履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)扭振分析

摘要：本文以履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)為研究對象，就傳動系統(tǒng)扭振現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析，基于對分析模型的構(gòu)建，總結(jié)了傳動系統(tǒng)出現(xiàn)扭振現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)，并就扭振的計算方式給出了詳細(xì)解釋，望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員實(shí)踐工作提供參考。

關(guān)鍵詞：履帶式推土機(jī) 傳動系統(tǒng) 扭轉(zhuǎn)振動 減振裝置 影響 分析

受到發(fā)動機(jī)氣缸部件相對于傳動軸會產(chǎn)生不同諧次激振力矩的作用因素影響，在常規(guī)意義上的履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)的運(yùn)行過程當(dāng)中，使得傳動軸往往無法避免出現(xiàn)顯著的扭振現(xiàn)象。結(jié)合實(shí)踐研究經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：若履帶式推土機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中，發(fā)動機(jī)的某諧次激振力矩作用頻率與軸系階振所表現(xiàn)出的固有頻率呈現(xiàn)出一致性狀態(tài)，則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)相對于傳動軸系統(tǒng)產(chǎn)生相當(dāng)顯著扭轉(zhuǎn)共振動作。特別是在扭轉(zhuǎn)共振動作無法避免的情況下，不單單是對于傳動軸而言，整個履帶式推土機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)都會受到極為不利的影響。因此，為了達(dá)到緩解，并逐步防止履帶式推土機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中，扭轉(zhuǎn)共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，就需要針對傳動軸采取相應(yīng)的處理（當(dāng)中，最有效的處理方案即在傳動軸當(dāng)中添加相應(yīng)的減振裝置）。在此過程當(dāng)中，還需要實(shí)現(xiàn)與傳動軸、發(fā)動機(jī)之間的合理匹配，由此也就需要涉及到對履帶式推土機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)扭振的分析，本文即對其展開深入研究與說明。

1. 履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)分析模型的構(gòu)建

在構(gòu)建履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)分析模型的過程當(dāng)中，需要解決的主要問題包括以下兩個方面：其一是對履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)分析模型當(dāng)中研究對象的確定；第二是對于分析模型相關(guān)假設(shè)的構(gòu)建。首先，從研究對象的角度上來說，履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)扭振分析當(dāng)中，最關(guān)鍵性的研究對象涉及到以下幾個方面：（1）飛輪裝置；（2）扭轉(zhuǎn)減振裝置；（3）萬向節(jié)部件；（4）前/后聯(lián)軸節(jié)部件；（5）液力變矩器泵輪裝置。其次，從分析模型假設(shè)條件的角度上來說，為確保模型分析的可靠與有效，就需要關(guān)注以下幾個方面的條件：（1）假定整個履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)當(dāng)中，剔除扭轉(zhuǎn)減振裝置彈簧構(gòu)件為柔性屬性以外，其他構(gòu)件屬性均為鋼性特性；（2）假定整個履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)當(dāng)中，各個構(gòu)件相互之間不存在裝配誤差方面的問題，對其進(jìn)行忽略；（3）假定整個履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)當(dāng)中，各個構(gòu)件相互之間不存在摩擦力因素，對其進(jìn)行忽略；（4）假定整個履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)當(dāng)中，所涉及到的相關(guān)構(gòu)件均為勻質(zhì)狀態(tài)，且可忽略構(gòu)件軸心偏心距對分析模型的影響；（5）假定整個履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)當(dāng)中，所對應(yīng)的液力變矩器端阻力指標(biāo)、以及彈簧部件指標(biāo)均表現(xiàn)為零值狀態(tài)。

建立在上述研究對象以及條件假設(shè)的基礎(chǔ)之上，需要結(jié)合履帶式推土機(jī)的運(yùn)行情況，構(gòu)建相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)減振分析模型以及傳動系統(tǒng)總成模型。具體的模型結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示（見圖1、圖2）。

2. 履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)扭振理論分析

首先，從履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)動速度的角度上來說，在受到各諧次狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)某諧次（內(nèi)燃機(jī)激振力矩諧次r取值為0.5，1，1.5，2，...）激振力矩頻率表現(xiàn)為r·wr（其中，wr設(shè)定為曲軸角速度），其與軸系第i階振型的固有頻率wi若取值一致，則引發(fā)共振。進(jìn)一步來說，在共振工況的影響下，發(fā)動機(jī)所表現(xiàn)出的轉(zhuǎn)動速度則定義為臨界轉(zhuǎn)速。因此，第i階振型的第r次諧次所對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速nr則可以以如下方式進(jìn)行表述：

