一种新型履带式移动平台参数匹配计算

崔 智， 李年裕， 王天祺， 房 远

（1.陆军装甲兵学院， 北京 100072； 2.63853部队， 吉林 白城 137000）

引言

现如今履带式移动平台在工农业、军事领域中投入使用越来越广泛，一方面履带式行走装置相比轮式来说，可以平稳地在崎岖不平道路上行驶，另一方面平台整体的稳定性强于轮式平台。针对传统履带式平台转向性能差等问题，本文设想出了一种新型履带式移动平台，主要对其内部零部件的参数进行匹配计算，以使平台能够有良好运动性能。

1 平台的整体结构

该平台的结构与现有的履带式移动平台极其相似，可以实现载人运动，其结构如图1所示。平台内部放置有电池、电机、驱动器等结构。

平台与传统履带式平台不同之处就是在履带板上添加了可以滚动的小辊轮。履带板的结构如图2所示。平台在转向时，将原有的履带板与地面之间的滑动摩擦力部分转变为辊轮与地面之间的滚动摩擦力，提升了平台的转向性能，也减少了地面对履带板摩擦的损耗。

图1 平台整体结构

图2 履带板结构

2 主要零部件的匹配计算

2.1 电机的选取及参数匹配

交流异步电机结构简单、价格低廉、运行可靠，在工农业生产中使用更加广泛[1]，因此平台在电机的选取上选择了交流异步电机。电机需要专门设计，根据平台的需求，合理地选取电机的主要性能参数。

平台在水平路面上行驶的最大速度为36 km/h，速度相对较低，因此可以忽略空气阻力的影响[2]。若平台以最大速度匀速行驶，电机长时间连续输出功率为：

式中：f为地面变形阻力系数，0.05；G为平台的重力，14162N；Vmax为最大行驶匀速，36km/h；2代表电机数量；ηch为电机输出端到主动轮的传动效率，0.8[3]；ηx=0.95-0.003Vmax[4]。计算可得：P1≥5.26 kW。

履带式移动平台正常可以爬上32°斜坡，当平台进行爬坡运动时，电机的峰值功率为：

其中，平台的速度不宜过大，只要能保证可以顺利爬上斜坡即可，因此取V0=5 km/h。计算得：P2≥7.52 kW。

由P1、P2的计算结果可知，平台的电机功率需要同时满足最大速度行驶和爬坡行驶，因此取：

根据上述计算功率，本文选取华盛力通公司AQHT8.5-4XX电机，其参数为：额定功率为8.5 kW，额定电压32 V，额定电流206 A，额定转速为1 650 r/min，最高转速为8 000 r/min，额定转矩为49.2 N·m，最大转矩为70 N·m。

2.2 电池选取及参数匹配

对于该平台来说，电池是最为核心的零部件，锂电池具有重量轻、体积小、寿命长等优势，因此本平台采用锂电池为其进行供电。

平台运动的最大速度为36 km/h，平均速度为24 km/h，则锂电池的功率为：

锂电池的额定电压取48 V，则平台在匀速行驶时电池的额定电流为：

假设样机平台可以正常工作3 h，电池的利用率为70%[5]，则锂电池的容量为：

2.3 减速器的参数匹配

传动比与电机最大输出转矩和最大输出转速有关，既要满足电机的转矩又要满足其转速特性，因此必须对传动比进行合理的选择。

传动比与最大输出转矩的关系：

式中：r为平台的转动半径，0.15 m；Tm为电机最大转矩，70 N·m。代入式（7）中得：i≥11.61。

传动比与最高行驶速度关系：

式中：nm为电机的最大转速，8 000 r/min；Vm为平台最大速度，36 km/h。带入式（8）中得：i≤12.56。

联立式（5）（7）得到合适的减速比 i=12。

3 结论

本文主要提出了一种可以提升履带式移动平台转向性能的新型履带式移动平台，同时为平台选取了合适的电机、电池及减速器，并对其参数进行了匹配，为平台的研制及试验奠定了基础。