王亞飛

摘要： 履帶式挖裝機(jī)行駛至工作地點(diǎn)時(shí)，可能會(huì)遇到高低不平的路況，車身呈傾斜狀，若在傾斜時(shí)進(jìn)行挖掘工作，行走裝置可能會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，容易影響駕駛員的操作，降低工作效率。為了檢驗(yàn)履帶式挖裝機(jī)在遇到斜坡路面時(shí)其行駛和工作的穩(wěn)定性，本次仿真實(shí)驗(yàn)利用動(dòng)力學(xué)軟件Recurdyn，選擇2種類型路面對(duì)某型號(hào)挖裝機(jī)進(jìn)行斜坡仿真檢驗(yàn)，結(jié)果表明無論哪種情況，該履帶式挖裝機(jī)模型都能具有良好的穩(wěn)定性。

Abstract： When the crawler excavator and loader travels to the working place， it may encounter uneven road conditions and the body is inclined. If the excavation is carried out when it is inclined， the traveling device may slip， which is easy to affect the driver's operation and reduce the work efficiency. In order to test the driving and working stability of the crawler excavator and loader when encountering the slope road， this simulation experiment uses the dynamics software RecurDyn to select two types of roads to carry out the slope simulation test of a certain type of excavator and loader. The results show that the crawler excavator and loader model can have good stability in either case.

關(guān)鍵詞： Recurdyn;履帶式挖裝機(jī);斜坡;動(dòng)力學(xué)仿真

Key words： Recurdyn;crawler loader;slope;dynamic simulation

中圖分類號(hào)：TH113????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0066-02

0? 引言

履帶式挖裝機(jī)屬于挖掘類機(jī)械，體型較大，根據(jù)具體型號(hào)可用于煤礦開采、煤礦出渣、隧道開采等，常在狹窄的環(huán)境中行駛和工作，對(duì)穩(wěn)定性的要求較高[1]。實(shí)際行駛時(shí)挖裝機(jī)常會(huì)遇到斜坡工況，駕駛員駕駛挖裝機(jī)進(jìn)行挖掘工作前，常需行駛過一定角度的斜坡然后在傾斜狀態(tài)下進(jìn)行挖掘工作，可能會(huì)產(chǎn)生輕微滑移影響駕駛員操作[2]，因此需要保證挖裝機(jī)的穩(wěn)定性從而提高挖掘效率。

影響履帶式挖裝機(jī)行駛穩(wěn)定性的因素有重心位置、履帶接地長(zhǎng)寬比、懸掛、預(yù)張緊力等。影響斜坡工作穩(wěn)定性的因素有挖掘載荷，機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)速度、土壤參數(shù)、履帶板類型、接地比壓、斜坡角度等[3]。本次實(shí)驗(yàn)所用仿真軟件為Recurdyn，首先進(jìn)行了機(jī)體動(dòng)力學(xué)建模和路面建模[4-5]，然后進(jìn)行了軟斜坡、硬斜坡兩種類型爬坡和斜坡工作仿真。

1? 仿真模型的建立

該履帶式挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的建立分為兩個(gè)步驟，首先是在Solidworks中繪制外部三維模型，然后在聯(lián)合Recurdyn進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的建立。

履帶式挖裝機(jī)的車輛外部模型可以通過Pro-E、UG、Solidwork或者Recurdyn建立，本文所使用的建模軟件是Solidworks，所建外部模型組成包括運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、駕駛艙、挖掘機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、駕駛室、行走架等，由于螺母、墊片、墊圈等細(xì)小零件對(duì)仿真影響很小，為了方便約束的添加，本次仿真未將這些細(xì)小零件畫出，在三維模型繪制完成后將其導(dǎo)入至Recurdyn中。

動(dòng)力學(xué)模型的建立包括挖裝機(jī)模型和路面兩種建立。挖裝機(jī)模型主要由挖臂模型建立和行走系統(tǒng)模型建立組成，建模過程中不僅需要對(duì)挖臂中各個(gè)油缸添加驅(qū)動(dòng)函數(shù)和運(yùn)動(dòng)副，還需添加相應(yīng)的載荷。對(duì)行走系統(tǒng)建模時(shí)需對(duì)承重輪、履帶、拖輪、引導(dǎo)輪、支架進(jìn)行相應(yīng)的約束、驅(qū)動(dòng)函數(shù)、摩擦系數(shù)設(shè)置。Recurdyn中路面模型分為軟、硬兩種，需要設(shè)置地面參數(shù)和履帶與地面的接觸參數(shù)，最后經(jīng)調(diào)試將挖裝機(jī)模型與路面模型聯(lián)立起來，至此完成動(dòng)力學(xué)模型的建立。

