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履带行走装置故障特征提取与监测分析

履带行走装置故障特征提取与监测分析

作者：苏龙飞太原科技大学

学位级别：硕士

履带车辆由于其良好的附着性能和爬坡跨沟能力,在煤矿、农业、工程机械和建筑业等领域得到广泛应用。由于履带行走装置经常工作在凹凸不平的路面,工作条件恶劣,承受较大的冲击载荷,使得驱动轮、履带板、销轴和减速箱轮齿等很容易发生磨... 详细信息

履带车辆由于其良好的附着性能和爬坡跨沟能力,在煤矿、农业、工程机械和建筑业等领域得到广泛应用。由于履带行走装置经常工作在凹凸不平的路面,工作条件恶劣,承受较大的冲击载荷,使得驱动轮、履带板、销轴和减速箱轮齿等很容易发生磨损、裂纹和断裂,而行走装置一旦发生故障,往往会影响正常的生产作业,甚至会引发严重事故。因此,对履带行走装置进行有效监测,根据设备运行状态进行故障的早期识别就变得尤为重要。基于此,本文以实验室小型履带车为研究对象,对其行走装置展开理论、仿真与试验的故障诊断研究,对于保证履带行走装置的工作可靠性具有积极意义。首先运用Solidworks和Recur Dyn联合建立履带行走装置的多体动力学模型,利用ANSYS对车体架进行柔性化处理,建立含有驱动轮断齿故障的履带行走装置刚柔耦合模型,提取车体架内侧、横梁及减速器外壳对应节点处的加速度模拟车体架的振动情况。驱动轮断齿状态下对动力传输和车体架振动的影响较小,对车体架的振动冲击较弱,从而导致断齿信号难以提取,针对此问题应用小波包和倒频谱分析的方法进行故障特征提取,通过小波包分析得到故障部位的啮合频率范围,通过倒频谱分析获取故障部位的旋转频率。分析表明,在驱动轮断齿状态下,频谱图在啮合频率14Hz及高次谐频处信号幅值明显增大,倒频谱图中在多处存在凸峰的倒频率换算成频率后与驱动轮转速频率或倍频比较接近,小波包能量谱图中在第一频段的能量明显增大,而啮合频率和驱动轮的转频正好位于该频段。其次建立行走减速器齿轮传动系统仿真模型,对第三级齿轮啮合对主动轮模拟裂纹、1/2断齿、全断齿故障,结合Hertz接触碰撞理论的齿轮啮合传动计算方法,在ADAMS中对减速器齿轮传动系统进行动力学仿真。结果表明,在故障工况下啮合力在时域上有明显的周期性冲击,且随着裂纹、1/2断齿、全断齿故障程度的增加,啮合力冲击幅值增大,在频域上不仅出现啮合频率,而且在啮合频率及其倍频处出现以故障频率为边频带的故障特征,且边频带幅值随着裂纹、1/2断齿、全断齿故障程度的增加而增大。最后在实验室对小型履带车展开正常和故障状态的路面振动测试。通过对测试振动信号的故障复合诊断特征提取,并对比仿真分析结果,发现测试与仿真的信号特征有着较好的一致性,从而验证了履带行走装置故障建模仿真的合理性。针对试验采集的振动信号,运用基于隐马尔科夫模型的状态识别方法,对履带行走装置在不同运行状态下的振动信号进行分析识别。该方法利用小波包分解求出在不同频带节点上的能量分布百分比作为HMM的输入特征向量,建立包含驱动轮正常、断齿两种运行状态的HMM模型库,然后把待测样本输入到模型库中,分别测试其匹配结果,依据最大似然对数值对运行状态进行识别。结果表明,该方法状态识别结果良好,识别率高达90%,基于HMM的诊断方法对驱动轮正常、断齿这两种状态的分类取得了比较理想的效果。本论文有关对履带行走装置动力学建模及数值模拟、履带行走装置故障复合诊断、行走减速器故障仿真分析、履带行走装置典型故障试验和基于隐马尔科夫模型的履带行走装置状态识别的研究,对履带行走装置故障诊断与状态监测具有一定的参考价值。

