七十吨履带吊力矩性能表|AGV履带底盘理论设计—2.履带底盘基本参数理论设计

今天分享履带底盘基本参数的理论设计。机械理论设计的过程是根据已知参数求解未知参数的过程。这个过程的逻辑性越强，理论设计就越严谨。

1.所有参数均从AGV小车的设计重量开始：

// 车辆重量
double G = 200f;
System.out.println("车辆重量" + G + "kg");

我用Java作为理论设计的计算工具，方便以后优化参数和迭代设计。因为在设计之初，我不知道给定的200kg的重量是不是最终的重量，但我也得有一个估计的能力，这样重量的设定才不会与实际有太大的偏差。以下是我的估算思路。底盘采用两台直流伺服电机作为动力，每台配备直角行星减速机，降低速度七十吨履带吊力矩性能表|AGV履带底盘理论设计—2.履带底盘基本参数理论设计，增加距离。电机重量约8kg，减速机约8kg，用两节磷酸铁锂电池作为能源，重量约32kg，所以是64kg，然后底盘本体估计80kg，并且两边的四轮行走机构估计是40kg，加上身体负荷，默认是200kg。

2.以下是根据权重与轨道相关的基本参数：

2.1 轨道间距p，通常随着随机权重G的增加而线性增加：pitch p = (17.5~23）*

= 2.991* (17.5~23)

// 计算理论履带节距
double G_quarter_power= Math.pow(G, 1/4.0);
double pmin = G_quarter_power * 17.5;
double pmax = G_quarter_power * 23;
System.out.println("理论履带节距:" + String.format("%.2f", pmin) + "~"+ String.format("%.2f", pmax) + "mm");
double p = 38.1; // 实际节距
System.out.println("实际节距p:" + String.format("%.2f", p)  + "mm");

理论轨道间距：65.81~86.49mm。实际螺距p：38.10mm。这里之所以没有按照理论计算，主要是指现有的一些履带底盘履带的间距，因为不知道理论设计是否适合小型AGV履带底盘，所以借鉴现有的产品第一。毕竟这个理论设计也是来自经验。

2.2确定轨迹中心距p七十吨履带吊力矩性能表，将轨迹中心距A从p推出。履带中心距 A = (30 ~ 50)p, 无张紧器的脉动载荷

// 履带中心距 A = (30 ～50)p, 脉动载荷无张紧装置时<25p
double A = 25 * p;
System.out.println("履带中心距:" + String.format("%.2f", A)  + "mm");
A = 925;
System.out.println("履带中心距实际取:" + String.format("%.2f", A)  + "mm");

计算出的轨道中心距为952.50mm，实际轨道中心距为925.00mm。该参数是根据理论四舍五入确定的。

3.计算轨道的滚动阻力：这是最简单的摩擦公式，但滚动阻力系数一定要算出来

假设工况稍差吊车公司，滚动阻力系数取为0.12。

// 履带行走机构的滚动阻力
// 履带行走机构的滚动阻力系数
double f = 0.12;
double Pf = G * 9.8 * f;
System.out.println("滚动阻力Pf:" + String.format("%.2f", Pf)  + "N");

计算得出的滚动阻力Pf：235.20N。

4.这样就可以计算出履带底盘所需的驱动扭矩了：我是参考驱动轮的链轮设计的，所以我选择了17齿的齿数，链轮d的分度圆计算公式=

，驱动扭矩的计算是Mk = Pf * rK，要考虑效率，所以除了一个0.96。

// 驱动轮基本参数
int z = 17; // 链轮齿数应优先选择以下数列：17，19，21，23，25，38，57，76，95，114
System.out.println("齿数z:" + z);
// 分度圆直径d
double d = p / Math.sin(Math.PI/z);
System.out.println("分度圆直径d：" + String.format("%.2f", d) + "mm");
double rK = d/2.0/1000;
System.out.println("分度圆半径rK：" + String.format("%.5f", rK) + "m");
// 计算电机驱动力矩Mk
double eta= 0.96;
double Mk = Pf * rK / eta;
System.out.println("电机驱动力矩Mk：" + String.format("%.2f", Mk) + "Nm");

计算结果如下：

齿数z：17；

分度圆直径：207.35mm;

索引圆的半径rK：0.10367m;

电机驱动扭矩Mk：25.40Nm;

5.计算底盘驱动功率。

预设驱动轮转速：350rpm。然后根据计算出的驱动轮分度圆直径，即可计算出底盘的运行速度。

// 驱动轮转速
int n = 350;
System.out.println("驱动轮转速：" + n + "rpm");
// 行走速度 
double v = (n * z * p) / (60 * 1000);
System.out.println("行走速度：" + String.format("%.2f", v) + "m/s");
System.out.println("行走速度：" + String.format("%.2f", v*3600/1000) + "km/h");

