無畏險(xiǎn)阻跨出新路

熊偉

“跨越險(xiǎn)阻2016”挑戰(zhàn)賽的E組比賽，要點(diǎn)有兩個(gè)。一，山地輸送。要爬非常陡峭的山坡，跨越多重高墻、壕溝，其路況即便是我們?nèi)俗咂饋恚紩?huì)覺得難。二，非仿生。平臺(tái)不像狗、蟲等動(dòng)物，用“腿”行走、過障，還是依靠看似傳統(tǒng)的輪胎、履帶。因此各參賽隊(duì)的重點(diǎn)就是如何創(chuàng)新設(shè)計(jì)出新穎獨(dú)特的輪、履結(jié)構(gòu)，車體樣式。大多數(shù)參賽隊(duì)選擇了搖臂輪式結(jié)構(gòu)，通過擺臂抬起車輪，從而實(shí)現(xiàn)爬墻過障。還有前后車體鉸接，通過彎折車體，來兼顧過障、轉(zhuǎn)彎的機(jī)動(dòng)需求。

陸軍軍官學(xué)院的“無畏者”無人車，結(jié)構(gòu)很新穎，像履像輪又像鉸接。它的行走原理，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)了快速越障，給大家留下深刻印象。預(yù)賽時(shí)該車出現(xiàn)意外，沒能進(jìn)入決賽。但在北京進(jìn)行決賽時(shí)，車隊(duì)作為唯一被邀請(qǐng)參加展示環(huán)節(jié)的非決賽隊(duì)伍，來到了北京。這是為什么呢？記者為此采訪了該車隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng)，陸軍軍官學(xué)院的陳向春老師。

陸軍軍官學(xué)院，是一所承擔(dān)陸軍指揮生長(zhǎng)軍官“學(xué)歷教育合訓(xùn)”任務(wù)的院校，學(xué)院的前身是1978年成立的炮兵技術(shù)學(xué)院，由鄧小平同志親自選址合肥，2011年6月改建為陸軍軍官學(xué)院。學(xué)院結(jié)合了工程院校、指揮院校和綜合院校的辦學(xué)實(shí)踐，在教育理念、基礎(chǔ)教育、科研學(xué)術(shù)、人才復(fù)合素質(zhì)等方面具有特色和優(yōu)勢(shì)。對(duì)于受邀參加決賽的展示環(huán)節(jié)，陳向春老師介紹說這得益于在預(yù)賽前后，“無畏者”的優(yōu)秀表現(xiàn)。

“無畏者”無人車長(zhǎng)約5米，寬約2米，自重約2噸。記者剛看到它的六個(gè)三角形履帶時(shí)，還以為和一種雪地車一樣。結(jié)果陳老師告訴記者，它叫做“等三角行星結(jié)構(gòu)履帶輪”。等三角、履帶這倆詞都好理解。行星結(jié)構(gòu)呢？這是一種行星輪，意思是它像太陽系的行星一樣，不僅能自轉(zhuǎn)，還能公轉(zhuǎn)。

平時(shí)行走時(shí)，履帶繞著三角架內(nèi)的幾個(gè)小輪旋轉(zhuǎn)，這倒是和那種雪地車一樣。你也可以把它看作是有六圈履帶的坦克、拖拉機(jī)。但這個(gè)三角架不是固定的。遇到高一些的障礙，履帶無法直接克服時(shí)，整個(gè)三角架就會(huì)在阻力作用下旋轉(zhuǎn)，變成了一個(gè)三角形的大“輪胎”。

聽完陳老師的講解，記者不禁想到了很多大媽大爺們買菜用的一種小車——下面也是個(gè)三角架，頂端是三個(gè)小輪，平時(shí)兩輪著地，上樓梯時(shí)三角架翻滾。