关键词：履带行走装置特征提取故障复合诊断试验隐马尔科夫模型

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履带行走装置接地比压分布特性研究

履带行走装置接地比压分布特性研究

作者：刘泽坤太原科技大学

学位级别：硕士

当今重型设备正朝着大型化方向发展,履带装置接地比压也随之增加。当履带行走装置接地比压超过地基承载能力时,可能造成地基不均匀沉降,甚至是压溃,从而导致整机倾斜,甚至是倾覆,极具安全隐患。因此对履带行走装置接地比压分布特性研究... 详细信息

当今重型设备正朝着大型化方向发展,履带装置接地比压也随之增加。当履带行走装置接地比压超过地基承载能力时,可能造成地基不均匀沉降,甚至是压溃,从而导致整机倾斜,甚至是倾覆,极具安全隐患。因此对履带行走装置接地比压分布特性研究具有很大意义。本文以排岩机为例,建立接地比压分布数学模型,研究设备自身参数以及地基参数对接地比压的影响规律。主要研究内容如下:(1)在对履带行走装置接地比压确定方法进行研究基础之上,假设履带行走装置为刚性、地基为柔性,建立了平均接地比压数学模型。进一步考虑重心变化的影响,建立了接地比压二维及三维线性分布数学模型。(2)建立排岩机整机有限元模型。通过ANSYS Workbench软件,仿真得到排岩机履带行走装置接地比压分布情况。探讨了履带行走装置支重轮个数、半径、厚度以及地基参数对接地比压分布的影响规律:增加支重轮数量可降低排岩机履带行走装置接地比压最大值,并可提高接地比压分布均匀性,同时通过分析得到排岩机履带行走装置最佳支重轮个数为9;仿真结果显示,排岩机履带行走装置支重轮半径、厚度对接地比压影响不大;在地基不发生较大变形的前提下,地基杨氏模量及泊松比对接地比压数值影响较大。(3)针对目前接地比压分布不均匀问题,基于Solid Works、MATLAB软件,研究了重心空间坐标值随排岩机姿态(与其受料臂旋转角度、排料臂上仰角度及车体回转支承旋转角度)的变化规律,并对数据进行了拟合。进一步通过ANSYS仿真,对接地比压进行验证,最大误差为5.6%,验证了所建模型的正确性。研究分析了接地比压随受料臂旋转角度、排料臂上仰角度、排岩机车体回转支承旋转角度的变化趋势。(4)建立接地比压动态分布数学模型。基于MATLAB软件,通过数值计算,得到履带行走装置不同时刻接地比压大小。为验证所建动态数学模型正确性,在Solid Works软件建立履带行走装置三维数字样机模型,通过Recur Dyn软件,计算获取履带行走装置动态接地比压数值。研究分析了接地比压动态分布随支重轮间距、支重轮个数、履带板宽度、张紧力大小、驱动力大小的变化趋势。结果表明:以某型排岩机为例,支重轮间距增加200 mm,接地比压最大值增大0.064 MPa;支重轮个数增加2,接地比压最大值减小0.085 MPa;履带板宽度增加60 mm,接地比压最大值减小0.053 MPa;张紧力增大,接地比压最大值减小;并且排岩机的驱动力变化对接地比压分布影响较小,可忽略不计。本文研究成果可为各种履带行走设备整机设计提供一定的理论依据。同时,也可为不同工作地基的处理提供一定的参考。

关键词：排岩机履带行走装置接地比压分布数值计算

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履带行走装置若干问题的研究与计算

履带行走装置若干问题的研究与计算

作者：赵宁东北大学

学位级别：硕士

履带行走装置已经广泛的应用于军事车辆及工程机械。履带行走装置作为车辆的承重和行驶底盘,是车辆的重要组成部分之一。履带行走装置的性能优劣关系到车辆的工作性能和行走性能。设计时要求行走装置工作可靠,能保证整台机器具有良好的... 详细信息

