考虑土壤滑转流动的柔性履带应力分布研究

履带-地面相互作用力学研究在履带机构设计、优化、控制与仿真方面具有重要的作用,其中柔性履带应力分布是目前该项研究的难点。本文将地面力学广泛应用的半经验法与土槽实验方法相结合,首先在KARAFIATH构想的基础上分析了履带行进过程中土壤的剪切流动及滑移线分布规律,提出了滑转流动导致的土壤流失量的计算方法,并在引入履带应力分布的研究中,实现了对传统履带-地面应力分布模型的修正和改进。利用履带机构-土壤实验系统进行相关测试,结合实验测量拟合得到履带段各点的下陷量曲线,代入本文模型中计算得到机构各处的正应力与切应力的分布情况。在载荷6 kg,滑动率从0.23增加到0.71时,履带机构竖直方向正应力的计算值与实验测量平均相对误差不超过15%,相关系数不小于0.83。模型可用于柔性履带地面耦合动力学建模与特性分析。     

分析履带—地面相互作用的三维模型的建立

由于在履带行走机构作用下土壤的压实通常会伴随着横向扰动并产生位移,所以履带车辆与土壤相互作用中的影响区域是三维空间的,应该从三维的角度分析履带-地面相互作用。根据Mckyes-Ali三维模型,结合贝克和Nobutaka的研究方法,将三维模型应用到履带-地面作用分析中。分析挡板与土壤相互作用过程,并对挡板所受水平阻力进行求解,完成三维模型的建立,将三维模型与对数螺旋线模型进行对比,验证其准确性。三维模型的研究为从三维模型分析履带-地面相互作用提供了理论基础和依据,为仿真软件在履带-地面作用分析中的进一步发展提供模型支持。     

履带板-土壤三维模型最大牵引力特性研究

履带车辆牵引元素中最基本的单元履带板是影响履带车辆牵引性能的最基本元素。主要是通过研究贝克提出来的间隔式履带模型-土壤相互作用模型进行三维建模,并通过合理的评估确定三维模型。经过初步预算建立间隔式履带板牵引数学模型。再通过考虑履带板参数、土壤参数、侧壁效应等对三维模型的影响获得间隔式履带-土壤模型最大牵引力模型。     

基于贝克理论履带沉陷性能研究

地面力学是研究车辆与地面相互作用的边缘学科,履带-地面相互作用是其中较为重要的一个分支。经过对地面力学的研究与总结,发现履带车辆在松软土壤上行驶时,应该采用大履刺履带行走机构,但目前学者们往往忽视了履刺的作用,进行的研究工作较少。基于贝克理论和研究方法,应用力学平衡方法,提出松软土壤条件下大履刺履带压力-沉陷的关系式。采用赋值法解决变形系数为非整数时沉陷量的预测问题。可为大履刺履带车辆沉陷性能和履带结构参数优化提供理论依据。     

水田土壤参数与履带下陷、驱动力间的关系

通过自行设计的土壤参数测定仪测定,研究诸土壤参数与履带在水田土壤中的性能关系表明,国外现有的有关数学模型用在水田土壤应做修正。文中提出了修正“压力-下陷”模型中的系数K,以“圆盘指数”代替“圆锥指数”预计履带下陷深度;探索了新的“推力-打滑”模型。     

软土路面上履带车辆特征参数与牵引力的分析

针对特殊土壤条件,建立了履带车辆与地面的接触模型,引入了一种分析履带车辆性能与土壤参数以及车辆设计参数关系的半经验方法,并进行了计算验证。     

基于离散元的履带板旋转挤压水田土壤过程分析

细化研究土壤微观力学有助于优化履带板结构参数,提高履带式拖拉机的牵引力。基于离散元模型分析了履带板和土壤相互作用产生推进力的初始阶段,即履带板旋转挤压土壤时土壤各深度层的滑移现象和履带板受到的土壤反作用力（推进力）,基于虚拟试验标定法确定了泥浆的物理特性参数,设置了仿真模拟的边界条件,得到了不同履带板结构和切土速度影响水田土壤滑移现象和履带板受力的变化曲线和影响规律。仿真结果有助于优化水田土壤条件下的履带板结构和尺寸、行驶速度等因素,为提高水田拖拉机通过性能提供技术支持。     

