新型地震资源采集车的研制与设计说明书.doc

毕业设计说明书 作 者:学 号：学 院:专业（方向): 题 目: 指导者： 评阅者： 声 明我声明，本毕业设计说明书及其研究工作和所取得的成果是本人在导师的指导下独立完成的。研究过程中利用的所有资料均已在参考文献中列出，其他人员或机构对本毕业设计工作做出的贡献也已在致谢部分说明。本毕业设计说明书不涉及任何秘密，南京理工大学有权保存其电子和纸质文档，可以借阅或网上公布其部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权保存、借阅或网上公布其部分或全部内容。学生签名：年 月 日 指导教师签名：年 月 日毕业设计说明书中文摘要地震资源勘探采集车是一种新型的地震资源勘探装备，可实现检波器遥控定位与插置、信号遥控采集，是一种安全、高效、高密度信息采集的陆地资源勘探装备，代表着陆地资源勘探装备的发展方向。本文针对采集车的车体结构、行走机构以及检波器的插置机构开展相关技术研究。论文论证并确定了采集车的总体方案，依据总体方案设计了履带式行走机构和检波器插置机构。对行走机构的履带、驱动轮、支重轮、导向轮和托链轮进行了理论计算与设计；采用电动推杆结构设计了检波器插置机构；最后，基于上述两部分的设计，进行了采集车的总成设计。 本文对新型地震资源采集车的研制与设计进行了初步的尝试，获得了初步的经验。关键词 地震资源采集车 履带式行走机构 检波器插置 毕业设计说明书外文摘要Title Mobile distributed seismic exploration device - The design of the vehicle and detector inserted device Abstract The seismic exploration and acquisition vehicle is a new type of seismic exploration equipment.It can achieve remote control ,positioning of the detector, signal remote controling. It is a safe, efficient, high-density information acquisition of land resources exploration equipment,Representing the development direction of land resources exploration equipment.In this paper, the relevant technology is carried out for the car body structure, walking mechanism and the insertion mechanism of the detector.The overall scheme of the acquisition vehicle is demonstrated and the crawler type traveling mechanism and the detector are designed according to the overall scheme.The crawler walking mechanism,the driving wheel, the branch heavy wheel, guiding wheel and entrusted sprocket of the theoretical calculation is also designed; designing the geophone in device using electric push rod structure. Finally, based on the two parts of the design, acquisition vehicle design.In this paper, the design of the new seismic resource acquisition vehicle is