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车辆系统仿真:转向功率平衡

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:转向功率平衡是指坦克转向时内、外阻力所消耗的各种功率与转向所需要的发动机功率之间的相互关系。图6.4.5坦克转向时所受的外力和外力矩及速度关系坦克在水平地面上、低速、匀速转向时,作用在坦克上的外力和外力矩及速度关系如图6.4.5所示。根据式可知,如果P1是负值,则Pw<P2,外阻力消耗的功率Pw只是外侧履带输出功率P2的一部分,剩余的另一部分就是P1。图6.4.6坦克克服外阻力所消耗的功率流

车辆系统仿真:转向功率平衡

为分析方便,不考虑履带接地段的滑转和滑移,且主要考虑坦克在水平地面上、低速、匀速转向条件下行驶的情况。

在上述条件下,坦克转向时消耗的功率主要有两部分:一部分是克服各种外阻力消耗的功率,称为外阻力消耗功率;另一部分是坦克以非规定半径转向时,转向机构内部的摩擦元件相对摩滑所消耗的功率,称为内部摩滑(损失)功率。

转向功率平衡是指坦克转向时内、外阻力所消耗的各种功率与转向所需要的发动机功率之间的相互关系。转向功率平衡方程式为

式中 Pw——外阻力消耗功率(kW),是指转向时履带接地段做平移和旋转运动过程中克服地面阻力消耗的功率;

Pex——转向时需要的发动机净功率(kW),已经扣除了发动机本身的功率损失;

Pw/ηw——克服外阻力转向所需要的发动机净功率;

ηw——发动机净功率传递到履带接地段过程中的总效率,它由传动装置和行动装置的效率组成;

Pm——转向机构内部摩滑(损失)功率(kW),是指转向机构摩擦元件(制动器离合器)摩滑时所消耗的功率;

Pm/ηm——转向机构摩擦元件摩滑时消耗的发动机功率;

ηm——发动机净功率传递到转向机构摩擦元件过程中的总效率。

因为转向时内、外阻力都比直驶时大大增加;在外阻力中除了直驶时接地段平移运动的行驶阻力外,还增加了接地段转向阻力;在内阻力中除了包括直驶时的传动、行动装置的内力损失外,当以非规定转向半径转向时,还增加了转向机构摩擦元件的摩滑阻力;所以,坦克转向时所需要的发动机功率,比同条件(发动机转速相同、排挡相同)下直驶时消耗的功率要大得多。

如假设功率传递过程中相关的传动和行动装置的效率均为100%,即ηw=ηm=1。则式(6.4.6)可以写成

当坦克在不同条件、不同工况转向时,外阻力消耗功率Pw永远存在,它主要和履带外部阻力有关,可先进行一般性的、不结合具体转向机构的讨论;转向机构内部摩滑(损失)功率Pm与转向机构和转向工况有关,将结合具体转向机构进行研究。(www.xing528.com)

图6.4.5 坦克转向时所受的外力和外力矩及速度关系

坦克在水平地面上、低速、匀速转向时,作用在坦克上的外力和外力矩及速度关系如图6.4.5所示。FR1和FR2是内侧和外侧履带受到的地面行驶阻力,Tμ是转向阻力矩,F2和F1是外侧和内侧履带上转向所需的牵引力和制动力。注意:这里F2和F1的正方向均定义为牵引力的方向。v1和v2分别为内侧和外侧履带的速度。v0为坦克几何中心C点的速度,它等于转向角速度和转向半径的乘积,也是内侧和外侧履带的平均速度,即

根据前面的分析结论,可知两侧履带的速度和力可以表示为

则两侧履带上作用的功率为

坦克转向时,外侧履带接地段上作用着牵引力,由于F2和v2同方向,因此外侧履带功率P2始终为正值,说明外侧履带此时是由(坦克)内向外输出功率。而内侧履带接地段上的作用力F1可能是牵引力,也可能是制动力,还有可能等于0(分离转向时)。在大多数情况下,内侧履带接地段上的力F1为制动力,即F1<0(此处定义牵引力方向为正方向),此时F1和v1方向相反,内侧履带功率P1为负值,这说明低速侧履带是在吸收功率,即将外部的功率吸收到坦克内部。

无论内侧和外侧履带上的作用力F1和F2怎样变化,它们都是坦克转向过程中的主动力,都是为了克服转向过程中平移运动和旋转运动中的外阻力而产生的。内侧和外侧履带上功率之和在任何情况下均等于外阻力消耗的功率。换句话说,坦克做理论转向时,外阻力消耗的功率就是两条履带上的总功率,即

上述外阻力消耗功率公式适用于各类转向机构、转向工况和地面情况。当内侧履带作用制动力时,坦克克服外阻力所消耗的功率流如图6.4.6所示。该图体现了两侧履带与地面间的相互作用的能量关系。根据式(6.4.9)可知,如果P1是负值,则Pw<P2,外阻力消耗的功率Pw只是外侧履带输出功率P2的一部分,剩余的另一部分就是P1。这说明内侧履带吸收的功率P1是来自外侧履带输出功率的一部分,此时外侧履带(高速侧)是在拖着内侧履带(低速侧)运动,即一部分P2通过地面传递到内侧履带上,形成了P1

图6.4.6 坦克克服外阻力所消耗的功率流

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