履帶起重機行走振動特性研究

高付強 鄧 樂

(1.河南理工大學，河南 焦作 454150；2.鄭州宇通重工有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

液壓履帶起重機行走過程中產生較大的沖擊振動，對回轉支承、履帶傳動系統等部件的使用壽命產生較大的影響。通常履帶起重機設計時不考慮履帶傳動系統對整車性能的影響,但實際上履帶傳動系統也是履帶起重機的一重要組成部,是不能不考慮的,在工程實際中常根據經驗來確定履帶預張緊力,履帶預張緊力對高速履帶車輛的振動特性影響不得而知。本文基于用多體動力學軟件RecurDyn建立了某型液壓式履帶履帶起重機行走系統的剛柔實體模型、路面模型和履帶模型,探討了履帶預張緊力對某型履帶履帶起重機振動特性的影響。

1 履帶張緊力的分析

履帶車輛的履帶需要一定的預張力，主要是為了減小履帶車輛脫帶的概率，減少振動、跳動，但預緊力過大會導致主動輪和履帶磨損劇烈。對于后驅動履帶車輛，主動輪上支端和斜支端受力如圖1所示。

圖1 主動輪斜支端履帶動張緊力

主動輪上支端履帶張緊力

F1=F0+FC

（1）

主動輪上斜支端履帶張緊力

F2=F+F0+FC

（2）

式中,FC為離心張緊力;F0預張力為;履帶預張力可以通過弦垂線方程獲得。

工作張緊力

F=M/R（3）

式中，M為主動輪力矩，R為主動輪分度圓半徑。

考慮履帶與負重輪、誘導輪、主動輪以及履帶鏈接件的摩擦力的影響，引入影響系數Kd，則離心張緊力為：

式中：m為單塊履帶板的質量；v為履帶速度 （km/h）；lg單塊履帶板長；Kd=0.5用于托帶輪的行動裝置；Kd=2，用于無托帶輪行動裝置和有預扭力的履帶。

以上對履帶張緊力的分布做簡化分析，在實際履帶車輛中，由于路面不平度和履帶與地面間的摩擦力的影響，導致履帶斜支端履帶動張緊力并不是預張緊力、離心張緊力和工作張緊力的簡單相加。

2 多體動力學仿真模型模型的建立

某型液壓式履帶履帶起重機行走系統包括H型梁和兩個履帶子系統。車身系統包括H型梁、主動輪、誘導輪、托帶輪、負重輪、履帶張緊裝置等。

H型梁利用有限元軟件ANSYS進行柔性化處理，履帶架采用剛體建模，采用彈簧單元模擬張緊裝置[]。H型梁與履帶架采用固定約束、誘導輪與履帶架采用移動約束，主動輪、托帶輪、負重輪分別與履帶架建立轉動約束。基于RecurDyn/Track LM建立某型液壓式履帶履帶起重機行走系統多體動力學模型。

3 仿真結果

該履帶行走系統分別以車重的6%、8%、10%、12%、14%的預力張緊力在特定路面行走,仿真計算得到了回轉中心處振動加速度信號和張緊力動態變化曲線。圖2為履帶張緊力為車重%8時的行走過程中張緊力的動態變化過程。

圖2 %8履帶張緊力動態變化曲線

表1 回轉中心處縱向/垂向/橫向振動加速度

回轉中心處垂直、橫向和縱向振動加速度的平均值、標準差、有效值的分別如表1，回轉中心處垂直方向振動加速度的有效值隨預張緊力的變化。

由6%、8%、10%、12%和14%的履帶預張緊力在特定路面行駛時的仿真結果可以看出,回轉中心處縱向振動加速度、垂向振動加速度和橫向振動加速度的三方向合加速度有效值隨預張力的增加而呈遞增趨勢,說明履帶預張緊力的增加會使駕回轉中心處的振動加劇。說明以相同的車速在同一路面行駛時,履帶預張緊力的增加會使車體振動加劇。由于履帶最小張緊力出現在主動輪處的上支端,導致上支端振幅較大,如果此時車輛非直線行駛時,在側向力的作用下很容易在主動輪處脫帶。從減小履帶脫帶的概率來看,履帶預張緊力越大越好;從減小履帶磨損來看,顯然履帶預張緊力越小越好,因此,綜合考慮以上因素該車履帶預張緊力取8%左右較合適,這與該車實際取車重的7.5%作為履帶預張緊力較吻合。

4 結論

履帶結構和張緊力等對車輛的動力性起著很重要的作用,直接影響履帶的脫落、動力傳遞效率、振動、噪聲、履帶的壽命和整車的振動等。通過仿真分析可知,履帶預張緊力的增加會回轉中心出振動加劇，對回轉支承的壽命會有很大的影響。因此，履帶預張緊力確定需要綜合考慮履帶脫落和磨損等因素,對于該車型履帶車輛履帶預張緊力取車重的8%左右比較合適。

［1］焦曉娟,等.RecurDyn多體系統優化仿真技術[M].北京:清華大學出版社,2010.

［2］韓雪海，等.履帶車輛行駛力學[M].北京:國防工業出版社，1989.

［3］韓寶坤,等.履帶車輛的履帶模型與分析[J].系統仿真學報,2003,15(2):1774-1777.

［4］王欣，等.基于剛柔耦合的履帶起重機虛擬樣機建模技術[J].中國工程機械學報，2007，5(1):26-31.