履带起重机行走振动特性研究

高付强 邓 乐

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

0 引言

液压履带起重机行走过程中产生较大的冲击振动，对回转支承、履带传动系统等部件的使用寿命产生较大的影响。通常履带起重机设计时不考虑履带传动系统对整车性能的影响,但实际上履带传动系统也是履带起重机的一重要组成部,是不能不考虑的,在工程实际中常根据经验来确定履带预张紧力,履带预张紧力对高速履带车辆的振动特性影响不得而知。本文基于用多体动力学软件RecurDyn建立了某型液压式履带履带起重机行走系统的刚柔实体模型、路面模型和履带模型,探讨了履带预张紧力对某型履带履带起重机振动特性的影响。

1 履带张紧力的分析

履带车辆的履带需要一定的预张力，主要是为了减小履带车辆脱带的概率，减少振动、跳动，但预紧力过大会导致主动轮和履带磨损剧烈。对于后驱动履带车辆，主动轮上支端和斜支端受力如图1所示。

图1 主动轮斜支端履带动张紧力

主动轮上支端履带张紧力

F1=F0+FC

（1）

主动轮上斜支端履带张紧力

F2=F+F0+FC

（2）

式中,FC为离心张紧力;F0预张力为;履带预张力可以通过弦垂线方程获得。

工作张紧力

F=M/R（3）

式中，M为主动轮力矩，R为主动轮分度圆半径。

考虑履带与负重轮、诱导轮、主动轮以及履带链接件的摩擦力的影响，引入影响系数Kd，则离心张紧力为：

式中：m为单块履带板的质量；v为履带速度 （km/h）；lg单块履带板长；Kd=0.5用于托带轮的行动装置；Kd=2，用于无托带轮行动装置和有预扭力的履带。

以上对履带张紧力的分布做简化分析，在实际履带车辆中，由于路面不平度和履带与地面间的摩擦力的影响，导致履带斜支端履带动张紧力并不是预张紧力、离心张紧力和工作张紧力的简单相加。

2 多体动力学仿真模型模型的建立

某型液压式履带履带起重机行走系统包括H型梁和两个履带子系统。车身系统包括H型梁、主动轮、诱导轮、托带轮、负重轮、履带张紧装置等。

H型梁利用有限元软件ANSYS进行柔性化处理，履带架采用刚体建模，采用弹簧单元模拟张紧装置[]。H型梁与履带架采用固定约束、诱导轮与履带架采用移动约束，主动轮、托带轮、负重轮分别与履带架建立转动约束。基于RecurDyn/Track LM建立某型液压式履带履带起重机行走系统多体动力学模型。

3 仿真结果

该履带行走系统分别以车重的6%、8%、10%、12%、14%的预力张紧力在特定路面行走,仿真计算得到了回转中心处振动加速度信号和张紧力动态变化曲线。图2为履带张紧力为车重%8时的行走过程中张紧力的动态变化过程。

图2 %8履带张紧力动态变化曲线

表1 回转中心处纵向/垂向/横向振动加速度

回转中心处垂直、横向和纵向振动加速度的平均值、标准差、有效值的分别如表1，回转中心处垂直方向振动加速度的有效值随预张紧力的变化。

由6%、8%、10%、12%和14%的履带预张紧力在特定路面行驶时的仿真结果可以看出,回转中心处纵向振动加速度、垂向振动加速度和横向振动加速度的三方向合加速度有效值随预张力的增加而呈递增趋势,说明履带预张紧力的增加会使驾回转中心处的振动加剧。说明以相同的车速在同一路面行驶时,履带预张紧力的增加会使车体振动加剧。由于履带最小张紧力出现在主动轮处的上支端,导致上支端振幅较大,如果此时车辆非直线行驶时,在侧向力的作用下很容易在主动轮处脱带。从减小履带脱带的概率来看,履带预张紧力越大越好;从减小履带磨损来看,显然履带预张紧力越小越好,因此,综合考虑以上因素该车履带预张紧力取8%左右较合适,这与该车实际取车重的7.5%作为履带预张紧力较吻合。

4 结论

履带结构和张紧力等对车辆的动力性起着很重要的作用,直接影响履带的脱落、动力传递效率、振动、噪声、履带的寿命和整车的振动等。通过仿真分析可知,履带预张紧力的增加会回转中心出振动加剧，对回转支承的寿命会有很大的影响。因此，履带预张紧力确定需要综合考虑履带脱落和磨损等因素,对于该车型履带车辆履带预张紧力取车重的8%左右比较合适。

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