重載三角橡膠履帶輪設計關鍵問題綜述

呂　凱, 穆希輝 , 杜峰坡, 郭浩亮1, , 趙曉東1,

(1. 軍械工程學院彈藥工程系， 河北 石家莊 050003； 2. 軍械技術研究所， 河北 石家莊 050003；

重載三角橡膠履帶輪設計關鍵問題綜述

呂凱1, 3, 穆希輝2, 杜峰坡2, 郭浩亮1, 2, 趙曉東1, 2

(1. 軍械工程學院彈藥工程系， 河北 石家莊 050003； 2. 軍械技術研究所， 河北 石家莊 050003；

3. 軍事交通學院國家應急交通運輸裝備工程技術研究中心， 天津 300161)

摘要：為避免履帶輪高速重載行駛時易發生跳齒、爬齒、脫帶等故障，并減少因過度或部分磨損、不均衡張緊、不均勻溫升和振動等因素而導致的故障和降低使用壽命，根據結構特點和使用條件，對履帶輪和橡膠履帶、負重輪系、導向輪系、擺動限位裝置等組件進行了分類和分析，總結了各組件的設計原則以及相應的改進方法，以提高履帶輪的模塊化程度、直線行駛性能，增強履帶驅動角強度，降低花紋引起的振動，均勻分布接地壓力，最小化張緊力及減少其變化，并使履帶輪可靠地與地面接觸。最后討論了使用履帶輪可能造成的轉向力不足、高能耗和碎屑堆積等問題。

關鍵詞：橡膠履帶輪； 重載； 高速； 履帶車輛

與鋼制履帶相比，橡膠履帶重量輕、振動小，不會破壞鋪設路面，且相對于輪胎具有更好的通過性，現已廣泛用于北美[1]、歐洲[2-7]、澳大利亞[8]、非洲[9]、東南亞[10]和日本[11-13]等地的農用車輛和工程機械上。隨著橡膠履帶技術日益成熟，橡膠履帶的高機動性、高牽引效率、低振動和長壽命等優良特性使其在軍事領域也獲得了成功應用[14-15]，如英國BAE公司和加拿大Soucy公司聯合研制的橡膠履帶系統已使用在了M113裝甲運兵車、CV90步兵戰車和BvS10裝甲全地形車上。

橡膠履帶輪是一種新型的橡膠履帶應用技術，能夠在不改裝或者少量改裝輪式車輛的條件下，與車輛輪胎互換，降低車輛的接地壓力，提高牽引性能，從而快速提升輪式車輛的越野能力[16-24]。其代表公司有加拿大的Soucy、美國的Goodyear和Mattracks、日本的Bridgestone及意大利的Tidue等，其中：Soucy公司在Conexpo2008上展出了其在JCB 506C伸縮臂叉車上配備的ST-900重載橡膠履帶輪，該車自重9 543 kg，載重2 722 kg；Mattracks公司生產的橡膠履帶輪的單輪最大承重已達3 063 kg，速度可達64 km/h。目前，國外橡膠履帶輪均為商業化生產，相關技術采用專利保護，鮮見公開于其他研究性文獻。

近年來，橡膠履帶輪技術在國內日益受到重視，越來越多的企業和研發單位對此進行了研究和應用[25-31]。筆者通過調研發現：目前國內僅有少數廠家開發了應用在輕型輪式車輛上的相關產品，對于行駛速度超過15 km/h、自重8 t以上的重載四驅越野車輛，其配套的橡膠履帶輪的技術難度很大。總體上該技術在國內尚處于起步階段，與國外相比尚有較大差距，對履帶輪其他組件的設計仍處于模仿和探索階段。為提高相關技術的自主研發能力，國內研究單位也開始研發相應的設計驗證測試平臺[32-33]。

筆者針對橡膠履帶輪在使用中，特別是在高速重載條件下存在的故障問題，總結了實現履帶輪工程應用需解決的關鍵技術，進一步論證了相應組件的設計原則和可采取的技術方案，并對使用中存在的其他問題進行了探討。