大履刺履带沉陷性能预测方法研究

地面力学是研究车辆与地面相互作用的边缘学科,履带-地面相互作用是其中较为重要的一个分支。经过对地面力学的研究与总结,发现履带车辆在松软土壤上行驶时,应该采用大履刺履带行走机构,但目前学者们往往忽视了履刺的作用,对履带沉陷性能的研究工作较少。据此提出两种方法:基于贝克理论,应用力学平衡方法,提出松软土壤条件下大履刺履带压力-沉陷的关系式,采用赋值法解决变形系数为非整数时沉陷量的预测问题;基于PFC2D软件,探讨利用离散元法分析大履刺履带沉陷性能的可行性。可为大履刺履带车辆沉陷性能和履带结构参数优化提供理论依据及仿真手段。     

山地履带拖拉机坡地等高线作业土壤压实应力研究

山地履带拖拉机（配备姿态调整机构）具有良好的稳定性和越障性能,特别适宜在丘陵山区坡地作业,然而由于坡地角的存在导致拖拉机两侧履带下的应力分布极不均匀,使得拖拉机附着性和通过性均降低。本文针对山地履带拖拉机坡地等高线行驶/作业时,坡地土壤内部应力分布规律不明确以及如何提高应力均匀性缓解土壤压实等问题,在深入分析坡地工况下履带最大接地比压与应力传递基本规律的基础上,采用EDEM-RecurDyn耦合方法进行了仿真试验,并采取土压力盒埋设法分别开展了基于小型坡地土槽的静态试验和坡地试验田的动态试验;其中,静态试验探究了不同深度土壤在含水率、初始紧实度、加载质量及坡地角等影响下的垂直应力分布规律;动态试验探究了山地履带拖拉机坡地等高线行驶/旋耕作业时履带下方土壤应力随作业速度、车身状态（调平/未调平）及牵引负载的变化规律;并分析了履带张紧力对土壤垂直、水平应力分布的影响。试验结果表明：履带下垂直应力在各支重轮的轴线处呈现一个应力峰值;水平应力在各支重轮轴线的前、后方分别出现一个应力峰值;适当增大作业速度,可减小土壤内部垂直和水平应力峰值,拖拉机速度由0.5 km/h增加到1.5 km/h,垂直...     

载荷条件及流变参量对水田履带式行走装置下陷量的影响

本文根据我国南方水田土壤的通用流变模型和状态方程,讨论了下列因素对履带式行走装置在水田内行走时的下陷量的影响:(1)形状系数与履带板长宽比,(2)履带接地面积与按地长度、接地长宽比,(3)接地压力,(4)水田土壤流变参量。     

基于离散元法的旋耕过程土壤运动行为分析

土壤与耕作部件间的相互作用规律是设计和选用土壤耕作部件的基础。研究土壤和耕作部件间的相互作用规律就是要研究耕作部件对土壤产生的作用和它们之间的作用力,首先必须探讨耕作部件工作时土壤运动规律和施加于土壤的作用力。为此本文建立基于离散元方法的旋耕工作模型;对比分析实验与仿真的土壤位移:在土槽实验中采用示踪块方法测量土壤位移,仿真中通过追踪表层土壤颗粒的运动获得仿真位移;利用实验和仿真数据对土壤位移和运动机理进行分析。结果表明:土壤水平和侧向位移都随着转速增加呈现增加的趋势;土壤的水平运动位移总是大于同转速下的侧向位移。浅层土壤颗粒的运动位移最大,中层土壤次之,深层土壤最小。较深位置的土壤,距离旋转中心越近的土壤颗粒水平位移和侧向位移越大。在旋耕刀切土范围内的土壤,有向相反方向运动趋势的浅、中、深层颗粒比例分别为26.2%、72.1%、48.4%。在水平力作用下,大部分土壤颗粒随着旋耕刀切土有向后运动的行为;土壤在开始时刻的侧向受力和侧向运动方向,由颗粒的侧向位置是否偏离侧切刃轴线决定,位于侧切刃轴线左侧的颗粒,则其侧向力向左,反之亦然;土壤在垂直方向先随着刀具入土向下运动,然后滑出刀刃边界被抛起。本文建立的仿真模型得到的土壤水平位移和侧向位移与相应实验值的误差为24.9%和15.3%。本文运用离散元法进行旋耕过程中土壤宏观和细观运动行为的分析,有助于理解旋耕刀与土壤的相互作用机理,为旋耕机械的设计与优化提供理论依据。     