履带行走装置已经广泛的应用于军事车辆及工程机械。履带行走装置作为车辆的承重和行驶底盘,是车辆的重要组成部分之一。履带行走装置的性能优劣关系到车辆的工作性能和行走性能。设计时要求行走装置工作可靠,能保证整台机器具有良好的稳定性,对地面的比压小,有良好的通过性和机动性。因此,对履带行走装置进行研究显得尤为重要和突出。在阐述履带行走机构的工作原理的基础上,分析了行走机构各部件结构形式和选择依据,剖析并比较了传动系统的传动型式和布置方式的特点;并根据履带行走机构的实际工作特点,应用履带行驶理论计算出行走系统的力能参数;为设计提供可靠依据。研究确定出重心偏移不同情况下履带接地比压的计算表达式,根据履带接地比压的分析得出的履带接地平面核心域,给出重心偏移的最大值。分析影响履带沉陷深度的各种因素及履带接地比压与沉陷深度的关系,为了保证机器的通过性,建议既考虑接地比压又要考虑沉陷深度。在以上分析和研究的基础上,根据某样机的实际工作特点和相关理论,针对不同的行驶工况根据履带支反力分布与比压分布相似的原则,提出履带边缘最大压力的计算式,首次将力学的三弯矩方程用于求履带各支承轮的支反力。为履带架在各种工况下的强度计算提供依据。

关键词：履带行走装置接地比压沉陷深度三弯矩方程

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一种可变形履带行走装置的设计

湖南农业大学学报（自然科学版） 2015年第1期41卷 99-103页

作者：刘大为谢方平李旭湖南农业大学工学院湖南长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心湖南长沙410128

针对微型履带车辆在丘陵山区崎岖路面和坡地作业时存在稳定性减弱、爬坡性能变差等问题,提出了一种采用三连杆运动变形机构,由固定在行走架上的液压缸驱动变形机构变形,使得行走架在一定角度范围内处于水平的可变形履带行走装置设计方... 详细信息

针对微型履带车辆在丘陵山区崎岖路面和坡地作业时存在稳定性减弱、爬坡性能变差等问题,提出了一种采用三连杆运动变形机构,由固定在行走架上的液压缸驱动变形机构变形,使得行走架在一定角度范围内处于水平的可变形履带行走装置设计方案。通过对变形机构的自由度计算和可变形履带行走装置的数学建模,分析了平衡状态下变形杆件的受力情况和机构的变形性能,确定了变形角度与构件之间的相对关系,以及坡地行驶过程中,变形与未变形状态下履带车辆的垂直越障和爬坡性能。结果表明:可变形履带行走装置可实现28°以下坡度自适应;变形后,能够提升车辆在坡地作业时3°左右的爬坡性能,但减弱了垂直越障能力。

关键词：履带行走装置变形关系越障

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排土机履带行走装置加工制作要点

煤矿机械 2013年第9期34卷 138-140页

作者：王素妮华电重工机械有限公司天津300409

剖析了排土机履带行走装置各重要零件工艺要点,总结了制作过程中重点控制的细节,为保证整机平稳运行奠定基础。

关键词：履带行走装置门架平衡梁履带架履带板履带节同轴度对称度

移动式破碎站履带行走装置刚柔耦合动力学研究

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移动式破碎站履带行走装置刚柔耦合动力学研究

作者：杨航宇吉林大学

学位级别：硕士

本论文在国家高技术研究发展计划（863计划）项目“大型露天矿采矿技术与装备”（No.2012AA062002）的资助下开展研究。对移动式破碎站履带行走装置进行了研究，通过将履带架柔性化的刚柔耦合动力学分析，得到了四种工况下履带架动态的... 详细信息