1橡膠履帶輪的結構及分類

橡膠履帶輪可分為驅動型和從動型2種，其中：驅動型具有驅動輪，用于更換車輛的驅動輪胎；從動型可無驅動輪，用于更換車輛的從動輪胎。圖1為Soucy公司的從動型和驅動型履帶輪。本文內容僅針對驅動型的橡膠履帶輪(以下簡稱履帶輪)。

圖1　Soucy公司的從動型和驅動型履帶輪

履帶輪主要由橡膠履帶、驅動輪、框架、多個負重輪和導向輪等組成，如圖2所示。其結構關系為：1)履帶輪一般為三角形構型，驅動輪處于三角形的頂點上，這可減少碎屑和泥濘對驅動輪和橡膠履帶嚙合的影響，延長履帶使用壽命，又因其不承受車輛載荷，可采用更輕的結構[34]，驅動輪通過其上的驅動銷(或驅動齒)與橡膠履帶的驅動角相嚙合，驅動履帶；2)導向輪處于三角形底部的一端或者兩端；3)負重輪處于三角形的底部，旋轉安裝在相關組件上，這些組件與負重輪構成負重輪系；4)框架維持履帶輪的結構，用于安裝導向輪、負重輪系等組件；5)除橡膠履帶外的其他組件組成履帶輪輪系。

圖2　履帶輪結構

根據履帶輪結構及其與車輛的裝配，可將履帶輪分為整體式和分離式2類。

1) 整體式。該類履帶輪在更換輪胎前，先裝配為一個整體，然后將驅動輪裝配至車輛末端的驅動軸上，驅動輪隨驅動軸轉動，圖1、3均屬于此類。整體式履帶輪更換簡單，模塊化程度高，在不平整地面行駛時，負重輪系和框架能夠隨著地表起伏共同環繞驅動軸擺動。但驅動輪和框架之間通過重載軸承連接，該軸承不僅需要承載車輛載荷，還要承受轉向時的軸向力，工況惡劣[35]。

圖3　Mattracks公司的整體式履帶輪及其安裝車輛

2) 分離式。該類履帶輪的驅動輪和框架是分離安裝的，其安裝方式如下：驅動輪與車輛末端驅動軸裝配，并隨驅動軸轉動；框架固定在驅動軸的支撐殼體上。該類履帶輪安裝時需保證負重輪和導向輪的軸線方向平行于驅動輪的軸線方向，以確保輪系與履帶的對中，避免履帶兩側因不均衡張緊而引起履帶橫向側移[36]。該類履帶輪安裝后，驅動輪和框架之間沒有直接的裝配關系[21, 35-37]，負重輪系則鉸接在框架上，能夠相對于框架擺動(如圖4所示)，但負重輪系的擺動軸一般處于驅動軸下方，故該擺動會改變履帶環輪系的周長，進而限制了負重輪系的擺動范圍，不利于在崎嶇路面行駛。

圖4　Soucy公司的分離式履帶輪安裝

更換履帶輪后，履帶輪應在其所更換輪胎的可用包絡空間內運動。在同樣的地形起伏條件下，負重輪系的鉸接位置越低，負重輪系擺動時履帶輪就越穩定，且不易與車輛上的鄰近組件互相干涉。雖然整體式結構履帶輪的模塊化程度高，便于安裝，但對于特定的輪式車輛，在履帶輪運動空間受限時，分離式結構可能更為適合。

2橡膠履帶設計

2.1橡膠履帶選擇

2.1.1橡膠履帶類型

根據橡膠履帶是否包含芯金，可將其分為無芯金和有芯金2種。有芯金橡膠履帶(Metal-embedd-ed Rubber Tracks)構成如圖5所示，其中：芯金一般沿履帶縱向間隔排列，沿履帶橫向延伸，這樣一方面為橡膠履帶提供較高的橫向剛度，另一方面利于履帶繞輪彎曲[38-41]。該結構能使履帶輪的橫向接地壓力分布均勻，進而減少在履帶橫向上布置的負重輪數量或者寬度。與無芯金橡膠履帶(Metal-coreless Rubber Tracks)相比，該類履帶剛性高，接地壓力的橫向分布更為均勻[42]。但芯金增加了橡膠履帶的重量，并使履帶縱向剛度間隔變化，在車輛高速行駛時會誘發過度的振動。此外，芯金一般嵌入在接近履帶內表面的位置，處于履帶中性層和內表面之間的橡膠材料會承受很高的壓力，在高速條件下，這些壓力會使橡膠材料嚴重發熱，進而誘發履帶脫膠和完全故障[43]。目前，有芯金橡膠履帶多用于輕型車輛、農用車輛和低速工程車輛，行駛速度在3～15 km/h。由于其結構對機動性的限制，Mattracks和Soucy等國外公司均不采用有芯金橡膠履帶。