计算结果如下：

驱动轮转速：350rpm；

行走速度：3.78m/s;

步行速度：13.60km/h；

知道了驱动轮的转速和扭矩，就可以计算出底盘的驱动功率。注意这里是驱动力，是驱动底盘走直线的动力。履带式底盘在转弯时不仅具有驱动力，而且克服了转向阻力时的转向力。

// 计算电动机牵引功率P

double Pk = Mk * n / 9550;
System.out.println("电动机牵引功率Pk：" + String.format("%.2f", Pk) + "Kw");

计算结果如下：

电机牵引功率Pk：0.93Kw;

6.计算底盘转向功率。

这里计算转向功率，是根据底盘的原位转向计算得出的。计算原理如下：

使用定积分计算转向扭矩：

;

转向阻力系数值：

L为履带接地长度，因为我设计的底盘可以升降，所以履带接地长度不同，但考虑到履带接地长度越长二手吊车，转向力矩越大，所以规定底盘必须在升起的状态下转下。

// 计算转向阻力矩
// 履带接地长度 L=600～970mm
double Lmin = 0.600;
double Lmax = 0.970;
System.out.println("履带接地长度 Lmin：" + String.format("%.2f", Lmin) + "m");
// 转向阻力系数
double mu_b= 0.65;
double Mc = (G * 9.8 * Lmin * mu_b) / 4;
System.out.println("转向阻力矩 Mc：" + String.format("%.2f", Mc) + "Nm");

计算结果如下：

履带接地长度Lmin：0.60m;

转向阻力Mc：191.10Nm;

履带中心距B=510mm；这是参考市场上现有产品选择的参数。

然后您需要检查 L/B 值。履带接地长度L的增加会增加转向阻力矩Mc，不利于转向。轨道中心距B的增大会增大转向力矩，有利于转向，但增大会增大最小转弯半径。一般大型履带式工程机械的L/B为1.3~1.5；中小型的是1.1~1.45。但毕竟数据是取自大型履带式行走机械。尽可能多地依靠这一点就足够了。不必一致。

知道电机的转向力矩，根据底盘的线速度计算出转向的角速度七十吨履带吊力矩性能表，进而可以计算出底盘的转向功率：

这里需要说明一下，既然底盘的电机是伺服电机，为什么不在转向时通过伺服驱动器降低电机的转速，然后再降低角速度，以免降低转向机箱的电源呢？好主意，但它不起作用。看看下面的图片

这是一个伺服电机额定9.5Kw的特性曲线，蓝线是额定工作状态，红线是过载工作状态，我们只看蓝线，就会发现伺服电机低于额定转速（2000rpm），为恒转矩输出。如果按照调速后的伺服驱动器的速度来计算功率，那么电机一定不能输出足够的扭矩。

// 履带中心距B=510mm
double B = 0.520;
System.out.println("履带中心距B：" + String.format("%.2f", B) + "m");

// 计算L/B值:一般大型履带式工程机械L/B取1.3~1.5; 中小型取1.1~1.45
double LBmin = Lmin / B;
double LBmax = Lmax / B;
System.out.println("L/B值:" + String.format("%.2f", LBmin) + "~"+ String.format("%.2f", LBmax));
System.out.println("L/B值:一般大型履带式工程机械L/B取1.3~1.5; 中小型取1.1~1.45");
// 底盘最小转弯半径Rmin
double Rmin = B / 2;
System.out.println("底盘最小转弯半径Rmin：" + String.format("%.3f", Rmin) + "m");
// 计算电机转向驱动力Pc
double Pc = Mc / Rmin;
double Pt = Pc * v / 1000;
System.out.println("电机转向驱动力Pc：" + String.format("%.2f", Pc) + "N");
System.out.println("电动机转向功率Pt：" + String.format("%.2f", Pt) + "Kw");
// 电动机转向功率Pt
double omega = v / Rmin;
Pt = 0;
Pt = Mc * omega / 1000;
System.out.println("电动机转向功率Pt：" + String.format("%.2f", Pt) + "Kw");

计算结果如下：

履带中心距B：0.52m;

L/B值：1.15~1.87;

L/B值：一般大型履带式工程机械的L/B为1.3~1.5；中小号是1.1~1.45;

最小底盘转弯半径Rmin：0.260m;

电机转向驱动力Pc：735.00N;

电机转向功率Pt：2.78Kw;

电机转向功率Pt：2.78Kw;

7.计算驱动电机功率：

double P = Pk + Pt;
System.out.println("整机功率P：" + String.format("%.2f", P) + "Kw");

计算结果如下：

整机功率P：3.71Kw.

通过对现有产品电机驱动功率的考察，该理论计算结果较为可靠。这样，如果场地是双电机驱动的话，每台电机的用电量会超过2kw。

至此，履带底盘基本参数的理论设计已经完成。下面将根据基本参数进行四轮一带的理论设计。