結(jié)合對式（1）、（2）的分析不難發(fā)現(xiàn)：對于履帶式推土機(jī)而言，在整個傳動系統(tǒng)的運(yùn)行過程當(dāng)中，無論傳動系統(tǒng)發(fā)動機(jī)裝置處于提速或者是降速的狀態(tài)下，整個傳動系統(tǒng)都不可避免的面臨著多個臨界轉(zhuǎn)速，也就意味著共振現(xiàn)象是不可避免的。為了避免此環(huán)節(jié)工作中出現(xiàn)的頻繁性共振問題，關(guān)鍵性的途徑在于：在盡量短的時間內(nèi)通過臨界轉(zhuǎn)速。因此，在對傳動系統(tǒng)扭振現(xiàn)象進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，需要重點(diǎn)關(guān)注的發(fā)動機(jī)在激振力矩幅值較大諧次對應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，傳動系統(tǒng)可能出現(xiàn)的強(qiáng)烈性共振問題。

其次，從履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建角度上來說，對于同等意義上的多質(zhì)量系統(tǒng)而言，自由扭轉(zhuǎn)振動狀態(tài)下的數(shù)學(xué)方程為：

（3）

該計算式當(dāng)中，J定義為多質(zhì)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量矩陣；K定義為多質(zhì)量系統(tǒng)剛度矩陣； 定義為角位移矢量； 定義為角加速度矢量。 以及 的計算如下：

3. 履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)扭振計算分析

假定進(jìn)行扭振分析的履帶式推土機(jī)應(yīng)用4沖程6缸柴油發(fā)動機(jī)裝置，其在正常運(yùn)狀態(tài)下，max轉(zhuǎn)動速度控制為平均每分鐘2 200r，min轉(zhuǎn)動速度控制為平均每分鐘800r。所輸出最大扭矩時轉(zhuǎn)動速度控制為平均每分鐘1 300r。現(xiàn)結(jié)合上述相關(guān)數(shù)據(jù)，借助于對多體動力學(xué)分析軟件的應(yīng)用，就該履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)扭振現(xiàn)象進(jìn)行綜合計算與分析，具體分析如下：

從傳動系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)動速度計算的角度上來說，首先需要完成對主要旋轉(zhuǎn)部件所對應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量指標(biāo)的計算，主要研究對象的計算結(jié)果分別為：（1）飛輪裝置轉(zhuǎn)動慣量為0.7626/kg·m2；（2）扭轉(zhuǎn)減振裝置轉(zhuǎn)動慣量為0.0158/kg·m2；（3）萬向節(jié)部件轉(zhuǎn)動慣量為0.0039/kg·m2；（4）前/后聯(lián)軸節(jié)部件（前聯(lián)軸節(jié)轉(zhuǎn)動慣量為0.0401/kg·m2，后聯(lián)軸節(jié)轉(zhuǎn)動慣量為0.0061/kg·m2）；（5）液力變矩器泵輪裝置轉(zhuǎn)動慣量為0.3751/kg·m2。借助于對仿真軟件的分析，可以建立在仿真性傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，獲取與之相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動速度計算數(shù)值（見表1）。應(yīng)用轉(zhuǎn)動速度計算數(shù)值，可以分析第一階固有頻率下所對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)動速度，進(jìn)而判定發(fā)動機(jī)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)共振的具體區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對作業(yè)方案的合理改進(jìn)。

表1：發(fā)動機(jī)臨界轉(zhuǎn)動速度計算示意表

4. 結(jié)束語

文章以履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)為研究對象，基于扭振共振現(xiàn)象，對履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)在實(shí)踐運(yùn)行過程當(dāng)中所出現(xiàn)的失效問題進(jìn)行了簡要的分析與說明，在對相關(guān)條件進(jìn)行假設(shè)處理的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了相對于履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)的仿真模型。借助于對仿真模型的分析，并對履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)共振的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了研究，指出了計算得出轉(zhuǎn)動速度數(shù)值對于實(shí)踐工作的指導(dǎo)意義。上述相關(guān)問題的分析對于在履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中，最大限度避免扭轉(zhuǎn)振動問題而言，起到了極為突出的參照與借鑒作用。

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作者簡介

張玉倉，男，1974.03 ，漢族，本科，從事機(jī)械類產(chǎn)品研發(fā)工作。

郵箱：zyc9341@163.com