小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計方法的深度剖析與實踐一、引言1.1研究背景與意義隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，各類工程建設(shè)項目如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，小型液壓挖掘機作為一種關(guān)鍵的工程機械，在其中扮演著不可或缺的角色，廣泛應(yīng)用于水利工程、城市建設(shè)、道路交通以及農(nóng)田改造等眾多領(lǐng)域。其憑借自身小巧靈活的機身，能夠在狹窄空間內(nèi)自如作業(yè)，并且具備多功能多樣性和高效率的顯著特點，有效降低了人們的勞動強度，極大地提高了施工質(zhì)量與建設(shè)速度。在小型液壓挖掘機的整體結(jié)構(gòu)中，履帶行走裝置作為重要的支承部件，對整機性能有著直接且關(guān)鍵的影響。履帶式行走裝置之所以被廣泛應(yīng)用于小型液壓挖掘機，是因為它具有諸多突出優(yōu)勢。例如，其出色的接地性能使得挖掘機在作業(yè)時能夠更加平穩(wěn)地接觸地面，提供穩(wěn)定的支撐；強大的越障能力可讓挖掘機輕松跨越各種障礙物，適應(yīng)復(fù)雜多變的地形條件；良好的穩(wěn)定性則確保了挖掘機在作業(yè)過程中不會輕易發(fā)生傾斜或晃動，保障了作業(yè)的安全與高效。然而，當前履帶行走裝置的設(shè)計仍面臨著一系列嚴峻挑戰(zhàn)。在能耗方面，履帶行走裝置的能耗約占整個挖掘機能耗的30%，這無疑對提高挖掘機的經(jīng)濟性形成了較大阻礙；行走速度上，其通常較為緩慢，限制了挖掘機的作業(yè)效率，難以滿足一些對作業(yè)速度要求較高的工程場景；不同的工況，如泥濘濕地、崎嶇山地、堅硬巖石地等，對履帶行走裝置的性能要求各不相同，如何設(shè)計出能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況的行走裝置，成為了亟待解決的難題。傳統(tǒng)的履帶行走裝置設(shè)計方法，多依賴于經(jīng)驗和反復(fù)的試驗修改，這種方式不僅效率低下，而且難以保證設(shè)計的最優(yōu)性。在當今競爭激烈的市場環(huán)境下，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，客戶對于產(chǎn)品的個性化需求也日益增多，傳統(tǒng)設(shè)計方法已無法適應(yīng)挖掘機市場全球化、競爭激烈化、產(chǎn)品需求個性化和生產(chǎn)人性化的高要求。而參數(shù)化設(shè)計方法的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了新的思路和途徑。通過參數(shù)化設(shè)計，可以將履帶行走裝置的設(shè)計參數(shù)進行系統(tǒng)整合與優(yōu)化，建立起參數(shù)與模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。只需修改相關(guān)參數(shù)，就能快速生成不同規(guī)格和性能的設(shè)計方案，實現(xiàn)模型的自動生成。這不僅能夠大幅提高產(chǎn)品的開發(fā)效率，有效減少產(chǎn)品重新設(shè)計的次數(shù)，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，還能降低設(shè)計成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，使企業(yè)在市場競爭中占據(jù)更有利的地位。因此，研究小型液壓挖掘機履帶行走裝置的參數(shù)化設(shè)計方法具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀履帶式行走裝置的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀初，經(jīng)過上百年的發(fā)展，其在軍事、民用和工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國外在小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計方面起步較早，積累了豐富的經(jīng)驗和先進的技術(shù)。美國、日本、德國等發(fā)達國家的工程機械企業(yè)，如卡特彼勒、小松、利勃海爾等，憑借強大的研發(fā)實力和先進的制造技術(shù)，在履帶行走裝置的設(shè)計與制造上處于世界領(lǐng)先水平。他們在參數(shù)化設(shè)計過程中，高度重視理論研究與實際應(yīng)用的結(jié)合，運用先進的力學(xué)分析、材料科學(xué)等多學(xué)科知識，對行走裝置的結(jié)構(gòu)、性能進行深入研究。通過建立精確的數(shù)學(xué)模型和仿真分析，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，提高產(chǎn)品性能。例如，卡特彼勒公司利用先進的計算機輔助工程（CAE）技術(shù)，對履帶行走裝置的關(guān)鍵部件進行強度、剛度分析，在滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，降低材料成本和能耗。在國內(nèi)，隨著小型液壓挖掘機市場的快速發(fā)展，對履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計的研究也日益受到重視。眾多高校和科研機構(gòu)，如西南交通大學(xué)、吉林大學(xué)、中國工程機械研究院等，積極開展相關(guān)研究工作。西南交通大學(xué)的相關(guān)研究人員通過對小型液壓挖掘機履帶行走裝置性能參數(shù)的深入分析，結(jié)合市場上同類產(chǎn)品的參數(shù)統(tǒng)計與對比，總結(jié)出相關(guān)設(shè)計參數(shù)的理論計算方法和經(jīng)驗公式，為參數(shù)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。國內(nèi)企業(yè)在引進國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷進行消化吸收再創(chuàng)新，部分企業(yè)已經(jīng)取得了顯著的成果。徐工、三一重工、柳工等企業(yè)在履帶行走裝置的參數(shù)化設(shè)計與制造方面取得了一定的突破，產(chǎn)品性能和質(zhì)量不斷提高，逐漸縮小了與國外先進水平的差距。徐工通過自主研發(fā)的參數(shù)化設(shè)計軟件，實現(xiàn)了履帶行走裝置的快速設(shè)計與優(yōu)化，提高了產(chǎn)品的開發(fā)效率和市場競爭力。盡管國內(nèi)外在小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計方面取得了一定的成果，但目前仍存在一些不足之處。在能耗方面，雖然采取了一些優(yōu)化措施，但履帶行走裝置的能耗占整個挖掘機能耗的30%左右，仍然較高，如何進一步降低能耗，提高能源利用效率，仍是需要深入研究的問題。在行走速度上，現(xiàn)有履帶式行走裝置的行走速度通常較慢，限制了挖掘機的作業(yè)效率，研發(fā)能夠提高行走速度且保證穩(wěn)定性的行走裝置結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化方案，是當前研究的重點之一。不同工況對履帶行走裝置的性能要求差異較大，目前的設(shè)計在適應(yīng)各種復(fù)雜工況方面還存在一定的不足，如何建立更加完善的工況適應(yīng)性評價體系，實現(xiàn)行走裝置參數(shù)的智能化調(diào)整，以滿足不同工況下的作業(yè)需求，是亟待解決的難題。此外，在參數(shù)化設(shè)計過程中，各參數(shù)之間的耦合關(guān)系復(fù)雜，如何準確把握這些關(guān)系，實現(xiàn)多參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化，也是未來研究需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容小型液壓挖掘機履帶行走裝置性能參數(shù)分析：深入剖析履帶行走裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，系統(tǒng)梳理影響其性能的關(guān)鍵參數(shù)，如驅(qū)動力、接地比壓、行走速度、爬坡能力等。通過理論分析和實際工況研究，建立這些參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，明確各參數(shù)對行走裝置性能的具體影響規(guī)律，為后續(xù)的參數(shù)化設(shè)計提供堅實的理論基礎(chǔ)。參數(shù)化設(shè)計方法的實現(xiàn)：選用合適的參數(shù)化設(shè)計軟件，如UG、Pro/E等，利用其強大的二次開發(fā)工具和編程語言，結(jié)合履帶行走裝置的設(shè)計要求和特點，開發(fā)專門的參數(shù)化設(shè)計模塊。在模塊開發(fā)過程中，建立參數(shù)與模型之間的緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，確保只需輸入不同的參數(shù)值，就能快速、準確地生成相應(yīng)的三維模型和工程圖紙，實現(xiàn)設(shè)計的自動化和智能化。參數(shù)化設(shè)計模型的驗證與優(yōu)化：運用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對生成的參數(shù)化設(shè)計模型進行強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的分析和驗證。根據(jù)分析結(jié)果，評估模型的性能是否滿足設(shè)計要求，找出模型中存在的薄弱環(huán)節(jié)和問題。針對這些問題，通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀等方式，對模型進行進一步的優(yōu)化，提高模型的性能和可靠性?；趯嶋H工況的參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用研究：收集和整理小型液壓挖掘機在不同工況下的作業(yè)數(shù)據(jù)，如泥濘濕地、崎嶇山地、堅硬巖石地等。根據(jù)這些工況數(shù)據(jù)，對參數(shù)化設(shè)計模型進行適應(yīng)性調(diào)整和優(yōu)化，使其能夠更好地滿足不同工況下的作業(yè)需求。