整装整卸时伸缩式拉臂钩的受力分析.pdf

T E C H N l CF o R U M 整装整卸时伸缩式拉臂钩的受力分析 F o r c eA n a l y s i so fT e l e s c o p i cH o o k l i f ta sL o a d i n ga n dU n l o a d i n go fC o n t a i n e r 毕文斌李玉贵 B I W e n b i ne t a l 长治清华机械厂山西长治0 4 6 0 1 2 摘耍 拉臂钩是车箱可卸式汽车的关键部件 其性能决定着整车性能的优劣 通过建立伸缩式拉臂钩的数学模型 对伸缩式拉臂钩在整 装整卸时的工况进行了详细受力分析 奠定了其力学分析和有限元分析的基础 关键词 伸缩式拉臂钩受力分析力学分析几何关系 A b s t r a c tH o o l d i f ii sak e ys y s t e mo fr o l l o f fs k i pl o a d e r w h i c hd i r e c t l yd e c i d e st h ep e r f o r m a n c eo ft h ev e h i c l e D e t a i l e df o r c ea n a l y s i sw h e n l o a d i n ga n du n l o a d i n gc o n t a i n e rh a sb e e nm a d eb ye s t a b l i s i n gam a t h e m a t i cm o d e lo ft e l e s c o p i ch o o k l i f l W h i c he s t a b l i s h e st h eb a s i sf o rd y n a m i c s a n a l y s i sa n df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s K e yw o r d st e l e s c o p i ch o o k l i f t f o r c ea n a l y s i s d y n a m i c sa n a l y s i s g e o m e t r yr e l a t i o n s h i p 中圈分类号 U 4 6 9 6 0 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 0 2 2 6 2 0 0 9 1 1 0 0 6 1 0 2 1 前言 拉臂钩是车箱可卸式汽车 又称为拉 臂车 的关键系统 它的性能直接决定着整 车性能的优劣 它同时具备货物自卸和箱体 自动装卸 即整装整卸 两种功能 而且这 两种功能由一个车载工作装置完成 工作效 率高 其用途几乎涉及国防和民用的各个方 面 在美 英 法 德 日等发达国家和许 多发展中国家已得到广泛应用 车箱可卸式 汽车自2 皑纪8 0 年代从发达国家引入我 国 目前使用较为广泛 拉臂钩按照其 结构形式主要分为小臂固定式 伸缩式 摆臂式 复合式等几种类型 本文通过建 立伸缩式拉臂钩的数学模型 对伸缩式拉 臂钩在整装整卸时的工况进行详细的受力 分析 奠定其力学分析和有限元分析的基 础 2 建立伸缩式拉臂钩的数学模型 根据伸缩式拉臂钩实体模型的特点及 使用要求 确定其数学模型为平面双输入 四连杆机构 如图1 所示 该机构的运 动轨迹有两种 一种是爿驯午在油缸动力的 带动下 整个机构的运动 此时B E 杆保持 不变 即自卸运动 另一种是首先由B E 杆 在油缸动力作用下运动 动作到位后再由 A B 杆在油缸动力作用下 带动整个机构的 运动 如图2 图3 所示 即整装整卸运 动 1 伸缩式拉臂钩在整装整卸时的运动 比较复杂 大体可分为车箱后滚轮着地时 和车箱与尺处滚轮接触时两种工况 其受 力状况也比较复杂 本文主要对其进行受 力分析 圈1 伸缩式拉臂钧的数学模型 圈2 车箱后滚轮着地时拉臂钧的运动 圈3 车箱与滚轮接触时拉臂钧的运动 作者简介 毕文斌 男 1 9 7 6 年生 工程师 现从事专用车的开发与设计工作 3 拉臂钩的受力分析 在整装整卸时伸缩式拉臂钩受到的外 力主要是通过拉臂钩钩心的作用力F 作 用力阿分解为平行于伸缩臂E H 的 l 和垂 直于伸缩臂E H 的 2 作用力呵通过计算 车箱受到的反作用力F 得到 可分解为 垂直于车箱前端面的F j 和平行于车箱前端 面的F 车箱所受的作用力可分解为拉力 F 车箱及货物的总重力G 支撑力 摩 擦批其中 f t N p 为摩擦因数 a 为 车箱底面与水平面的夹角 假设d 角为定 量 通过以上分析可知 鼻 2 最2 1 F F c o s 2 F 2 F s i n f l 3 式中 声为作用力鹃平行于伸缩臂E H O J 分力F 的夹角 3 1 车箱后滚轮着地时拉臂钩的受力分 析 伸缩式拉臂钩在后轮着地时的受力分 析分为整装和整卸两种情况 图4 所示为 整装状态下 其受力的简图 整卸状态下 拉臂钩的受力与整装状态下类似 主要是 摩擦力方向不同 本文不再赘述 2 0 0 9 1 1 薰曼暨笋6 1 万方数据 T E C H N l CF o R U M 田4 后轮着地时拉 钩的受力简圈 根据力矩平衡和力平衡方程 可得 p F l g F s G c o s a x G s i n a O 4 F 一G s