履带推土机行走系统与终传动载荷分配研究

发布时间：2019-04-27 10:17

【摘要】：履带推土机应用广泛，在国民经济建设中起着至关重要的作用。行走系统和终传动是履带推土机的重要组成部分，它们结构和性能的优劣直接影响着履带推土机的整机性能。工程实践中，某系列履带推土机在使用过程中已经有多套终传动发生破坏失效。本文对此问题进行力学分析和强度校核后发现，履带推土机终传动其它零部件强度足够，只有大齿圈轮毂和半轴的强度校核困难，无法进一步分析失效原因，是工程上亟待解决的问题。解决终传动破坏失效问题的瓶颈在于履带推土机行走系统传递给终传动的载荷在大齿圈轮毂和半轴之间的分配比例难以确定，因此研究履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题是解决该问题的关键。本文结合国家科技部国际科技合作项目“引进军民两用全地形全天候水陆多用途运输车辆关键技术”（No.2009DFR80010）和校企合作项目“某系列履带推土机行走及终传动分析”，对履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题展开研究。本文系统地论述了履带推土机行走系统与终传动载荷分配研究的背景和意义，详细分析了履带推土机行走系统与终传动的主要结构和运动原理，在此基础上发现，履带推土机终传动大齿圈轮毂和半轴中间传递载荷的零部件可以看作是固连在一起的整体刚性体，因此终传动大齿圈轮毂和半轴在同一位置的变形保持一致，由此提出载荷分配的力学分析模型。同时，根据梁纯弯曲时中性层曲率相等的规律，建立了履带推土机行走系统与终传动载荷分配-刚度分配法简单数学模型；综合运用过盈接触超静定结构的变形协调条件和能量法之单位载荷法以及莫尔积分图形互乘法，，建立了载荷分配-变形协调法精确数学模型。行走系统与终传动载荷分配数学模型的建立弥补了国内外对履带推土机行走系统与终传动载荷分配研究的不足，解决了工程实践中关于终传动失效和终传动优化设计的难题。为了进一步研究履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题和验证载荷分配数学模型的正确性，本文进行了虚拟样机仿真分析。首先利用RecurDyn多体动力学仿真分析提取行走系统传递给终传动的载荷，再添加到ProE/Mechanica有限元分析软件中，利用已经提取的载荷以及其他已知条件进行有限元仿真分析，得出终传动大齿圈轮毂和半轴所受的应力和应变，进而与理论计算结果进行了对比分析，验证数学模型的正确性。同时为解决履带推土机载荷分配问题提供了虚拟样机模型以及联合仿真分析方法。为了进一步验证所建立履带推土机行走系统与终传动载荷分配数学模型以及虚拟样机仿真分析模型的可靠性和正确性，进行了履带推土机应力测试实车实验。对各工况下得到的实验数据用nSoft软件进行了合理的数据处理和分析，并计算得出终传动半轴所受的应力，进而与理论和仿真结果进行了对比分析，对比结果显示，履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题理论、仿真和实验方法得到的结果基本一致，验证了载荷分配数学模型和虚拟样机仿真分析模型的正确性和可靠性。从而为工程实践中解决履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题提供了两种可参考的理论计算方法、一种可靠的虚拟样机仿真分析方法和一种切实可行的载荷分配应力应变测试实验方法。本文对行走系统与终传动载荷分配的数学模型、虚拟样机仿真模型以及实车实验结果进行了更加全面、系统的分析，利用履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题的数学模型及虚拟样机模型计算结果发现，终传动大齿圈轮毂的安全系数过低，极易导致终传动破坏失效，因此对大齿圈轮毂进行了改进优化设计，使得改进后的履带推土机终传动结构更加合理，未再发现失效破坏现象。研究结果证明终传动大齿圈轮毂和半轴的载荷分配主要与二者的刚度相关，由此总结出履带推土机行走系统与终传动配合设计准则，设计人员设计履带车辆时，可以从传递载荷机制角度考虑问题来设计履带车辆零部件的刚度，使得履带车辆结构更加合理。履带推土机行走系统与终传动载荷分配问题的解决为终传动的改进和优化提供了理论基础，对工程车辆载荷分配问题的解决具有重要的指导意义。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU623.5

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