輪式車輛的行駛理論

其次章輪式車輛的行駛理論

第一節(jié)輪式行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)

輪式乍輛的乍輪通常分為從動(dòng)輪和驅(qū)動(dòng)輪兩種，當(dāng)車輪運(yùn)動(dòng)是由輪軸上的水平推力

作用而發(fā)生時(shí)，該車輪稱為從動(dòng)輪，假如車輪的運(yùn)動(dòng)是在驅(qū)動(dòng)力矩作用下發(fā)生時(shí)，則該

輪稱為驅(qū)動(dòng)輪（見圖2—1,圖2—2）。

驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)和從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)學(xué)大致相同.因此我們主要分析從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)入手

來爭論一般車輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。

當(dāng)從動(dòng)輪在土壤上滾動(dòng)時(shí),其狀態(tài)如圖2-1所示。在垂直載荷Q（包括自重）作用下和

輪胎都發(fā)生了變形。變形后的輪胎與土壤間形成的接觸面通常稱之為支承面。

支承面的幾何外形可假設(shè)如F：位于輪子幾何中心垂直面如1的左方部分，可認(rèn)為是

一個(gè)水平面。而位于垂直而如1的右方部分則可以認(rèn)為是一個(gè)圓柱面。此圓柱面的中心線

。位于如1垂直平面內(nèi)，并在輪子幾何軸線C的上方。

車輪回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)車輪的回轉(zhuǎn)瞬心軸。；，可具有下述幾種不同的位置.；假如在

無限小的時(shí)間內(nèi).瞬心軸的位置在小點(diǎn)，則車輪的支承表面保持靜止不動(dòng)；當(dāng)瞬心軸°；低

于°】時(shí)（如圖示），則車輪的支承表面將沿車輛的運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為滑移現(xiàn)象;

當(dāng)瞬時(shí)中心軸高于01時(shí)（圖未示出）則車輪的支承面將沿車輛相反的運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，這種

現(xiàn)象稱為滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

當(dāng)從動(dòng)輪滑移時(shí)，幾何中心的速度方向應(yīng)與連線加1相垂直，其值可由下式表示

V=0。1統(tǒng)—%3c(2-1)

式中：”一從動(dòng)輪的實(shí)際速度;

3c一從動(dòng)輪的角速度；

r一從動(dòng)輪的有效滾動(dòng)半徑，其值等于瞬時(shí)中心軸到幾何中心軸的距離。

車輪的有效滾動(dòng)半徑是個(gè)變化的假想半徑，其大小隨車輪的滑移程度面變。

當(dāng)車輪純滾動(dòng)時(shí)，門=西，此時(shí)的有效半徑為滾動(dòng)半徑，以丁。表示。而此時(shí)幾何

中心的速度稱為理論速度丫7表示。即：

V?=O0T3c=Tg3c(2-2)

有效滾動(dòng)半徑丁通?？陕勗囼?yàn)方法確定。此時(shí)，可使車輛在試驗(yàn)路段5上作穩(wěn)定的直

線行駛，同時(shí)在該試驗(yàn)路段s上測量出所測車輪的輪數(shù)a然后即可依據(jù)下式確定被測車

輛的有效波動(dòng)半徑b：

r9=S/2〃TT(2-3)

當(dāng)車輪的Pl轉(zhuǎn)角速度Wc已知時(shí)，按理論力學(xué)中的方法即可由效滾動(dòng)半徑丁g,去打算

車輪上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，速度和加速度。

驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)如圖2-2所示，將從動(dòng)輪的角速度3c換為驅(qū)動(dòng)輪的角速度3K,則上述

從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式完全適合于驅(qū)動(dòng)輪。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪無滑移(或滑移)地滾動(dòng)時(shí)，其理論速度3T可內(nèi)下式表示

VT=Tg3K=TK3K(2-4)

式中：「K—驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑；

3K一驅(qū)動(dòng)輪的角速度,

驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑，等于驅(qū)動(dòng)輪幾何中心的驅(qū)動(dòng)力作用線的距離。由于驅(qū)動(dòng)力的作

用線位置通常很難確定，因此通常用輪胎的靜力半徑勺來代替動(dòng)力半徑。

輪胎的靜力半徑R是指車輪在靜止?fàn)顟B(tài)下受法向載荷、輪胎有掉向變形時(shí)，車輪幾

何中心到路面的距離。其值可由下式近似確定：

號(hào)=（0.045?0.47）0（2-5）

或

N

…。一刀

式中：〃一輪胎的自由直徑（輪胎氣壓為規(guī)定值，無載荷作用時(shí)的直徑）；

丁0-輪胎自由半徑；

力一剛度系數(shù)；

力一軸載荷。

綜上所述，車輪在運(yùn)動(dòng)個(gè)可處于三種狀態(tài)：純滾動(dòng)、滑移、滑轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)輪常常有

