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Case New Holland通过对紧凑型履带式装载机仿真保持产品创新的步伐！

作为Fiat 集团农业和建筑设备的先导者，CNH(CASE NEW HOLLAND) 因为产品设计不断发展而不断扩大其运动仿真能力。与使用传统轮胎的滑移装载机(skid-steer loader)相比，紧凑型履带式装载机设计是增加牵引力和降低地面压力的一个很好的例子。图中所示的 450CT 履带式装载机可以提供的为82 马力（61 kW）及 3.587 的负载。

这两幅图像显示了通过 RecurDyn 仿真可以实现的结果图。上图显示了在转弯运动时前/后怠速器上作用的负载。黄色箭头显示作用于轮毂的力向量，绿色弧表示作用于轮毂的扭矩。此图显示了在穿越障碍物时作用于两个相邻履带滚轮的力。

当我们向紧凑型履带式装载机添加履带系统时，会添加了各种移动组件(Moving component)。为了考虑带轨的灵活动作行为，还必须考虑与怠速器以及前后的众多履带滚轮接触。使用履带系统的工程优势是，典型的滑移式转向装载机的四轮驱动需要两侧各有两个驱动轴，而履带系统一侧只需要一个驱动轴。

紧凑型履带式装载机的底盘采用CNH多年开发的大型挖掘机和推土机形式。相关系统要素包括履带、滚子、怠速器和履带张力调节器以及最终驱动装置。例如，为了防止履带沿斜坡一侧工作时剥落，装载机在履带上安装了包括履带滚轮，三个法兰和两组中心导向凸耳。

开发具有耐久性车辆需要轨道结构和轨道相关元素的负载数据。但是，使用真实性能测试紧凑型履带式装载机并不容易，因为要测量履带的变形或底盘系统和履带元件之间的接触数据并非易事。这使得测量更加困难，尤其是在实土上测试时。CNH开发了一种特殊的实验设备，允许将不同类型的负载加载到左右两个轨道组件上。

这两张照片显示了RecurDyn 仿真的结果。

上图显示了转弯时前部和后怠速器上的负载。黄色箭头显示作用于轮毂的力的向量，绿色箭头表示作用于轮毂的扭矩。下图显示了在通过半圆形障碍物时作用于两个相邻履带滚子的力。

请参阅发表在桌面工程中有关本案例研究的剩余部分。

由于运动仿真可以更有效地获取产品性能数据，CNH几年前就选择了RecurDyn的动作仿真软件，此后为了开发紧凑型装载机添加了RecurDyn轨道相关的工具包。由于 RecurDyn使用递归公式来获取运动方程，因此可以快速模拟详细模型。 RecurDyn 工具包还自动化了建模过程,以提高效率并减少错误。例如，带状轨道由多个小段组成，这些小段可以自动执行诸如小段定义、小段的柔性等相关属性、每个小段和各个子组件之间的接触以及创建单个轨道的结果等任务。

使用运动模拟的任务从导入使用 PTC 的 Pro/ENGINEER 的 CNH CAD 模型开始。装载机两侧的履带系统均使用RecurDyn 的履带工具包进行单独建模。您还可以使用RecurDyn 的分层数据结构单独对模型的每个部分建模。每个轨道组件都定义为单独的"子系统"，该子系统与整个机箱一起仿真。这可实现快速开发，并提供影响产品设计的性能信息。

每个模型开发后，将对‘worst-case’测试与实际测试进行并行测试。仿真结果使 CNH 450CT 团队能够了解各种动作过程和动作如何在每个轨道元素和车架上工作。利用实验测量数据，对模型中使用的输入值进行调整，使之与实验的实际结果相匹配。此验证过程可以增加对难以测试或无法通过实验验证的结果的信心。

一旦模型得到验证，在FEA软件中可以使用负载数据（通过RecurDyn获得）来计算轨道和车辆结构的应力峰值。Worst-case产生的应力结果有助于提高产品的耐用性。这可以决定了底盘系统相关元件的关键设计参数，并进行了灵敏度测试，以便进一步改进装载机的设计。

改进作业是在整个系统或单个元素级别进行的。系统级改进的示例包括变履带轮在履带总成中的位置、车辆重心位置的变化以及履带张力的变化。单个要素的改进实例包括加强应力集中的区域等。

CNH的数字原型设计和仿真经理 Kaezhun Li表示："RecurDyn 轨道系统的计算速度和过程的自动化使我们能够更加精确快速地仿真并开发新的装载机。他表示:” 我们每投资一美元进行仿真，就可以节省至少 2 美元的工程成本” .

CNH项目工程师Adam Ewing表示："通过物理实验获得我们想要的数据,我们必须投入大量资金和时间。但是仿真可以快速地获得需要的结果，有助于我们更加专注于设计，从而实际提高产品的性能。”