preliminarily attempted, and the experience of this paper is acquired.Keywords Seismic resource acquisition vehicle Crawler Detector inserting第 I 页 目 次1 引言11.1 课题的研究意义11.2 国内外研究现状11.3 论文章节安排31.4 本章小结32 地震采集车的总体设计方案42.1 本课题要解决的基本问题42.2 本课题拟采用的设计方案42.3 方案选择依据42.4 设计依据62.5 履带式行走装置的组成与作用62.6 履带式车辆的行驶原理62.7 电动推杆的工作原理73 行走装置各个部分的设计83.1 履带83.2 驱动轮的设计93.3 支重轮103.4 导向轮123.5 张紧装置的设计与计算123.6 托链轮143.7 履带行走装置的总体装配图154 履带行走结构的运动分析154.1 履带式行走装置的接地比压164.2 运行阻力计算164.3 转向最大驱动力矩的分析与计算17第 1 页5 检波器插置装置的设计235.1 检波器插置装置的总体设计235.2 电动推杆235.3电动推杆的选择245.4 地震检波器的安装245.5 应力分析265.6 地震采集车的总体装配265.7 小结27结 论 28致 谢29参 考 文 献30第 31 页1 引言采集车作为一种新型的信息采集工具，在科学探索中运用越来越广泛， 本章主要介绍课题意义和本论文要讨论的内容。1.1 课题的研究意义现代社会中，对信息的采集越来越重视。在过去，信息的采集主要通过技术人员亲自操作机器去采集，往往会面临各种风险，而且效率很低。在一些危险的行业，人体根本无法工作，为了解决这一难题，采集车应运而生。采集车是一种新型的信息采集工具，本身主要由可移动的车身和信息采集装置组成。采集车的出现把人类从恶劣的工作环境中解放了出来，与传统方法相比优势十分明显，因此近年来发展十分迅速。采集车可应用于地震勘探、石油探测、天然气资源开采、固体资源地质找矿等行业，也可用于灾害搜救。采集车的工作原理：通过远程操控采集车的运动，到达指定地点通过控制车上的地震检波器插置装置使检波器下插，检波器插入地面使土壤层发生震动产生地震波，地震波向地下传播，遇到岩层分界面介质属性不同时会发生反射和折射。发射和折射的波到达地面然后人们在地表利用接收器接收这种地震波。通过对地震波分析处理，可以推断出地下岩层的性质和形态。地震检波器是一种专用传感器，主要用于地质勘探和工程测量，它可以将地表振动转化为电信号。如何移动小车和地震检波器结合起来是研究的重点，也是本课题需要解决的问题。1.2 国内外研究现状世界范围内对采集车的研究重点是移动机构的研究。常见的移动机构主要有轮式、腿式、履带式和轮履、轮腿等复合式机构。在不同的环境下，每种移动机构都有其优势和实用性，但也有其局限性。1.2.1 轮式移动机构轮式移动机构的优点体现在速度上，通常，轮式移动机构的速度范围较广，尤其是地面平坦时，轮式移动机构具有很大的优势。常见的轮式移动机构主要有两轮、三轮、四轮、六轮的结构形式，也有五轮结构。美国“毁灭者”地面无人作战车辆是由卡内基梅隆大学国家机器人工程中心为国防高级研究计划署地面无人车辆感知集成系统项目研制的一款越野机动平台它是6轮全驱的混合动力无人车辆，采用 66 弹性独立铰链，能够适应各种复杂地形，承受不同任务负载，机动性强，可靠性高，续航能力持久。1.2.2 履带式移动机构履带移动机构的突出特点是地面适应性强，履带移动机构可以在各种复杂的地面上行驶，越障能力比较强，对运动环境的适应性特别强。它可以看作是对轮式移动机构的拓展，履带本身相当于在给车轮铺路。履带移动机构具有以下特点：（1） 接地面积大，接地比压小。（2） 机动性好，越野能力强。（3）牵引附着性能好，不易打滑，稳定性高。（4）结构复杂，易损坏，重量大，减震性差。针对普通履带式移动机构的缺点，目前的解决办法是改变履带的形状和结构。随着材料科学的发展，近年来出现了各种增强的非金属复合材料履带，使履带移动机构的重量大大减轻，克服了起笨重的缺点，使其整体性能得到大幅改善。在环境复杂的情况下，履带式移动机构适应性较强。