滑轉(zhuǎn)，而從動(dòng)輪可能產(chǎn)生滑移，車輪在制動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生滑移。

同履帶式軍輛相同，可以用滑轉(zhuǎn)率方來描述輪式車輛的實(shí)際速度與理論速度之間

的關(guān)系。

vr-VV

"-=1-豆（2-6）

或

5=1-7（2-7）

rg

實(shí)際速度與理論速度的關(guān)系可表示為：

v=（1-）vT

：2-8）

其次節(jié)輪式行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)

圖2-3捫是車輪在驅(qū)動(dòng)力矩MK作用下作直線行駛的情形；圖2-3b）是自山輪行駛

的情形；圖2-3c）是從動(dòng)輪行駛的情形。

（一）驅(qū)動(dòng)輪力矩平衡方程式［參見圖2-3a）］

MK一戶rK一Ra=°(2-9)

式中：RL滾動(dòng)阻力矩；

〃一地面垂直反力，R=Q。

將上式除以車輪動(dòng)力半徑得：

a

-r-F-R-=O

krK

是驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)知所產(chǎn)生的圓周力，它在數(shù)值上等于切線牽引力FK,最是驅(qū)動(dòng)輪力系

數(shù)，用.K表示。為滾動(dòng)阻力，用戶"表示，所以有：

FK-F-FfK=0(2-10)

上式說明，驅(qū)動(dòng)輪的牽引力/是切線牽引力尸長與滾動(dòng)阻力?"之差。

假如驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力矩Ra用MfK表示.明顯有

MfK=Ra=FfK^K(2-11)

(二)自由輪力矩平衡方程式[參見圖2-3b)]

所謂自由輪是指車輪上只有作用有軸負(fù)荷Q和僅用以克服滾動(dòng)阻力所需要的驅(qū)動(dòng)力

理MK,它不具有牽引任何負(fù)荷的力量，因此有：

Mk=Ra(2-12)

或

FK=FfK

自由輪在有用上價(jià)值較小，僅作為一種受力分析加以介紹。

(三)從動(dòng)輪的力矩平衡方程[參看圖2-3C)]

從動(dòng)輪被機(jī)架推著前進(jìn)，其力矩平衡方程為：

尸。々-=0

或

Fc=*=Rfc=Ffc(2-13)

式中：fc—從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力系數(shù);

Fc一機(jī)架對從動(dòng)輪的推力；

廠兀一從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力。

稱為滾動(dòng)阻力矩。假如從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力矩用M/c表爾，則：

MfC=Ra=FCTK=FfCn:(2-14)

前述計(jì)算中即是車輪的動(dòng)力半徑，是動(dòng)力學(xué)參數(shù)，它等于車輪幾何中心到牽引力力

線的距離，參見圖2-4。一般計(jì)算時(shí)可取3=二r為輪心到地面的垂宜距離。

試驗(yàn)表明々和/之值特別接近，見表2-1。該表是?式輪胎，負(fù)荷2%必，在粘

性松土層上試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)牽引力少增大時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩MK的作用，使輪胎剛度增加,

故其丁或〃都略有增大。

丁與rK值表2T

F(kN)TK(cm)r(cm)F(kN)々(cm)r(cm)

057.958.511.358.559.2

3.658.458.912.858.659.2

4.858.759.4

第三節(jié)輪式車輛的滾動(dòng)阻力及附著性能

一、滾動(dòng)阻力及滾動(dòng)阻力系數(shù)

(一)車輪的滾動(dòng)阻力

車輪滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)阻力，滾動(dòng)阻力一般包括土壤變形的滾動(dòng)阻力尸〃從輪胎變形

引起的滾動(dòng)阻力。"t。

1.輪胎壓實(shí)土壤引起的滾動(dòng)阻力

彈性輪胎通過松軟的土壤滾動(dòng)時(shí)，土壤被壓實(shí)變形，所引起的滾動(dòng)阻力可按貝克法

計(jì)算。假設(shè)輪胎和地面變形如圖2-5所示。

承載面平均接地比壓:

Q

P=7b(2-15)

式中：《一輪胎荷載；

心一接地平面長度；

。一輪胎接地平面長度。

土壤變形是在輪胎接地比壓P作用下產(chǎn)生的。由土壤承載后的沉陷公式可知，土

壤變形Zo為:

Zo=(2-16)

或

Q

Zo=(2-17)

J(Kc+bQ

依據(jù)功能轉(zhuǎn)換原理，可通過計(jì)算得:

\K+bK^

C(2-18)

pfl=n+1（尹

又因:

Q=pbl=(pt+pQbl

式中：Pi一輪胎氣壓;

Pc一胎壁剛度換算的氣壓。

所以:

n+1

[b(p，+Pc)L

(2-19)

