小车行走原理及注意事项，你知道几个？（上）

周立强与邓世龙

SCC36000A履带起重机是近年来国产3000吨履带起重机的典型产品之一。其最大起重能力为3 600 t，最大起重力矩可达88 000 t m。与其他型号相比，SCC36000A履带起重机具有特殊的机构结构。其主机设计为四轨八传动形式，超起重配重小车设计为双小车四轨传动结构。本文重点分析了SCC36000A履带起重机（以下简称履带起重机）的超起重配重小车的行驶原理及注意事项。

1 履带起重机行走原理

1.1 基本概述

如图1所示，履带起重机由主机和超起小车独立驱动。超级起重小车不提供单独的电源。它可以是单动的，可以在不同的操作模式下自由切换。主机中心与超起小车的距离为36m或33m，由桁架连杆和伸缩套筒连接。桁架与主机的连接为铰接结构，带有两个横向销轴，可以有一定的上下运动自由度。伸缩套筒油缸与超起小车的连接是伸缩套底座与2个超起小车连接架的销子的连接，其中一个销子是半开的，也可以向上移动和下来。或者当基础高差变化较大时，应平衡连接架两端标高变化，避免结构干涉破坏。主副车连接结构示意图如图2所示。

图1履带起重机外形图

图2 履带起重机主副车连接结构示意图

1.2 模型简化

履带起重机的行走模型可以简化为下部活动结构和上部固定结构。下部活动部件主要是主机下机和超起重配重小车；上固定结构主要是指主机上车与机器上的超A对重小车相对固定的组合形式。履带起重机的回转、行走等动作的实施是指主机下机与超起重配重小车下机的单一动作或联动。无论下部结构多么活跃，上部结构都应始终保持相对固定，例如主副车的振幅、主副车的连杆和配重小车的γ角（这些参数将在详情如下）。图3、图4中黑色主机下机和洋红色超起重配重小车下机属于下部活动部件，可实现旋转、行走等不同联动动作。同时，在实现各种动作的过程中，主副车上机结构与连杆的相对固定度保持不变（不包括起升臂系统的机械动作）。

1. 与主机连接销2. 主机3. 连接架4. 超车小车

图3 履带起重机行走方式简述

图4 履带起重机回转方式概述

1.3 机构及参数简介

1）主赛事组织

在行走模式下的履带起重机简化模型的基础上建立简化模型图，如图5所示。履带起重机在行走过程中二手吊车，除了履带行走动作外，自由度整机的旋转主要包括主机的上下机转动、伸缩套筒的前后延伸、绕铰接点的转动、小车上下机的转动。

图5履带起重机行走机构简化示意图

2）行走过程的主要控制参数

行走方式涉及的主要参数有主副车连杆角度γ、超起重配重小车下车角度α1、α2、主副车长度车辆连杆拉绳L偏差值（L为超重半径公差值，- 450 mm

在行走模式下，两个最重要的参数是绳索长度的γ角和偏差值L，执行器底部的最低参数是α1、α2，(偏差范围为±7°）。 γ角是保证伸缩套不干扰两侧配重的重要参数，而绳索长度偏差是保证超起重配重半径始终保持在36 m 或 33 m 的预定状态。履带式起重机的理想期望是 γ 角始终保持 90°，绳索长度偏差尽可能接近 0。主机与小车轨道始终保持平行。如果不平行，超重配重小车在行走过程中与主机的直线度会不一致，导致γ角偏差，绳索长度超差。

履带起重机行走过程全过程的一个重要控制点是通过各种手段始终控制超起小车和主机的行走速度。主机虽然有4条履带，但自由度小。吊车，控制比较简单，所以主要控制因素是控制超起小车四个履带的行走速度。

图6小车行走过程主要控制参数示意图

1.4 种主要步行模式

履带起重机的行走方式主要分为直线行走方式和万向行走方式，包括并排行走，也是通用行走方式之一。图7-9展示了履带起重机几种常见的行走方式。

图7 主机+小车同步直线行走方式

图8 主机+小车万能行走模式

图9 主机+小车通用行走模式（并排行走模式）

2履带式起重机行走分析

正常直线行走时可能会出现γ角过大或过小、拉绳长度过大或过小等几种情况。不考虑地面不平的影响，履带起重机通过控制逻辑调整小车的整体履带速度，修正偏差值。这一层的逻辑控制比较简单。

在实际过程中，考虑到地面因素和小车各轨道系统的误差，小车2个轨道之间会存在速度差。在这种情况下，行走过程会更加复杂。下面是一个任意直行行走模型的理想初始状态（见图10）分析行走逻辑控制，并列出由于小车各轨道速度偏差而出现的各种情况（见图11~图14））。，以及各种偏差对应的几种整改逻辑关系（见表1）。

图10 主机+小车同步直线行走的理想状态初始位姿

图11 小车在90°＜γ＜91°，-450 mm＜L＜0 mm时的4种状态

图12 小车在90°＜γ＜91°、0 mm＜L＜450 mm条件下的4种状态

图13 小车在89°＜γ＜90°，-450 mm＜L＜0 mm条件下的4种状态

图14 小车在89°＜γ＜90°、0 mm＜L＜450 mm条件下的4种状态

行走过程中的实际情况远不止表1所列的情况。例如情况1的可能原因可能是在V1>V2的情况下，V1>V，但是V2V-V2。在采取同样措施的情况下，还可以演变成其他几种情况，所以上面的逻辑关系一定能够涵盖其他类似的情况。

从表1也可以看出，几种不同情况下采取的纠正和控制措施是一致的。其实上面的逻辑关系只是说明了采取措施的大致思路。例如情况1和情况9的措施是一致的，但实际控制计算机在偏差角差φ1、φ2的正常范围内，一般可以降低或提高相应小车2的轨道速度手推车1、2，所以这在逻辑上是可行的。