2? 仿真實(shí)驗(yàn)

由于該挖裝機(jī)輸送機(jī)構(gòu)較長(zhǎng)，為了避免其前后兩端與斜坡碰撞，斜坡的坡度、土壤的沉陷指數(shù)、履帶車靜止時(shí)下落的高度都應(yīng)設(shè)置在合理范圍之內(nèi)。本次仿真設(shè)置的地面坡角為10°，履帶式挖裝機(jī)爬斜坡時(shí)關(guān)鍵階段如圖1所示。

車輛在硬斜坡行駛時(shí)，重心位置與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)車輛行駛至6s以后，挖裝機(jī)前端開始接觸斜坡，此時(shí)重心產(chǎn)生了較小的變化，當(dāng)車輛整體爬上斜坡時(shí)，重心的抖動(dòng)開始停止且大小隨的爬坡的進(jìn)行呈線性的增加，隨后車輛開始在斜坡上穩(wěn)定行駛。當(dāng)車輛行駛至第42s左右時(shí)，履帶前端開始脫離斜坡，由于車身重心仍位于斜坡之上，因此履帶車?yán)^續(xù)保持斜坡行駛狀態(tài)直至重心位于斜坡頂端，此過程重心依舊穩(wěn)定變化。當(dāng)行駛至50s時(shí)，受重心位置及重力作用影響，車輛從高處落下，由此產(chǎn)生稍大的抖動(dòng)，但隨后便立即恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。

由上述實(shí)驗(yàn)分析可得，硬路面仿真時(shí)，履帶式挖裝機(jī)機(jī)體的重心在爬坡前后的直行階段都能夠保持穩(wěn)定，而在爬坡的初始階段和最終階段都會(huì)產(chǎn)生較小的位移變化，在爬坡過程中車輛穩(wěn)定行駛，車輛在最高點(diǎn)落下后也能夠保持穩(wěn)定行駛，因此，硬路面下的斜坡仿真良好且滿足檢驗(yàn)要求。

當(dāng)考慮土壤沉陷時(shí)，軟斜坡工況下機(jī)體重心位置與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖3所示。

從圖中可以看出，挖裝機(jī)在軟硬兩種不同路面下仿真時(shí)，機(jī)體的重心振動(dòng)情況有些許不同。軟路面斜坡測(cè)試時(shí)，由于考慮了土壤沉陷，仿真開始時(shí)履帶車從高處落到地面上，機(jī)體的重心并沒有產(chǎn)生明顯的變化，這是因?yàn)榇藭r(shí)的履帶有一部分陷入了土壤中，較為松軟的土壤對(duì)履帶車進(jìn)行減震，起了阻尼的作用。同樣與硬路面仿真不同，在爬坡的初始階段和最終點(diǎn)高處落下階段也未產(chǎn)生明顯的重心位移變化。因此，由上述實(shí)驗(yàn)分析可得，考慮土壤沉陷時(shí)，斜坡行駛的穩(wěn)定性也滿足檢驗(yàn)要求。

斜坡工況下機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程截圖如圖4所示。

履帶式挖裝機(jī)在兩種路面進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)，該挖裝機(jī)機(jī)體重心位置在豎直方向的變化分別如圖5和圖6所示。

從圖5、圖6可以看出，挖裝機(jī)在初始時(shí)從Y軸坐標(biāo)-205處開始落到斜坡上，之后機(jī)械臂開始工作。最開始落地時(shí)重心稍有變化，在仿真結(jié)束段，軟斜坡時(shí)重心Y軸坐標(biāo)約為-350，硬斜坡為約為-280，兩者有所偏差，這是因?yàn)檐浶逼峦寥莱料輰?dǎo)致了重心位置變化。因此，無論是在哪種斜路面工作，在之后的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中，車輛重心在Y方向幾乎保持不變，車輛始終能夠保持平穩(wěn)。

3? 總結(jié)

通過兩種類型的路面仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該模型無論是爬坡還是工作、無論地面類型如何，履帶式挖裝機(jī)都能始終能保持平穩(wěn)，斜坡仿真檢驗(yàn)滿足預(yù)計(jì)的使用要求。

參考文獻(xiàn)：

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