一种强承载型轻质履带板及结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种强承载型轻质履带板及结构设计方法，履带板本体滚道面上设有橡胶层用来改善负重轮的受力状况，降低行驶过程中的噪音；金属上板体两侧面上设有排土槽，有利于行驶过程中土壤等杂物的排出；橡胶下板体与地面直接接触处设有防滑纹理，有利于提高履带车辆在行驶过程中的附着力；采用遗传算法对履带板进行结构优化设计，获取履带板的最优尺寸组合。所述履带板结构优化设计方法主要包括履带板结构优化设计变量的选取、履带板结构试验设计、履带板结构响应面模型的建立、构建履带板结构优化目标函数与约束函数和利用遗传算法对履带板结构优化目标函数与约束函数进行求解；本发明专利技术为新型履带板的设计与研发提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种强承载型轻质履带板及结构设计方法
本专利技术属于履带领域，具体涉及一种强承载型轻质履带板以及设计方法。
技术介绍
履带车辆行驶工况复杂，而履带作为履带车辆行驶装置的重要部件之一，是车辆在各种复杂路面上具有高通过性与高机动性的重要保障。在车辆运行过程中，履带与地面直接接触所需承受的冲击较大，这对履带板自身和其它行动系统部件的寿命及履带车辆的行驶稳定性带来了极大的挑战。目前，履带板存在的主要问题有：履带板与负重轮接触的滚道面多为铸钢制造，金属板面与负重轮外源胶圈直接接触，会降低负重轮的使用寿命；两履带板装配处空间小，容易在行驶过程中形成杂物土壤的堆积，对车辆的行驶性能造成影响；履带板质量过重，且强度不高；与地面接触的橡胶板体下表面光滑，容易导致履带车辆在路面上行驶时因附着力不够而发生打滑，从而影响车辆的行驶安全性。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种自身强度高、减振能力好、附着能力强的轻质履带板。一种强承载型轻质履带板，其特征在于：包括履带板本体，所述履带板本体的滚道面上设有橡胶层与凹槽，上表面中心设有诱导齿，两端面上设有履带销，所述履带板本体包括金属上板体和橡胶下板体，所述金属上板体上设有橡胶层，两侧面上设有排土槽，与橡胶下板体接触面上设有加强筋，所述橡胶下板体通过硫化工艺安装在金属上板体上，橡胶下板体上均设有防滑纹理；为了使履带板性能最优，在此基础上，采用遗传算法对履带板进行结构优化设计，获取履带板最优尺寸参数组合。上述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述金属上板体与滚道面橡胶层通过硫化工艺粘接在一起。上述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述金属上板体两侧面设有矩形排土槽。上述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述金属上板体与橡胶下板体接触面上设有加强筋，所述加强筋为矩形结构。上述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述橡胶下板体接地面设有防滑纹理，所述防滑纹理为矩形结构。上述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述的履带板结构特征为经验设计所得，并不是最优的尺寸参数组合，为了使履带板性能达到最优，需进一步采用遗传算法对履带板进行结构优化设计。上述的履带板结构优化设计，其特征在于：履带板结构优化设计方法包括履带板优化设计变量的选取、履带板试验设计、履带板响应面模型的建立、构建履带板优化目标函数与约束函数和利用遗传算法对履带板结构优化目标函数和约束函数进行求解。上述的结构优化设计方法，其特征在于：所述履带板结构优化设计变量根据履带板结构设计经验和有限元分析结果来选取。上述的结构优化设计方法，其特征在于：所述履带板结构试验设计即采用中心复合试验设计方法生成履带板结构试验所需的样本点。中心复合设计履带板结构试验点个数z与设计变量个数n及析因系数ζ的关系表示为：z＝2n-ζ+2n+1(1)2n-ζ个析因设计点，即沿着输入变量空间对角线所在轴的±1位置上的点，被用来估计一阶项和交互作用项；(2)2n个轴向点，扩展了设计区域，2n个轴向点与中心点的距离l称为星号臂，2n个轴向点被用来估计二阶响应面模型的纯平方项；(3)一个中心点，中心点用于提供一致精度和纯误差的估计。上述的结构优化设计方法，其特征在于：所述的履带板结构响应面模型采用二阶多项式模型来建立；响应面法的空间设计变量X和其响应Y确切的函数关系表达式为：式中：f为目标函数或约束条件的近似函数，用来表示履带板的响应面；ε为误差项，表示近似函数f与确切函数Y的误差；m表示基函数的个数，其中基函数Φi(X)是空间设计变量X∈En的函数。履带板的响应面模型对于n个变量的情况，其数学模型为：式中：X＝(x1,x2,…xn)，xi(i＝1,2,…n)为履带板的优化设计变量，β0、βi、βii、βij为未知系数，其个数m为(n+1)(n+2)/2个，其未知系数矩阵β＝(β1,β2,……,βm)通过最小二乘法确定时，需保证试验点的个数必须要大于m。履带板的响应面生成后，通过决定系数R2，调整决定系数Ra2和方均根差σRMSE对履带板响应面的预测能力进行评估。上述的结构优化设计方法，其特征在于：以履带板的质量和履带板的等效应力最小为优化目标，履带板橡胶板体的最大变形量为约束条件，则所述的履带板结构优化目标函数与约束函数表示为：minMminσ(X)式中X为履带板的优化设计变量，xdown为设计变量下限，xup为设计变量上限；M为履带板的质量；σ(X)为履带板的最大等效应力；δ(X)为履带板橡胶板体的最大静变形量；δ0为优化前履带板橡胶板体的最大变形量，大小为0.48645mm。上述的结构优化设计方法，其特征在于：采用多目标遗传算法来求解履带板的结构优化设计，采用ShiftedHammersley序列抽样技术和权衡函数来生成多目标遗传算法的初始种群。上述的ShiftedHammersley序列抽样技术，其特征在于：在K维超立方体中抽取的样本点会倾向于集中在起始点区域内，采用ShiftedHammersley抽样技术消除偏差，是在Hammersley抽取的样本点的基础上对样本点进行移动，从而使生成的样本点均匀的分布在设计空间中心区域上。上述的结构优化设计方法，其特征在于：使用权衡函数对履带板结构优化的目标函数和约束函数做归一化处理：式中：ymax表示yg(X)的最大值；ymin表示yg(X)的最小值；yt表示第g个目标函数yg(X)的理想可行解；y表示第g个目标函数yg(X)的当前值。当y表示履带板优化的目标函数时：当y表示履带板优化的约束函数时：其中为决策者指定的目标值。则权衡函数可表示为：式中：l表示履带板结构优化目标函数和约束函数的总个数。本专利技术通过在原有履带板结构的基础上进行再设计，其有益效果在于：通过滚道面橡胶层的设置可以对履带板本体进行保护，同时也可以减缓振动对履带车辆行动系统各部件的损伤；通过在履带板体两侧开排土槽，有利于履带车辆在户外开展工作时土壤杂物的排出；通过在金属上板体上设加强筋，有利于加强整个履带板的承载能力；通过在橡胶下板体与地面接触面上设置矩形纹理，有利于增大履带车辆在路面上行驶时的附着力。附图说明图1为本专利技术中履带板的结构左视图。图2为本专利技术中履带板的结构俯视图。图3为本专利技术中金属上板体加强筋结构图。图4为图2的后视图。图5为图3的正视图。图6为履带板优化设计流程图。图7为履带板优化设计变量示意图。图8为多目标遗传算法的优化流程图。图9为优化前后履带板的等效应力云图。图中：1为履带板本体，11为金属上板体，111为凹槽，12为橡胶下板体，121为直角梯形橡胶板体一，12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强承载型轻质履带板，其特征在于：包括履带板本体，履带板本体的滚道面上设有橡胶层与凹槽，履带板本体的上表面中心设有诱导齿，履带板本体的两端面上设有履带销；所述履带板本体包括金属上板体和橡胶下板体，所述金属上板体上设有橡胶层，金属上板体的两侧面设有排土槽，与橡胶下板体接触面上设有加强筋；所述橡胶下板体通过硫化工艺安装在金属上板体上，橡胶下板体上均设有防滑纹理。/n