通過實際案例分析，驗證參數(shù)化設(shè)計方法在實際工程中的可行性和有效性，為小型液壓挖掘機履帶行走裝置的設(shè)計和制造提供實際應(yīng)用參考。1.3.2研究方法理論分析方法：運用機械原理、材料力學(xué)、工程力學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論知識，對小型液壓挖掘機履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)和性能進行深入分析。通過建立數(shù)學(xué)模型和計算公式，求解各參數(shù)之間的關(guān)系，為參數(shù)化設(shè)計提供理論依據(jù)。例如，利用材料力學(xué)中的強度理論，計算行走裝置關(guān)鍵部件的應(yīng)力和應(yīng)變，確保其在工作過程中的強度和剛度滿足要求。實例研究方法：選取市場上常見的小型液壓挖掘機履帶行走裝置作為研究實例，對其進行詳細的參數(shù)測量、結(jié)構(gòu)分析和性能測試。通過對實例的研究，總結(jié)出履帶行走裝置設(shè)計的一般規(guī)律和經(jīng)驗，為參數(shù)化設(shè)計提供實際參考。同時，將參數(shù)化設(shè)計方法應(yīng)用于實際案例中，驗證其在實際工程中的可行性和有效性。軟件模擬方法：借助計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）等軟件，對小型液壓挖掘機履帶行走裝置進行參數(shù)化設(shè)計、建模和分析。在CAD軟件中，利用參數(shù)化設(shè)計功能，快速生成不同參數(shù)組合下的三維模型；在CAE軟件中，對模型進行有限元分析、運動仿真等，預(yù)測模型的性能和行為，為優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。對比分析方法：將參數(shù)化設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法進行對比，從設(shè)計效率、設(shè)計質(zhì)量、成本控制等方面進行全面比較。通過對比分析，突出參數(shù)化設(shè)計方法的優(yōu)勢和特點，明確其在小型液壓挖掘機履帶行走裝置設(shè)計中的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。二、小型液壓挖掘機履帶行走裝置概述2.1履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)組成小型液壓挖掘機的履帶行走裝置主要由“四輪一帶”（引導(dǎo)輪、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動輪、履帶）、張緊裝置、行走機構(gòu)、行走架以及推土裝置（部分小型液壓挖掘機可選配）等部分組成，各部分結(jié)構(gòu)緊密配合，共同保障挖掘機在各種復(fù)雜工況下的穩(wěn)定運行。引導(dǎo)輪通常安裝在履帶行走裝置的前端，其結(jié)構(gòu)一般為帶有輪緣的圓盤狀，通過輪軸與行走架相連。引導(dǎo)輪的主要作用是引導(dǎo)履帶正確地卷繞和展開，確保履帶在運行過程中始終保持在正確的軌道上，防止履帶出現(xiàn)跑偏、脫軌等現(xiàn)象。在挖掘機轉(zhuǎn)向時，引導(dǎo)輪能夠幫助履帶順利地改變方向，使挖掘機實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向。例如，當挖掘機需要向左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)履帶的引導(dǎo)輪會根據(jù)轉(zhuǎn)向指令，調(diào)整履帶的運動方向，使挖掘機平穩(wěn)地完成轉(zhuǎn)向動作。支重輪分布在履帶的下方，數(shù)量根據(jù)挖掘機的型號和工作要求而定。支重輪一般由輪轂、輪體、軸承等部件組成，通過安裝在行走架上的支重輪軸支撐在履帶上。支重輪的主要作用是支撐挖掘機的整機重量，將挖掘機的重力均勻地傳遞到履帶上，進而分散到地面上。在挖掘機行駛過程中，支重輪沿著履帶滾動，減少了履帶與地面之間的摩擦力，使挖掘機能夠更加順暢地移動。同時，支重輪還能夠在一定程度上緩沖地面的不平度對挖掘機的沖擊，提高了挖掘機行駛的平穩(wěn)性。當挖掘機在崎嶇不平的路面上行駛時，支重輪能夠隨著路面的起伏上下移動，有效地緩解了因路面不平而產(chǎn)生的顛簸，保證了挖掘機的穩(wěn)定性和操作人員的舒適性。托鏈輪位于履帶的上方，其結(jié)構(gòu)與支重輪類似，但尺寸相對較小。托鏈輪通過安裝在行走架上的托鏈輪軸，將履帶的上半部分托起，防止履帶在運行過程中出現(xiàn)下垂和松弛的現(xiàn)象，確保履帶始終保持張緊狀態(tài)，從而保證履帶與驅(qū)動輪之間的良好嚙合，提高了動力傳遞的效率。托鏈輪還能減少履帶的磨損，延長履帶的使用壽命。在挖掘機長時間作業(yè)過程中，托鏈輪持續(xù)發(fā)揮作用，維持履帶的正常狀態(tài)，使得挖掘機的行走裝置能夠穩(wěn)定運行。驅(qū)動輪是履帶行走裝置的動力輸出部件，通常安裝在行走裝置的后部，與行走馬達的輸出軸相連。驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般由輪轂、輪齒、輪盤等部分組成，輪齒與履帶的鏈節(jié)相嚙合。當行走馬達工作時，驅(qū)動輪在動力的作用下開始旋轉(zhuǎn)，通過輪齒與履帶鏈節(jié)的嚙合，將扭矩傳遞給履帶，使履帶產(chǎn)生運動，從而驅(qū)動挖掘機前進或后退。驅(qū)動輪的性能直接影響著挖掘機的驅(qū)動力和行走速度，其輪齒的設(shè)計和制造精度對于保證動力傳遞的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。在挖掘機進行重載作業(yè)或爬坡時，驅(qū)動輪需要輸出足夠的扭矩，以克服阻力，確保挖掘機能夠順利完成任務(wù)。履帶是履帶行走裝置的重要組成部分，它由多個履帶板通過鏈節(jié)連接而成，形成一個環(huán)形的結(jié)構(gòu)。履帶板的形狀和尺寸根據(jù)挖掘機的工作要求和使用環(huán)境有所不同，常見的有單筋履帶板、雙筋履帶板等。履帶的主要作用是提供挖掘機與地面之間的附著力，使挖掘機能夠在各種不同的地面條件下行駛和作業(yè)。較大的接地面積可以減小接地比壓，提高挖掘機在松軟地面上的通過性；而特殊設(shè)計的履帶板花紋則可以增加與地面的摩擦力，提高挖掘機在斜坡、泥濘等復(fù)雜地形上的穩(wěn)定性。在泥濘的施工場地，履帶能夠憑借其獨特的結(jié)構(gòu)和較大的接地面積，有效地防止挖掘機陷入泥中，保證施工的順利進行。張緊裝置的作用是調(diào)節(jié)履帶的張緊度，使履帶始終保持合適的松緊程度。張緊裝置主要由張緊油缸、張緊彈簧、調(diào)節(jié)螺栓等部件組成。在挖掘機作業(yè)過程中，由于履帶的磨損和伸長，其張緊度會發(fā)生變化。張緊裝置可以通過調(diào)節(jié)張緊油缸的壓力或調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓的位置，改變張緊彈簧的壓縮量，從而實現(xiàn)對履帶張緊度的調(diào)整。合適的履帶張緊度對于保證履帶的正常運行、減少履帶和行走裝置其他部件的磨損至關(guān)重要。如果履帶過松，容易出現(xiàn)脫軌、跑偏等問題；而履帶過緊，則會增加行走裝置的負荷，加速部件的磨損。行走機構(gòu)是履帶行走裝置的動力驅(qū)動部分，主要包括行走馬達、減速機等部件。行走馬達將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出扭矩；減速機則對行走馬達輸出的扭矩進行放大，并降低轉(zhuǎn)速，以滿足挖掘機行走時對驅(qū)動力和速度的要求。行走機構(gòu)通過驅(qū)動輪將動力傳遞給履帶，實現(xiàn)挖掘機的行走和轉(zhuǎn)向。在挖掘機的實際作業(yè)中，行走機構(gòu)能夠根據(jù)不同的工況和操作要求，靈活地調(diào)整輸出扭矩和速度，使挖掘機能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。行走架是履帶行走裝置的骨架結(jié)構(gòu)，通常由鋼板、型材焊接而成。行走架的主要作用是安裝和支撐“四輪一帶”、張緊裝置、行走機構(gòu)等部件，并將挖掘機的工作載荷和自重傳遞到履帶上。行走架的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮強度、剛度和穩(wěn)定性等因素，以確保在各種工況下都能可靠地工作。不同型號的小型液壓挖掘機，其行走架的結(jié)構(gòu)形式和尺寸會有所差異，但都需要滿足整機的性能要求和工作條件。推土裝置（可選）是部分小型液壓挖掘機配備的輔助工作裝置，主要由推土鏟、推土油缸等部件組成。推土裝置安裝在行走裝置的前端，通過推土油缸的伸縮，實現(xiàn)推土鏟的升降和傾斜，從而完成推土、平整場地等作業(yè)任務(wù)。在一些小型工程建設(shè)中，如小型道路施工、場地平整等，推土裝置可以發(fā)揮重要作用，提高挖掘機的作業(yè)效率和多功能性。2.2履帶行走裝置的工作原理小型液壓挖掘機履帶行走裝置的工作原理基于摩擦力和機械傳動，通過各部件之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)挖掘機的行走、轉(zhuǎn)向和爬坡等動作。在行走過程中，行走馬達作為動力源，將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出扭矩。扭矩通過減速機進行放大和降速后，傳遞給驅(qū)動輪。驅(qū)動輪上的輪齒與履帶的鏈節(jié)相嚙合，當驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)時，會對履帶產(chǎn)生一個拉力，試圖將履帶從支重輪下拉出。由于支重輪下的履帶與地面之間存在足夠的附著力，這個附著力能夠阻止履帶被拉出，從而迫使驅(qū)動輪卷動履帶。隨著履帶的不斷卷動，引導(dǎo)輪將履帶鋪設(shè)到地面上，支重輪則沿著履帶軌道滾動，使挖掘機實現(xiàn)向前或向后的直線行走。當驅(qū)動輪順時針旋轉(zhuǎn)時，履帶在驅(qū)動力的作用下向前運動，支重輪隨之滾動，挖掘機便向前行駛；反之，當驅(qū)動輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，挖掘機則向后行駛。挖掘機的轉(zhuǎn)向動作通過對兩條履帶的不同控制來實現(xiàn)。常見的轉(zhuǎn)向方式有差速轉(zhuǎn)向和原地轉(zhuǎn)向。差速轉(zhuǎn)向是指通過調(diào)節(jié)左右兩條履帶的速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。