再這么一看，它的行走方式簡(jiǎn)單而巧妙。陳老師介紹說，三角架轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅是像大輪子，還使爬垂直墻的附著力大大增加，提高了過障能力。普通輪式車只能爬上輪胎半徑一半高度的垂直墻，而且爬墻時(shí)，輪胎和墻的接觸只是與墻相切的一條線。履帶車過墻，最大高度取決于前面誘導(dǎo)輪的高度，履帶和墻的接觸也基本只是只是與墻相切的一條線。而“無畏者”過墻時(shí)，隨著行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，三角形的一個(gè)邊都會(huì)貼到墻上，接觸面很大，附著力大大提高。由于這個(gè)原理，“無畏者”只需要不高的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，就展示出良好的越野能力。它的動(dòng)力來源于六個(gè)行星輪中間的電機(jī)，每個(gè)僅2千瓦左右，一共約12千瓦。這只相當(dāng)于C組小型無人車的20多倍（車重是后者的30倍）。至于同在E組的其它車輛，都是100、200千瓦的發(fā)動(dòng)機(jī)。“我們雖然動(dòng)力小，但動(dòng)力都用上了。”

電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)行星輪上的一個(gè)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)履帶。至于三角架的轉(zhuǎn)動(dòng)，則是根據(jù)地形自動(dòng)適應(yīng)，不需控制。因此該車的操控也很簡(jiǎn)單，不像搖臂式那樣需要另外配備電機(jī)或動(dòng)力源，來驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)。

看著前后車體之間除了轉(zhuǎn)軸，還有一根活塞桿，記者詢問這是不是像其它某些參賽車一樣，控制鉸接車體的俯仰。不料陳老師說這只是一根阻尼桿，沒有動(dòng)力、不需控制的。原來在攀爬障礙時(shí)，前部車體完全靠前方履帶的上爬，自己仰起，不需動(dòng)力抬它。阻尼桿，是為了防止前后車體之間太“活”，過溝、下墻時(shí)，出現(xiàn)咣當(dāng)?shù)舻氐乃ぼ嚞F(xiàn)象。

因此該車的遙控設(shè)備也很簡(jiǎn)單，就是買了一個(gè)普通小遙控車的遙控器。操作員也只需要控制車的兩側(cè)電機(jī)，也就是兩側(cè)速度，就可以了。速度有差異，就能像坦克那樣差速轉(zhuǎn)向。越墻、過溝、爬坡時(shí)，則控制好前進(jìn)速度快慢，防止車體中部劇烈起伏，就可以了。

不僅原理簡(jiǎn)單、巧妙，它在結(jié)構(gòu)件選擇上的簡(jiǎn)單也超過了記者的預(yù)想——電機(jī)就是電動(dòng)車上的電機(jī)；小輪之間的彈簧減震器，就是電動(dòng)車上的減震桿；連接三角架中心和車體的，就是摩托車前輪的減震桿；履帶，是農(nóng)用拖拉機(jī)上的，直接買來套上；車體、行星輪三角架，是自己加工焊接的（記者看到，有的鐵架上還有明顯的缺口、修補(bǔ)，真是“樸素”得很）……一圈轉(zhuǎn)下來，只有行星輪中間那些白色的尼龍輪，是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)定做的。

原來這次參賽，陸軍軍官學(xué)院開頭只是報(bào)著試試看的態(tài)度參加，沒有準(zhǔn)備多少經(jīng)費(fèi)。像有些無人車上用的大功率電機(jī)，一個(gè)就得9萬多，減速器14萬，6個(gè)輪子還得乘以6。而“無畏者”的整車花費(fèi)，都沒有那么多。

也正是這個(gè)原因，讓“無畏者”在預(yù)賽中出現(xiàn)設(shè)備故障，沒賽出好成績(jī)。它的電機(jī)和鏈條之間，是通過采購(gòu)現(xiàn)成的普通渦輪蝸桿連接的。整輛車從7月初才開始設(shè)計(jì)制造，花了暑假不到兩個(gè)月時(shí)間，加班加點(diǎn)趕制出來。比賽前，它在學(xué)院的試驗(yàn)都很順利，能過墻過溝。這也讓學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)感到高興，還專門給車隊(duì)餞行。預(yù)賽前，考慮到多次試驗(yàn)后的磨損，車隊(duì)把六個(gè)行星輪里的蝸桿換成了新的。參加完開幕式后，“無畏者”從比賽場(chǎng)地返回場(chǎng)區(qū)，走的也是泥濘路，給在場(chǎng)人員留下了深刻印象。可沒想到這采購(gòu)來的普通民品，質(zhì)量完好率可沒他們預(yù)想的那樣高，廠家也不知道他們是要拿去翻墻過溝走泥路。結(jié)果幾天后的比賽中，兩根蝸桿折了，“無畏者”一下失去三分之一動(dòng)力。第二天，車隊(duì)從舊蝸桿中挑了兩根換上，自己到比賽場(chǎng)地跑了一趟。高墻、壕溝、水坑、泥濘路、側(cè)傾路、陡坡，都輕松走過，越障能力表現(xiàn)突出，用時(shí)48分鐘（預(yù)賽中最快的約30分鐘，但沒完成高墻、泥濘路科目）。