本论文在国家高技术研究发展计划（863计划）项目“大型露天矿采矿技术与装备”（No.2012AA062002）的资助下开展研究。对移动式破碎站履带行走装置进行了研究，通过将履带架柔性化的刚柔耦合动力学分析，得到了四种工况下履带架动态的位移云图、应力云图和履带行走装置的驱动转矩，通过对云图的分析，得出了各工况下的履带架应力较大的危险区域;提出了标准化的履带行走装置驱动轮、支重轮、履带板和导向轮强度分析方法。通过查阅国内外相关文献，阐述了履带行走装置国内外研究现状，介绍了移动式破碎站对提高矿产资源开采效率的重要作用，对履带行走装置的研究方法进行了总结和对比，分析了各研究方法的优缺点，基于移动式破碎站承载的复杂性，提出了用刚柔耦合动力学分析方法对其履带行走装置进行分析。理论计算得出了在平路直行和坡路直行工况下履带行走装置的驱动转矩并通过解析法计算了平衡梁和支重轮所受载荷情况，为下一步的分析提供支持。基于多体动力学仿真软件RecurDyn和有限元分析软件ANSYS创建了以履带架为柔性体的移动式破碎站履带行走装置的刚柔耦合动力学模型，模拟平路直行、坡路直行、原地转向和单边制动转向四种运行工况，得到了四种工况下履带架动态位移、应力云图和驱动转矩，分析并解释结果产生的原因。对失效会直接影响机器的正常运行的部件——驱动轮、支重轮、履带板和导向轮进行强度分析以验证其强度是否满足要求。将关键部件的有限元分析步骤进行总结，将其作为移动式破碎站履带行走装置关键部件强度分析的标准化方法，为以后的设计和制造提供了参考。所得结论表明，文中所用的刚柔耦合动力学分析方法和标准化的履带行走装置关键部件强度分析方法能够得出所需的结果，可以为研究人员研究履带行走装置提供参考。

关键词：移动式破碎站履带行走装置刚柔耦合动力学有限单元法

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矿用挖掘机履带行走装置的动力学行为分析

矿业研究与开发 2018年第6期38卷 119-123页

作者：王余滨李秀红任家骏李爱峰太原理工大学机械工程学院山西太原030024 太原重工股份有限公司山西太原030024

将UG中建立的WK-75型矿用挖掘机各部件模型导入RecurDyn多体动力学软件中,建立履带行走装置动力学模型。通过对行走装置的动力学分析,确定其危险工况,并对危险工况下的主要部件进行了分析。结果表明,原地转向时驱动功率过载时间长,应尽... 详细信息

将UG中建立的WK-75型矿用挖掘机各部件模型导入RecurDyn多体动力学软件中,建立履带行走装置动力学模型。通过对行走装置的动力学分析,确定其危险工况,并对危险工况下的主要部件进行了分析。结果表明,原地转向时驱动功率过载时间长,应尽量避免此工况,最大坡道行驶时,速度不应超过0.83km/h;支重轮轴的危险位置出现在两端,强度满足要求,但易发生疲劳破坏。研究结果可为优化传动系统和分析支重轮轴、套筒等部件的疲劳寿命提供了一定的参考。

关键词：矿用挖掘机履带行走装置驱动力矩支重轮动力学分析

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排岩机履带行走装置接地比压分布规律研究

机械设计与制造 2024年第4期398卷 12-16页

作者：燕碧娟刘泽坤王志霞寇保福太原科技大学机械工程学院山西太原030024

针对目前接地比压分布不均匀问题,本文以排岩机为例,建立了履带行走装置接地比压计算数学模型。基于Solidworks、MATLAB软件,对排岩机重心空间坐标值与其受料臂旋转角度、排料臂上仰角度及车体回转支承旋转角度进行了拟合。进一步通过AN... 详细信息

针对目前接地比压分布不均匀问题,本文以排岩机为例,建立了履带行走装置接地比压计算数学模型。基于Solidworks、MATLAB软件,对排岩机重心空间坐标值与其受料臂旋转角度、排料臂上仰角度及车体回转支承旋转角度进行了拟合。进一步通过ANSYS Workbench仿真软件,证明了所建接地比压计算模型的正确性。研究分析了接地比压随受料臂旋转角度、排料臂上仰角度、排岩机车体回转支承旋转角度的变化趋势。这里研究成果可为各种履带行走设备整机的设计及其工作地基的处理提供一定的参考。