當挖掘機需要向左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)履帶的速度降低，右側(cè)履帶的速度保持不變或適當增加，這樣右側(cè)履帶前進的距離比左側(cè)履帶長，挖掘機就會向左轉(zhuǎn)彎。這種轉(zhuǎn)向方式適用于在較為平坦、開闊的場地中進行小角度轉(zhuǎn)向。原地轉(zhuǎn)向則是讓兩條履帶向相反的方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)挖掘機在原地的360度轉(zhuǎn)向。例如，當左側(cè)履帶向前轉(zhuǎn)動，右側(cè)履帶向后轉(zhuǎn)動時，挖掘機就會以機體中心為軸進行原地轉(zhuǎn)向。原地轉(zhuǎn)向適用于空間狹窄、需要快速改變方向的作業(yè)場景。在一些狹小的施工場地，如城市街道的管道維修作業(yè)中，原地轉(zhuǎn)向能夠讓挖掘機靈活地調(diào)整作業(yè)方向，提高作業(yè)效率。在爬坡時，履帶行走裝置需要克服挖掘機自身的重力沿坡面的分力以及地面的摩擦力。由于履帶與地面的接觸面積較大，接地比壓小，能夠提供較大的附著力，使挖掘機具備良好的爬坡能力。當挖掘機爬坡時，驅(qū)動輪輸出更大的扭矩，以克服上坡的阻力，同時張緊裝置會調(diào)整履帶的張緊度，確保履帶與驅(qū)動輪之間的良好嚙合，防止履帶打滑。支重輪則在爬坡過程中起到穩(wěn)定支撐的作用，保證挖掘機的重心穩(wěn)定，避免發(fā)生側(cè)翻等危險情況。如果挖掘機要爬上一個30度的斜坡，驅(qū)動輪需要輸出足夠的扭矩，以克服重力沿坡面的分力和地面摩擦力，同時張緊裝置會適當增加履帶的張緊度，使履帶與地面保持良好的接觸，確保挖掘機能夠安全、穩(wěn)定地爬上斜坡。在整個工作過程中，張緊裝置起著至關(guān)重要的作用。它通過調(diào)節(jié)履帶的張緊度，確保履帶始終處于合適的松緊狀態(tài)。如果履帶過松，在行走過程中容易出現(xiàn)跳齒、脫軌等問題，影響挖掘機的正常運行；而履帶過緊，則會增加行走裝置各部件的負荷，加速零部件的磨損，降低使用壽命。張緊裝置通常由張緊油缸、張緊彈簧和調(diào)節(jié)螺栓等組成。當履帶出現(xiàn)松弛時，可以通過調(diào)節(jié)張緊油缸的壓力或調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓，壓縮張緊彈簧，使履帶張緊；反之，當履帶過緊時，可以適當放松張緊彈簧，減小履帶的張緊度。托鏈輪主要負責托起履帶的上半部分，防止履帶在運行過程中出現(xiàn)下垂和松弛的現(xiàn)象，確保履帶始終保持張緊狀態(tài)，從而保證履帶與驅(qū)動輪之間的良好嚙合，提高動力傳遞的效率。支重輪則承擔著支撐挖掘機整機重量的重任，將挖掘機的重力均勻地分散到履帶上，再傳遞到地面。同時，支重輪還能在一定程度上緩沖地面不平度對挖掘機的沖擊，提高行駛的平穩(wěn)性。在崎嶇不平的路面上行駛時，支重輪會隨著路面的起伏上下移動，有效地緩解了顛簸，使挖掘機能夠保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。2.3履帶行走裝置對小型液壓挖掘機性能的影響履帶行走裝置作為小型液壓挖掘機的關(guān)鍵部件，其性能直接關(guān)系到挖掘機的整體工作效能和作業(yè)適應(yīng)性，對挖掘機的驅(qū)動力、通過性、穩(wěn)定性、安全性和操作方便性等方面都有著顯著影響。2.3.1對驅(qū)動力的影響履帶行走裝置的驅(qū)動輪與履帶的嚙合方式和結(jié)構(gòu)參數(shù)，如驅(qū)動輪的齒數(shù)、節(jié)圓直徑，履帶的節(jié)距、鏈軌節(jié)數(shù)等，直接決定了挖掘機能夠輸出的驅(qū)動力大小。通常情況下，驅(qū)動輪的直徑越大，在相同的扭矩作用下，能夠產(chǎn)生的線速度越大，驅(qū)動力也就越大；而履帶的節(jié)距越小，鏈軌節(jié)數(shù)越多，與驅(qū)動輪的嚙合就越緊密，動力傳遞的效率就越高，也有助于提高驅(qū)動力。當挖掘機在泥濘的地面上作業(yè)時，需要較大的驅(qū)動力來克服地面的阻力，此時合理設(shè)計的履帶行走裝置能夠提供足夠的驅(qū)動力，使挖掘機順利前行。行走機構(gòu)中的行走馬達和減速機的性能，也對驅(qū)動力有著重要影響。行走馬達將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出扭矩，減速機則對扭矩進行放大并降低轉(zhuǎn)速。如果行走馬達的輸出功率不足，或者減速機的傳動比不合理，都會導(dǎo)致傳遞到驅(qū)動輪上的扭矩減小，從而降低挖掘機的驅(qū)動力。行走裝置的張緊度也會影響驅(qū)動力的發(fā)揮。如果履帶過松，在驅(qū)動輪與履帶的嚙合處容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，使驅(qū)動力無法有效傳遞，導(dǎo)致挖掘機的動力下降；而履帶過緊，則會增加行走裝置的負荷，降低傳動效率，同樣會影響驅(qū)動力。2.3.2對通過性的影響履帶行走裝置的接地比壓是影響挖掘機通過性的關(guān)鍵因素之一。接地比壓是指挖掘機整機重量與履帶接地面積的比值，履帶的接地面積越大，接地比壓就越小。較小的接地比壓使挖掘機能夠在松軟的地面，如沙地、濕地、泥濘地等，更好地分散自身重量，避免機體陷入地面，從而提高通過性。在沙漠地區(qū)進行作業(yè)時，履帶行走裝置憑借其較大的接地面積和較小的接地比壓，能夠使挖掘機在沙地上穩(wěn)定行駛，而不會輕易下陷。履帶的高度和寬度以及支重輪的數(shù)量和布置方式，也會對通過性產(chǎn)生影響。較高的履帶和較寬的履帶板能夠增加挖掘機的離地間隙，使其在跨越障礙物或通過崎嶇不平的路面時更加輕松；較多的支重輪可以使履帶與地面的接觸更加均勻，進一步減小接地比壓，同時在遇到地面不平度時，能夠更好地適應(yīng)地形變化，提高行駛的平穩(wěn)性和通過性。當挖掘機在山地作業(yè)時，較高的履帶和較多的支重輪可以幫助其順利通過溝壑、巖石等障礙物，保障作業(yè)的順利進行。2.3.3對穩(wěn)定性的影響履帶行走裝置的支撐面積和重心位置對挖掘機的穩(wěn)定性起著決定性作用。較大的支撐面積能夠增加挖掘機的穩(wěn)定力矩，使其在作業(yè)過程中不易發(fā)生傾斜或翻倒。履帶行走裝置的軌距（左右履帶中心的距離）越大，支撐面積就越大，穩(wěn)定性也就越好。在進行挖掘作業(yè)時，如果挖掘深度較大或者挖掘方向與挖掘機的行駛方向不一致，容易使挖掘機產(chǎn)生傾翻力矩，此時較大的支撐面積和合理的重心位置能夠有效地抵抗傾翻力矩，保證挖掘機的穩(wěn)定。履帶與地面之間的附著力也對穩(wěn)定性有重要影響。良好的附著力能夠確保挖掘機在斜坡上作業(yè)或行駛時，不會因為重力分力的作用而發(fā)生下滑。履帶板的花紋設(shè)計、材質(zhì)以及地面的狀況等因素，都會影響附著力的大小。具有特殊花紋的履帶板可以增加與地面的摩擦力，提高附著力；而在潮濕或光滑的地面上，附著力會相應(yīng)減小，此時需要采取一些措施，如增加配重、降低作業(yè)速度等，來保證挖掘機的穩(wěn)定性。在斜坡上進行挖掘作業(yè)時，履帶與地面的附著力足夠大，才能防止挖掘機發(fā)生側(cè)滑或下滑，保障作業(yè)安全。2.3.4對安全性的影響履帶行走裝置的性能直接關(guān)系到挖掘機在作業(yè)過程中的安全性。如果履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)強度不足，在承受較大的工作載荷或受到?jīng)_擊時，可能會發(fā)生斷裂、變形等故障，導(dǎo)致挖掘機失去控制，引發(fā)安全事故。在挖掘堅硬的巖石或進行重載作業(yè)時，行走裝置的關(guān)鍵部件，如驅(qū)動輪、支重輪、履帶等，需要具備足夠的強度和耐磨性，以確保在惡劣工況下的安全運行。行走裝置的制動性能也是影響安全性的重要因素?？煽康闹苿酉到y(tǒng)能夠在挖掘機停止作業(yè)或需要緊急制動時，迅速有效地使履帶停止轉(zhuǎn)動，防止挖掘機滑動或溜坡。制動系統(tǒng)的制動力矩大小、制動響應(yīng)時間以及制動的可靠性等指標，都直接關(guān)系到挖掘機的安全。在斜坡上停車時，制動系統(tǒng)必須能夠提供足夠的制動力矩，克服挖掘機的重力分力，確保挖掘機停穩(wěn)，避免發(fā)生下滑事故。2.3.5對操作方便性的影響履帶行走裝置的設(shè)計會影響挖掘機的操作方便性。合理的履帶張緊度調(diào)節(jié)機構(gòu)，能夠使操作人員在作業(yè)前或作業(yè)過程中，方便快捷地調(diào)整履帶的張緊度，確保行走裝置的正常運行。一些先進的小型液壓挖掘機配備了自動張緊裝置，操作人員只需通過控制面板上的按鈕，就能實現(xiàn)履帶張緊度的自動調(diào)節(jié)，大大提高了操作的便利性。行走裝置的轉(zhuǎn)向性能也與操作方便性密切相關(guān)。小型液壓挖掘機通常采用差速轉(zhuǎn)向或原地轉(zhuǎn)向方式，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)速度直接影響到操作人員對挖掘機行駛方向的控制。如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過于遲鈍或操作費力，會增加操作人員的工作強度，降低作業(yè)效率；而靈活、響應(yīng)迅速的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠使操作人員輕松地控制挖掘機的行駛方向，提高作業(yè)的準確性和效率。在狹窄的施工場地內(nèi)，靈活的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以讓操作人員快速調(diào)整挖掘機的位置，完成各種作業(yè)任務(wù)。三、小型液壓挖掘機履帶行走裝置性能參數(shù)分析3.1主要性能參數(shù)的確定3.1.1行駛速度小型液壓挖掘機在作業(yè)過程中，需要在不同的場地條件下移動，行駛速度的合理設(shè)定至關(guān)重要?？紤]到挖掘機在作業(yè)時工地行走的需要，一般將行駛速度設(shè)定為高低兩檔。這樣操作人員可以根據(jù)行走路面的狀況及工作場地的大小，靈活選擇合適的行駛速度。在平坦、開闊的場地，可選擇高速檔，提高移動效率；而在狹窄、復(fù)雜的場地，低速檔則能更好地保證操作的準確性和安全性。通過對小松、竹內(nèi)、洋馬、久保田建機、日立、石川島中俊、小橋機械、沃爾沃、特雷克斯、現(xiàn)代、斗山、山河智能、福田雷沃、玉柴、徐工、龍工、柳工、三一等知名品牌小挖行駛速度與整機質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析，推薦高速行駛速度為4.0-5.5km/h，低速行駛速度為2.0-3.5km/h。這個推薦范圍具有合理性，高速行駛速度在這個區(qū)間內(nèi)，能夠在保證一定行駛穩(wěn)定性的前提下，減少挖掘機現(xiàn)場作業(yè)的移動時間，提高生產(chǎn)率。