例如Gemini Scout是美国职业安全与健康中心资助圣帝亚国家实验室研制的一款矿井救灾机器人。它是为煤矿井下环境专门设计的履带式双节机器人，长1.2m，宽 0.7m，在身体上方有一个高出机体的摄像机桅杆，其上安装了一个能透过烟雾和尘埃的红外摄像头，配置了有毒气体传感器和爆炸气体传感器。国内也有类似产品，例如北京神州明达科技股份有限公司研制的RAPTOR-EOD中型排爆机器人，该机器人采用了单节双履带移动机构，并且采用三角形履带结构，提高了其越障性能，使移动机器人前部履带面与地面45度左右倾角，提高机器人通过台阶等障碍地形的能力。此外还有多节轮履复合式移动机器人使用轮履复合式移动机构，中间为轮式移动机构，两端增加两节履带臂，在平整路面上可充分发挥轮式移动机构高速、低功耗的优点，在复杂地形条件下又充分利用履带臂提高机器人的通过性能，这种移动机构通过履带臂的伸展运动，可以灵活调整体积和大小，伸展开时可以通过较大尺寸的障碍，收缩状态则可通过较小空间，实现的功能和多节履带式移动机构相类似。另外还有底盘抬高型履带，它通过履带结构的设计，增大移动机器人底盘与地面之间的距离，防止路面凸起的石块与底盘发生干涉，提高移动机器人通过复杂地形的能力。这种改进设计可以克服传统履带式移动机构复杂地形通过性差的特点，但同时也会抬高车体质心，降低机器人稳定性。还有一种是可变形履带式移动机器人，可以变化履带的结构与形状，通过变形，一方面可以提高移动机器人底盘，另一方面还可以改变机器人运动和越障特性。1.2.3 腿足式移动机构人们通过运用仿生学来模仿生物的肢体运动，仿造了了腿足式移动机构。这种机构有极强的适应性，几乎可以通过任意路面，机动性也特别好，可以轻松跨过大跨度障碍和通过松软的路面。该机构缺点主要是行进速度慢，结构形式复杂，控制比较困难，目前并未大规模应用，主要处于理论研究和实验室阶段。“Big-Dog”四足机器人是由美国国防高级研究计划署资助，由波士顿动力公司研制的军用机器人。它是当前世界上性能最好的四足机器人，能够跳跃、奔跑和负重越野。它的设计目是：能够不受地形限制，跟从部队一起移动，在陡峭崎岖、森林、雪地、泥泞不堪和满地岩石的复杂路况下替大兵背负重物、装备和补给。从Big-Dog已经公布的资料和相关视频中我们可以了解到，它具有较大的负载能力和运动速度，尤其是它的运动平稳性和地形适应性值得称道，比如在冰面上受到强烈的冲击干扰后仍能通过步态调整迅速恢复平衡，平稳安全地通过乱石堆，实现1m左右的跳跃等。Big-Dog出色的性能是由它的能源和驱动系统、机械系统、导航系统的出色的设计和相互之间完美结合而实现的。还有小狗机器人，一款小型的四足机器人，体积仅一个手掌大小，可灵活平稳地通过凹凸不平的路面；RISE六脚爬壁机器人，能在各种粗糙程度的墙面上行走。这些成果代表了腿式移动机器人领域的最高研究成果。此外，采集车还有很多复式结构，如轮履复合式，轮腿复合式等，由于结构比较复杂和考虑到实用性，本课题不作研究。1.3 论文章节安排通过对目前三种主流移动机构的分析介绍，结合国内外的现有产品。本论文设计的采集车采用履带式移动机构。因为综合来看，轮式移动机构速度快，但地面适应性不够好；履带式移动结构地面适应性很强，但行进速度较慢；腿式移动机构则发展还不成熟。由于本课题要求小车要有一定的越障能力，但对其行驶速度没有过高要求，所以本课题拟采用履带式移动机构来设计采集车。论文的章节安排如下：第1章 ：介绍课题研究背景和意义，分析国内外研究现状，初步确定设计方案。第2章 ：地震采集车的总体方案设计以及设计依据第3章：采集车具体零部件的设计第4章：采集车运动的力学分析第5章：地震检波器的插置结构选择与设计1.4 本章小结本章主要阐述了课题的研究背景喝意义，介绍国内外的研究的现状，并且对论文结构进行了划分。2 地震采集车的总体设计方案2.1 本课题要解决的基本问题本课题拟设计一种便携式的小型采集车，能够在复杂的地面上行驶。其设计要求如下：（1）采集车运动机构的确定采集车运行于野外路况相对复杂的环境中，要具有一定的爬坡及越障能力，运动机构的设计是课题的关键之一。（2）检波器的插置机构的确定为了有效采集地震波，检波器应插入地表下10cm以上，与大地可靠耦合采集车运载的检波器需要有一个插置机构实现检波器向地下插置。 