Ffl=1

(Kc+bK/(n+1)

2.輪胎變形引起的滾動(dòng)阻力

輪胎變形引起的滾動(dòng)阻力可按貝克的半徑驗(yàn)法確定，它是在試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)

上建立的。依據(jù)閱歷提出輪胎變形引起的滾動(dòng)阻力凡2與載荷4成正比，從而可得:

尸"=Qft(2-20)

式中：入一輪胎變形引起的滾動(dòng)阻力系數(shù)。

閱歷表明，系數(shù)人隨輪胎氣壓P，而變化。入一Pi變化規(guī)律可通過試驗(yàn)求得。

試驗(yàn)方法是選用某一種輪胎（不同輪胎性能不一），在涂有潤滑劑的水泥地而上，施

以肯定的負(fù)荷4,通過轉(zhuǎn)變氣壓來分別測定滾動(dòng)阻力。試驗(yàn)結(jié)果可得到一系列Pi參數(shù)。

由于九=F"/Q,月F"=F是試驗(yàn)時(shí)的牽引力。所以依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可繪制如圖2-6所

示的Pi一九曲線。

當(dāng)轉(zhuǎn)變所施負(fù)荷。時(shí)，試驗(yàn)曲線不變。曲線可用下式表達(dá)：

U

人=討（2-21）

式中：〃、a一與輪胎結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，借助八一Pi曲線，取其兩點(diǎn)不難求出a、a

的數(shù)值。

（二）滾動(dòng)阻力系數(shù)

對工單個(gè)午輪而言，滾動(dòng)阻力可用下式表水：

Ff=Ffi+Fft

對輪式機(jī)械來說，液動(dòng)阻力是驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力之和，即：

Ff=FfK+"c=CJK+Gcfc

當(dāng)f=fK=fc[bj,且Gs=G^+Gj則：

Ff=Gsf

式中：f一綜合的滾動(dòng)阻力系數(shù)，可內(nèi)試驗(yàn)測得，作為機(jī)械設(shè)計(jì)或性能猜測時(shí)使用:

G<p、Gc一驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪載荷。

例如，一般輪胎氣壓在°=?°-5MPQ時(shí)，滾動(dòng)阻力系數(shù)與地面狀況的關(guān)系見表2-2。

表中0為附著系數(shù)。

八0與路面的關(guān)系表2-2

輪式車輛

地面狀況

f(P

瀝青路面0.02~0.030.7~0.9

己耕田地0.12-0.180.5~0.7

沼泥地0.22~0.250.1~0.2

影響滾動(dòng)阻力的因素較多且與附著性能有親密關(guān)系，下面將同時(shí)爭論影響附著性能

及滾動(dòng)阻力的各因素。

二、附著性能及其影響因素

驅(qū)動(dòng)輪在地面上滾動(dòng)時(shí)，在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下，車輪與地的接觸面上各微小單元都

產(chǎn)生微觀滑轉(zhuǎn)，即地面各微小單元面上都產(chǎn)生抗滑轉(zhuǎn)反力，這些抗滑轉(zhuǎn)反力的水平合力

就是切線牽引力尸K。

車輪企堅(jiān)硬地面上滾動(dòng)時(shí)，切線牽引力主要由輪胎與地面之間的摩擦所產(chǎn)生；車輪

在松軟地面上滾動(dòng)時(shí)，輪船花紋嵌入土壤，切線牽引力主要來自土壤的抗剪切反力。地

面對車輪產(chǎn)生抗剪切反力或切線牽引力作用的同時(shí).車輪對地面產(chǎn)生相對滑轉(zhuǎn)，滑轉(zhuǎn)

程度用滑轉(zhuǎn)率6來表示，明顯，當(dāng)切線牽線力也肯定時(shí)，6越小，地面的抗滑轉(zhuǎn)力量就

越高，地面這種抗滑轉(zhuǎn)的力量稱為附著性能。

（一）附著力與附著

系數(shù)

土方工程機(jī)械多在土壤地面上工作，因此地面能夠供應(yīng)的切線牽引力由土壤的抗的

切力產(chǎn)生。輪式車輛切線牽引力&的理論計(jì)算與履帶式車輛沒有原則的區(qū)分，可按

Janosi公式處理。施工中較常遇到的塑性土壤，一般當(dāng)滑轉(zhuǎn)率3=/00%時(shí)，可產(chǎn)生最大

切線牽引力。

輪式車輛在運(yùn)輸工況下，多在較好的硬路面上行駛，如瀝青路同等。此時(shí)切線牽引

力主要由路面的摩擦反力供應(yīng)。由于路面或土壤狀況的簡單性.滑轉(zhuǎn)率8和牽引力”之

間的關(guān)系，即滑轉(zhuǎn)曲線，多由試驗(yàn)取得。這里需要說明的是，試驗(yàn)時(shí)的牽引力夕是切線

牽引力克服了驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力后可以對外做功的有效牽引力，即F=FK-FfK。驅(qū)動(dòng)輪試