圖5　有芯金橡膠履帶構成

20世紀90年代，為了改善有芯金橡膠履帶的性能，無芯金橡膠履帶最先由日本Bridgestone公司應用在高速的半履帶卡車上。試驗證明：與有芯金橡膠履帶相比，該型履帶具有機動性高、噪聲低、重量輕以及不易脫帶等優點[44]。為了改善其橫向和扭轉剛性，現有的無芯金橡膠履帶在主簾線層的外周側或者內周側布置有多個偏置簾線層[45-48]，其構成如圖6所示。這些簾線層需保證履帶在環輪系旋轉時，橫向剪切應力的分布左右對稱；否則，履帶會在行駛時產生橫向側移，并誘發部分磨損或者脫帶[46]。與有芯金橡膠履帶相比，無芯金橡膠履帶的行駛速度可達到50 km/h，且行駛更為平穩，能承受重載。目前，履帶輪多采用無芯金橡膠履帶。

圖6　無芯金橡膠履帶

2.1.2橡膠履帶驅動方式

有芯金橡膠履帶均為強制驅動,無芯金橡膠履帶則分為摩擦驅動和強制驅動2種。摩擦驅動的橡膠履帶內表面上不具有驅動角，僅有導向角來引導履帶防止脫帶。它依靠驅動輪與履帶之間的摩擦來傳遞動力，需要相對高的張緊力來保持足夠的摩擦，以防止在重載工況下泥濘路面工作時驅動輪和履帶之間發生滑移。同時，履帶在驅動輪上的包角一般超過180°，且驅動輪的直徑較大[49-50]，如圖7所示。驅動輪和履帶之間的滑移雖然能夠在沖擊載荷下保護傳動系統和末端驅動，但會使履帶發熱，進而促使履帶拉伸，最終導致故障發生。

圖7　Camoplast-solideal公司的摩擦驅動橡膠履帶和履帶系統

強制驅動的無芯金橡膠履帶內表面上有驅動角，依靠驅動角和驅動輪的驅動銷嚙合傳遞動力。無芯金橡膠履帶強制驅動的核心技術使驅動輪具有合適的提升比率。提升比率是指驅動輪的驅動銷節距相對超出履帶驅動角節距的百分比。在驅動輪和履帶嚙合時，驅動角會在驅動銷的作用下產生變形，這是驅動輪需用提升比率的根本原因。與摩擦驅動相比，強制驅動能提供更牢靠的扭矩傳遞而不打滑；此外，合適的提升比率可保證驅動銷和驅動角之間不存在刨削現象，從而比摩擦驅動具有更少的功率損失和油耗[51]。

從結構上看，強制驅動有芯金或無芯金橡膠履帶均能夠更為緊湊和簡單地實施模塊化。在高速重載條件下，履帶輪應當選用強制驅動的無芯金橡膠履帶，并要選擇好合適的提升比率。除非指明，下文中履帶均指強制驅動的無芯金橡膠履帶。

2.2驅動角的設計

強制驅動無芯金橡膠履帶的驅動角依靠側面與驅動輪嚙合傳遞驅動力，該側面稱為驅動墻，同時依靠端面與導向輪或負重輪側面貼合，為履帶提供導向的功能[52-53]。因此，高速重載履帶輪的履帶驅動角應能傳遞足夠的驅動力，并能避免脫帶，同時具有較強的抗磨損能力；否則，驅動角就會產生相應形式的破壞，如圖8所示。選擇合適的材料和改進配方可提高驅動角的承載能力和導向能力，但這并不是唯一的方法。

