基于LMS软件的滩涂运输车多体动力学仿真

引言

    沿海滩涂风资源丰富，是风电开发的热点区域，但是现有的围堰施工方法成本高、周期长、破坏生态环境，严重制约滩涂风电的发展。为适应滩涂恶劣环境，满足大型载重运输特点，北京三一电气研制一种滩涂运输车，该车采用新型履带底盘，具有载重量大，平均接地比压低和使用效率高等优点。本文通过LMS 软件中的Virtua Lab Motion 模块建立滩涂运输车的仿真模型，采用江苏某地滩涂路面试验测得的两种土壤参数进行动力学仿真，得出不同结构的履带主板、履带辅板接地比压和不同支重轮的受力变化情况，为滩涂运输车履带底盘的研制和试验提供重要参考。在LMS软件中，通过LMS Track Builder 可以创建两种履带模型：超单元履带模型（Super ElemenTrack）和详细履带模型（Discrete Track）。详细履带模型中包含履带板、链轮（驱动轮）、支重轮以及导向轮等履带细节构件，可用来对履带车辆动力学性能进行深入分析。本文采用详细履带模型，着重对同一履带系统中不同的履带板结构建立履带仿真模型进行动力学分析。

1 建模

    1.1 滩涂运输车简化建模

    滩涂运输车的上车结构对履带行驶仿真影响较小，为突出仿真重点和减小总体计算量，将上车高架浮箱结构按重量和重心位置等效简化为简单实体，而履带底盘则与样机基本一致，底盘系统采用并排四履带结构。单履带系统主要由驱动轮、导向轮、双边轮缘的大支重轮、双边轮缘的小支重轮、托带轮、履带主板、履带辅板以及履带浮箱等组成。其中，小支重轮与托带轮结构尺寸完全相同，大支重轮与小支重轮尺寸不同，结构类似，履带主板与辅板的长度相同，履带主板宽度略大于辅板宽度，履带主板与辅板厚度差50mm 。图1 所示为LMS软件建模的滩涂运输车的仿真模型图。单履带系统中的驱动轮、导向轮、大、小支重轮、托带轮通过转动副连接到履带浮箱的指定位置，每条履带与上车采用固定副连接。

图1 滩涂运输车仿真模型图

    1.2 履带板与土壤作用

    履带主板、辅板与土壤之间垂向作用符合贝克的静压- 沉陷理论。履带主板与辅板存在厚度差，履带主板和履带辅板对土壤的破坏形式不同，每块接地履带主板后端有足够的空间能够形成被动的朗肯区，使得土壤发生完全剪切破坏。而履带辅板高度不大，间隔较小，对土壤的剪切只发生在履带辅板的边缘表面上，只发生局部剪破坏。如图2所示为滩涂运输车履带主板、履带辅板与土壤作用示意图。根据履带主板和履带辅板对土壤的破坏形式不同，其与土壤接触设置需在LMS中分别设置。