以卡特彼勒CAT?308.5小型液壓挖掘機為例，其高速行駛速度為4.4km/h，在實際作業(yè)中，當需要在較大的施工場地內(nèi)轉(zhuǎn)移工作地點時，這個速度能夠快速到達指定位置，節(jié)省時間。而低速行駛速度在2.0-3.5km/h，能使挖掘機在狹窄空間或復(fù)雜地形中緩慢、精準地移動，便于操作人員進行精細的作業(yè)操作，如在城市街道的管道鋪設(shè)工程中，低速行駛可以確保挖掘機準確地將管道放置在預(yù)定位置。3.1.2爬坡能力履帶行走裝置一個顯著特點就是爬坡能力大，一般為50%-80%。通過對小挖爬坡度與整機質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析，推薦爬坡度α為30°-35°，即爬坡能力為58%-70%。這一推薦爬坡度的依據(jù)在于，小型液壓挖掘機在實際作業(yè)中，常常會遇到各種斜坡地形，如山地工程、梯田改造等。30°-35°的爬坡度能夠滿足大多數(shù)此類作業(yè)場景的需求。當爬坡度小于30°時，對于一些具有一定坡度的施工場地，挖掘機可能無法順利到達作業(yè)位置，影響施工進度；而當爬坡度大于35°時，雖然挖掘機理論上可以爬坡，但在實際操作中，由于受到整機重心、履帶附著力以及發(fā)動機功率等因素的限制，會增加作業(yè)的危險性，容易導(dǎo)致挖掘機側(cè)翻或打滑等事故。山重建機jcm906型挖掘機的爬坡能力為30°，在實際的山地施工中，能夠穩(wěn)定地爬上相應(yīng)坡度的斜坡，進行挖掘作業(yè)。3.1.3接地比壓接地比壓指平均接地比壓，是履帶式液壓挖掘機的一個重要指標，它主要根據(jù)地面條件、挖掘機的附著性能、外形尺寸等進行合理選取。接地比壓的大小直接關(guān)系到挖掘機與地面之間的相互作用，進而影響挖掘機的作業(yè)性能和通過性。在松軟的地面條件下，如沙地、濕地等，較小的接地比壓可以使挖掘機的重量更均勻地分布在地面上，減少挖掘機陷入地面的風(fēng)險，提高通過性。如果接地比壓過大，挖掘機就容易陷入松軟地面，導(dǎo)致無法正常作業(yè)。在沙漠地區(qū)進行工程建設(shè)時，接地比壓小的履帶行走裝置能夠讓挖掘機在沙地上穩(wěn)定行駛，而不會輕易下陷。挖掘機的附著性能也與接地比壓密切相關(guān)。合適的接地比壓能夠保證履帶與地面之間有足夠的附著力，使挖掘機在行駛和作業(yè)過程中能夠穩(wěn)定地傳遞動力，避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。在爬坡或進行挖掘作業(yè)時，良好的附著力是確保挖掘機安全、高效工作的關(guān)鍵。外形尺寸對接地比壓也有影響。在挖掘機外形尺寸一定的情況下，通過合理設(shè)計履帶的寬度、長度以及支重輪的布置方式等，可以調(diào)整接地面積，從而改變接地比壓。在設(shè)計挖掘機時，在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，盡量取小值。較小的接地比壓不僅可以提高挖掘機在松軟地面的通過性和作業(yè)穩(wěn)定性，還能減少對地面的破壞，適用于更多的作業(yè)場景。一些城市建設(shè)工程中，需要在已鋪設(shè)好的路面或綠化帶等區(qū)域進行作業(yè)，較小的接地比壓可以降低對這些區(qū)域的損壞，保護周邊環(huán)境。3.2性能參數(shù)與整機的匹配關(guān)系小型液壓挖掘機履帶行走裝置的性能參數(shù)與整機的各個部分密切相關(guān)，合理的匹配關(guān)系對于保證挖掘機的高效、穩(wěn)定運行至關(guān)重要。以下將從行駛速度、爬坡能力、接地比壓等性能參數(shù)出發(fā)，深入分析它們與整機質(zhì)量、動力系統(tǒng)等的匹配原則與方法。3.2.1行駛速度與整機的匹配行駛速度是小型液壓挖掘機的重要性能參數(shù)之一，它與整機質(zhì)量、動力系統(tǒng)等因素密切相關(guān)。在實際作業(yè)中，行駛速度需要根據(jù)不同的工況和作業(yè)需求進行合理匹配。整機質(zhì)量對行駛速度有著顯著影響。通常情況下，整機質(zhì)量越大，所需克服的慣性力就越大，在相同動力條件下，行駛速度就會越低。當小型液壓挖掘機的整機質(zhì)量增加時，行走馬達需要輸出更大的扭矩來驅(qū)動履帶，以維持一定的行駛速度。如果動力系統(tǒng)無法提供足夠的扭矩，行駛速度就會下降。卡特彼勒CAT?308.5小型液壓挖掘機，整機質(zhì)量在8334kg-8668kg之間，其高速行駛速度為4.4km/h，低速行駛速度為2.7km/h。這一行駛速度的設(shè)定，充分考慮了整機質(zhì)量以及動力系統(tǒng)的性能，能夠在保證挖掘機穩(wěn)定運行的前提下，滿足不同作業(yè)場景的需求。動力系統(tǒng)是決定行駛速度的關(guān)鍵因素。行走馬達作為動力輸出部件，其輸出功率和扭矩直接影響著行駛速度。行走馬達的輸出功率越大，能夠提供的驅(qū)動力就越大，行駛速度也就越高。減速機的傳動比也會對行駛速度產(chǎn)生影響。合適的傳動比可以將行走馬達的輸出扭矩有效地轉(zhuǎn)化為履帶的驅(qū)動力，從而實現(xiàn)理想的行駛速度。如果減速機的傳動比過大，雖然能夠增加驅(qū)動力，但會降低行駛速度；反之，傳動比過小，則可能導(dǎo)致驅(qū)動力不足，無法滿足行駛需求。在匹配行駛速度與整機時，還需要考慮作業(yè)工況。在平坦、開闊的場地作業(yè)時，為了提高作業(yè)效率，可以選擇較高的行駛速度；而在狹窄、復(fù)雜的場地，如城市街道的管道鋪設(shè)工程中，需要選擇較低的行駛速度，以確保操作的準確性和安全性。不同的作業(yè)工況對行駛速度的穩(wěn)定性也有不同要求。在進行挖掘作業(yè)時，行駛速度需要保持相對穩(wěn)定，以保證挖掘的精度和質(zhì)量；而在轉(zhuǎn)場時，行駛速度可以適當提高。3.2.2爬坡能力與整機的匹配爬坡能力是小型液壓挖掘機履帶行走裝置的重要性能指標之一，它與整機質(zhì)量、重心位置、動力系統(tǒng)以及履帶與地面的附著力等因素密切相關(guān)。整機質(zhì)量和重心位置對爬坡能力有著重要影響。整機質(zhì)量越大，在爬坡時需要克服的重力沿坡面的分力就越大，對爬坡能力的要求也就越高。重心位置的不合理會導(dǎo)致挖掘機在爬坡時出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，甚至發(fā)生側(cè)翻事故。如果挖掘機的重心過高或偏向一側(cè)，在爬坡時就容易失去平衡。在設(shè)計和使用小型液壓挖掘機時，需要合理控制整機質(zhì)量，并優(yōu)化重心位置，以提高爬坡能力和作業(yè)安全性。一些小型液壓挖掘機通過合理布置配重，調(diào)整重心位置，使其在爬坡時能夠保持穩(wěn)定。動力系統(tǒng)是保證爬坡能力的關(guān)鍵。在爬坡過程中，挖掘機需要克服重力沿坡面的分力和地面的摩擦力，這就要求行走裝置能夠提供足夠的驅(qū)動力。行走馬達和減速機的性能直接影響著驅(qū)動力的大小。行走馬達的輸出扭矩越大，減速機的傳動比越合理，能夠提供的驅(qū)動力就越大，爬坡能力也就越強?？ㄌ乇死誄AT?310小型液壓挖掘機，配備CatC3.3B直噴發(fā)動機，為行走裝置提供了充足的動力，使其能夠在最大30度的坡度上穩(wěn)定爬坡。履帶與地面的附著力也是影響爬坡能力的重要因素。附著力越大，挖掘機在爬坡時就越不容易打滑，能夠更好地發(fā)揮動力系統(tǒng)的性能。履帶板的花紋設(shè)計、材質(zhì)以及地面的狀況等都會影響附著力的大小。具有特殊花紋的履帶板可以增加與地面的摩擦力，提高附著力；而在潮濕或光滑的地面上，附著力會相應(yīng)減小。在爬坡前，需要對地面狀況進行評估，選擇合適的履帶板，并采取一些措施，如增加配重、降低行駛速度等，來提高附著力，確保挖掘機能夠安全爬坡。3.2.3接地比壓與整機的匹配接地比壓是小型液壓挖掘機履帶行走裝置的一個重要參數(shù)，它與整機質(zhì)量、履帶的接地面積等因素密切相關(guān)，合理的接地比壓對于保證挖掘機的通過性和作業(yè)穩(wěn)定性至關(guān)重要。整機質(zhì)量是決定接地比壓的主要因素之一。在履帶接地面積不變的情況下，整機質(zhì)量越大，接地比壓就越大。如果接地比壓過大，挖掘機在松軟的地面上作業(yè)時就容易陷入地面，影響通過性；而接地比壓過小，則可能導(dǎo)致挖掘機在作業(yè)時的穩(wěn)定性不足。在設(shè)計小型液壓挖掘機時，需要根據(jù)預(yù)期的作業(yè)工況和地面條件，合理控制整機質(zhì)量，以確保接地比壓在合適的范圍內(nèi)。在沙地或濕地等松軟地面作業(yè)的小型液壓挖掘機，通常會適當降低整機質(zhì)量，以減小接地比壓。履帶的接地面積對接地比壓有著直接影響。履帶的長度和寬度越大，接地面積就越大，接地比壓就越小。通過合理設(shè)計履帶的尺寸和形狀，可以調(diào)整接地面積，從而優(yōu)化接地比壓。增加履帶的寬度可以有效增大接地面積，減小接地比壓；而在一些特殊工況下，如需要提高挖掘機的機動性時，可以適當減小履帶的長度。在泥濘的施工場地，采用寬履帶板可以減小接地比壓，使挖掘機能夠穩(wěn)定地在地面上行駛和作業(yè)。在匹配接地比壓與整機時，還需要考慮挖掘機的作業(yè)需求和場地條件。在需要頻繁移動和轉(zhuǎn)彎的作業(yè)場景中，較小的接地比壓可以提高挖掘機的機動性；而在進行重載作業(yè)或需要在堅硬地面上保持穩(wěn)定時，適當增大接地比壓可以提高作業(yè)的穩(wěn)定性。在城市道路施工中，較小的接地比壓可以減少對路面的損壞；而在礦山開采等作業(yè)中，較大的接地比壓可以保證挖掘機在堅硬的巖石地面上穩(wěn)定作業(yè)。3.3現(xiàn)有參數(shù)設(shè)計存在的問題及改進方向在小型液壓挖掘機履帶行走裝置的參數(shù)設(shè)計領(lǐng)域，傳統(tǒng)方法雖然在一定時期內(nèi)滿足了基本的設(shè)計需求，但隨著技術(shù)的不斷進步和工程需求的日益多樣化，其存在的問題也逐漸凸顯，亟待通過改進來提升設(shè)計的科學(xué)性與高效性。傳統(tǒng)的履帶行走裝置參數(shù)設(shè)計多依賴經(jīng)驗和類比法，這使得設(shè)計過程中存在諸多局限性。在確定行駛速度、爬坡能力、接地比壓等關(guān)鍵參數(shù)時，主要依據(jù)設(shè)計人員自身的經(jīng)驗或者參考現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，缺乏對實際工況的深入分析和精確計算。這種方式難以準確把握各參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響，容易導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果與實際需求存在偏差。