新型可变形履带-车轮混合行走装置

作者：支云峰 车辆与运载学院

指导老师：侯之超 车辆与运载学院

关键词：行走机构；车轮；履带；变形；动力切换

摘要

车轮和履带两种行走机构具有不同的优点，如何将其结合成为一项能够应用在特种军事领域的关键技术。本项目自主设计了一种新型可变形履带-车轮混合行走装置，能够在轮式机构与履带机构间变型切换，实现圆形转动以及履带式传动。本项目打破了国外技术垄断，实现了国内本领域的突破。

背景介绍

本作品自主设计了一套新型可变形履带-车轮混合行走装置（如图1），以用于需要在恶劣地形行驶的轻型装甲车上。

装甲车主要分为轮式和履带式两种行走模式，其中轮式高速性能好但是路面通过性差，在极端路况易发生陷车，而履带式虽然通过性强但是高速性能差。现在的常用手段是为车轮加装防滑装置，但会花费大量的安装时间。

为了解决这一问题，需要将两种行走装置相结合。美国、印度等国家已有相关研究并甚至完成了实物的制作；而目前国内的军工研究所、高校虽然也有相关研究，但并无能够与国外研究对标的成熟项目。因此该技术正处于国外垄断状态，需要技术突破，本项目正建立在这一背景上。

项目创新

为了实现混合行走装置的在圆形车轮形态下转动、三角履带形态下外履带运动的功能，针对动力传输、控制外轮廓变化及、履带传动进行了创新与自主设计：

1. 通过结构模块化及双离合装置实现动力传输路径的切换。装置被分为为传动、变形、支撑三模块，其中变型模块能通过双离合系统与其他模块分别锁死，实现两种动力传输方式（如图2）；
2. 使用电推杆控制装置变形。在机械、液压、电控方案间选择电推杆进行控制变型（如图3），可以针对受力不均匀的情况对电推杆推力进行单独调节，并利用其自身结构实现自锁功能。
3. 设计基于连杆组的传动齿轮链进行履带传动。为履带提供动力的驱动轮与中心轴距将发生变化；通过起、末距可调的连杆齿轮组实现中心动力输入、边缘动力输出（如图4），驱动履带在装置任意形状下运动。

成果介绍

确定项目目标后，本作品自主设计了新型可变形履带-车轮混合行走装置，能够实现轮式转动、形状变化、履带式传动及传动方式切换四大功能。

    本作品已经完成实物的实际组装和基本功能的实际验证（如图5）；同时在计算平台完成运动学仿真、强度仿真（如图6、7）等必要校核工作。在功能方面额外实现了变形系统与行走系统的动力独立，可以在任意形状下实现任意的传动方式，增加装置的通过性。

    本作品兼具了车轮、履带两种行走机构的优点，并且在重量控制、安装更换上也表现优良，有很大的应用价值和继续开发价值，可以应用在军用车辆、越野载具等领域。

图1  新型可变形履带-车轮混合行走装置模型（a）圆形状态（b）三角形态

图2  轮式转动与履带传动状态动力传输路径示意

图3  变型方案迭代

图4  用于履带动力传递的连杆齿轮组

（a）变型过程（b）动力由中心轴传递至边缘齿轮上

图5  行走装置实物

（a）圆形车轮模式转动（b）三角形履带模式传动

图6  新型可变形履带-车轮混合行走装置功能实现

（a）圆形车轮模式转动（b）变形过程（c）三角形履带模式传动

图7 强度校核实例

（a）圆形车轮转弯情况（b）三角形履带转弯情况

表1  新型可变形履带-车轮混合行走装置机构理论性能的校核与对比

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