第5卷第2期V o l.5N o.2
华南热带农业大学学报
JOU RNAL O F SOU TH CH I NA UN I V ER S IT Y O F TRO P I CAL A GR I CUL TU R E
1999年6月
Jun.1999
骆剑亮 申子立
(华南热带农业大学工学院 海南儋州 571737)
摘要 汽车冬季防滑是世界性研究的热点。本研究采用整体式橡胶半履带防滑装置，当汽车遇到冰雪路况时，能迅速将汽车的轮式行走装置改为半履带行走装置，提高汽车在冰雪路况时的通过性和安全性。采用此装置不损伤路面，不增大行驶噪音，不改变原车结构。
关键词 汽车 履带 防滑装置
汽车在冰雪道路上行驶时，由于道路附
着系数下降较大(由干燥路面时的017下降到012～0107)，附着性能差，使汽车的行驶性能受到很大的影响，甚至无法正常行驶，给汽车运输和交通安全带来很大的危害。如何提高中型汽车在冬季冰雪道路上的行驶性能，目前较多采用的方法有两种：一是在驱动轮上套装防滑链；另一种是采用镶钉车轮。
在驱动轮上套装防滑链，是一种简便、有效的防滑措施，且成本低拆，装便利。缺点是防滑效果不够理想，行驶噪声大，对水泥柏油路面有损伤，目前已日渐少用。
采用镶钉车轮的优点是防滑效果较好，但对水泥、柏油路面有损伤，轮胎使用寿命短，需要经常更换轮胎，拆装不够便利。
为了到一种装置，它基本上不改变原车行驶装置结构，而使汽车有较高的在冰雪道路上的行驶性能，同时又不损伤路面，不增加行驶噪声，且更换较为便利，笔者研究了“橡胶半履带防滑装置”，并于1994年7月获国家实用新型专利授权。1 橡胶半履带防滑装置的基本结构
半履带防滑装置的基本结构如图1所示。是在驱动轮上套装一整体式“橡胶—钢位履带”，并用支承张紧轮将其张紧。
张紧轮采用并列双轮，其横向断面结构尺寸与驱动轮基本一致，其作用为扶持履带，防止履带横向脱出，并起履带的张紧和导向作用。张紧轮直径由安装位置与原车最小离地间隙决定。
支承轮安装在气动支承缸筒的拐轴上，支承缸下端(拐轴)与张紧缸筒绞接，支承轮可沿垂向伸缩，也可沿纵向伸缩。
支承缸筒和伸张缸筒均采用气动式，使之兼起空气弹簧的作用，缓和路面对支承轮的冲击。两缸筒的气力源利用原车制动系空气力源(目前国产中型汽车如东风、解放等均采用气力制动力源)。
支承缸筒气压由支承轮地面垂支反力决定，为保证汽车的转向操纵性，支承轮垂支反力为原车后轴载荷(满载)的20%～30%为好。
张紧缸筒的气压，由履带的预张紧力T0决定，由欧拉公式可知:T0=T1e fΑ 式中
T 为履带驱动段拉力,e 为自然对数底数,f
为履带与驱动摩擦系数,Α为履带与驱动轮包角。
履带驱动段拉力T 受两个摩擦副的作用，一个是驱动轮与履带间的摩擦力，其值可表示为Λq ・M q
r q
，式中Λq 为驱动效率,M q
为驱动轮力矩,r q 为驱动轮力半径；另一个是履带与地面的附着力P Υ，最大拉力Tm ax 受到附着力的约束
，用公式可表示为P Υ≥
Tm ax ≥Λq ・M q
r q
。橡胶半履带的结构为整体式橡胶——钢丝结构，其内表面纵向对称中心上设有节齿(如图1示)，其作用是防止驱动轮和支承轮横向脱出，齿高和节距主要由支承轮半径确定，齿厚主要由两驱动轮横向断面几何尺寸确定，内表面至外沿有一倾角Α以提高内表面自洁性和排水能力。
图1 橡胶半履带防滑装置示意图
橡胶履带外表面，横断面为两拱形面，并沿纵向带有数条沟槽较大的蛇形花纹和横向沟槽，使之有较强的排挤雪、水性能，提高花纹的“抓地能力”。
工作情况：进入冬季时，先将支承缸筒，伸张缸筒和支承轮装好，接通气压阀和管道并锁定在车架上待用。这并不妨碍汽车在通常路面上正常行驶。当遇有冰雪天气或冰雪道路时，将支承轮放下，并将驱动轮顶起，在驱动轮上套装橡胶履带，然后支承轮向上回伸，套上履带，而后支承轮再次向下顶至预定压力，并由张紧缸筒将履带张紧。这一过
程由气力控制阀操纵。
当汽车行驶时，在驱动轮力矩M q 和预张紧力T 0的作用下，履带驱动段上产生一拉力T ，将履带从驱动轮和支承轮拉出。与此同时，地面产生一反向水平推力，阻止履带被拉出，迫使驱动轮沿履带滚动。当这一地面水平推力大于或等于汽车所有行驶阻力时，汽车即行驶。
2 橡胶半履带式防滑装置的行驶性能预测
下面仅就汽车在冰雪道路上行驶的主要性能——附着性能，制动稳定性能进行定
72第2期 骆剑亮等: 实用新型汽车半履带防滑装置的研究
性分析。对其操纵稳定性等其他性能不在此作深入讨论。
211 附着性能
冰雪道路属于表面履盖冰、雪、水的硬底层道路，路面附着系数Υ很低，约为0.2～0.07，附着性能极差。未装防滑装置的普通汽车在这样的道路行驶时，由于轮胎花线较平，无法挤开冰、雪、水层直接接触硬底路面，附着力主要由轮胎和路面的外摩擦力产生，故驱动力无法正常发挥。
例：东风(Z Q—140)汽车满载在干柏油道路(附着系数Υ=017)行驶时，可能发挥出最大驱动力为P q m ax≤PΥ=Υ.GΥ=0.7×6900=4830kg
GΥ为附着重量，即地面对驱动轮垂直反力
而在同等条件下，在冰雪道路(Υ=0.2～0.07)行驶时，可发挥的最大驱动力为P q m ax≤PΥ=Υ.GΥ=0.2×6900=1380 kg
由上可见，未装防滑装置的汽车，在冰雪道路行驶时有可能发挥的最大驱动力仅为在同等条件下，在干柏油路面行驶时可发挥的最大驱动力的28.6%。