臉的滑轉(zhuǎn)曲線如圖2-7所示。牽引力”最初隨滑轉(zhuǎn)率6成比例地增長，然后以稍快的速

度增長到一個(gè)最大值修皿。當(dāng)滑轉(zhuǎn)率連續(xù)增長時(shí)，牽引力下降，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率S達(dá)到100%,

牽引力達(dá)到尸。，吊3到R以虛線表示，表示這一過程是不穩(wěn)定的。圖2—7是驅(qū)動(dòng)輪在

硬質(zhì)地向面上試驗(yàn)的滑轉(zhuǎn)曲線。驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)曲線和輪胎的類型、路回的材料以及路面的

狀況（如干濕狀況）都有關(guān)系，道路條件對其影響較大。由圖2—7可見，牽引力夕有極值

消失，一般可用動(dòng)摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)來解釋。

為了定量地說明附著性能，和履帶車輛一樣，規(guī)定在容許滑轉(zhuǎn)車時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪所發(fā)揮

的牽引力稱為附看力尸。附著力與附著重量之比值稱為附著系數(shù)，即：

0“

3(2-23)

或(2-24)

輪式車輛的附著系數(shù)見表2-2。

（二）影響滾動(dòng)阻力和附著系數(shù)性能的因素

通過對輪式車輛滾動(dòng)阻力和附著性能影響因素的分析，目的在于考慮如何削減滾動(dòng)

阻力和提高附著性能。輪式車輛較履帶式車輛附著系數(shù)小，且不能采用整機(jī)重量作為附

著重量（指后橋驅(qū)動(dòng)的車輛），所以提高附著性能顯得重要。

1.土壤條件

土壤抗剪強(qiáng)度越大，附著性越好。土壤抗剪強(qiáng)度乂受濕度變化的影響，土壤越潮濕,

輪胎的附著性能就越差。土地表層強(qiáng)度很低、而底層強(qiáng)度較高時(shí)，采納的高花紋輪胎可

提高附著性能。

假如土壤過于軟爛，則車輛就將下陷過深，滾動(dòng)阻力就大。在這種狀況下，可裝用

船體，承受部分重量，從而削減了車輪（或履帶）的荷重，以削減滾動(dòng)阻力。

2.路面條件

當(dāng)輪式車輛進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)，在硬質(zhì)路面上行駛時(shí).共附著性能取決于輪胎和地面的

外摩擦系數(shù)。必要時(shí)，可裝設(shè)防滑鏈，來防止打滑。

3.附著重力

在摩擦性土壤中，增加附著重力，可以提高附著力。但當(dāng)土壤抗剪應(yīng)力達(dá)到最大值

后，如再增加附著重力，可能會(huì)降低驅(qū)動(dòng)力。在純粘聚性土壤中，不能僅靠增加附著重

量來改善附著性能。在松軟土壤中，如過度地增加附著重力，則輪胎下陷且增加，滾動(dòng)

阻力增大，掛鉤牽引力反而降低。

采納四輪驅(qū)動(dòng)，使整個(gè)拖拉機(jī)重力都成為附著重力性能的一項(xiàng)有效措施。

4.輪胎充氣壓力

由圖2—8可以看出，當(dāng)輪胎的充氣壓力0從較大值開頭降低時(shí)，附著力隨小降低而

增加。但當(dāng)Q進(jìn)一步降低時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力戶"就要增加。這是由于滾動(dòng)阻力是由輪胎

