履带行走式液压支架行走机构动力学仿真研究

    履带行走式液压支架（以下简称行走支架）是短壁工作面机械化开采的一种新的支护设备，与连续采煤机、运煤车、锚杆钻机、给料破碎机和铲车等设备配套共同组成短壁机械化连续采煤系统。该支架主要随连续采煤机工作，对顶板及时支护，为采煤设备及人员提供安全的作业空间。

    近年来，随着数字技术的快速发展，国内外机械产品开发过程中广泛应用高效率、低成本的虚拟样机技术代替传统设计方法，不再用周期长、成本高的“设计-试制-试验-改进”的基于物理样机的设计研发模式，实现了新技术向新产品的快速转化。通过建立行走支架履带行走机构的简化模型，导入ADAMS进行动力学仿真，并快速分析、比较多种参数的设计方案，大大减少了物理样机制造及试验过程得出所需的力学曲线，为零部件的优化设计提供理论依据。

1 行走支架行走机构构成及工作原理

    行走支架由支护系统、控制系统、行走机构与铲煤板组成，如图1所示。文章主要研究该设备的行走机构，其行走机构采用履带驱动方式，无支重轮，具有结构简单，重量轻，可靠性高等优点，能够承载行走支架重量，并带动行走支架在井下巷道行走，是行走支架的主要部件。

    图1 行走支架总体及行走机构构成

    行走机构由液压马达、行走减速器、驱动链轮、履带、张紧机构和履带架等几部分组成。其工作原理是：以液压马达为动力源，通过减速器和驱动链轮将转矩传递到履带，用以克服履带板与地面间的摩擦力，牵引行走支架向前或向后移动。

2 履带行走机构三维模型的建立

    由于履带连接副较多，用传统的方法来计算行走支架与地面的动力学关系，计算量大，结果不够精确，因此，以往对其性能的研究一直停留在“经验+试验”的基础上。本文根据行走支架的设计数据，确定各个零件的外形尺寸，在中分别建立履带板、驱动链轮、导向轮和履带架的三维模型。考虑到模型的复杂程度及仿真重点，建模时将各履带板之间的履带销、滚套等简化掉，然后将履架当作与驱动链轮、导向轮连接的唯一零件，将整机重量整合到履带架上。

3 履带行走机构虚拟样机的建立

    在ADAMS/View环境中建立虚拟样机，然后根据实际情况用宏命令修改各零件质量并定义其之间的约束关系。约束包括以下运动副：铰接副、圆柱副、点点副、固定副，驱动链轮和行走减速器，导向轮和履带架以及履带板之间均视为铰接副。各履带板之间先全部施加铰接副，后将其中任意两个改为圆柱副和点点副（否则会有过约束），最后建立地面模型，用固定副将其固定在空间内。