土壤可行驶性|车辆系统仿真实践

美国学者MG·Bekker（贝克）认为，车辆在松软土壤上运动的能力取决于挂钩牵引力Fgg，即土壤推力（地面行驶牵引力）F与行驶阻力FR之差：Fgg＝F－FR。Fgg既表示土壤的剪切强度储备，也表示使车辆产生加速度、爬坡或牵引负荷的能力。现已公认，车辆单位重量的挂钩牵引力Fgg／G能更准确地评定车辆的软土通过性。

车辆的软土通过性不仅与车辆结构参数和土壤特性参数有关，而且与滑转率密切相关。图8.4.1给出了在砂壤土中同吨位级别的履带式及轮式拖拉机的挂钩牵引力比较。从图中可以看出，12.8 t的履带式拖拉机在8%的滑转率时可获得78.45 kN的挂钩牵引力，而11.3 t的轮式拖拉机在40%滑转率时才能获得58.84 kN的挂钩牵引力。由此可见，履带式车辆比轮式车辆的软地通过性要好得多。

图8.4.1　履带式及轮式车辆的挂钩牵引力与滑转率关系

土壤的可行驶性是指土壤支承车辆通过的能力。土壤承受由运动着的车辆施加的负荷和变形，因此，土壤的可行驶性必须根据它的强度特性及其与车辆性能的函数关系进行评定，必须既包括土壤参数，又包括车辆参数。

目前，这个问题还不可能得到严格而完整的解，但简化解经过试用，其实用价值经过了试验检验。这就是贝克提出的土壤可行驶性的普遍概念，可用下式表示：

式中　τn——在均匀分布接地压力p下所发挥的有效土壤净推力；

λ——接地面长度L和宽度b之比。

式（8.4.1）中的第1项和第2项的和为抗剪强度，第3项是一个由于地面沉陷而产生的一个阻力项。

式（8.4.1）基于以下假设：在克服同“压实抵抗”造成的阻力中要消耗一部分地面强度，这一阻力等于因土壤压实而损失的能量除以给定能量被消耗时经过的距离；另一假设是加载面积为一个刚性的、大长宽比的矩形，并且是均匀加载。

在式（8.4.1），表示土壤净推力的τn值取决于p。对于某一p0，显然有一最大的τmax，它对设计和性能规定了最佳条件，这是一个很重要的事实，因为车辆设计总是试图选择能提供最大推力τmax的单位载荷p0。因此，采用τmax／p0这一比值对给定的土壤（kc、kφ、n、c、φ）确定理想的工作参数（τ、p）和设计参数（λ、b）是有益的。(www.xing528.com)

由于湿度引起的土壤变化可产生一簇相似的τ－p曲线如图8.4.2所示。

图8.4.2　土壤的可行驶性曲线

将式（8.4.1）对p微分并使导数等于零，可求得τmax值为

将p0＝bn－1（kc＋bkφ）（λn tanφ）n代入得

因而

或

贝克利用式（8.4.2）、式（8.4.3）对砂壤土的计算结果表明，含水量的变化会引起kc、kφ、n、c的变化，但τmax／p0几乎趋于不变。可见，τmax／p0是测定土壤可行驶性的一个可靠而方便的量度。