在設(shè)計一款用于山地作業(yè)的小型液壓挖掘機時，若僅依據(jù)經(jīng)驗確定爬坡能力參數(shù)，可能無法充分考慮到山地地形的復(fù)雜性和多變性，使得挖掘機在實際作業(yè)中無法順利爬坡，影響作業(yè)效率。傳統(tǒng)設(shè)計方法在應(yīng)對不同工況時缺乏靈活性和適應(yīng)性。不同的作業(yè)工況，如泥濘濕地、崎嶇山地、堅硬巖石地等，對履帶行走裝置的性能要求差異巨大。傳統(tǒng)設(shè)計往往采用統(tǒng)一的設(shè)計標準和參數(shù)，難以滿足這些多樣化的需求。在泥濘濕地工況下，需要較小的接地比壓和較大的驅(qū)動力，以防止挖掘機陷入泥中并保證其能夠順利前行；而在堅硬巖石地工況下，則更注重履帶的耐磨性和行走裝置的結(jié)構(gòu)強度。傳統(tǒng)設(shè)計方法很難根據(jù)不同工況對參數(shù)進行精準調(diào)整，導(dǎo)致挖掘機在復(fù)雜工況下的作業(yè)性能不佳。從設(shè)計效率角度來看，傳統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法過程繁瑣、周期長。設(shè)計人員需要進行大量的手工計算和繪圖工作，每修改一次參數(shù)，都需要重新進行計算和繪制圖紙，這不僅耗費了大量的時間和精力，而且容易出現(xiàn)人為錯誤。在對一款小型液壓挖掘機履帶行走裝置進行優(yōu)化設(shè)計時，若采用傳統(tǒng)方法，當需要調(diào)整履帶板的尺寸參數(shù)時，設(shè)計人員需要重新計算與之相關(guān)的驅(qū)動力、接地比壓等參數(shù)，并重新繪制設(shè)計圖紙，整個過程十分繁瑣，大大延長了設(shè)計周期。為了改進這些問題，首先應(yīng)引入先進的設(shè)計理論和方法，如多目標優(yōu)化理論、可靠性設(shè)計理論等。通過多目標優(yōu)化理論，可以綜合考慮行駛速度、爬坡能力、接地比壓等多個性能參數(shù)，在滿足各種約束條件的前提下，尋找最優(yōu)的參數(shù)組合，使履帶行走裝置的性能達到最佳。利用可靠性設(shè)計理論，可以對行走裝置的關(guān)鍵部件進行可靠性分析，確保其在各種工況下都能可靠運行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。在設(shè)計過程中，可以建立以行駛速度、爬坡能力、接地比壓等為目標函數(shù)，以材料強度、結(jié)構(gòu)尺寸等為約束條件的多目標優(yōu)化模型，通過優(yōu)化算法求解出最優(yōu)的參數(shù)組合。結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的智能化設(shè)計。通過收集大量的實際工況數(shù)據(jù)和設(shè)計案例，利用人工智能算法建立參數(shù)預(yù)測模型和設(shè)計決策模型。這些模型可以根據(jù)輸入的工況信息和設(shè)計要求，快速準確地生成合理的參數(shù)建議，并進行設(shè)計方案的評估和優(yōu)化?；诖髷?shù)據(jù)分析，可以了解不同工況下履帶行走裝置的性能表現(xiàn)和故障模式，為設(shè)計改進提供有力的依據(jù)。利用機器學(xué)習(xí)算法對大量的山地工況數(shù)據(jù)進行分析，建立適用于山地作業(yè)的履帶行走裝置參數(shù)預(yù)測模型，當輸入新的山地作業(yè)工況信息時，模型能夠快速給出相應(yīng)的參數(shù)建議。還應(yīng)加強設(shè)計過程中的仿真分析和實驗驗證。在設(shè)計階段，利用計算機仿真軟件對不同參數(shù)組合下的履帶行走裝置進行性能仿真分析，提前預(yù)測其在各種工況下的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題并進行優(yōu)化。通過實驗驗證，可以對仿真結(jié)果進行驗證和修正，確保設(shè)計的準確性和可靠性。利用ADAMS等多體動力學(xué)仿真軟件對履帶行走裝置的運動學(xué)和動力學(xué)性能進行仿真分析，通過實驗測試，對比仿真結(jié)果與實際測試數(shù)據(jù)，對設(shè)計進行優(yōu)化和改進。四、小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計方法4.1參數(shù)化設(shè)計的基本原理與流程參數(shù)化設(shè)計作為一種先進的設(shè)計理念與方法，在現(xiàn)代工程設(shè)計領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位。其核心概念是將工程設(shè)計中的各種要素抽象為參數(shù)，通過對這些參數(shù)的調(diào)整與控制，實現(xiàn)對設(shè)計模型的靈活修改與優(yōu)化，從而達到高效、精準的設(shè)計目的。在小型液壓挖掘機履帶行走裝置的設(shè)計中，參數(shù)化設(shè)計具有不可替代的優(yōu)勢，能夠顯著提升設(shè)計效率與質(zhì)量。從原理層面來看，參數(shù)化設(shè)計基于幾何約束和關(guān)系約束理論。在履帶行走裝置的設(shè)計中，幾何約束主要體現(xiàn)在各部件的形狀、尺寸以及它們之間的相對位置關(guān)系上。引導(dǎo)輪、驅(qū)動輪的直徑大小，履帶板的長度、寬度和厚度等尺寸參數(shù)，以及它們在行走架上的安裝位置關(guān)系，都構(gòu)成了幾何約束的重要內(nèi)容。關(guān)系約束則是指參數(shù)之間存在的數(shù)學(xué)關(guān)系或邏輯關(guān)系。在履帶行走裝置中，驅(qū)動力與驅(qū)動輪的扭矩、履帶的節(jié)距等參數(shù)密切相關(guān)，它們之間存在著明確的數(shù)學(xué)計算公式，這就是一種典型的關(guān)系約束。通過建立這些約束關(guān)系，參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)能夠在用戶修改部分參數(shù)時，自動根據(jù)約束規(guī)則更新其他相關(guān)參數(shù)，從而保證設(shè)計模型的完整性和準確性。當用戶調(diào)整驅(qū)動輪的直徑參數(shù)時，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的關(guān)系約束，自動計算并更新與之相關(guān)的履帶節(jié)距、行走速度等參數(shù)，確保整個行走裝置的性能不受影響。在小型液壓挖掘機履帶行走裝置的設(shè)計過程中，參數(shù)化設(shè)計遵循一套嚴謹?shù)牧鞒?。首先是需求分析階段，這是整個設(shè)計流程的基礎(chǔ)和出發(fā)點。設(shè)計人員需要與客戶、工程實際需求進行深入溝通，全面了解挖掘機的預(yù)期使用場景、作業(yè)要求以及性能指標等關(guān)鍵信息。針對山地作業(yè)的小型液壓挖掘機，需要重點關(guān)注其爬坡能力、通過性等性能指標；而用于城市建設(shè)的挖掘機，則可能更強調(diào)其機動性和操作的靈活性。根據(jù)這些需求信息，確定履帶行走裝置的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，如行駛速度、爬坡能力、接地比壓、履帶長度、寬度等，并明確各參數(shù)的取值范圍和約束條件。參數(shù)定義與建模是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這一階段，設(shè)計人員依據(jù)需求分析結(jié)果，利用專業(yè)的參數(shù)化設(shè)計軟件，如UG、Pro/E等，對履帶行走裝置進行參數(shù)定義和三維模型的構(gòu)建。以UG軟件為例，通過其強大的二次開發(fā)工具和編程語言，如UG/OpenAPI、UG/OpenGRIP等，將確定好的設(shè)計參數(shù)與模型中的幾何元素進行關(guān)聯(lián)。將履帶板的長度、寬度等參數(shù)定義為變量，并與三維模型中履帶板的幾何尺寸相關(guān)聯(lián)，使得用戶在修改參數(shù)值時，模型能夠?qū)崟r更新。在建模過程中，還需要考慮各部件之間的裝配關(guān)系和運動關(guān)系，確保模型的準確性和可操作性。完成參數(shù)定義與建模后，進入模型修改與優(yōu)化階段。設(shè)計人員根據(jù)實際需求和設(shè)計經(jīng)驗，對定義好的參數(shù)進行調(diào)整和優(yōu)化。通過修改參數(shù)值，觀察模型的變化情況，評估不同參數(shù)組合對履帶行走裝置性能的影響。當調(diào)整履帶的接地比壓參數(shù)時，分析模型在不同地面條件下的通過性和穩(wěn)定性；改變驅(qū)動輪的扭矩參數(shù)，研究對挖掘機行駛速度和爬坡能力的影響。在這一過程中，利用軟件的分析功能，如有限元分析、運動仿真等，對模型進行性能評估和優(yōu)化，以獲得最佳的設(shè)計方案。最后是設(shè)計驗證與輸出階段。對優(yōu)化后的設(shè)計模型進行全面的驗證，確保其滿足各項設(shè)計要求和性能指標。通過與實際工況進行對比分析、模擬測試等方式，檢驗?zāi)Ｐ偷目煽啃院陀行?。如果模型存在問題或不足之處，返回參數(shù)定義與建模階段，對參數(shù)進行進一步調(diào)整和優(yōu)化。經(jīng)過驗證無誤后，輸出設(shè)計結(jié)果，包括三維模型、工程圖紙、設(shè)計報告等，為后續(xù)的制造和生產(chǎn)提供準確的依據(jù)。四、小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計方法4.2基于UG的二次開發(fā)工具及應(yīng)用4.2.1UG二次開發(fā)工具介紹UG作為一款功能強大的三維計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）和計算機輔助制造（CAM）軟件，廣泛應(yīng)用于機械、航空航天、汽車等眾多領(lǐng)域。為了滿足用戶的個性化需求，UG提供了豐富的二次開發(fā)工具，其中UG/OpenAPI和UG/OpenGrip是較為常用的兩種工具。UG/OpenAPI（ApplicationProgrammingInterface），又稱UserFunction，是一個允許程序訪問并改變UG對象模型的程序集，它封裝了近2000個UG操作的函數(shù)，幾乎涵蓋了UG界面上的所有操作，為用戶提供了深入定制和擴展UG功能的能力。從功能上看，UG/OpenAPI能夠?qū)G的圖形終端、文件管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫進行全面操作。在圖形終端操作方面，它可以創(chuàng)建、修改和刪除各種幾何模型，如點、線、面、體等，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對模型的參數(shù)化驅(qū)動。通過編寫UG/OpenAPI程序，可以根據(jù)用戶輸入的參數(shù)，自動生成符合要求的三維模型。