2.2 本课题拟采用的设计方案2.2.1 产品的主要技术要求主要针对履带移动机构的设计，要求采集车轻便、可靠，便于携带。设计要求采集车要有较好的地面通过性，接地比压不能过高，有一定的越障能力，可安全通过沙土地。关键技术主要是履带结构的设计和具体零件的选型和校核。2.2.2 总体方案的构想 （1）地震采集车的总体方案构想针对课题要求，采集车要有一定的越障和爬坡能力，则运动机构可采用履带式机构，因为相比轮式和腿式以及复合式机构，履带式结构的越障能力更强并且地面适应性更好，而且目前技术比较成熟。 （2）检波器插置装置问题的解决方案本课题关键要解决的问题是检波器的插置，根据题目要求检波器需要插入地下10cm以上并可实现往复运动，需要克服较大的土壤阻力，电动推杆机构较易实现且可保证插入深度，往复运动较易实现。2.3 方案选择依据2.3.1 履带行走机构的优点履带行走机构具有以下特点：（1） 接地面积大，接地比压小。（2） 机动性强，爬坡越障能力好。（3）牵引附着性能好，稳定性高。（4）橡胶履带结构简单，质量轻，可更换，易于维修。2.3.2 电动推杆 检波器的插置有很多种方法，常见有液压气压机构、导杆滑块机构、连杆结构、滚珠丝杠机构等。每种结构都有各自的特点，运用场合也有所差别，考虑到本课题设计的采集车车身较小，结构要求简单，所以本课题拟采用电动推杆机构。电动推杆是一种能够进行往返运动的设备，通过电力驱动，用于各种或简单或复杂的场合。电动推杆一般作为电动执行机构，可以实现远方集中控制或自动控制。电动推杆具有以下优点：（1）设计精致、体积小，节省空间。（2）精度高，安全可靠。（3）完全同步，自锁性能好。（4）电机直接驱动。2.3.3 轮毂电机技术轮毂电机技术也就是电机内置车轮技术，它通过把电机、传动装置和制动装置整合到轮毂里从而使得车身的结构大大简化。轮毂电机的优点主要有以下几点：（1）传动部件很少，极大简化了结构。（2）轮毂电机具备单个车轮驱动的特性，可以实现更为复杂的驱动形式。（3）轮毂电机布局更加灵活，不需要太复杂的机械传动系统。图2.1 轮毂电机原理图由于车身较小，用直流电机驱动，难免会附加一些其他机械结构，而且线的布置也会受到履带的干涉。因此，本次设计的驱动轮是采用轮毂电机驱动。2.4 设计依据本设计参考了常用履带设计方法，依据工程机械履带底盘设计的通用原则，结合机械设计手册，多采用了标准件。某些非标准件也根据机械设计原则进行了设计。2.5 履带式行走装置的组成与作用履带式行走装置的作用是：支承车身，与地面接触并在上面运动；将来自发动机的扭矩转化为汽车行驶的牵引力；缓冲路面冲击，减震。履带式行走装置主要由支重轮、托链轮、引导轮、张紧装置及履带等组成。1.驱动轮 2.履带 3.托轮 4.台车架 5.支重轮6.张紧装置7.导向轮图2.2 典型的履带行走机构总体结构图2.6 履带式车辆的行驶原理履带车辆的行驶过程是：发动机输出功经传动机构到达驱动轮，转变为扭矩。驱动轮转动，上面的轮齿和履带齿相互啮合将履带不断向前铺设，导向轮、支重轮沿铺设的履带不断向前滚动从而使车体向前运动。大多数的履带车驱动轮都装在车体后方已保持车身重心。本设计驱动轮也装在后方。 图2.3 履带车直线行驶受力图如图所示，履带受到驱动轮传达的力矩，履带内部张力T，履带张紧，履带受到向后的作用力，履带所接触的土壤受到剪切而发生剪切变形，进而导致履带发生滑转。同时，由于力的相互作用可知，土壤对履带产生水平反力，即为驱动力。当驱动力大于行走阻力时，支重轮就会在履带上向前滚动，从而使车体发生位移。2.7 电动推杆的工作原理电动推杆内部由一系列齿轮构成，电动机经过齿轮变速后带动一对丝杠螺母。丝杠螺母把电动机的旋转运动转变成直线运动，推杆和丝杠相接。电机的旋转运动最终转化为推杆的直线运动，控制电机的正反转可控制推杆的往复运动。 3 行走装置各个部分的设计3.1 履带3.1.1 履带的作用履带和地面直接接触，把整个采集车的重量传给地面。来自地面的各种压力不断冲击者履带，因此履带的设计必须可靠。除了要求良好的附着性能，强度、刚度和耐磨性也要考虑。履带按材料划分可分为金属履带、橡胶履带、橡胶金属履带，金属履带运用最广。金属履带坚固可靠，但重量不轻，橡胶履带虽然强度不及金属履带，但却能大大减轻车身重量。橡胶金属履带则结合了两者的优点，性能较好。