采用半履带防滑装置的汽车在冰雪道路行驶时，驱动力主要由两个方面产生：一是履带沟槽宽，深的花纹凸起的部分(履刺)在接地时，花纹对地有较高的单位压力，将冰雪层挤开，直接与硬底路面接触，提高了所谓的“抓地能力”(亦称履刺效应)。而
产生的驱动力P q
1，用公式P q
1
=Υ.GΥ表示,
京藏专用通道启用则
P q
百万奔驰被泼硫酸1
>0.2×6900=1380
二是履带的花纹(履刺)压入冰雪中由冰雪的水平抗剪力产生，由贝克的土壤水平抗剪力公式得:
P q
2
=P z=A C+GΥ.tg<
式中:A为土壤剪切面积
C为土壤内聚力(雪地为C=1.03
～0.62，取C=0.8)
GΥ为附着重量
大众桑塔纳
tg<；为土壤内摩擦角
<；为内摩擦系数(雪地<=19.7°～
23.2°)
如设履带接地面积为长a=80c m，宽b =40c m，则：两侧履带总接地面积A=2×40×80=6400(c m2)
取C=0.8,<=21°则在上例同等条件下:
GΥ=6900
P q
2
=A C+GΥ.tg<=6400×0.8+6900
×0.38
=5120+2622=3134kg
故
P q m ax≤P q
1
+P q
2
=1380+3134=4514 kg
由上可见，加装防滑履带后汽车的附着能力有很大的提高，可能发挥的最大驱动力为未装时的312倍。
212 制动性能预测
深圳路考汽车制动时的制动效能与地面制动力有关，地面制动力越大其制动性能越好。下面先讨论有履带防滑装置和无防滑装置时的地面制动力情况。
21211 地面制动力x b
地面制动力是车轮与地面的滑动摩擦约束反力，其最大值不能超过附着力，即: X b=PΥ=Υ.GΥ或X bm ax=Υ.G s
式中:Υ为附着系数
GΥ为附着重量
G s为汽车使用重量
由上式中可得出无防滑装置的汽车在冰雪道路上行驶时的最大地面制动力X bm ax。
例：东风Z Q—140汽车满载时在冰雪道路上可获得的最大地面制动力X bm ax，设
82 华南热带农业大学学报 第5卷
整车重量Gs=9300kg，附着系数Υ=0.2时，则:
X bm ax=G s.Υ=9300×0.2=1860kg
即此时，最大地面制动力为1860kg。
两厢赛欧采用半履带防滑装置的汽车制动时，地面的最大制动力X bm ax为前轮地面制动力X b 与履带装置的地面制动力X b
2
之和，用式子表示为:
X bm ax=X b
1+X b
2
如果不考虑前轮地面制动力，则
X b=X b
2=PΥ
2
=P q
2
试驾奥迪致人身亡=3134kg(见驱动
力一式)
由上可见，仅履带装置的地面制动力就为无防滑装置的116倍多，其制动效能有很大提高。
21212 制动时汽车的方向稳定性
汽车制动时发生侧滑，特别是后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，是一种不稳定状况，造成这种不稳定状况的主要原因之一是由于侧向附着系数过小。在冰雪道路上，履带行走装置的侧向附着系数远大于普通轮胎的侧向附着系数(分析与纵向附着系数相同，详见附着性能一节)，因此产生后轴侧滑的可能性远小于未装防滑装置的汽车，制动时的方向稳定性将有很大提高。
3 结论
本实用新型汽车橡胶半履带防滑装置主要由整体式橡胶——钢丝履带张紧轮，气力式支承缸筒和张紧缸筒组成。两缸筒上端分别安装在驱动轮前方车架纵梁的上下端，相互铰接。张紧轮安装在支承缸筒下端拐轴上，将橡胶履带套装于驱动轮和张紧轮上并将其张紧，迅速将汽车的轮式行走装置改为半履
带式行走装置，提高汽车在冰雪道路上的通过性和安全性，不损伤路面和增大行驶噪声，不改变原车结构。对汽车在冬季安全行驶和保持较高的运输生产率有积极的意义。
(上接第25页)
参考文献
1 M c m illan R T JR,Graves W R1F irst repo rt of passi on fruit brow n spo rt incited by
A ltenaria passiflo rae in F lo rida.P lant
D isease,1991175(3):319
2 Sanudas B Juradod1T he Search fo r Sources of R esistanle to fungalD isease of T asso in N arino
A sco tll.Info r m a,1990116(1):33 戚佩坤1广东省栽培药用植物真菌病害志.广州：广州科技出版社,1994.245
4 农业部农垦司热带作物处，中国热带作物学会植保专业委员会1华南五省(区)热带作物病虫害名录.中国热带农业科学院、华南热带作物学院文印中心,1994.42
5 方中达.植病研究方法.北京：农业出版社, 1979.146～148
6 魏景超1真菌鉴定手册.上海科技出版社, 1979.566～571
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第2期 骆剑亮等: 实用新型汽车半履带防滑装置的研究
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