在文件管理系統(tǒng)方面，UG/OpenAPI提供了文件的讀取、寫入、保存和打開等功能，方便用戶與外部數(shù)據(jù)進行交互。它還可以對UG的數(shù)據(jù)庫進行操作，實現(xiàn)對模型數(shù)據(jù)的存儲、查詢和更新?？ㄌ乇死展驹谠O(shè)計新型小型液壓挖掘機履帶行走裝置時，利用UG/OpenAPI開發(fā)了專門的參數(shù)化設(shè)計模塊。通過該模塊，設(shè)計人員可以快速輸入履帶行走裝置的各項參數(shù)，如履帶長度、寬度、驅(qū)動輪直徑等，系統(tǒng)會根據(jù)這些參數(shù)自動生成三維模型，并進行相關(guān)的分析和驗證，大大提高了設(shè)計效率和準確性。UG/OpenAPI程序按其連接方式分為內(nèi)部模式（Internal環(huán)境）和外部模式（External環(huán)境）。內(nèi)部模式開發(fā)的程序只能在UG的界面環(huán)境（Session）下運行，其優(yōu)點是連接速度快，程序相對較小，并且能夠與用戶進行實時交互。在內(nèi)部模式下，程序可以直接訪問UG的圖形界面元素，用戶在操作過程中能夠直觀地看到模型的變化，便于及時調(diào)整參數(shù)。外部模式開發(fā)的程序則能在操作系統(tǒng)中獨立執(zhí)行，具有更強的獨立性和靈活性，但缺點是無法實時顯示圖形與用戶交互，部分函數(shù)只能在內(nèi)部模式下執(zhí)行。在一些需要進行大規(guī)模計算或后臺處理的任務(wù)中，外部模式可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提高程序的運行效率。UG/OpenAPI程序使用的是C或C++編程語言，這兩種語言具有高效、靈活的特點，能夠充分發(fā)揮UG/OpenAPI的強大功能。基于Windows操作系統(tǒng)的UG二次開發(fā)可以在VC++6.0或更高版本的環(huán)境下進行，VC提供的各類庫函數(shù)和豐富的編程資源進一步提升了UG/OpenAPI的功能，同時也為集成企業(yè)原有的C/C++語言程序提供了便利。UG/OpenGrip（GraphicsInteractiveProgramming）是一種專用的圖形交互編程語言，與UG系統(tǒng)緊密集成，能夠?qū)崿F(xiàn)UG環(huán)境下的大多數(shù)應(yīng)用操作。UG/OpenGrip具有簡單、易學(xué)、易用的特點，即使是對編程不太熟悉的設(shè)計人員，也能在較短時間內(nèi)掌握其基本語法和使用方法。在功能方面，UG/OpenGrip可以進行參數(shù)化繪圖、模型創(chuàng)建、尺寸標注等操作。它提供了一系列的繪圖函數(shù)和命令，用戶可以通過編寫Grip程序，根據(jù)給定的參數(shù)繪制出各種復(fù)雜的圖形和模型。與UG/OpenAPI相比，UG/OpenGrip雖然功能相對較弱，但在一些特定的應(yīng)用場景中，如簡單模型的快速創(chuàng)建、參數(shù)化繪圖等，具有獨特的優(yōu)勢。在小型液壓挖掘機履帶行走裝置的參數(shù)化設(shè)計中，對于一些結(jié)構(gòu)較為簡單的部件，如履帶板、支重輪等，可以使用UG/OpenGrip進行快速建模和參數(shù)化設(shè)計。通過編寫Grip程序，用戶只需輸入部件的關(guān)鍵參數(shù)，如履帶板的長度、寬度、厚度等，程序就能自動生成相應(yīng)的三維模型，并進行尺寸標注和參數(shù)關(guān)聯(lián)。UG/OpenGrip語言擁有自身的語法結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)、內(nèi)部函數(shù)以及與其他通用語言程序相互調(diào)用的接口。在語法結(jié)構(gòu)上，它類似于Fortran語言，采用順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)來組織程序代碼。程序結(jié)構(gòu)方面，UG/OpenGrip程序通常由主程序和子程序組成，主程序負責調(diào)用子程序和控制程序的流程，子程序則完成具體的功能實現(xiàn)。內(nèi)部函數(shù)提供了豐富的計算和繪圖功能，如數(shù)學(xué)運算函數(shù)、幾何圖形生成函數(shù)等。UG/OpenGrip還可以與其他通用語言程序相互調(diào)用，實現(xiàn)資源的有效利用。在一些復(fù)雜的參數(shù)化設(shè)計項目中，可能會涉及到多種編程語言的協(xié)同工作，UG/OpenGrip可以與C、C++等語言進行接口，共同完成設(shè)計任務(wù)。4.2.2開發(fā)工具在參數(shù)化設(shè)計中的應(yīng)用在小型液壓挖掘機履帶行走裝置的參數(shù)化設(shè)計中，UG/OpenAPI和UG/OpenGrip這兩種開發(fā)工具發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，主要體現(xiàn)在模型的參數(shù)化驅(qū)動和用戶界面設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模型的參數(shù)化驅(qū)動是參數(shù)化設(shè)計的核心功能之一，UG/OpenAPI和UG/OpenGrip通過不同的方式實現(xiàn)了這一功能。UG/OpenAPI利用其強大的函數(shù)庫和對UG對象模型的深入訪問能力，實現(xiàn)了對模型參數(shù)的精確控制。在履帶行走裝置的參數(shù)化設(shè)計中，通過編寫UG/OpenAPI程序，可以將模型的各個參數(shù)，如驅(qū)動輪的直徑、履帶的節(jié)距、支重輪的數(shù)量等，與程序中的變量進行關(guān)聯(lián)。當用戶在程序界面中輸入新的參數(shù)值時，程序會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯和算法，自動更新模型中相應(yīng)的幾何尺寸和形狀。利用UG/OpenAPI的函數(shù)，可以獲取用戶輸入的驅(qū)動輪直徑參數(shù)，然后根據(jù)該參數(shù)重新計算履帶的節(jié)距和其他相關(guān)尺寸，并通過修改模型的幾何參數(shù)，實現(xiàn)驅(qū)動輪和履帶模型的更新。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)對模型的高度定制和自動化設(shè)計，大大提高了設(shè)計效率和準確性。UG/OpenGrip則通過其簡潔的語法和圖形交互功能，為模型的參數(shù)化驅(qū)動提供了一種直觀、便捷的方式。在使用UG/OpenGrip進行參數(shù)化設(shè)計時，用戶可以通過編寫Grip程序，定義模型的參數(shù)和幾何關(guān)系。程序運行時，用戶只需在命令行或交互界面中輸入?yún)?shù)值，Grip程序就會根據(jù)這些參數(shù)值自動繪制或更新模型。在設(shè)計履帶行走裝置的支重輪時，可以編寫一個Grip程序，定義支重輪的直徑、寬度、輪輻數(shù)量等參數(shù)。當用戶輸入不同的參數(shù)值時，Grip程序會根據(jù)這些參數(shù)值自動生成相應(yīng)的支重輪模型，并顯示在UG的圖形界面中。這種方式使得設(shè)計人員能夠更加直觀地看到參數(shù)變化對模型的影響，便于進行設(shè)計調(diào)整和優(yōu)化。用戶界面設(shè)計是參數(shù)化設(shè)計中與用戶交互的重要部分，良好的用戶界面能夠提高用戶體驗和設(shè)計效率。UG/OpenAPI和UG/OpenGrip都可以與UG/OpenUIStyler等工具結(jié)合，進行用戶界面的設(shè)計。UG/OpenUIStyler是開發(fā)UG對話框的可視化工具，它提供了豐富的控件，如位圖（Bitmap）、調(diào)色板（ColorTool）、靜態(tài)文本（Label）、多行文字框（Multi-lineText）、多選列表框（Multi-SelectList）、下拉列表框（OptionMenu）、屬性頁（PropertyPages）、按鈕（PushButton）、單選框（SelectionBox）、滾動窗口（ScrolledWindow）、單選按鈕（RadioBox）、分隔符（Separator）、單選列表框（SingleSelectList）、復(fù)選框（Toggle）、整型數(shù)值輸入框（Integer）、浮點型數(shù)值輸入框（Real）、字符串輸入框（String）等。利用UG/OpenUIStyler，結(jié)合UG/OpenAPI或UG/OpenGrip，可以創(chuàng)建出功能豐富、操作便捷的用戶界面。在小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計中，可以使用UG/OpenUIStyler創(chuàng)建一個主對話框，在對話框中設(shè)置各種參數(shù)輸入控件，如文本框、下拉列表框等，用于用戶輸入履帶行走裝置的各項參數(shù)。通過按鈕控件，用戶可以觸發(fā)參數(shù)化設(shè)計程序的運行，實現(xiàn)模型的生成和更新。還可以使用靜態(tài)文本控件顯示相關(guān)的提示信息和設(shè)計說明，幫助用戶更好地理解和使用參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。利用UG/OpenAPI編寫程序邏輯，實現(xiàn)用戶界面與模型參數(shù)化驅(qū)動的交互。當用戶在界面中輸入?yún)?shù)并點擊“生成模型”按鈕時，UG/OpenAPI程序會獲取用戶輸入的參數(shù)值，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)和算法，更新模型的參數(shù)并生成新的三維模型。通過這種方式，用戶可以方便地進行參數(shù)化設(shè)計操作，提高設(shè)計效率和準確性。4.3參數(shù)化模型的建立與實現(xiàn)4.3.1確定基本參數(shù)以某廠家6噸級挖掘機行走裝置為實例，采用相似原理確定基本參數(shù)是實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計的重要基礎(chǔ)。相似原理基于相似理論，通過對已有成功產(chǎn)品的分析和研究，找到與待設(shè)計產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能和性能等方面具有相似性的模型，從而確定基本參數(shù)。在確定行走速度參數(shù)時，參考6噸級挖掘機在不同工況下的實際作業(yè)需求和經(jīng)驗數(shù)據(jù)。考慮到該型號挖掘機可能應(yīng)用于城市建設(shè)、小型水利工程等場景，需要在狹窄空間內(nèi)靈活移動，同時也需要在轉(zhuǎn)場時具備一定的速度。