本课题由于设计的车辆较小，橡胶履带足够满足要求，因此选用橡胶履带。履带的设计原则：（1）安全设计，履带要满足使用要求（2）底盘必须质量可靠。（3）经济性原则。（4）可行性原则。（5）满足使用条件的情况下尽量缩短履带长度本课题选用橡胶履带。3.1.2 履带尺寸参数的选择 h表示履带高度，300mm；G表示整机质量，初始为100kg；L-履带支承长度；L0-履带接地长度；根据经验公式：，取为500mm。轨距B： (3.1) 取B为400mm履带板宽：(3.2)取b=500mm 节距(3.3)取节距为50mm。则设履带总长度为L，则(3.4)表3.1 履带参数表参数数值履带总长度1400mm宽度200mm履带接地长度500mm高度300mm3.2 驱动轮的设计3.2.1 驱动轮的作用驱动轮的主要作用传递动力，把来自轮毂电机的动力传给履带，驱动轮的主要设计要求是啮合要平稳，即便受到较大冲击时仍能啮合良好。履带式工程机械，多数是把驱动轮布置在后方，驱动轮的安放高度应合理，最好有利于降低整机的重心，选取直径尺寸时应有利于增加履带的接地长度。3.2.2 驱动轮的结构驱动轮的轮齿的形状和它同履带的啮合形式有关。可分为两种，一种是整体式履带啮合的驱动轮，另一种是组合式啮合的驱动轮。本文采用的是整体式履带啮合的驱动轮，其齿形及具体参数如图3.1图3.1 驱动轮3.2.3 驱动轮齿数的设计计算驱动轮齿数为一般取1015，为使驱动轮不致过大同保证履带运动的平稳性，当节距较小时，齿数取较大值，反之取最大值。驱动轮的节距为(3.5) G为100kg，的单位为mm，G的单位为kg； 取T0 =50m；z = 12驱动轮分度的直径：式中：z为驱动轮的齿数，T0为节圆的节距取为50mm代入数据得d = 200mm。3.3 支重轮支重轮起支撑车体的的作用，分布在轮架下面。根据功率的区别，履带两侧通常有4到7个支重轮，本设计采用8个支重轮。一般取支重轮直径。3.3.1 支重轮的直径直径可由公式 dz=(0.81)d=(0.81)200=160200mm求得，选为160mm。3.3.2 支重轮轴强度的校核支重轮轴直径为60mm，长度为200mm。材料为50Mn，在行走装置中支重轮的总承载可忽略不计。设车身总重为M为100kg，平均分布在支重轮上本设计一边有四个支重轮，每个支重轮的承重为所以通过对支重轮轴进行受力分析，建立如图3.2的力学模型图3.2 支重轴受力模型(3.6)画出弯矩图：图3.3 弯矩图(3.7)(3.8) (3.9)支重轮轴材料为50Mn，查资料可得：；50Mn为塑性材料，所以；n取2(3.10)由于，所以强度符合要求。3.4 导向轮导向轮位于台车架的前部，主要起引导履带前进方向的作用。正常情况下，导向轮的位置最高点应比驱动轮低1060mm，这样的好处是利于上方的履带在自身重力作用下下滑。3.4.1 导向轮的结构形状导向轮两种，带齿的和光面的，带齿导向轮的优点是有较好的侧面导向性，并且具有较小的越轨危险性，缺点是不能支撑轨链。光面导向轮优点是有中间挡肩环，同时两侧环面都能支撑轨链，缺点是侧面导向不好。多方面考虑本课题选用光面导向轮。3.4.2轮的尺寸为了减少功率的损耗，导向轮的尺寸应略小于驱动轮的尺寸，通常式中：导向轮的直径；驱动轮的直径所以，挡肩环宽b1=30mm，轮宽b2=50mm，轴孔d1=30mm。3.5 张紧装置的设计与计算3.5.1 张紧装置结构及其工作原理采集车运动过程中，由于力的相互作用，张紧弹簧受到反冲作用，其在右方顶着导向轮使其在工作过程中保持张紧，从而使履带张紧。图3.4 张紧装置示意图3.5.2 弹簧类别的设计与计算(1) 弹簧类别的选定张紧装置实际上是通过弹簧推动导向轮从而达到张紧的作用。所以，压缩、拉伸弹簧均可。至于选材，通用的材料（）即可。由下面公式： (3.11)求得隔振弹簧的刚度隔振系统频率比；振动质体总重量（kg），取m=50kg；振动频率。由，则代入公式：(3.12)则通过计算知弹簧的刚度为。在计算工作的载荷时，许用应力应适当取低，取，弹簧的工作载荷约为400N。（2） 弹簧的计算运用公式求得螺旋弹簧曲度系数:(3.13)式中：C旋绕比，试取旋绕比C=6，则(3.14)根据公式求得材料的直径: (3.15)K曲度系数；（）C旋绕比；（）F弹簧的工作载荷(N)；（）许用切应力（Pa）；（）计算得弹簧丝直径： （3.16）根据公式： （3.17）G切变模量（Mp），；D弹簧中径（mm），。