圖8　驅動角的破壞

2.2.1驅動角的形狀和排列

當牽引力較大時，驅動角的過大變形會使驅動輪產生滑移，甚至使驅動輪滑過驅動角并伴隨振動，這種非嚙合運動就是跳齒現象。如果跳齒反復出現，驅動角就會損壞，可通過改變驅動角的形狀來發揮其強度優勢。如：Matsuo等[54]改進了驅動角的截面形狀，嚙合時驅動銷被緊鄰的驅動角駐止，以阻止非嚙合運動，從而避免跳齒并減少驅動角的磨損，如圖9所示；除了改進橫截面形狀，還可改善驅動角側面(驅動墻和制動墻)的形狀，如Feldmann[53]將傳統的等截面驅動角的驅動墻和制動墻錐面化(圖10)，提高了驅動角承載能力，并減少其摩擦和發熱。

圖9　驅動角的截面形狀改進及其與驅動銷的作用

圖10　等截面錐面化的驅動角

此外，驅動角的長度、寬度、節距三者之間也需要合理搭配[52]；否則，驅動角承載能力差，或者與驅動輪嚙合的數目過少，均不足以從驅動輪傳遞足夠的驅動力至履帶；或者驅動角太薄，難以起到引導作用。最后，為避免干涉，驅動角的高度將會受到輪系的結構特別是負重輪軸位置的限制。

2.2.2驅動角的材料和結構

驅動角和驅動銷之間的摩擦因數應利于嚙合，這是因為：摩擦因數過小，嚙合時容易滑移；而摩擦因數過大，嚙合時驅動銷會粘附在驅動角上，不能進入驅動角的根部，容易損壞驅動角。履帶輪行駛時，導向輪和負重輪兩側接觸驅動角的兩端面，以引導履帶。若驅動角兩側與負重輪的摩擦因數過大，則負重輪容易爬上驅動角的端面，并最終導致脫帶：這就是爬齒現象，如圖11所示。因此，驅動角的兩端應使用低摩擦的材料或者元件。如：文獻[55-58]作者在驅動角中插入了桿狀元件，這些元件具有低摩擦表面，暴露在驅動角的兩端，以承受負重輪的接觸和沖擊；Lavoie[59]采用低摩擦材料制造驅動角兩端，如圖12所示；Feldmann等[60]使用低摩擦的加強層充分覆蓋驅動角所有表面，不僅可有效防止爬齒，且使驅動角更為強壯和耐磨損，如圖13所示；加強層可以嵌入驅動銷的內部，充分發揮提高驅動角剛度的效果[61]，如圖14所示；同時，可在驅動角多個位置和方向嵌入加強層，充分提高驅動角的承載能力，并發揮其導向作用[62]，如圖15所示。

圖11　爬齒現象

圖12　使用低摩擦材料的驅動角兩端

圖13　使用低摩擦材料的加強層覆蓋驅動角

圖14　單個加強層貫穿多個驅動角

圖15　使用多個加強層的驅動角

2.3花紋的設計

花紋用于提高履帶在粗糙、破碎或者柔軟地面的附著能力。花紋及其間隔會使履帶的剛度產生相應變化。在行駛中，當負重輪通過花紋時，履帶剛度相對較大;當通過花紋之間的間隙時，剛度略有減少，這種交替的剛度變化產生花紋-輪振動，并進一步傳遞給車輛。雖然不平整的地形會引起與地形相關的振動，但花紋-輪振動會始終伴隨車輛行駛。該振動對履帶輪各組件壽命均有害，從而提高履帶車輛的維修頻率，同時降低行駛平順性。

如果花紋的間隔足夠小，負重輪就不會承受剛度變化，這不利于提高履帶的地面牽引力。因此，花紋的設計需要降低振動，并滿足履帶牽引的要求。Akiyama[63]分析了負重輪寬度B、花紋寬度H、間距P和相對于履帶橫斷面的傾角α對該振動的關系，如圖16所示，其中：負重輪接觸長度L為負重輪與相鄰的胎面花紋之間的接觸長度L1和L2之和。研究發現：隨著負重輪相對花紋起始點O的位置X的變化，L也發生變化，且花紋-輪振動與L的變化密切相關，當P=Btanα時，振動最小；此外，可通過對花紋、負重輪以及履帶內表面形狀的改進來進一步減小花紋-輪振動[64]。