i n a N s i n a f c o s a O 5 F 一G c o s a N c o s a f s i n a 0 6 式中 P 为拉臂钩钩心到车箱底面的垂直 距离 口为车箱水平时 拉臂钩钩心到车 箱后滚轮的水平距离 z 为车箱及货物的 总重心到车箱底面的垂直距离 s 为车箱 水平时 车箱及货物的总重心到车箱后滚 轮的水平距离 未知数F l F 啊由公式 4 6 联立求解 代人公式 1 3 即可得至4F J F 2 和F 的值 为了求得只和 R 的大小 尚需确定 角的值 由图3 中的 几何关系可得 f l a r c t a n F J F 一y 7 式中 y 为平行于伸缩臂E H 的分力 与车 箱底面的夹角 为了得到声的值 需先求得y 的值 y 的求解如图5 所示 根据图中的几何关系 可得 圈5 角 的求解简圈 d s i n 2 2 k c s i n e 8 y 2 d n 9 吃 巧 s 1 0 2 r d 1 1 式中 c 为拉臂钩钩心旌0 转动中心C 点的 距离 d 为拉臂钩钩心髓副车箱后滚轮中 心P 的距离 七为拉臂钩转动中 6 C 点与车 箱后滚轮中心P 的垂直距离 A 为拉臂钩钩 心蛭4 车箱后滚轮中心J D 的连线与水平面的 夹角 为拉臂钩钩心旌0 其转动中心C 点 的连线与水平面的夹角 6 为拉臂钩的伸 缩臂鹏水平面的夹角 眈为拉臂钩钩心 艇4 其转动中心C 点的连线与伸缩臂E H 的 夹角 玑为拉臂钩钩心旌0 车箱后滚轮中 心P 的连线与车箱底面的夹角 公式 8 1 1 中所有角度的实 际取值范围均为0 0 9 0 0 因此 可以导 出 尸纬一口一a r c s i 一 d s i n q a kl 1 2 3 2 后轮着地时拉臂钩的受力分析 伸缩式拉臂钩在车箱与滚轮接触时的 受力分析也可分为整装和整卸时两种 图 6 所示为整装状态下 伸缩式拉臂钩在车 箱与滚轮接触时的受力简图 整卸状态下 其受力与整装状态下类似 主要是摩擦力 方向不同 本文亦不再赘述 根据力矩平衡和力平衡方程 可得 W G s i n a t G c o s a h N p f O 13 F j G s i n a f 0 1 4 只一G c o s N 0 1 5 式中 P 为拉臂钩钩心雁0 车箱底面的垂直 距离 f 为拉臂钩钩心雁0 车箱及货物总重 心的水平距离 W 为拉臂钩钩心艇0 车箱 及货物总重心的垂直距离 矗为拉臂钩钩 b H g l J R 处滚轮的水平距离 围6 车箱与滚轮接触时伸缩式拉臂钧的受力简田 四个未知数F j 2 N h 仅由三 个方程无法求解 还需先确定h 的值 同 时 为了求得f 和丘 需确都角的值 由 图3 中的几何关系可得 B a r c t a n F F 2 y 16 y 和h 的求解如图7 所示 根据图中的 几何关系可得 h s i n a b c o s a e c o s 0 p y a e f c o s o p c o s y a s i n O s i n y d 1 7 h c o s a a b s i n a e s i n S p y a e s i n o p c o s a 一c o s o p s i n y 吐 1 8 式中 口为拉臂钩转动中心c 点到副车架滚 轮的水平距离 6 为拉臂钩钩心艇0 车箱底 面的垂直距离 P 为拉臂钩钩心艇0 其转动 中心c 点的距离 m 为拉臂钩中E C 的长 度 n 为伸缩臂E H 的长度 将c o s a n e s i n O m e 分别代入 缫憋 田7y 和h 的求解简田 1 7 1 8 整理得 九c o s y 行s i n y 口s i n 吐 6 19 令w a r c t a n n m 2 0 由于儿趴C O 取值均在0 N 9 0 0 故而 可以导出 卜卅a r c 蜘l 筹J 川s o u 一c s n 等警j 将y 的值代入公式 1 7 即可得到 的值 4 结论 通过以上的受力分析 可以得出如下 结论 a 整装整卸时伸缩式拉臂钩受力分析 的关键在于确定平行于伸缩臂的分力F l 与 车箱前端面的夹角y 和车箱底面与水平面 的夹角仅之间的几何关系 b 将以上公式编程分析可知 整装整 卸时伸缩式拉臂钩所受分力F l 与五的最大 值通常并不在a 的极限位置 以上受力分 析可以精确确定拉臂钩所受力的最大值 对于拉臂钩的结构设计有较强的现实意 义 c 通过对整装整卸时伸缩式拉臂钩的 受力分析 从理论上得出了其真实受力状 况 奠定了伸缩式拉臂钩动力学分析 有 限元分析等各类力学分析的理论基础 对 其它类型拉臂钩的力学分析也有很好的借 鉴作用 参考文献 l 王晓 黄宗益 汪洪旋转式拉臂车性能研究f J 机 械设计与研究 2 0 0 3 1 9 5 8 0 8 3 2 詹隽青冯维平 张春润 伸缩臂式自装卸机构总 体参数的优化设计 J 汽车技术 2 0 0 0 0 4 4 5 2 1 3 毕文斌伸缩式拉臂钩的结构参数优化设计 J 机 械工程与自动化 2 0 0 9 1 5 4 2 1 9 1 1 9 2 4 金先龙集装箱运输车自卸机构的运动学和动力 学分析 J 专用汽车 2 0 0 1 2 2 2 2 4 2 7 5 成大先 机械设计手册 第4 版 M 北京 化学 工业出版社 2 0 0 2 收稿日期 2 0 0 9 0 7 2 9 万方数据 整装整卸时伸缩式拉臂钩的受力分析整装整卸时伸缩式拉臂钩的受力分析 作者 毕文斌 李玉贵 作者单位 长治清华机