速度不快，與它的動(dòng)力不足有很大關(guān)系。這也是因?yàn)榻?jīng)費(fèi)不多，車隊(duì)沒有采購(gòu)更大功率的電機(jī)。記者看到行星輪里的空間其實(shí)還有不少，可以安裝更大設(shè)備。在記者看來，整車在具體結(jié)構(gòu)、尺寸上，還有不少是在將就那些現(xiàn)成的履帶、減震桿、電機(jī)，不算是按照設(shè)計(jì)本意選擇的最優(yōu)化值。如能完全地“設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)”，各零部件的性能、規(guī)格更加合適，“無畏者”的性能會(huì)有很大提高。

陳老師也說是這樣，但比賽就是比賽，必然會(huì)有很多偶然因素的。“人家成績(jī)好的，確實(shí)還是說明人家做得好。”他表示現(xiàn)在“無畏者”還只能算是原理樣車，自然還有一些要改進(jìn)的地方。從原理上講，它具有一定的優(yōu)勢(shì)。但在工程化的層面上，還有很多工作要做。發(fā)展到正樣車階段，可靠性就得更高了。

除了經(jīng)費(fèi)，兩個(gè)月時(shí)間太短，沒法做出定制零件，也束縛了他們的手腳，還有一些設(shè)計(jì)、想法尚未在“無畏者”上得到體現(xiàn)。

原來這輛“無畏者”，是在學(xué)院設(shè)計(jì)過的好幾款無人車基礎(chǔ)上，集合而成的。陸軍軍官學(xué)院有一個(gè)“學(xué)員創(chuàng)新俱樂部”，老師們帶著學(xué)生做一些設(shè)計(jì)，參加全軍軍用機(jī)械創(chuàng)新大賽，全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽。他們?cè)O(shè)計(jì)的小型越障車，玩具那么大小的，參加比賽時(shí)都獲得了一等獎(jiǎng)。這次挑戰(zhàn)賽前，組委會(huì)到學(xué)院調(diào)查，看到他們的小車結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，于是邀請(qǐng)他們參賽。

學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)此很重視，也放開思路，大膽決定由年輕人來當(dāng)這個(gè)項(xiàng)目主要人員。像陳向春老師作為項(xiàng)目組長(zhǎng)，是講師，團(tuán)隊(duì)成員都是學(xué)院本科生，這樣的團(tuán)隊(duì)在這次挑戰(zhàn)賽里獨(dú)一無二。

雖然名次成績(jī)不理想，但陸軍軍官學(xué)院的這個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)還是表現(xiàn)優(yōu)異，在這個(gè)全國(guó)的平臺(tái)上得到很多業(yè)內(nèi)專家的認(rèn)可，也因此受到組委會(huì)特別邀請(qǐng)，參加決賽階段的展示表演。

學(xué)院教研人員們對(duì)這種新式行動(dòng)裝置的理論研究，也得到挑戰(zhàn)賽主辦方的高度認(rèn)可。挑戰(zhàn)賽同時(shí)進(jìn)行了學(xué)術(shù)論壇，出版論文集。陳向春老師等人聯(lián)合撰寫的有關(guān)一體化動(dòng)力輪技術(shù)的論文，被評(píng)為優(yōu)秀論文。

也許在不久的將來，我們就可以看到這種獨(dú)特的無人車，伴隨著戰(zhàn)士們翻山越嶺，無畏地跨向新時(shí)代戰(zhàn)場(chǎng)。