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作者：支云峰 車輛與運載學院

指導老師：侯之超 車輛與運載學院

關(guān)鍵詞：行走機構(gòu)；車輪；履帶；變形；動力切換

摘要

車輪和履帶兩種行走機構(gòu)具有不同的優(yōu)點，如何將其結(jié)合成為一項能夠應用在特種軍事領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。本項目自主設計了一種新型可變形履帶-車輪混合行走裝置，能夠在輪式機構(gòu)與履帶機構(gòu)間變型切換，實現(xiàn)圓形轉(zhuǎn)動以及履帶式傳動。本項目打破了國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了國內(nèi)本領(lǐng)域的突破。

背景介紹

本作品自主設計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但是高速性能差?，F(xiàn)在的常用手段是為車輪加裝防滑裝置，但會花費大量的安裝時間。

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的成熟項目。因此該技術(shù)正處于國外壟斷狀態(tài)，需要技術(shù)突破，本項目正建立在這一背景上。

項目創(chuàng)新

為了實現(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)下外履帶運動的功能，針對動力傳輸、控制外輪廓變化及、履帶傳動進行了創(chuàng)新與自主設計：

1. 通過結(jié)構(gòu)模塊化及雙離合裝置實現(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，實現(xiàn)兩種動力傳輸方式（如圖2）；
2. 使用電推桿控制裝置變形。在機械、液壓、電控方案間選擇電推桿進行控制變型（如圖3），可以針對受力不均勻的情況對電推桿推力進行單獨調(diào)節(jié)，并利用其自身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自鎖功能。
3. 設計基于連桿組的傳動齒輪鏈進行履帶傳動。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動。

成果介紹

確定項目目標后，本作品自主設計了新型可變形履帶-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)完成實物的實際組裝和基本功能的實際驗證（如圖5）；同時在計算平臺完成運動學仿真、強度仿真（如圖6、7）等必要校核工作。在功能方面額外實現(xiàn)了變形系統(tǒng)與行走系統(tǒng)的動力獨立，可以在任意形狀下實現(xiàn)任意的傳動方式，增加裝置的通過性。

    本作品兼具了車輪、履帶兩種行走機構(gòu)的優(yōu)點，并且在重量控制、安裝更換上也表現(xiàn)優(yōu)良，有很大的應用價值和繼續(xù)開發(fā)價值，可以應用在軍用車輛、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 強度校核實例

（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構(gòu)理論性能的校核與對比

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