履带起重机行程控制优化的3个关键点

从表1可以看出，假设上述情况发生在履带行走速度有偏差的情况下，整个超起重配重小车的偏差修正是从执行层底部的小车，调整单台小车的偏角偏差。将φ值控制在正常范围后，调整单台小车的整体速度。这样，在超车的时候会比较麻烦和复杂，但是从理论上的逻辑上还是可以实现的。但实际情况更为复杂，控制方式仍有一系列问题需要解决，包括更深层次的逻辑关系和外部因素。以下是修正逻辑的案例1分析以及可能影响控制逻辑的因素。

1）底层逻辑有待进一步完善。正常轨道被磨平并在静止状态下旋转。如果地面摩擦力相同，两条履带的反向速度相同，则转动中心基本可以保持原来的质心位置。案例1，小车因两条履带的速度不同，采取措施调整单条履带的速度，造成履带主机的磨削效果。由于小车作为一个整体在运动，在轨道调整过程中小车的质心会偏离原小车的运动轨迹，自然质心位置也会发生偏差。轨道调整的方向是相关的。在案例 1 中，通过采取措施降低 V14，推车质心在理论方向上如图 15 所示。同时，由于小车1、和小车2是刚性连接的，所以小车2在动态条件下的运动轨迹是保持整体向前运动，取小车1的质心O1的中心为圆心，顺时针旋转，运动轨迹与减小γ角的预期目的背道而驰，所以逻辑上的问题可能是小车2的γ角偏差值在运行前已经超过了停机极限。小车2的偏差值φ 2 达到正常范围（行车电脑设定行走时γ角偏差值不大于1°）。当然，这种情况不一定会发生。小车2的偏角可以很小。在调整措施完成之前，质心的微小变化导致的γ角偏差值没有达到临界点，然后下一步开始实施优化γ角偏差值进入良好和预期方向。但如果2号小车偏差较大，或地面摩擦不均，在初步纠正措施未完成前，γ角偏差值已超限，导致行车电脑强行停机，出现这种情况的概率较大。发生较大，至少在深层次逻辑有可能，也可以简单概括为特定情况下二级控制逻辑与一级控制逻辑的兼容性问题。

图15 自动调整小车位姿过程中小车质心的变化

2）台车调整控制措施对机构的影响 在调整台车的γ角时，可以通过调整两台台车的平面位置来优化γ。两台小车由刚架连接架连接。地面的摩擦力使两台小车相互推拉，车架之间的内力克服地面的摩擦力达到打滑的结果（见图16））。履带与地面的摩擦力很大，会在两个小车机构上产生很大的内力，而且这种力在履带起重机的行走过程中始终存在。这种力模型容易对机构材料造成疲劳破坏。冲击载荷也较大履带吊电磁阀灯不亮，尤其是小车承载的配重托盘梁悬臂端等结构件，因此机构的行走方式对机构的影响程度较高。

图16小车横向偏移示意图

3）控制逻辑的几何分析

图17分析了小车2从偏差Δγ角调整到正90°角的过程，可以根据图中的几何关系得到

用n作为变量得到

图17 主机不同角度小车相对位置示意图

该函数以主机转角为变量，其中S为调整时间t后调整后的小车2沿主机行驶方向的总车速V2的位移量，S=Δγ·t 它主要反映了在不同主机角度和小车2整体调速差恒定的情况下，γ差调节效果的敏感度。它介于 360° 和 270° 之间。为了描述方便，直接定义为0°到90°的区间。 0°和90°之间的区间是一个单调递减的特性，即随着n的增加，在相同的调整率差和相等的时间t的情况下，Δγ的调整范围越小履带吊电磁阀灯不亮，效果越差。在不考虑调整γ角偏差的情况下，n角越大，绳索长度L的调整灵敏度越小。当n在函数的单调递增区间内处于极值90°时，就会出现图18所示的情况。

图18 n 90°行走示意图

如图 18 所示，当 n 为 90°时，小车 1 和小车 2 的行进方向在同一条直线上，也就是说，无论行车电脑采用何种控制措施，γ角度和绳子的长度无法实现。调整时，小车1和小车2只能前后牵扯，这是一种极端情况。同样，即使n角不是90°，小车1和小车2的运动方向也可能出现在同一直线上，如图19所示，但这种情况只有在n角时才会出现介于 89° 和 91° 之间。 （γ角偏差值不允许超过1°），理论上有发生的可能。

图19当n角不是90°时，小车1和小车2的前进方向重合

根据功能1的特点，为保证n角在任意角度始终保持良好的调整效果，必须根据n角实时调整△V2。这个△V2用于实际控制。电磁流量阀的电信号是通过强弱来控制的，也就是说这个电信号的规律必须符合函数1的整体特性。

4）地面条件对修正控制的影响

表1中的逻辑关系为车载电脑在检测到各种参数异常后，为判断异常原因而采取的纠正措施。但是，车载电脑无法检测到超车小车的地面水平，两辆超车小车正在行走。在此过程中与地面的摩擦力差异会导致两辆车相互挤压并打滑。这种滑跳具有一定的随机性，路面情况也大相径庭。这种情况导致的一些参数偏差可能不一定是表1中的逻辑必须涵盖的。图20显示了台车被挤压打滑的情况，2台台车和2条轨道也会形成后续由于采取纠正措施后的地面差异。

机器的打滑增加了情况的复杂性。由于超起小车都是刚性连接的，2个超起小车行走轨迹的细微差别会导致两台小车之间的推力很大，所以这种行走方式对地面更加敏感。