【技术特征摘要】
1.一种强承载型轻质履带板，其特征在于：包括履带板本体，履带板本体的滚道面上设有橡胶层与凹槽，履带板本体的上表面中心设有诱导齿，履带板本体的两端面上设有履带销；所述履带板本体包括金属上板体和橡胶下板体，所述金属上板体上设有橡胶层，金属上板体的两侧面设有排土槽，与橡胶下板体接触面上设有加强筋；所述橡胶下板体通过硫化工艺安装在金属上板体上，橡胶下板体上均设有防滑纹理。


2.根据权利要求1所述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述金属上板体与滚道面橡胶层通过硫化工艺粘接在一起；所述金属上板体两侧面设有矩形排土槽；所述金属上板体与橡胶下板体接触面上设有加强筋，所述加强筋为矩形结构。


3.根据权利要求1所述的一种强承载型轻质履带板，其特征在于：所述橡胶下板体接地面设有防滑纹理，所述防滑纹理为矩形结构。


4.利用权利要求1所述履带板进行的结构设计方法，其特征在于：履带板结构设计方法依次为履带板结构优化设计变量的选取、履带板结构试验设计、履带板结构响应面模型的建立、构建履带板结构优化目标函数与约束函数和利用遗传算法对履带板结构优化目标函数与约束函数进行求解。


5.根据权利要求4所述的结构优化设计方法，其特征在于：所述履带板结构优化设计变量根据履带板结构设计经验和有限元分析结果选取。


6.根据权利要求4所述的结构优化设计方法，其特征在于：所述履带板结构试验设计采用中心复合试验设计方法生成履带板结构试验所需的样本点；
中心复合设计履带板结构试验点个数z与设计变量个数n及析因系数ζ的关系表示为：
z＝2n-ζ+2n+1。


7.根据权利要求4所述的结构优化设计方法，其特征在于：所述的履带板结构响应面模型采用二阶多项式模型来建立；响应面法的空间设计变量X和其响应Y确切的函数关系表达式为：



式中：f为目标函数或约束条件的近似函数，用来表示履带板的响应面；ε为误差项，表示近似函数f与确切函数Y的误差；m表示基函数的个数，其中基函数Φi(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨书仪，覃凌云，廖力力，陈哲吾，凌启辉，郭勇，戴巨川，李洪周，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43