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拉臂式 垃圾车 改装 设计

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TECHNlC FoRUM整装整卸时伸缩式拉臂钩的受力分析Force Analysis of Telescopic Hooklift as Loading and Unloading of Container毕文斌李玉贵BIWenbin etal长治清华机械厂 山西长治046012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Abstract Hooldifi is a key system of rolloff skip loader,which directly decides the performance of the vehicleDetailed force analysis whenloading and unloading container has been made by establising a mathematic model of telescopic hooklifl，Which establishes the basis for dynamicsanalysis and finite element analysisKey words telescopic hooklift；force analysis；dynamics analysis；geometry relationship中圈分类号：U469602文献标识码：A文章编号：1004-0226(2009)11-0061021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80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BE杆保持不变，即自卸运动；另一种是首先由BE杆在油缸动力作用下运动，动作到位后再由AB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，1976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EH的，l和垂直于伸缩臂EH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Fj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=tN，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。=Fcos# (2)F2=Fsinfl (3)式中，声为作用力鹃平行于伸缩臂EHO_：J分力F的夹角。31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。200911薰曼暨笋61 万方数据ntsTECHNlC FoRUM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：pF，lgF：+sGcosa-xGsina=O (4)F一Gsina+Nsinafcosa=O (5)F：一Gcosa+Ncosafsina=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4 FJ、F2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：fl=arctan(FJF。)一y (7)式中，y为平行于伸缩臂EH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dsin22k+csine (8)y2dn (9)吃=巧+s (10)2=r。+d (11)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，6C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JD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EH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)(11)中所有角度的实际取值范围均为00-900，因此，可以导出：， ，尸纬一口一arcsi一dsin(q“+a)-kl(12)32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：WGsinatGcosa+hN+pf-=O (1 3)FjGsinaf-0 (14)只一Gcos+N=0 (15)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，bH-glJR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Fj，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=arctan(F。F2)+y (1 6)y和h的求解如图7所示，根据图中的几何关系可得：hsina+bcosa=ecos(0pya)=efcosopcos(y+a)+sinO，sin(y+d) (17)hcosaabsina=esin(Spya)=esinopcos(?+a)一cosopsin(y+吐)】 (18)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EC的长度；n为伸缩臂EH的长度。将cosa,=ne，sinO：me分别代入缫 憋，田7 y和h的求解简田(17)、(18)，整理得：九cosy+，行siny=口sin吐+6 (1 9)令w=arctan(nm) (20)由于儿趴CO取值均在0。N900，故而可以导出：， 、。卜卅arc蜘l筹J，川sou一cs-n(等警j，将y的值代入公式(17)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Fl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Fl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fJ】机械设计与研究，200319(5)：8083【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，2000(04)：45，213】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，2009154(2)：191192【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，200122(2)：24275成大先机械设计手册(第4版)【M】北京：化学工业出版社，2002收稿日期：20090729万方数据nts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： 长治清华机械厂,山西长治,046012刊名： 专用汽车英文刊名： SPECIAL PURPOSE VEHICLE年，卷(期)： 2009(1