和土壤兩者變形所引起的。在田間，土壤變形一般起打算性影響，因此在肯定范圍內(nèi)降

低0,從面使土壤的垂直變形減小，也就降低了滾動(dòng)阻力,但當(dāng)Pi降低到肯定值以后，再

進(jìn)一步降低時(shí)，由于輪胎變形對滾動(dòng)阻力起了打算性的影響，反而會(huì)使?jié)L動(dòng)阻力增加。

圖2—8所示的試驗(yàn)曲線是在松砂土上取得的。假如地面或土壤條件發(fā)生變化，則試

驗(yàn)曲線的趨向就會(huì)有所變化。例如，在硬質(zhì)光滑路而上或石子路上，與最小滾動(dòng)阻力

：尸律加好對應(yīng)的最佳氣壓力2?。點(diǎn)就要向高的Pi方向移動(dòng)。

由上面分析可知，在確定驅(qū)動(dòng)輪胎的氣壓時(shí)，應(yīng)從土壤條件，附著力和滾動(dòng)阻力等

多方而來考慮。

應(yīng)當(dāng)指山，當(dāng)降低時(shí)，輪胎變形將增加，因而增加了胎壁內(nèi)部的摩擦，從而將引

起輪胎磨損和裂開。因此，為提高輪式車輛牽引附著性能而降低Pi時(shí)，還要兼顧輪胎的

使用期限。

5輪胎尺寸

增大輪胎直徑，可以增加輪胎支承長度，使附著力增加，滾動(dòng)阻力降低。但輪胎直

徑的增加受到某些參數(shù)（例如機(jī)器重心高度）的限制。近年來，為了能在不加大輪胎外徑

狀況下提高輪胎承載力量，在適當(dāng)條件下，可裝用加寬型驅(qū)動(dòng)輪胎。一般車輛輪胎斷面

的高寬比（〃/%）通常為1;而加寬型輪胎斷面的高寬比則降到0.85左右。在增加輪胎的

同時(shí)，最好同時(shí)適當(dāng)降低輪胎的充氣壓力，使輪胎的接地面積增加，否則輪胎寬度增加,

輪胎剛度比也要隨之相應(yīng)增加，因而徑向變形較小，輪胎接地面積并不肯定能增加。&

午來，某些拖拉機(jī)也并排安裝了雙輪胎。

6.輪胎花紋

越野輪胎的花紋多為人字形(圖2—9),在砂壤土上進(jìn)行的模型試驗(yàn)表明：花紋長度

相同時(shí)，適當(dāng)增加花紋布置角，可以提高車輛的附著性能。

我們國家目前多采納妗。花紋布置角。

花紋的外形和布置會(huì)影響輪胎的壓力分布，因而也將影響附著力。輪胎的設(shè)計(jì)應(yīng)使

接地壓力能夠近似于勻稱分布。

花紋的命置與輪胎的自潔性能有關(guān)，而輪胎的自潔力量乂會(huì)影響附著力的發(fā)揮。

7.輪胎結(jié)構(gòu)

輪胎的剛度、簾布層數(shù)、簾布排列方法等對附著力和滾動(dòng)阻力的大小也有不同程度

的影響。

第四節(jié)輪式車輛總體動(dòng)力學(xué)

為了正確地設(shè)計(jì)和使用乍輛，使之達(dá)到預(yù)期的性能，必需了解乍輛的受力狀態(tài)及其

時(shí)車輛性能的影響。為了便于分析問題，設(shè)有一臺(tái)后橋驅(qū)動(dòng)的雙軸牽引車，在水平地面

上進(jìn)行勻速牽引作業(yè)，參看圖2—10。

依據(jù)受力平衡條件，建立以下平街方程式：

GS=N^+N2(2-25)

&=F-Ffc(2-26)

N?L=Gsb+MfK+M/c+尸/(2-27)

由式(2-27)可得：

b(MfK+Mfch、

N2=GsE+(—l一+Fxlj(2-28)

a/MfK+M,chX

同理：2GsI-1—1一+FxlJ(2-29)

式(2—26)中的6-%表示整機(jī)可以對外輸出的牽引力，稱為掛鉤牽引力，一般以尸KP

表示。在穩(wěn)定牽引時(shí)它與工作阻力Fx相平衡。

式(2—28)及式(2—29)表明輪式車輛在牽引負(fù)荷時(shí)，袖負(fù)荷，八死發(fā)生了變化，由

ab

于靜止的軸負(fù)荷Ni=Gs>N2=GsIo出于牽引負(fù)荷的存在，驅(qū)動(dòng)輪軸荷增加，我們稱

之為增重，同時(shí)前輪軸荷削減。向于驅(qū)動(dòng)輪的增重與前輪軸荷的減小量相同，又稱重量

轉(zhuǎn)移。

圖2T0中物K與M/c為驅(qū)動(dòng)輪執(zhí)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力矩，當(dāng)橋荷安排發(fā)生變化時(shí)，一般

應(yīng)重新計(jì)算。附著重力安排系數(shù)A一般用附著重量除以機(jī)械使用重量來表示，即：

N

4=&2(2-30)

當(dāng)驅(qū)動(dòng)橋荷載發(fā)生變化時(shí)，附著重力安排系數(shù)亦隨之變化，明顯全橋驅(qū)動(dòng)或履帶式

車輛入=1。

第五節(jié)雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)

一、雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的特點(diǎn)

1.牽引附看性有顯著的改善

雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的牽引附行性能得到改善的緣由有兩個(gè)：

1)車輛前后輪的負(fù)荷皆可采用作為附著重量，因此當(dāng)前后輪上附著力皆得到充分采

用時(shí)附著力“達(dá)到：

3w(M+-2)