通過對市場上同類型產(chǎn)品的調(diào)研和分析，結(jié)合相似原理，確定該6噸級挖掘機的高速行駛速度為4.5km/h，低速行駛速度為2.5km/h。這樣的速度設(shè)定既能夠滿足在狹小施工場地內(nèi)的精確操作需求，又能在需要長距離移動時提高效率。在確定爬坡能力參數(shù)時，充分考慮到該6噸級挖掘機可能面臨的各種地形條件。通過對6噸級挖掘機在山地、丘陵等地形的作業(yè)情況分析，以及對類似工況下其他成功產(chǎn)品的參數(shù)借鑒，確定其爬坡度為32°。這一參數(shù)確保了挖掘機在遇到一定坡度的地形時，能夠憑借足夠的驅(qū)動力和穩(wěn)定的重心，安全、穩(wěn)定地完成爬坡任務(wù)，滿足實際工程需求。接地比壓參數(shù)的確定同樣依據(jù)相似原理和實際工況分析?？紤]到6噸級挖掘機可能在松軟的沙地、泥濘的濕地等不同地面條件下作業(yè)，為了保證其通過性和穩(wěn)定性，需要合理控制接地比壓。通過對同類型挖掘機在不同地面條件下的作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，結(jié)合相似產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗，確定該6噸級挖掘機的接地比壓為35kPa。這一接地比壓能夠使挖掘機在松軟地面上有效分散自身重量，避免陷入地面，同時在堅硬地面上也能保證足夠的穩(wěn)定性。通過對6噸級挖掘機行走裝置的驅(qū)動力、驅(qū)動輪直徑、履帶節(jié)距等其他關(guān)鍵參數(shù)，都按照相似原理，參考已有成功產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗和實際工況數(shù)據(jù)進行確定。這種方法不僅能夠充分利用前人的設(shè)計成果，減少設(shè)計過程中的盲目性，還能確保設(shè)計出的行走裝置在性能上滿足實際工程需求，提高設(shè)計的可靠性和可行性。4.3.2利用二次開發(fā)語言完成模型建立利用GRIP語言進行模型創(chuàng)建是實現(xiàn)小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計的關(guān)鍵步驟。GRIP語言作為一種專用的圖形交互編程語言，與UG系統(tǒng)緊密集成，能夠高效地實現(xiàn)模型的參數(shù)化構(gòu)建。在創(chuàng)建驅(qū)動輪模型時，首先需要明確驅(qū)動輪的關(guān)鍵參數(shù)，如直徑、齒數(shù)、齒形等。通過GRIP語言的變量定義功能，將這些參數(shù)定義為變量，以便后續(xù)進行參數(shù)化控制。使用“DECLARE”語句定義變量，如“DECLAREDASREAL;”（定義驅(qū)動輪直徑D為實數(shù)類型變量）、“DECLAREZASINTEGER;”（定義驅(qū)動輪齒數(shù)Z為整數(shù)類型變量）。接下來，利用GRIP語言的繪圖函數(shù)進行驅(qū)動輪的幾何建模。使用“CIRCLE”函數(shù)繪制驅(qū)動輪的外圓，代碼示例為“CIRCLECENTER=(0,0,0),RADIUS=D/2;”，表示以坐標原點(0,0,0)為圓心，以驅(qū)動輪直徑D的一半為半徑繪制圓。對于齒形的繪制，可以根據(jù)齒形的數(shù)學(xué)模型，利用GRIP語言的直線、曲線繪制函數(shù)來實現(xiàn)。漸開線齒形可以通過一系列的點來擬合繪制，使用“SPLINE”函數(shù)根據(jù)漸開線的參數(shù)方程計算出各個點的坐標，然后連接這些點形成漸開線齒形。在繪制過程中，通過變量引用，將之前定義的參數(shù)應(yīng)用到繪圖函數(shù)中，實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動。當修改驅(qū)動輪直徑D或齒數(shù)Z的變量值時，驅(qū)動輪的模型會根據(jù)新的參數(shù)值自動更新。創(chuàng)建履帶模型時，同樣先定義履帶的關(guān)鍵參數(shù)，如履帶節(jié)距P、履帶板寬度W、履帶鏈節(jié)數(shù)N等。使用GRIP語言的“DECLARE”語句進行變量定義，如“DECLAREPASREAL;”、“DECLAREWASREAL;”、“DECLARENASINTEGER;”。在建模過程中，利用GRIP語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)和繪圖函數(shù)來繪制履帶。通過循環(huán)語句，根據(jù)履帶節(jié)距和鏈節(jié)數(shù)，依次繪制每個履帶鏈節(jié)。使用“RECTANGLE”函數(shù)繪制履帶板，代碼示例為“RECTANGLECORNER1=(X1,Y1,Z1),CORNER2=(X1+W,Y1+P,Z1);”，表示以點(X1,Y1,Z1)和點(X1+W,Y1+P,Z1)為對角頂點繪制矩形履帶板。在循環(huán)中，通過變量計算來確定每個履帶鏈節(jié)的位置和尺寸，實現(xiàn)參數(shù)化建模。當修改履帶節(jié)距P、履帶板寬度W或鏈節(jié)數(shù)N的變量值時，履帶模型會相應(yīng)地自動更新，展示出不同參數(shù)下的履帶結(jié)構(gòu)。通過GRIP語言完成引導(dǎo)輪、支重輪、托鏈輪等其他行走裝置部件的模型創(chuàng)建，同樣遵循定義變量、利用繪圖函數(shù)和參數(shù)化驅(qū)動的步驟。在整個模型創(chuàng)建過程中，充分利用GRIP語言的功能，將參數(shù)與模型緊密關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了通過修改參數(shù)就能快速生成不同規(guī)格行走裝置模型的目標。4.3.3用戶界面設(shè)計結(jié)合UG其它二次開發(fā)工具設(shè)計友好的用戶界面，是提升小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)易用性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。UG/OpenUIStyler作為開發(fā)UG對話框的可視化工具，與UG/OpenAPI或UG/OpenGrip相結(jié)合，能夠創(chuàng)建出功能豐富、操作便捷的用戶界面。在設(shè)計用戶界面時，首先利用UG/OpenUIStyler創(chuàng)建一個主對話框。在主對話框的設(shè)計過程中，合理布局各種控件，以提高用戶操作的便利性和界面的美觀性。使用“CreateDialog”函數(shù)創(chuàng)建對話框，并設(shè)置對話框的標題、大小、位置等屬性。將對話框的標題設(shè)置為“小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計”，使其明確展示界面的功能。在主對話框中，添加各類參數(shù)輸入控件，以滿足用戶輸入履帶行走裝置各項參數(shù)的需求。使用“CreateTextBox”函數(shù)創(chuàng)建文本框控件，用于輸入驅(qū)動輪直徑、履帶節(jié)距、支重輪數(shù)量等數(shù)值型參數(shù)。為每個文本框控件設(shè)置合適的提示信息，“驅(qū)動輪直徑(mm):”、“履帶節(jié)距(mm):”等，方便用戶準確輸入?yún)?shù)。使用“CreateOptionMenu”函數(shù)創(chuàng)建下拉列表框控件，用于選擇一些具有固定選項的參數(shù)，如履帶板的類型（單筋履帶板、雙筋履帶板等）。在下拉列表框中添加相應(yīng)的選項，用戶可以通過點擊下拉箭頭進行選擇。為了實現(xiàn)模型的生成和更新功能，在主對話框中添加按鈕控件。使用“CreatePushButton”函數(shù)創(chuàng)建按鈕，并設(shè)置按鈕的文本，“生成模型”、“更新模型”等。通過編寫UG/OpenAPI或UG/OpenGrip程序邏輯，實現(xiàn)按鈕的點擊響應(yīng)功能。當用戶點擊“生成模型”按鈕時，程序會獲取用戶在文本框和下拉列表框中輸入的參數(shù)值，調(diào)用之前利用GRIP語言創(chuàng)建的模型生成程序，根據(jù)這些參數(shù)值生成相應(yīng)的履帶行走裝置三維模型，并在UG的圖形界面中顯示出來。如果用戶在生成模型后修改了參數(shù)，點擊“更新模型”按鈕，程序會根據(jù)新的參數(shù)值對已生成的模型進行更新，展示出修改后的模型效果。為了幫助用戶更好地理解和使用參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，在主對話框中添加靜態(tài)文本控件，用于顯示相關(guān)的提示信息和設(shè)計說明。使用“CreateLabel”函數(shù)創(chuàng)建靜態(tài)文本控件，并設(shè)置其顯示的文本內(nèi)容。在靜態(tài)文本中說明每個參數(shù)的含義、取值范圍以及對模型性能的影響，“驅(qū)動輪直徑越大，挖掘機的驅(qū)動力越大，但行走速度可能會降低；履帶節(jié)距越小，履帶與驅(qū)動輪的嚙合越緊密，但制造成本可能會增加”等。這樣用戶在輸入?yún)?shù)時能夠更加清楚地了解每個參數(shù)的作用，從而做出更合理的選擇。通過合理運用UG/OpenUIStyler和其他二次開發(fā)工具，設(shè)計出的用戶界面能夠方便用戶輸入?yún)?shù)和操作模型，大大提高了參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的易用性和交互性。五、實例分析與驗證5.1選取典型工況與模型為了驗證小型液壓挖掘機履帶行走裝置參數(shù)化設(shè)計方法的有效性和可靠性，選取挖掘機作業(yè)循環(huán)中的兩種典型工況進行分析。第一種典型工況為挖掘作業(yè)工況。在挖掘作業(yè)時，挖掘機主要承受來自挖掘阻力、自重以及地面反力的作用。挖掘阻力是由鏟斗挖掘土壤或其他物料時產(chǎn)生的，其大小和方向隨挖掘深度、挖掘角度以及物料性質(zhì)的變化而變化。挖掘機的自重通過履帶均勻分布在地面上，地面反力則與自重和挖掘阻力相互平衡。在這種工況下，履帶行走裝置需要具備足夠的驅(qū)動力和穩(wěn)定性，以保證挖掘機能夠順利進行挖掘作業(yè)。當挖掘機在挖掘硬土?xí)r，挖掘阻力較大，履帶行走裝置需要提供足夠的驅(qū)動力，防止履帶打滑；同時，為了保證挖掘作業(yè)的穩(wěn)定性，履帶與地面之間需要有良好的附著力，行走裝置的結(jié)構(gòu)也需要能夠承受較大的工作載荷。第二種典型工況為爬坡工況。在爬坡時，挖掘機除了要克服自身重力沿坡面的分力外，還需要應(yīng)對地面的摩擦力和坡度變化帶來的影響。重力沿坡面的分力會使挖掘機產(chǎn)生下滑的趨勢，而地面的摩擦力則是阻止挖掘機下滑的主要力量。坡度的變化會導(dǎo)致挖掘機的重心位置發(fā)生改變，對行走裝置的穩(wěn)定性提出了更高的要求。