一种高速履带车辆预张紧力的确定方法技术

本发明专利技术属于履带车辆技术领域，具体涉及一种高速履带车辆预张紧力的确定方法，包括如下步骤：建立高速履带整车系统拓扑图；建立履带下支段离散化质量模型；建立履带下支段连续体验证模型；校核离散化质量模型；建立负重轮、车体动力学模型；建立整车多层级耦合振动模型；建立路面不平度和不同车速的激励模型；构建同时通过性和任务负载稳定性的目标函数；设置预张紧力为设计变量并定义其变化范围；利用优化算法对不同结构质量和激励条件下的预张紧力进行寻优；将预张紧力最优解代入多层级耦合振动模型进行求解验证；本发明专利技术能够为高速履带车辆预张紧力的设置提供理论支撑。辆预张紧力的设置提供理论支撑。辆预张紧力的设置提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种高速履带车辆预张紧力的确定方法


[0001]本专利技术属于履带车辆
，具体涉及一种高速履带车辆预张紧力的确定方法。

技术介绍

[0002]履带预张紧力是履带张紧装置施加于履带的张力，高速行驶时，该值设置过小会增大各负重轮下方的接地压力，甚至导致履带脱落，降低车辆的通过性；过大时虽能明显提高车辆通过性，但会导致履带崩裂，降低行动系统寿命，直接影响整车的动力学特性。传统的高速履带车辆预张紧力设定主要关注整车的通过性，忽略了任务负载的稳定性。此外，在实际工程应用中，预张紧力的设定往往依赖工程人员的经验和主观判断，缺乏理论依据。因此，如何提出一种同时考虑车辆通过性和任务负载稳定性的履带车辆预张紧力的确定方法对提高整车动力学性能很有必要。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种同时考虑通过性和任务负载稳定性的履带车辆预张紧力的确定方法。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高速履带车辆预张紧力的确定方法，所述方法包括：
[0007]步骤1：根据实际结构建立高速履带车辆整车系统拓扑图；
[0008]步骤2：建立考虑张力的履带下支段离散化质量模型；
[0009]步骤3：建立考虑张力的履带下支段连续体验证模型；
[0010]步骤4：利用履带下支段连续体模型校核修正离散化质量模型；
[0011]步骤5：建立负重轮、车体动力学模型；
[0012]步骤6：基于子系统动力学模型建立整车多层级耦合振动模型；
[0013]步骤7：建立路面不平度和不同车速的激励模型；
[0014]步骤8：构建同时通过性和任务负载稳定性的目标函数；
[0015]步骤9：设置预张紧力为设计变量并定义其变化范围；
[0016]步骤10：利用优化算法对不同结构质量和激励条件下预张紧力进行寻优；
[0017]步骤11：将预张紧力最优解代入多层级耦合振动模型进行求解验证。
[0018]其中，所述步骤1中，根据功能将整车划分为不同的系统，包括：履带系统，负重轮，动力子系统，车体系统，任务系统；根据各部分的连接和接触关系绘制整车系统的拓扑图。
[0019]其中，所述步骤2中，根据负重轮在履带上的分布，将履带在空间离散为6个自由度的集中质量模型，综合各个质点的振动微分方程，得到矩阵形式的集中质量模型：
[0020][0021]其中表示由各个质点横向振动位移构成的列向量；
[0022]质量矩阵M
r
和刚度矩阵K
r
分别为：
[0023]质量矩阵M
r
：
[0024][0025]其中m
r
为履带的等效质量；
[0026]刚度矩阵K
r
：
[0027][0028]其中，L为履带下支段的长度，T为振动过程中张力。
[0029]其中，所述步骤3中，假设履带做微幅的横向振动，振动过程中张力T只是方向变化，大小保持不变，则任一瞬时作用在该微段上z方向的力与其横向振动的加速度之间的关系表示为：
[0030][0031]其中为截取的弦微段；
[0032][0033]ρ表示履带的线密度；
[0034]其中，所述步骤4中，为进一步建立履带与负重轮的垂向振动耦合模型，利用连续体模型校核修正离散化质量模型，检验模型精度；如果模型精度不满足要求，重复步骤2～步骤4。
[0035]其中，所述步骤5中，不考虑阻尼影响，根据牛顿第二运动定律，得到车体两侧各负重轮垂直方向的振动微分方程：
[0036][0037]其中，m为负重轮质量，F
t,Li
,F
t,Ri
为作用于左右负重轮上的约束力；Z
Li
,Z
Ri
为左右负重轮垂直方向的位移量；
[0038]车体在动力激励和路面激励的作用下发生振动，忽略阻尼影响，考虑车体在垂向、俯仰和侧倾三个方向的自由度，振动微分方程：
[0039][0040]其中，M为车体质量；
[0041]Z为车体垂向位移；
[0042]I
x
,I
y
为车体绕X轴和Y轴的转动惯量；
[0043]为车体绕X轴和Y轴的旋转角度；
[0044]F
t,Li
,F
t,Ri
为作用于负重轮的约束力；
[0045]F
b,zj
,F
b,yk