2)在前后輪距相同的四輪驅(qū)動(dòng)車輛上，后輪沿前輪輪轍滾動(dòng)，削減了后輪的滾動(dòng)阻

力、并改善了后輪的附著性能。試驗(yàn)表明，在松土上，當(dāng)后輪滑轉(zhuǎn)率為5="%時(shí)，其

附著重力采用系數(shù)Wx提向了25%?30%。當(dāng)8="％時(shí)，0%提高14%?20%。在承

戰(zhàn)力量差的土壤上(如爛泥田)，附著重力采用系數(shù)提高得多更為顯著。

由于上述緣由，所以四輪驅(qū)動(dòng)車輛的牽引附著性能較兩輪驅(qū)動(dòng)優(yōu)越，圖2T1即為一

例。圖示說明，在干燥壤土留茬地上，當(dāng)6=2及時(shí)，四輪驅(qū)動(dòng)車輛的牽引力較兩輪驅(qū)

動(dòng)的大27%；在6=50%時(shí)，牽引力大2〃％,其最佳牽引效率，四輪驅(qū)動(dòng)的為77%,而兩

輪驅(qū)動(dòng)的為7。%。

2.較好的操縱性和縱向穩(wěn)定性

四輪驅(qū)動(dòng)車輛在前橋上方較大的重力安排。因此上坡時(shí)縱向穩(wěn)定性較好，前輪也不

會(huì)因載荷過小而使操縱性變壞。由于前輪上存在驅(qū)動(dòng)力，即可削減前輪的滾動(dòng)阻力，又

具有把車輛引導(dǎo)到正常軌跡上去的力量.在上坡時(shí)這一效果表現(xiàn)的較為明顯。

3.較好的通過性

四輪驅(qū)動(dòng)車輛與兩輪驅(qū)動(dòng)車輛相比.在附著性能較差的地區(qū)（如泥濘的土地、雪地），

具有較好的通過力量。在附著系數(shù)低到0.1~03的土壤上，仍舊可以通過并進(jìn)行作業(yè)。

雙橋驅(qū)動(dòng)車輛也有其缺點(diǎn)，如在肯定的使用條件下傳動(dòng)系將產(chǎn)生寄生功率。寄生功

率存在不但將增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率的消耗，還會(huì)加速傳動(dòng)系和輪胎的磨耗。因此，設(shè)汁和使

用雙橋驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，必需留意到達(dá)一點(diǎn)。

二、雙橋驅(qū)動(dòng)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)

在四輪驅(qū)動(dòng)的車輛中，前后驅(qū)動(dòng)橋間傳動(dòng)系為剛性閉鎖式聯(lián)接時(shí)，為廠使前后輪運(yùn)

動(dòng)協(xié)調(diào)，必需使的后輪的理論速度相等力4=片2。由于巧1和UT2皆為車輪滾動(dòng)半徑的函

數(shù)，而驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑在機(jī)器使用過程是會(huì)變化的，所以即使在設(shè)計(jì)時(shí)做到了

力'1=^2,實(shí)際工作時(shí)也仍會(huì)消失羌異。

在上作過程中驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑（近似等于動(dòng)力半徑）因下列三種緣由發(fā)生變化。

1）前后輪載荷的變化；

2）充氣程度的不同；

3）輪胎磨損程度的不同

但前后輪皆安裝在同一個(gè)車輛上，其實(shí)際速度必需相等，即：

v^=v2=v

式中：也、以一前輪和后輪的實(shí)際速度

U一車輛行駛的實(shí)際速度。

由于：

V!=v71（1-力）

也=片2（1_詼）

式中：叱八打2一前輪和后輪的實(shí)際速度：

U一車輛行駛的實(shí)際速度。

可以得出：

1-跖=艱（1-詼）（2-31）

山于前后輪角速度3K相等，故前后輪的理論速度之比可用下式表示：

VT2%23K%2

UT1TgWKrgl

式(2-31)可改寫為:

1-61=慧(1-詼)(2-32)

式(2-31)及式(2-32)稱為雙橋驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式。參看圖2T2,當(dāng)外部工作阻力為

%時(shí)前后輪牽引力之相應(yīng)與之平衡，即：

生=%+尸2(2-33)

式(2-33)稱為雙橋驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程式。

為了定量確定前后輪的牽引力力、行和滑轉(zhuǎn)率也、詼還需要知道前后輪的滑轉(zhuǎn)串與

牽引力之間的關(guān)系，即知道滑轉(zhuǎn)率曲線：

61=點(diǎn)匕)

xK、(2-34)

M=訪(尸2)

,

依據(jù)以上的爭論，對雙橋驅(qū)動(dòng)車輛行駛過程中可能消失的一些狀況就簡潔進(jìn)行分析

為便于分析，假設(shè)前后橋荷重相等，這時(shí)只有當(dāng)七1二。2時(shí)才有生=詼。如兩條

滑轉(zhuǎn)曲線相同，當(dāng)負(fù)荷心增加時(shí)(不計(jì)因重量轉(zhuǎn)移引起的滾動(dòng)半徑變化)，則可以使

61、詼同時(shí)達(dá)到額定值前后輪附著力均能得到充分發(fā)揮。

如Tgi工。2時(shí)，這里假定bi>%2,依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式詼〉必。當(dāng)外負(fù)荷匕肯定時(shí)?,