计算得弹簧有效圈数， ，根据标准取，n=7。选择冷卷压缩弹簧Y，两端圈并紧并磨平，取，则总圈数：(3.18)根据公式：(3.19)d弹簧材料直径(mm)；计算得节距；选择 P=0.012m=12mm，间距。 根据公式：(3.20)计算得自由高度： 根据标准选取，压缩弹簧的高径比为，压缩弹簧工作高度，压缩弹簧压并高度，螺旋角，弹簧材料的展开长度，经计算可知：b5.3,满足稳定性的要求。3.6 托链轮托链轮的作用是把上方的履带托起，防止履带下垂，避免履带在运动中产生的跳动和侧向摆动。一般一边履带一般配置12个即可，本设计采用两个拖链轮。托链轮的位置应有利于履带脱离驱动轮并平稳而顺利地滑过托链轮同时保持张紧。3.6.1 托链轮的选择托轮的作用是托起上方履带，结构与支重轮相似，两者可通用。托链轮是由较小的磨擦带动旋转，所以直径不应过小，轮缘应适当粗糙。本设计采用了两个直径80mm的拖链轮。图3.5 拖链轮3.7 履带行走装置的总体装配图 按照各个零件的配合关系，底盘的总体装配如下图3.6 履带底盘的总体装配图 4 履带行走结构的运动分析4.1 履带式行走装置的接地比压履带行走装置的接地比压 ,主要由采集车的质量和履带的尺寸决定。上面的内容已经确定了履带的尺寸 ,则可求其平均接地比压 。接地比压决定采集车在路面行驶的稳定性，不宜过大也不宜过小。过大会导致地面阻力增大，甚至陷进地面，过小则会导致与地面摩擦力不够出现打滑现象。其计算公式为：(4.1)式中 : p履带平均接地比压 ( Pa )； m采集车的工作质量 ( kg)； b履带的宽度 (m)； l履带的接地长度 (m)； 履带高度 (m)； g重力加速度（g=9.81m/s）4.2 运行阻力计算（1）履带运行时，运行阻力的组成主要有驱动轮和履带链轨的啮合力、履带销轴间的摩擦力以及支重轮、引导轮和驱动轮等滚动阻力和轴颈摩擦阻力。计算时通常取的车身总重的5%7%。（2）土壤变形阻力：，上坡时：式中：坡度角，运行比阻力系数表4.1 常见路面异性阻力系数路面系数运行阻力系数中级公路0.05-0.06坚实土路0.06-0.09野地0.09-0.12湿地、耕地0.10-0.15冰冻路面0.03-0.04（3）坡度阻力FS： (4.2)（4）转弯阻力： 式中：履带转弯时的摩擦系数；R履带转弯半径（m）表4.2 履带转弯时的最大摩擦系数表土壤性质值土壤性质值有雪的荒地0.60.8湿地、耕地0.81.0干的土路0.70.75沼泽地0.850.9干的沙路0.80.9潮湿的粘质土0.40.5计算时一般取值范围为0.40.7，地面坚实时取较小值，反之较大值。（5）惯性阻力：从上面可以看出，上面5种阻力中，爬坡时和转弯时阻力最大，往往占到总阻力的一半以上，但是转弯和爬坡一般不通时进行。因此，在确定采集车的功率时，参照二者的较大值，即：爬坡时：(4.3)转弯时： (4.4)设计采集车履带底盘时，有些阻力几乎没办法计算，通常情况下牵引力按整机重量的0.70.85取，工作条件较好时可取0.7，这里取0.85。4.3 转向最大驱动力矩的分析与计算(1) 履带转向时驱动力说明:履带行走装置的转向原理是差速转向, 通过控制两边的履带速度，使两边产生速度差，通会会切断一边履带的运动，或者将两条履带同时一前一后运动, 实现原地转向。 图4.1 履带转左向示意图如图4.1,此时左边的履带被制动，右边的履带可以运动，在右边履带的推动下，整台机器绕左边履带的中心旋转, 产生转向阻力矩。通常情况下，履带接地长度L和履带轨距B的比值,值也直接影响转向阻力的大小,值越大则阻力也就越大。在机器行走的稳定性和接地比压的满足要求的情况下, 应尽量取小值, 也就是履带的长度可能短,这样行走机构所需驱动力就可以降低。(2) 转向驱动力矩的计算转向阻力矩是履带绕其本身转动中心O1（或O2）作相对转动时，地面对履带产生的阻力矩，如图所示，O1、O2 分别为两条履带的瞬时转向中心。计算转向阻力矩Mr时，作如下两点假设：(1)车身质量均匀分配在两条履带上，则单位长度履带上的负荷为： (4.5)G-车身总质量（kg）； L-履带接地长度(m)。