基于压实分析模型的土壤应力传递系数研究

机械压实是造成土壤退化的重要原因之一,研究并预测土壤应力有助于科学规划田间机械使用,缓解压实问题。基于分析模型预测土壤应力的关键在于选择合适的集中系数。然而在已有的研究中集中系数取值混乱,导致该模型使用时存在很大争议,其原因在于对该参数随土壤环境的变化缺乏规律性认识。本文通过对集中系数表达式的进一步推导,在理论上提出了能够代表土壤环境对集中系数影响的无量纲参数σ_z/σ_0,定义为应力传递系数(STC)。基于水稻土和黄棕壤两种土壤,通过控制含水率和湿密度于室内重塑30种状态的土壤,在单轴压缩实验中运用土压力传感器测量计算应力传递系数,建立应力传递系数与土壤环境参数,如含水率、干密度和先期固结压力等之间的相关性分析。结果表明应力传递系数随土壤含水率的增大而增大,土壤初始干密度和先期固结压力与应力传递系数之间负相关性明显。根据所得应力传递系数计算相应土壤状态下的集中系数,其取值在1.20~12.39之间,与以往的研究结果相差不大,但包含了关于集中系数随土壤环境变化的具体信息。这意味着作为一个稳定可测的无量纲参数,应力传递系数为集中系数的计算提供了一个相对科学的方法,在定量描述土壤环境对集中系数影响的同时,完善了分析模型。     

基于离散元的土壤模型参数标定方法

离散元法(EDEM)建立土壤模型过程中部分土壤颗粒参数直接测量难度较大,若基于间接测量的土壤参数值建立离散元土壤模型进行仿真,导致仿真结果误差较大。本文结合代理模型基本理论,提出一种离散元土壤模型的参数标定及优化方法,步骤如下:根据基本试验测定的参数建立离散元土壤模型;结合堆积角及剪切试验,利用模型仿真进行模型参数敏感性分析;以敏感性参数为变量,以真实试验测量值为目标值构造代理模型;通过高斯-牛顿迭代法进行参数优化。由敏感性分析结果知,代理模型自变量为土壤颗粒半径、颗粒间静摩擦因数及滚动摩擦因数,目标量为土壤堆积角、黏聚力、内摩擦角。本文以涿州保护性耕作试验站土壤(砂壤土)为原型,经优化建立的土壤模型变量参数值分别为,颗粒半径为5.7mm,颗粒间静摩擦系数为0.45,滚动摩擦系数为0.21。将建立的离散元土壤模型进行轮胎-土壤相互作用仿真模拟,分析轮胎-土壤接触面最大应力、平均应力,并通过田间试验进行验证,将接触面最大应力值、平均应力的仿真值与实际测量值进行比较,结果表明:虚拟仿真与实测值之间数值差异在5.10%以内,证明标定优化后的土壤模型能够近似代替真实土壤进行仿真。     

履带板推进力的模型试验研究

本文在研究履带板推进力形成机理基础上,将履带板推进力分为两部分,其一为由土壤内聚力及土壤对虚带板的外附力所产生的推进力;其二为由土壤内摩擦力及土壤对履带板的外摩擦力所产生的推进力。依据模型试验基本理论,为了避免模型畸变,推导出用两种模型履带板试验预测原型履带板推进力的方程式及试验方法。     

大学生方程式赛车悬架结构及受力分析

针对某款典型赛车,在ADAMS/View中对其悬架进行建模,对赛车满载静止及转弯工况进行静力学分析。在此基础上得出轮胎受到的侧向力与支持力,将求得的轮胎受力施加于悬架模型中,得出各悬架与车架连接点的受力情况。利用等效载荷原理,将计算出来的连接点受力应用到后续的车架的受力及变形分析,为以后对其进行满载静止、转弯工况车架的应力、应变分析提供参考。     