圖16　花紋-輪振動的相關參數

履帶的彎曲變形發生在彎曲剛度最小的地方，如驅動角之間或者花紋之間。若履帶內、外側某些位置的彎曲變形一致，則這些位置的局部彎曲變形就會十分明顯，對應接地部分的橡膠拉伸應力也會明顯高于其他部分。隨著履帶的使用，累積變形將會誘發這些位置的接地部分產生裂紋。為使履帶的彎曲應力控制在可接受范圍內，設計時還需規劃花紋與驅動角的位置關系[47, 65]。

3履帶輪的輪系設計

3.1負重輪系

整車自重和負載通過框架最終施加在負重輪系上，負重輪碾壓在履帶接地部分的內表面上，為履帶提供支撐和載荷分配。

3.1.1負重輪的尺寸和數量

平均最大壓力值(Mean Maximum Pressure, MMP)為判斷履帶車輛通過性的參數。定義MMP值為履帶系統所有負重輪下最大壓力的平均值[66]。允許的MMP值是由配套車輛所使用的地形條件決定的：對于在軟地上行駛的履帶車輛，當MMP值低于166.6 kPa時，有很好的機動性，當超過294 kPa時，則受到很大限制；對于在泥炭沼澤地區行駛的履帶車輛，則要求MMP值不超過49 kPa，而當MMP值低于29.4 kPa，則可多次安全通過；對于在浮動草墊沼澤地區行駛的履帶車輛，則要求MMP值小于9.8 kPa[67]。MMP值與履帶接地面積和負重輪數量等參數為反相關[66]。

為降低MMP值，履帶輪均選用較小的平均接地壓力，如：Mattracks公司的公開資料顯示其履帶輪的平均接地壓力在9.6～27.6 kPa之間；Soucy公司的履帶輪平均接地壓力為40 kPa以下。由平均接地壓力確定履帶的接地面積后，考慮到橡膠履帶的剛度低，為進一步降低MMP值，在履帶的橫向上可能需要3行或者更多的負重輪[68-71]，且負重輪的寬度越大越好。但負重輪的行間距應能容納履帶驅動角，這限制了負重輪寬度的增加。另外，負重輪的半徑應大于履帶的最小彎曲半徑，并使負重輪側面能夠有效接觸至少2個驅動角的端面部分，以避免在履帶輪轉向時負重輪對臨近驅動角側面的侵入，使負重輪能夠有效地引導履帶。此外，履帶的接地長度限制了負重輪在履帶縱向上的列數。

3.1.2負重輪排列

負重輪排列是指當履帶輪在水平面靜止時，如何布置各個負重輪的位置。負重輪排列應使履帶的接地壓力分布均勻，特別是在軟地形上，以提高履帶輪的通過性。需要強調的是：負重輪排列應使接地壓力沿履帶橫向的分布均勻一致，以保證行駛時履帶溫升均勻。因此，負重輪排列應為履帶提供合理的載荷分配。

事實上，在重載條件下，履帶輪框架會明顯變形，而該變形會被傳遞至負重輪系。筆者曾對某履帶輪樣機做過溫升試驗，如圖17所示。該履帶輪在設計時沒有考慮框架變形對負重輪系橫向載荷分配的影響，在重載條件下框架內側發生變形，使外側負重輪對履帶的壓力高于內側。試驗中發現：履帶輪在硬質干燥地面行駛2 km后，履帶外側的溫度已高達80 ℃，而內側只有38 ℃。由于負重輪排列很難隨著車輛自重和負載的變化而調整，因而負重輪系應能夠將框架變形對載荷分配的影響最小化，以簡化負重輪的排列。

圖17　履帶輪溫升試驗

3.1.3對地形變化的順應能力

履帶輪行駛時，負重輪系應對地形變化有一定的順應能力，以保持履帶與地面的接觸、提供牢靠牽引、緩沖障礙造成的沖擊、保護履帶輪組件和提高舒適性。由于車輛最高速度受限于駕駛員和車輛所能承受的振動，順應能力對于機動性尤為重要，為此，負重輪系通常將負重輪成對裝配在結構緊湊的擺臂懸架上[19,37,71-72](如圖18所示)，或者裝配在結構極其緊湊的彈性懸架[73]上(如圖19所示)。

