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。