上也表現(xiàn)優(yōu)良，有很大的應(yīng)用價值和繼續(xù)開發(fā)價值，可以應(yīng)用在軍用車輛、越野載具等領(lǐng)域。
圖1 新型可變形履帶-車輪混合行走裝置模型（a）圓形狀態(tài)（b）三角形態(tài)
圖2 輪式轉(zhuǎn)動與履帶傳動狀態(tài)動力傳輸路徑示意
圖3 變型方案迭代
圖4 用于履帶動力傳遞的連桿齒輪組
（a）變型過程（b）動力由中心軸傳遞至邊緣齒輪上
圖5 行走裝置實(shí)物
（a）圓形車輪模式轉(zhuǎn)動（b）三角形履帶模式傳動
圖6 新型可變形履帶-車輪混合行走裝置功能實(shí)現(xiàn)
（a）圓形車輪模式轉(zhuǎn)動（b）變形過程（c）三角形履帶模式傳動
圖7 強(qiáng)度校核實(shí)例
（a）圓形車輪轉(zhuǎn)彎情況（b）三角形履帶轉(zhuǎn)彎情況
表1 新型可變形履帶-車輪混合行走裝置機(jī)構(gòu)理論性能的校核與對比
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性能參數(shù) （按相同馬力裝甲車估算） |
輪式 行走裝置 |
履帶式 行走裝置 |
新型可變形履帶-車輪混合行走裝置 （對當(dāng)前結(jié)構(gòu)） |
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質(zhì)量/(kg) |
共計(jì)約200 |
共計(jì)約600 |
單個約70 |
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最高速度（公路）/(km/h) |
120 |
約60~75 |
≤100 |
|
最高速度（泥沼）/(km/h) |
≤30（陷車風(fēng)險大） |
≤40（陷車風(fēng)險?。?/p> |
≤40（陷車風(fēng)險小） |
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載重能力/(t) |
單胎載重約0.9-1.7 |
全車載重 >150 |
單胎載重 使用定制推桿可達(dá)2 |
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壽命/(km) |
60k-80k |
>3k |
>3k |
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