圖18　采用擺臂懸架的履帶輪

圖19　CaseIH公司的履帶輪及其采用彈性懸架的負重輪系

3.2導向輪系

導向輪用于引導履帶，并為履帶輪提供接近角或離去角。導向輪的最低位置應高于負重輪的最低位置，以使履帶接觸路面時不被擦傷，并對小物體有允許的間隙[74]。高配置的導向輪能夠形成高的接近角或離去角，有利于履帶輪越障。

為維持履帶與驅動輪和導向輪之間的嚙合，導向輪系應使履帶保持一定程度的張緊力，且張緊力應在數值上最小化，并在履帶輪行駛時保持必要的恒定，以使履帶輪各組件的磨損最小化[34]。為此，需采用張緊裝置以改變導向輪的位置，維持履帶張緊力或履帶環輪系周長不變；此外，張緊裝置還可方便履帶輪組件特別是履帶的裝卸。

張緊裝置可分為靜態張緊裝置和動態張緊裝置。靜態張緊裝置在履帶環輪系周長變化可接受的條件下使用。履帶輪使用一段時間后，由于履帶反復拉伸變形，周長會有所增加，此時需要通過靜態張緊裝置調整導向輪位置來重構環輪系周長，如圖20所示。動態張緊裝置能在履帶輪行駛中隨著履帶張緊力變化而改變導向輪的位置，以減少張緊力變化以及由此引起的履帶發熱。它可采用彈簧[75-76]、氣囊等簡單的彈性元件，亦可采用更為復雜的張緊機構，如意大利Tidue采用氮氣蓄能器為液壓回路提供動力來維持履帶的張緊力[72]，如圖21所示。

圖20　Mattracks公司的履帶輪靜態張緊裝置

圖21　Tidue公司的履帶輪動態張緊裝置

3.3擺動限位裝置

履帶輪在越野環境中行駛時，地形的起伏會引起履帶輪相對車輛前后擺動。為避免履帶輪因過度擺動而翻轉(如圖22所示)，維持履帶輪接地部分不脫離地面，需要加裝擺動限位裝置。

圖22　履帶輪翻轉

整體式履帶輪的擺動限位裝置使用彈性元件(如空氣彈簧、彈簧[18,77]、橡膠墊片[78]等)將框架和車架耦合在一起，為負重輪系提供一定的擺動范圍(如圖23所示)，并在擺動時提供緩沖。

圖23　Mattracks公司的履帶輪擺動限位裝置

分離式履帶輪由于其框架固連在車架上，則可將框架與上述彈性元件連接，以限制負重輪系的擺動[35,37]，或者直接對負重輪系剛性限制即可[36]，如圖4所示。

4其他問題

履帶輪更換輪胎后，車輛的越野行駛能力得到提高。同時，由于結構的限制，在更換車輛輪胎后，會產生如下3方面的問題：

1) 轉向阻力增大。履帶輪的接地面積遠大于原車輪胎，所需轉向扭矩相應增大。車輛配套履帶輪后若無法原地轉向，則最小轉向半徑會有所增加。履帶輪行駛轉向時必須考慮滑移和滑轉，同時花紋對轉向也有一定的影響，轉向機理十分復雜，在設計前期也難以得到準確的評估。目前，工程上的解決方案是加裝與車輛轉向動力系統相匹配的轉向助力組件(如圖24所示)，用于抬高某些負重輪，使該部分的履帶脫離地面，從而使接地壓力集中在較小的接地面積上，減小轉向阻力矩。

圖24　Mattracks公司的轉向助力裝置

2) 功耗增加。一是履帶輪的重量遠超原車輪胎，盡管可對履帶輪的各個組件進行輕量化設計，但考慮成本等因素，履帶輪的重量仍可達到所更換輪胎的2倍以上；二是輪系和履帶之間的摩擦進一步消耗了車輛功率；三是履帶彎曲剛度越大，環輪系旋轉時消耗的功率越大。后二者會使履帶溫度上升，特別是行駛在散熱性差的地面時。若履帶的溫度過高，常需停車冷卻，如Mattracks生產公司的履帶輪在環境溫度超過26 ℃、滿載行駛速度為30 km/h時，只能在鋪設路面持續行進8 km。