依據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式&=%+?2,乃與凡肯定不等，且保持肯定比例。下面依據(jù)負(fù)荷Q的

變化狀況進(jìn)行分析。

1)增加負(fù)荷片，使"達(dá)到62H時(shí)，后輪能發(fā)揮較大的牽引力，附著力能得到較充分

發(fā)揮，但前輪滑轉(zhuǎn)率過大匹>詼“，滑轉(zhuǎn)損失過大。反之，當(dāng)8增加到使匹=出”時(shí)，

前輪附著力能得到充分發(fā)揮.而后輪61<82H,附著力得不到充分發(fā)揮。

2）當(dāng)負(fù)荷F增加到仇刑時(shí)，麗也肯定等于100%,前后輪同時(shí)滑轉(zhuǎn)，前后輪都

發(fā)揮出百分之百滑轉(zhuǎn)時(shí)的牽引力。

3）當(dāng)今減小到詼=°時(shí)?，這時(shí)前輪發(fā)揮的牽引力與負(fù)荷相平衡，即Fi=8依據(jù)運(yùn)動(dòng)

力學(xué)方程（2-32）,此時(shí)：

di=l--

Qi

4）當(dāng)負(fù)荷連續(xù)削減到的VI-"時(shí)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式，可以求得：

62Vo

則后輪牽引力為負(fù)值，故：

PX=F1-尸2

以下分析，可以用61-金關(guān)系曲線更清晰地看出。圖2-13是依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程繪出的，

圖中曲線①表示bi=MG2）,曲線②表示滑轉(zhuǎn)率詼，依據(jù)S2由負(fù)值到正值以及到10謠

的變化，可以明顯地看出稅的變化規(guī)律.結(jié)合前后輪的滑轉(zhuǎn)曲線，不難分析前后輪牽引

力的變化規(guī)律。

直線①的方程是：

51=（1-4）+第2（2-35）

可見直線①的截距力。=（1-卷），斜率為O

三、雙繡驅(qū)動(dòng)的寄生功串

從雙橋驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)可知，當(dāng)牽引負(fù)荷減小到MVI-誓時(shí)，前橋驅(qū)動(dòng)輪

的牽引力比為正值，后橋驅(qū)動(dòng)輪的牽引力為負(fù)值，即后輪在機(jī)體的推動(dòng)下，一邊向前滾

動(dòng)，一邊向前滑移，并且起了制動(dòng)作用。

在這種狀態(tài)下，由于后輪上作用著與車輛行駛方向相反的制動(dòng)力F2,它所造成的力

定將經(jīng)分動(dòng)箱相中心傳動(dòng)傳給前輪。因此，傳往前輪的動(dòng)力有兩路：一路是內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)傳

來（圖2—14中實(shí)線所示），另一路由后輪傳來（圖中虛線所示），兩路匯合后傳到前輪，

使前輪的驅(qū)動(dòng)力增大。其增大部分仍將通過機(jī)體傳給后輪，用以克服后輪制動(dòng)所需的力。

實(shí)際上前輪驅(qū)動(dòng)力的增加并不產(chǎn)生有效的牽引力。山制動(dòng)力F2所形成的功率P2將在下列

閉路中循環(huán)：山后輪經(jīng)其土傳動(dòng)器到分動(dòng)箱，再經(jīng)前橋主傳動(dòng)器到前輪，然后經(jīng)機(jī)體重

新傳給后輪。這種現(xiàn)象稱為功率循環(huán),被循環(huán)的那部分功率稱為寄生功率。

寄生功率并不能增加驅(qū)動(dòng)功率或驅(qū)動(dòng)力，而且會(huì)使傳動(dòng)系零件過載，便輪胎出過多

滑動(dòng)而加速磨損，也降低傳動(dòng)系效率及牽引效率。所以在設(shè)計(jì)和使用時(shí)，要盡量防止產(chǎn)

生寄生功率。

為了防止雙橋驅(qū)動(dòng)車輛產(chǎn)生寄生功率，可以在結(jié)構(gòu)上采納一些措施，例如：

1）在分動(dòng)箱通往某個(gè)驅(qū)司橋的傳動(dòng)路線上，加裝一個(gè)起越離合器，超越離合器的主

動(dòng)部分聯(lián)接分動(dòng)箱，從動(dòng)部分聯(lián)接驅(qū)動(dòng)橋。超越離合器的持點(diǎn)是：在止常狀況下，動(dòng)力

可由主動(dòng)部分傳往從動(dòng)部分（通過超越離臺(tái)器）；當(dāng)從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速超過主動(dòng)部分時(shí).從