水表面张力对切向土壤黏附力的影响（摘选）

土壤黏附力特别是土壤与轮胎或履带间的切向黏附对提高非公路用车的性能具有显著的作用。从另一方面来说,土壤黏附作用在轮胎或履带上会降低车辆的通过性。为了能有效解决这一问题,有必要对土壤黏附的机理进行探讨。该研究意在探讨水表面张力对土壤粒子与接触面间切向土壤黏附力的影响。不同直径的玻璃微珠用来模拟土壤颗粒,对3种不同材料进行试验。试验测定了玻璃微珠外不同直径水膜下,玻璃微珠与金属板之间的切向力。结果表明,在任何玻璃微珠直径下,任何试材的切向黏附力都与水膜直径成正比。对于任何材料,比例系数k（反映切向黏附力与水膜直径的关系）都随着玻璃微珠直径呈线性增加。如果使用亲水材料,则k接近线性系数。因此,切向黏附力与玻璃微珠外水膜密切相关。      

软土路面履带车辆行驶性能研究综述

履带车辆行驶性能是整车性能的重要评价指标,车辆常在复杂路况下工作,行驶性能受路况影响较大。基于此,本研究综述了评估履带车辆性能的虚拟样机技术和仿真方法,讨论了离散元法在土力学研究中的应用,总结了关于车辆与土壤路面交互作用的研究成果,分析了履带车辆与可变形路面耦合研究的成果和挑战,提出了土壤剪切破坏和变形对车辆行驶性能的影响等未来可能的研究方向。研究结果表明,考虑地面相互作用是优化履带车辆设计和提高性能的关键,适应不同土壤类型和地形条件的车辆设计和参数优化对于提高车辆的通用性至关重要。     

研究履带拖拉机牵引性能的一种简便方法——线段叠加法

土壤-车辆系统力学的一个重要内容是研究车辆的牵引性能,并计算出其牵引力。现在对履带拖拉机所能发挥牵引力的估计,都用积分办法计算。这有两个问题:其一,履带拖拉机在地面行驶时,履刺把接地段土壤切成很多小段。因此把土壤推力当成在接地段上的连续函数来积分是不合理的;其二,积分公式中用的系数都是由试验曲线取定,即使积分计算方法是科学的,由于系数不准计算结果也只能是粗略近似的。文中作者提出一种新的确定履带拖拉机牵引力的方法,即以单块履带板作基础,用简单的线段叠加法即可确定整条履带的牵引力。此方法避免了繁琐的积分运算,简便易行,较为适用。     

吊杯式移栽机地轮与土壤相互作用力的试验研究

以2ZB-2型吊杯式移栽机为试验装置,以一次地轮与土壤接触区为研究单元,由薄膜压力传感器及配套的数据采集卡构成数据采集系统,在移栽机稳定工作状态下采集移栽机地轮与土壤的相互作用力,获得基于土壤硬度变化时地轮与土壤正压力模型,分析在不同土壤硬度条件下地轮-土壤接触区域相互作用力的变化趋势。田间试验结果表明:同一土壤硬度下随着地轮的移动,在地轮正下方位置应力值最大;地轮同一截面正应力值大小基本相同,且变化趋势基本相同;随着土壤硬度的增加,应力值逐渐增大。通过对地轮与土壤相互作用力的研究,可为移栽机栽植效果的提高提供依据。     

履带板结构参数对牵引力影响试验研究

履带式作业装备在复杂环境下发挥越来越重要的作用,其履带行走机构通过与接触地面相互作用而获得驱动力,因此履带板结构的合理性直接影响到履带车的牵引性能。为了进一步优化履带作业车的行走机构,在实验室土槽中对模拟履带板进行牵引试验,按照常用刚性履带的履带板结构制作试验用履带板模型,通过改变履带板的结构参数,获得不同参数下牵引性能的变化规律,为优化履带板和提升履带作业车的整体牵引性能提供试验依据。