3) 泥屑堆積。由于履帶輪的開放結構，泥土和碎屑很容易堆積在履帶內表面和輪子之間，如圖25所示。這種泥屑的堆積或者攝取會降低履帶和驅動輪之間的有效交互，并進一步增加履帶輪的功耗。因此，履帶系統一般均使用開放式結構的驅動輪[23]，以使履帶和驅動輪之間的泥屑在行駛中脫落，如圖26所示。履帶和負重輪之間的泥屑可通過減少履帶和負重輪的接觸面積來減少[24]。但泥屑的堆積是無法避免的，使用高壓水槍可能是去除泥屑最為有效的方法。

圖25　在泥濘中行進的美國ATI公司的履帶輪

圖26　Soucy公司的具有開放式驅動輪的輪系

5結論

為實現橡膠履帶輪在高速重載條件下使用，筆者對履帶輪的設計原則、關鍵技術和相關問題進行了總結和探討。

1) 為適用于高速重載條件并便于模塊化，應使用強制驅動的無芯金橡膠履帶，且選定合適的驅動輪提升比率，以避免驅動輪刨削履帶驅動角，布置好履帶偏置簾線層以使履帶剪應力橫向上對稱分布。

2) 為滿足重載的要求，避免跳齒、爬齒和脫帶，提高驅動角的壽命，除了改進橡膠配方和工藝外，驅動角的形狀、結構和排列也是十分重要的設計內容。

3) 應設計好花紋的形狀、尺寸和間隔，并布置好花紋相對于驅動角的位置，以利于提供履帶輪牽引，使花紋和負重輪交互作用引起的振動最小化，并避免履帶接地表面產生過大且局部集中的拉伸應力，延長履帶的使用壽命。

4) 為滿足越野高速行駛的要求，應選取合適的負重輪尺寸和數量，合理排列負重輪，使履帶輪接地壓力分布均勻，并減少因框架變形而引起負重輪載荷分配的變化，使行駛中履帶溫升均勻。此外，履帶輪系應具有較好的順應地形變化的能力，并使履帶張緊力最小化，減少張緊力變化。

5) 橡膠履帶輪更換輪胎后存在的轉向阻力增大、功耗增加和泥屑堆積等問題，還有待進一步研究和解決。

雖然筆者對履帶輪各組件的設計進行了較全面的探討，但由于目前國內尚缺乏履帶輪的相關試驗測試，特別是缺乏工程化的應用案例，因此部分探討僅指明了設計和研究的方向。為了實現橡膠履帶輪的工程應用，尚需要通過大量的試驗研究和實車測試，以更為準確地指導設計。

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(責任編輯: 尚菲菲)

Review of Key Design Problems of Heavy-duty Conversion Rubber Track System

Lü Kai1, 3, MU Xi-hui2, DU Feng-po2, GUO Hao-liang1, 2, ZHAO Xiao-dong1, 2

(1. Department of Ammunition Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China;2. Ordnance Technology Research Institution, Shijiazhuang 050003, China;3. National Emergency Transportation Equipment Engineering Research Center, Academy of Military Transportation, Tianjin 300161, China)

Abstract：To avoid failure phenomena such as jumping, climbing, detracking that easily occurs while the track system moves under high speed and heavy-duty conditions, and reduce factors such as excessive or partially wear, imbalanced tension, nonuniform temperature rising and vibrations that may lead to failure or a short lifespan, the track system and its components such as roller-wheel assembly, idler-wheel assembly, anti-torque system and so on are analyzed and classified according to their structures and applicable conditions. The design principles and improved methods of these components are summarized to improve the modularization degree and the straight driving property of the track, enhance the strength of the drive lugs of the track, reduce the tread-wheel vibration evoked by the tread pattern, uniformize the distribution of the ground pressure, minimize the track tension and its change, and maintain reliable contact between the track system and the ground. In addition, the disadvantages of the track system such as high power consumption, difficult turning and accumulation of mud and debris are discussed.

Key words:conversion rubber track system; heavy-duty; high speed; tracked vehicle

文章編號：1672-1497(2016)01-0029-10

收稿日期：2015-11-04

基金項目：國家自然科學基金資助項目 (61471385)； 軍隊科研計劃項目

作者簡介：呂凱(1986-)，男，博士研究生。

中圖分類號：U469.6+94

文獻標志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2016.01.007