動(dòng)部分可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不受主動(dòng)部分轉(zhuǎn)速約限制。因此.當(dāng)車輛的實(shí)際速度u大于該橋車

輪的理論速度時(shí)，其車輪可按速度u自由滾動(dòng)，這時(shí)猶如從動(dòng)輪一樣，因而避開了寄生

功率的產(chǎn)生。

這種在通往一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋（例如前橋）的傳動(dòng)系中安裝超越離合器的方法，只能防止一

種狀況下產(chǎn)牛的寄生功率，例如能防止在片2＞口＞片1狀況下產(chǎn)生的寄生功率，而不能

防止在片"72狀況下產(chǎn)生的寄生功率。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必需留意。假如在通往前驅(qū)動(dòng)

橋的傳動(dòng)路線上裝有超越離合器，則必需使。＞VT1,即后輪滑轉(zhuǎn)超前。但超前率不

宜取得過大，否則，當(dāng)后輪滑轉(zhuǎn)率己很大時(shí).前輪仍自由滾動(dòng)，而不能發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用.這

樣就失去了四輪驅(qū)動(dòng)的優(yōu)越性。

2）在前后橋間安裝軸間差速器。當(dāng)前后橋間裝有軸間差速器時(shí)，假如前后橋的車輪

間有速度差.便可自動(dòng)適應(yīng)，因而也不會(huì)產(chǎn)生寄生功率。但是裝設(shè)軸間差速器會(huì)降低牽

引附著性能，由于當(dāng)一個(gè)驅(qū)切橋陷入附著系數(shù)很低的土壤中時(shí).，另一驅(qū)動(dòng)橋上驅(qū)動(dòng)力的

發(fā)揮也受到了限制。所以四輪驅(qū)動(dòng)車輛很少采納這種機(jī)構(gòu)。

四、四輪驅(qū)動(dòng)車輛的滑轉(zhuǎn)效率

設(shè)前后驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)半徑各為國1和rg2。當(dāng)滑轉(zhuǎn)不大時(shí)可以為傳遞的牽引力與滑轉(zhuǎn)率成

正例關(guān)系,即：

用=占山

F2=K2S2

式中：入、22—分別為前、后輪的牽引力；

Ki、心一分別為前、后輪尸一＜5曲線中線性部分尸/5的比值。

由此可列出四輪驅(qū)動(dòng)車輛的牽引力為：

尸=F1+尸2

或：F=K1514-K2S2(2-36)

依據(jù)滑轉(zhuǎn)效率的定義，在四輪驅(qū)動(dòng)的狀況下，滑轉(zhuǎn)效率可表示為：

=P”+%】+跖色-37)

式中：Pu一行走機(jī)構(gòu)傳給機(jī)架的功率；

PblP82一分別為前、后輪滑轉(zhuǎn)損失的功率。

由于：

Pv=(Fi+&)?=(KiM+K2S2)V

vKt6lv

Psi=FMbi=-=-~~/

1-dj1-dj

vK26jv

Ps2=詼=(K2%)[屋詼=]_%

將上式代入式(2-37)后可得：

K[5]+K2S2

描醺+勺山+較+篝)(2-38)

當(dāng)抬和心己知時(shí)，就可將前、后輪上的滑轉(zhuǎn)率①和§2(或牽引力修和尸2)代入式

屹-38)中，從而求出車輛的滑轉(zhuǎn)效率〃風(fēng)

圖2-15是依據(jù)式（2—38）作山的滑轉(zhuǎn)效率曲線，計(jì)算時(shí)取Ki=Kz=K=220kN.

當(dāng)僅有后輪接通動(dòng)力時(shí)（相當(dāng)于兩輪驅(qū)動(dòng)），即％=°，生=°,因此由式（2一38）可

得：

G尸2F

%=----=1*=1[=

&+今（2-39）

上式表示帆與“成直線關(guān)系，如圖2-15中4c線所示。當(dāng)前后輪皆接通動(dòng)力，且

醺二詼時(shí)，即為抱負(fù)狀態(tài)的四輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，由式（2-45）可得：

2S2F2F

陽=------^-=1-詼=1-7=1一天

2（62+77砂（2-40）

留意：此時(shí)F2等于夕工上式表示血與尸仍成直線關(guān)系，如圖中48線所示。

由圖可看出，當(dāng)/為3詠V時(shí)，若只接通后輪，則〃之1%,山=0,%=8桃（圖

中C點(diǎn)）；但若前后輪皆接通，且山=詼=8%,%=92%,滑轉(zhuǎn)效率就提高了。

下面分析詼工61,且令￡=b2-bi為超前率。

當(dāng)￡值已知時(shí),式（2-36：可改寫為：

F=FI+F2=K?+62）=K（2&+￡）