经过计算：。由图中可以看出，形成转向阻力矩 的反力都是横向力且是均匀分布的。履带采集车牵引负荷在转向时存在横向分力。在横向分力的影响下，车辆的转向轴线将由原来通过履带接地几何中心移至，移动距离为。图4.2 履带转向受力图由上面假设得到，转向时地面对履带的反作用力呈矩形分布。履带支承面上任何一点到转动中心的距离为x，则微小单元长度为，分配在其上的车体重力为，总转向阻力矩可按下式： (4.6)式中: 转向阻力系数。经查表计算： (4.7)式中: -车辆作急转弯时转弯的转向阻力系数；B-履带轨距。将上式代入上式积分得并简化得： (4.8)即：N.m (4.9)（3）转向驱动力矩把转向半径分别考虑。一是当转向半径如下图所示，两侧履带都向前运动，此时两侧履带受地面摩擦力朝行驶的反方向，外侧、内侧履带受力分别为： (4.10)图4.3 此时转向示意图 二是当转向半径，如下图所示，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝反方向，外侧、内侧履带受力分别为： (4.11)图4.4 此时转向示意图分别为内侧前进阻力和驱动力；分别为外侧前进阻力和驱动力。由于车身重心在中心位置，故履带的前进阻力为： (4.12)式中: -履带滚动阻力系数转向时的最大驱动力矩为： (4.13)式中：r为驱动轮节圆直径。三是大半径区转向行驶时主动轮上的力： (4.14)小半径区转向行驶时主动轮上的力： (4.15)式中：转向比，。转向时的最大驱动力矩为： (4.16)分别计算转向半径的情况：得到： (4.17)5 检波器插置装置的设计5.1 检波器插置装置的总体设计实现升降功能的方法有很多种，例如液压气压、导杆滑块、连杆机构、齿轮齿条等。每种结构都有各自的特点，考虑到可行性，本课题拟采用电动推杆机构，可以很好的将电机的旋转运动转换为直线运动，并且实现往复运动。本设计通过把检波器固结在推杆底端来实现检波器的插置。选择电动推杆的思路是：电动推杆可以在远程控制往返运动，且电动推杆的功率、导程和执行力都可以定制。若要实现检波器的插置，那么只要把检波器和电动推杆的运动端结合在一起便可实现检波器的往返。具体设计需要考虑推杆的选型，连接杆的长度和零件的应力计算。5.2 电动推杆电动推杆由驱动电机、弹簧、外壳及涡轮、滑座、推杆、导套、螺杆、螺母、微动控制开关和减速齿轮等组成。图5.1 电动推杆的结构组成电动推杆的工作原理是：电动推杆内部由一系列齿轮构成，电动机经过齿轮变速后带动一对丝杠螺母。丝杠螺母把电动机的旋转运动转变成直线运动，推杆和丝杠相接。电机的旋转运动最终转化为推杆的直线运动，控制电机的正反转可控制推杆的往复运动。改变推杆的长度，可以增大或减小行程。5.3 电动推杆的选择由课题要求，检波器要至少插入地面以下100mm以上，设计时电动推杆的导程在100mm以上，这里取150mm。又因为不同的土层对检波器的阻碍力是不同的，本课题选择沙土地作为设计标准。土壤的力学性质可用土壤坚实度表示，土壤坚实度可用土壤硬度仪来测定。这里取沙土地的土壤硬度为，设传感器的插入速度为20mm/s,检波器的最大横截面积按计算，则所需推力为F (5.1)所需功率P=Fv=44=16W各个型号的电动推杆参数差别很大，DYTZ型整体直式电液推杆的参数如下表表5.1 DYTZ型直式电液推杆技术参数表 型号额定输出力（N）额定速度(mm/s)电机型号行程制造范围 (mm)速度制造范围(mm/s)推力拉力推速拉速DYTZ450-/110450310110140Y80S-4-0.75KWW5080010110DYTZ700-/110700510110140Y90S-4-1.1KW50150010110DYTZ1000-/110100000000750110140Y90L-4-1.5KW50150010110DYTZ1750-/901750130090115Y100L-4-1.5KW5020001090DYTZ2500-/902500205090115Y100L-4-2.2KW5020001090DYTZ3000-/903000250090115Y112LM-4-3KW5025001090DYTZ4000-/804000295080100Y112M-4