为动力悬置作用于车体的约束力；
[0046]d
L
,d
R
为车体左右宽度方向的几何参数；
[0047]d
yL
,d
yR
为动力装置子系统左右悬置的几何尺寸；
[0048]d
fx
,d
bx
为动力装置子系统前后悬置的几何尺寸；
[0049]d
z
为动力装置子系统悬置的高度。
[0050]其中，所述步骤6中，基于建立的整车系统拓扑图，综合考虑车体子系统与动力悬置、履带及负重轮的耦合，建立高速履带车辆整车动力学模型。
[0051]其中，所述步骤7中，路面不平度激励模型用于模拟车辆行驶中受到路面冲击载荷的激励；不同车速激励用于模拟随着行驶速度的变化，载荷作用时滞周期不同，引起整车不同的振动响应。
[0052]其中，所述步骤8中，高速履带车辆通过性具体为车辆的过壕沟、垂直强、侧倾坡的能力；任务负载稳定性是为了确保规定任务动作的实现，具体为任务负载系统的振动特性。
[0053]其中，所述步骤9中，通过调整预张紧力实现不同材质履带、负重轮及车体固有频率的调节，避免与任务负载系统共振现象的发生。
[0054]其中，所述步骤10中，对于同时考虑通过性和任务负载稳定性的优化问题，利用NSGA
‑
II进行履带预张紧力的寻优；
[0055]所述不同材质具体为钢制车体和履带系统、钛合金车体和履带系统；
[0056]其中，所述步骤11中，将步骤10获取的预张紧力最优解代入多层级耦合振动模型进行求解，证明所提预张紧力优化设计方法的正确性。
[0057](三)有益效果
[0058]与现有技术相比较，本专利技术具备如下有益效果：
[0059](1)本专利技术提出的预张紧力确定方法同时考虑了整车通过性和任务负载稳定性；
[0060](2)多目标优化采用NSGA
‑
II算法，增加了优化算法搜索能力，可有效消除局部收敛的影响；
[0061](3)可有效改善结构材料替换和激励载荷变化带来的耦合振动固有模态频率重合
的现象。
附图说明
[0062]图1为本专利技术高速履带车辆预张紧力的确定方法的总流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速履带车辆预张紧力的确定方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：根据实际结构建立高速履带车辆整车系统拓扑图；步骤2：建立考虑张力的履带下支段离散化质量模型；步骤3：建立考虑张力的履带下支段连续体验证模型；步骤4：利用履带下支段连续体模型校核修正离散化质量模型；步骤5：建立负重轮、车体动力学模型；步骤6：基于子系统动力学模型建立整车多层级耦合振动模型；步骤7：建立路面不平度和不同车速的激励模型；步骤8：构建同时通过性和任务负载稳定性的目标函数；步骤9：设置预张紧力为设计变量并定义其变化范围；步骤10：利用优化算法对不同结构质量和激励条件下预张紧力进行寻优；步骤11：将预张紧力最优解代入多层级耦合振动模型进行求解验证。2.如权利要求1所述的高速履带车辆预张紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤1中，根据功能将整车划分为不同的系统，包括：履带系统，负重轮，动力子系统，车体系统，任务系统；根据各部分的连接和接触关系绘制整车系统的拓扑图。3.如权利要求1所述的高速履带车辆预张紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤2中，根据负重轮在履带上的分布，将履带在空间离散为6个自由度的集中质量模型，综合各个质点的振动微分方程，得到矩阵形式的集中质量模型：其中表示由各个质点横向振动位移构成的列向量；质量矩阵M
r
和刚度矩阵K
r
分别为：质量矩阵M
r
：其中m
r
为履带的等效质量；刚度矩阵K
r
：其中，L为履带下支段的长度，T为振动过程中张力。4.如权利要求3所述的高速履带车辆预张紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤3中，假设履带做微幅的横向振动，振动过程中张力T只是方向变化，大小保持不变，则履带横向
振动的连续体模型：其中为截取的弦微段；ρ表示履带的线密度；其中，所述步骤4中，为进一步建立履带与负重轮的垂向振动耦合模型，利用连续体模型校核修正离散化质量模型，检验模型精度；如果模型精度不满足要求，重复步骤2～步骤4。5.如权利要求4所述的高速履带车辆预张紧力的确定方法，其特征在于，所述步骤5中，不考虑阻尼影响，根据牛顿第二运动定律，得到车体两侧各负重轮垂直方向的振动微分方程：其中，m为负重轮质量，F
t,Li
,F
t,Ri
为作用于左右负重轮上的约束力；Z
Li
,Z
Ri...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍珂，褚艳涛，杨征葳，王超凡，赵春晖，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：