摘要：为了分析不同工况下伸缩臂履带起重机的整机动态特性及带载行驶时伸缩臂系统性能，本文结合使用HyperMesh、RecurDyn软件分别建立了伸缩臂柔性体、伸缩臂履带起重机刚柔耦合动力学模型。验证动力学模型的准确性后，比较分析伸缩臂在刚性路面和三种不同柔性路面的动态特性，并分别确定伸缩臂在不同路面的动载系数。
关键词：伸缩臂履带起重机，刚柔耦合，柔性路面，动态特性，动载系数
一、研究背景及目的
伸缩臂履带起重机带载行驶时整机动态特性及伸缩臂动载系数的研究，对于优化伸缩臂系统的设计，提高起重机带载作业的安全性，扩大伸缩臂履带起重机的适用场景有着很大的价值。伸缩臂履带起重机在带载行驶过程中，影响伸缩臂性能的因素有：履带传动、路面激励、伸缩臂的约束方式。本文对25t 双缸绳排式伸缩臂履带起重机带载行驶时的动态特性和伸缩臂动载荷系数进行了分析。
二、建模过程
对于伸缩臂部分，采用 HyperMesh 对伸缩臂建立柔性体模型，柔性臂架模型如图 2所示。
使用 RecurDyn 进行建立起重机下车部分。使用 RecurDyn 的 LM 低速履带模块按照履带型号参数进行履带系统的建模，履带行走机构装配如所示。
将履带底盘以及其余下车主要部件的三维模型导入，在部件间设置运动副，完成履带起重机下车运动系统的建立，如图 4所示。
将柔性伸缩臂导入 RecurDyn ，在伸缩臂头部的销轴两侧分别与转台建立旋转副，在固定臂节与转台间建立变幅液压缸，并在变幅液压缸和固定臂节下侧中部建立旋转副，在变幅液压缸和转台间建立旋转副，即可完成伸缩臂的导入。
臂节与臂节之间需要建立接触，RecurDyn 中不支持通用有限元软件的接触单元，臂节间的接触使用 FFLEX 模块的 GEOSUR 为臂节间设置接触。本模型共有 28 对接触，为减少建立接触的时间，使用 eTemplate 模块进行二次开发。eTemplate 二次开发接触设置流程如图 5所示。
计算不同臂长下的钢丝绳长度，在RecurDyn 中建立直线并划分网格，Beam 截面属性选择 RecurDyn 的特殊截面，根据实际选择对该属性的直径以及转动惯量进行修改。将建立完成的不同长度的钢丝绳分别与不同臂长的伸缩臂连接，完成双缸绳排式伸缩臂履带起重机的整车建模如图6所示。
三、试验工况设计及试验结果
按照理论分析，变形最大的位置为臂尾，臂尾相对稳态的位移随时间的变化如图 9所示。
选取 13.5s 前后的伸缩臂的应力云图进行分析，如图 11所示。从图中可以看出：在 13.5s 前后伸缩臂的最大应力分别主要在臂节间的接触处来回变动，而并非是某一个位置的应力最大，这是因为臂节接触处的应力梯度大。
分析节点应力得到各工况下的动载系数，如图 14所示。伸缩臂在相同加速度下，随着臂长的增加，伸缩臂动载系数反而在减小，将该型伸缩臂履带起重机在刚性路面下的加速工况动载系数确定为1.20（加和求平均值得到）。随着速度的增大，伸缩臂动载系数在增大，刚性路面下该型伸缩臂履带起重机带载匀速行驶的动载系数为1.15。相同速度下，伸缩臂全缩时的路面类型对伸缩臂的动载系数影响不大，而随着伸长的增加，吊重的减小，动载系数在变大。急停工况下伸缩臂参考动载系数确定为1.20。
四、结论
通过对伸缩臂履带起重机建立刚柔耦合动力学模型，分析了某型起重机带载行驶工况的伸缩臂动态特性和动载系数，最终得出刚性路面按照标准速度匀速行驶工况下伸缩臂履带起重机的动载系数为 1.15，软土路面、加速、急停工况下伸缩臂履带起重机的动载系数为 1.20。
作者：贾晓杰