关键词：排岩机履带行走装置接地比压分布重心偏移

大型静定履带行走装置履带架强度有限元分析研究

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大型静定履带行走装置履带架强度有限元分析研究

作者：鲁振吉林大学

学位级别：硕士

随着我国经济发展,生产规模不断扩大,在矿山、大坝、电厂、公路和铁路建设以及建筑等行业的生产作业中,移动式破碎站、斗轮挖掘机、起重机及排土机等重型机械有着广泛的应用,随着规模的扩大,这些机械小到几百吨,大到数千吨,乃至于上万吨... 详细信息

随着我国经济发展,生产规模不断扩大,在矿山、大坝、电厂、公路和铁路建设以及建筑等行业的生产作业中,移动式破碎站、斗轮挖掘机、起重机及排土机等重型机械有着广泛的应用,随着规模的扩大,这些机械小到几百吨,大到数千吨,乃至于上万吨,为了满足发展的需要,保持其稳定性及承载能力,一般采用大型履带行走装置。履带行走装置是整个履带机械的支承部分,它承受着机械的自重及工作时受到的外力,保证履带车辆能够稳定的在地面上行走及作业。其中履带架是履带行走机构的主要组成部件,底座将受到的重力载荷和力矩传递到履带架上,因此其结构的强度直接影响履带机械的工作性能。由于履带车辆的应用越来越广泛及其需求的扩大,所以深入研究履带架结构是目前我国各大企业在工程机械设计制造工作中所面临的重要课题。使用现代设计方法——有限单元法进行研究分析设计是我国各研究生产企业自主创新设计的一种有效方法。本文以有限单元法为基本分析方法,以大型静定履带行走装置履带架为主要研究对象,分析了大型静定履带行走装置的工作原理,并结合某公司履带式移动破碎站匀速直线行驶、爬坡行驶及转弯行驶三种工况,对大型静定履带行走装置履带架的受力特点、载荷计算及结构强度进行了分析研究。本文研究的主要工作内容如下: (1)在国内外相关参考文献基础上,介绍大型履带行走装置在国内外履带机械车辆中的应用现状及发展趋势,履带架的研究现状及研究方法,有限元理论方法在履带行走装置设计中的应用,我国在履带架结构设计中遇到的一些问题及解决方法。 (2)研究履带行走装置工作原理,讨论分析大型静定履带行走装置与其他类型履带行走装置的不同结构特点,并针对大型静定履带行走装置进行载荷分析及部分载荷的计算,在此基础上,结合履带式移动破碎站履带行走装置二维图纸,使用Solidworks三维建模软件,建立履带架三维模型。 (3)在不影响整体结构强度的情况下,对履带架模型简化处理后导入有限元分析软件ANSYS,在ANSYS中采用弹性壳单元SHELL 63对履带架箱体结构划分单元网格,并对履带架与驱动轮、导向轮及底座的连接等边界进行处理,从而得到履带架有限元分析模型。 (4)根据履带式移动破碎站工作特点,讨论危险工况,选定匀速直线行驶、爬坡行驶及单边制动转弯行驶三种工况,在不同的上部车重重心位置下对满载状态重1200吨的移动破碎站履带架进行载荷计算及有限元强度分析,分析各工况下履带架的变形情况、应力分布及大小,研究履带架各工况下结构强度问题,并根据有限元分析结果,对履带架提出了一些结构改进意见。 (5)对履带架进行动力学自由模态分析,提取其前十阶固有频率及振型,分析可能引起履带架产生共振的激振源,并对比判断是否会发生共振现象,对履带架结构改进及设计具有一定的指导意义。本文使用有限元理论方法对大型静定履带行走装置履带架进行分析研究,有助于了解履带架各部分变形及应力大小,解决履带架结构设计强度的不足等问题。在实际工作中,本文所用方法及研究内容也有利于提高产品开发效率,缩短产品设计周期,提高产品的性能及可靠程度,从而降低成本,提高效益。

关键词：履带行走装置履带架静定强度有限元