履帶起重機(jī)行走振動特性研究

高付強(qiáng) 鄧 樂

(1.河南理工大學(xué)，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(jī)行走過程中產(chǎn)生較大的沖擊振動，對回轉(zhuǎn)支承、履帶傳動系統(tǒng)等部件的使用壽命產(chǎn)生較大的影響。通常履帶起重機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮履帶傳動系統(tǒng)對整車性能的影響,但實(shí)際上履帶傳動系統(tǒng)也是履帶起重機(jī)的一重要組成部,是不能不考慮的,在工程實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定履帶預(yù)張緊力,履帶預(yù)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(xué)軟件RecurDyn建立了某型液壓式履帶履帶起重機(jī)行走系統(tǒng)的剛?cè)釋?shí)體模型、路面模型和履帶模型,探討了履帶預(yù)張緊力對某型履帶履帶起重機(jī)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(yù)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(yù)緊力過大會導(dǎo)致主動輪和履帶磨損劇烈。對于后驅(qū)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(yù)張力為;履帶預(yù)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(fù)重輪、誘導(dǎo)輪、主動輪以及履帶鏈接件的摩擦力的影響，引入影響系數(shù)Kd，則離心張緊力為：

式中：m為單塊履帶板的質(zhì)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(yù)扭力的履帶。

以上對履帶張緊力的分布做簡化分析，在實(shí)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(dǎo)致履帶斜支端履帶動張緊力并不是預(yù)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(xué)仿真模型模型的建立

某型液壓式履帶履帶起重機(jī)行走系統(tǒng)包括H型梁和兩個(gè)履帶子系統(tǒng)。車身系統(tǒng)包括H型梁、主動輪、誘導(dǎo)輪、托帶輪、負(fù)重輪、履帶張緊裝置等。

H型梁利用有限元軟件ANSYS進(jìn)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(dǎo)輪與履帶架采用移動約束，主動輪、托帶輪、負(fù)重輪分別與履帶架建立轉(zhuǎn)動約束?；赗ecurDyn/Track LM建立某型液壓式履帶履帶起重機(jī)行走系統(tǒng)多體動力學(xué)模型。

3 仿真結(jié)果

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

圖2 %8履帶張緊力動態(tài)變化曲線

表1 回轉(zhuǎn)中心處縱向/垂向/橫向振動加速度

回轉(zhuǎn)中心處垂直、橫向和縱向振動加速度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、有效值的分別如表1，回轉(zhuǎn)中心處垂直方向振動加速度的有效值隨預(yù)張緊力的變化。

由6%、8%、10%、12%和14%的履帶預(yù)張緊力在特定路面行駛時(shí)的仿真結(jié)果可以看出,回轉(zhuǎn)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(yù)張力的增加而呈遞增趨勢,說明履帶預(yù)張緊力的增加會使駕回轉(zhuǎn)中心處的振動加劇。說明以相同的車速在同一路面行駛時(shí),履帶預(yù)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(xiàn)在主動輪處的上支端,導(dǎo)致上支端振幅較大,如果此時(shí)車輛非直線行駛時(shí),在側(cè)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(yù)張緊力越大越好;從減小履帶磨損來看,顯然履帶預(yù)張緊力越小越好,因此,綜合考慮以上因素該車履帶預(yù)張緊力取8%左右較合適,這與該車實(shí)際取車重的7.5%作為履帶預(yù)張緊力較吻合。

4 結(jié)論

履帶結(jié)構(gòu)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(yù)張緊力的增加會回轉(zhuǎn)中心出振動加劇，對回轉(zhuǎn)支承的壽命會有很大的影響。因此，履帶預(yù)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(yù)張緊力取車重的8%左右比較合適。

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