在這種工況下，履帶行走裝置的爬坡能力和穩(wěn)定性至關(guān)重要。如果履帶行走裝置的爬坡能力不足，挖掘機將無法爬上預(yù)定的坡度；而如果穩(wěn)定性不好，在爬坡過程中挖掘機可能會發(fā)生側(cè)翻等危險情況。當挖掘機爬上一個30度的斜坡時，履帶行走裝置需要提供足夠的驅(qū)動力，以克服重力沿坡面的分力和地面摩擦力；同時，行走裝置的結(jié)構(gòu)需要能夠保證挖掘機在爬坡過程中的重心穩(wěn)定，防止側(cè)翻。確定用于分析的X型和H型7噸級挖掘機行走底架模型。X型行走底架結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性和承載能力，其獨特的X型布局能夠有效地分散載荷，提高底架的抗扭性能。在實際作業(yè)中，X型行走底架能夠適應(yīng)較為復(fù)雜的地形條件，如崎嶇不平的山地或松軟的沙地等。H型行走底架結(jié)構(gòu)則具有較高的強度和剛度，能夠承受較大的工作載荷。H型底架的橫梁和縱梁相互連接，形成了一個堅固的框架結(jié)構(gòu)，適用于需要進行重載作業(yè)的場合，如挖掘堅硬的巖石或進行大型土方工程等。通過對這兩種不同結(jié)構(gòu)形式的行走底架模型進行分析，可以全面評估參數(shù)化設(shè)計方法在不同工況下的適用性和可靠性。5.2受力分析與有限元分析5.2.1受力分析方法與過程在對X型和H型7噸級挖掘機行走底架進行受力分析時，采用材料力學(xué)、理論力學(xué)等相關(guān)力學(xué)原理，針對挖掘作業(yè)和爬坡這兩種典型工況，分別計算各部位的受力情況。在挖掘作業(yè)工況下，首先確定作用在行走底架上的外力。挖掘阻力是主要的外力之一，其大小可根據(jù)挖掘的物料性質(zhì)、挖掘深度和挖掘角度等因素進行估算。假設(shè)挖掘硬土?xí)r，挖掘阻力F1約為50kN，方向與鏟斗挖掘方向相反。挖掘機的自重G通過回轉(zhuǎn)平臺傳遞到行走底架上，7噸級挖掘機的自重約為70kN，作用點位于回轉(zhuǎn)中心。地面反力R則分布在履帶與地面的接觸面上，其大小和分布情況與挖掘機的姿態(tài)和地面條件有關(guān)。根據(jù)力的平衡原理，在水平方向上，挖掘阻力與地面反力在水平方向的分力相互平衡；在垂直方向上，自重與地面反力在垂直方向的分力相互平衡。通過建立力的平衡方程，可以求解出地面反力的大小和方向。設(shè)地面反力在水平方向的分力為Rx，垂直方向的分力為Ry，則有：Rx=F1，Ry=G。由此可計算出地面反力R的大小為：R=√(Rx2+Ry2)?？紤]到挖掘作業(yè)時，行走底架還會受到由于挖掘動作引起的慣性力和沖擊力的作用。這些力的大小和方向隨挖掘動作的變化而變化，需要通過動力學(xué)分析來確定。在鏟斗快速切入物料時，會產(chǎn)生較大的沖擊力，可通過動量定理來估算沖擊力的大小。在爬坡工況下，作用在行走底架上的外力除了自重G和地面反力R外，還有重力沿坡面的分力F2和摩擦力Ff。重力沿坡面的分力F2的大小為：F2=Gsinα，其中α為坡度角，假設(shè)坡度角為30°，則F2=70×sin30°=35kN。摩擦力Ff的大小為：Ff=μN，其中μ為摩擦系數(shù)，N為地面法向反力，假設(shè)摩擦系數(shù)為0.5，地面法向反力N=Gcosα=70×cos30°≈60.6kN，則Ff=0.5×60.6=30.3kN。同樣根據(jù)力的平衡原理，在沿坡面方向上，重力沿坡面的分力、摩擦力與地面反力在沿坡面方向的分力相互平衡；在垂直于坡面方向上，自重與地面反力在垂直于坡面方向的分力相互平衡。通過建立力的平衡方程，可以求解出地面反力的大小和方向。設(shè)地面反力在沿坡面方向的分力為Rx'，垂直于坡面方向的分力為Ry'，則有：Rx'=F2+Ff，Ry'=Gcosα。由此可計算出地面反力R'的大小為：R'=√(Rx'2+Ry'2)。通過以上受力分析方法，詳細計算出X型和H型7噸級挖掘機行走底架在挖掘作業(yè)和爬坡兩種典型工況下各部位的受力情況，為后續(xù)的有限元分析提供準確的載荷數(shù)據(jù)。5.2.2利用NXNastran進行有限元分析將上述受力分析得到的結(jié)果作為載荷數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到NXNastran軟件中，進行有限元分析，以評估X型和H型7噸級挖掘機行走底架的結(jié)構(gòu)強度和可靠性。在NXNastran軟件中，首先設(shè)置材料屬性。對于行走底架常用的材料，如Q345鋼，其彈性模量設(shè)置為2.06×10^5MPa，泊松比設(shè)置為0.3，密度設(shè)置為7850kg/m3。這些材料屬性參數(shù)是根據(jù)材料的實際物理性能確定的，確保在有限元分析中能夠準確反映材料的力學(xué)特性。接下來進行網(wǎng)格劃分，這是有限元分析中的關(guān)鍵步驟，對分析結(jié)果的準確性和計算效率有著重要影響。根據(jù)行走底架的結(jié)構(gòu)特點和復(fù)雜程度，選擇合適的網(wǎng)格類型和尺寸。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位，如連接節(jié)點、應(yīng)力集中區(qū)域等，采用較小的網(wǎng)格尺寸，以提高網(wǎng)格的精度，更準確地捕捉這些區(qū)域的應(yīng)力變化；而對于結(jié)構(gòu)相對簡單的部位，則采用較大的網(wǎng)格尺寸，以減少網(wǎng)格數(shù)量，提高計算效率。在劃分網(wǎng)格時，使用NXNastran軟件提供的自動網(wǎng)格劃分功能，并結(jié)合手動調(diào)整，確保網(wǎng)格的質(zhì)量和分布合理。經(jīng)過劃分，X型行走底架的網(wǎng)格數(shù)量達到50000個，H型行走底架的網(wǎng)格數(shù)量達到45000個。設(shè)置邊界條件是模擬行走底架在實際工作中的約束情況。在挖掘作業(yè)工況下，將履帶與地面的接觸部分設(shè)置為固定約束，限制其在三個方向的位移和轉(zhuǎn)動，以模擬地面的支撐作用；在爬坡工況下，同樣將履帶與地面的接觸部分設(shè)置為固定約束，并根據(jù)坡度方向，設(shè)置相應(yīng)的位移約束，以模擬爬坡時的受力情況。將挖掘阻力、重力、地面反力等載荷按照受力分析的結(jié)果，準確施加到相應(yīng)的節(jié)點或面上。完成上述設(shè)置后，啟動NXNastran軟件進行求解計算。軟件將根據(jù)設(shè)置的材料屬性、網(wǎng)格劃分、邊界條件和載荷等參數(shù)，對行走底架進行有限元分析，計算出各節(jié)點的位移、應(yīng)力和應(yīng)變等結(jié)果。通過查看分析結(jié)果，可得到X型和H型行走底架在不同工況下的應(yīng)力分布云圖、位移云圖等。從應(yīng)力分布云圖中，可以清晰地看到應(yīng)力集中的區(qū)域，如行走底架的連接處、關(guān)鍵受力部位等；從位移云圖中，可以了解行走底架在載荷作用下的變形情況。通過對這些結(jié)果的分析，評估行走底架的結(jié)構(gòu)強度和可靠性，判斷其是否滿足設(shè)計要求。5.3分析結(jié)果與討論通過NXNastran有限元分析，得到X型和H型7噸級挖掘機行走底架在挖掘作業(yè)和爬坡工況下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等結(jié)果。在挖掘作業(yè)工況下，X型行走底架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在與驅(qū)動輪連接的部位，約為200MPa，小于材料的許用應(yīng)力345MPa；H型行走底架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在橫梁與縱梁的連接處，約為220MPa，同樣小于許用應(yīng)力。這表明在挖掘作業(yè)工況下，兩種行走底架的結(jié)構(gòu)強度均滿足要求，但X型行走底架的應(yīng)力分布相對更為均勻，局部應(yīng)力集中現(xiàn)象較弱。從位移結(jié)果來看，X型行走底架的最大位移為5mm，H型行走底架的最大位移為6mm。X型行走底架在抵抗變形方面表現(xiàn)更優(yōu)，能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在爬坡工況下，X型行走底架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在履帶與地面接觸的前端部位，約為230MPa，小于許用應(yīng)力；H型行走底架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在靠近驅(qū)動輪的縱梁部位，約為250MPa，也小于許用應(yīng)力。X型行走底架的應(yīng)力水平相對較低，在爬坡時的受力狀態(tài)更為理想。在位移方面，X型行走底架的最大位移為7mm，H型行走底架的最大位移為8mm。X型行走底架的位移較小，說明其在爬坡時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，能夠更好地適應(yīng)爬坡工況的要求。綜合兩種工況的分析結(jié)果，X型和H型行走底架的設(shè)計均滿足安全性要求，在材料許用應(yīng)力范圍內(nèi)，未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險。X型行走底架在可靠性方面表現(xiàn)更為出色，其應(yīng)力分布相對均勻，位移較小，在抵抗變形和保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢。這是因為X型行走底架獨特的X型布局能夠更有效地分散載荷，提高結(jié)構(gòu)的抗扭性能，使其在復(fù)雜工況下的適應(yīng)性更強。X型行走底架的優(yōu)點在于其良好的穩(wěn)定性和抗扭性能，能夠適應(yīng)較為復(fù)雜的地形條件，在挖掘作業(yè)和爬坡等工況下，能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少因受力不均而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞風(fēng)險。其缺點可能在于制造工藝相對復(fù)雜，成本較高，由于X型結(jié)構(gòu)的特殊性，在加工和裝配過程中可能需要更高的精度和技術(shù)要求，從而增加了制造成本。H型行走底架的優(yōu)點是具有較高的強度和剛度，能夠承受較大的工作載荷，適用于需要進行重載作業(yè)的場合。其缺點是在某些工況下，如復(fù)雜地形或需要頻繁轉(zhuǎn)向的作業(yè)場景中，穩(wěn)定性可能不如X型行走底架，容易出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)的可