轮式装载机的工作装置设计及动态仿真

1、（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真（完整版）轮式装载机的工作装设计及动态仿真编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对 文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（完整版）轮式装载机的工作装 置设计及动态仿真）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反 馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以 下为（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真的全部内容。（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动

2、态仿真（完整版）轮式装载机的工作装设计及动态仿真编辑整理：张嬗雒老师尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布到文 库，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是我们任 然希望（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真这篇文档能够给您的工作 和学习带来便利。同时我们也真诚的希望收到您的建议和反馈到下面的留言区这将 是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请下载收藏以便随时查阅，最后祝您生活 愉快 业绩进步，以下为 所以所设计的铲斗容量符合设计要求。3。铲斗上下铰接点位置的确定铲斗的下铰接点即与动臂的连

3、接铰接点.当铲斗在铲掘位置时，应尽量使该点靠 近切削刃与地面。下铰接点靠近铲斗切削刃，则转斗时力臂小，有利于增加作用在 斗刃上的掘起力。下铰接点靠近地面，可减少在作业时的铲入阻力。下铰接点距斗底 高度 h二（0。060.12） R,取 h=0.121m。铲斗的上铰接点即铲斗与拉杆或连杆的连接铰点。上铰接点与下铰接点的距离 （称斗铰连线）不宜过大，否则将增加铲斗连杆机构的尺寸，给结构布置带来一定困 难.1。3工作装置连杆系统设计1。3。1工作装置连杆机构的类型综合国内外轮式装载机的工作装置形式,主要有7种类型的连杆机构。按工作机 构的构件数不同，可分为三杆，四杆，五杆，六杆和八杆连杆机构。按输入

4、杆和输出 杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构。（1）正转八杆机构正转八杆机构如图110,此机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取，所以掘起力（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真较大；各构件尺寸配置合理时，铲斗具有较好的举升平动性能；连杆系统传动比较 大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度,因此卸载干净，速度快；正转八杆机构的 主要缺点是机构复杂，不易实现铲斗自动放平。图1-10正转八杆机构（2）转斗油缸前置式正转六杆机构转斗油缸前置式正转六杆机构见图1-11.其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，该 工作机构由两个平行四杆机构组成，铲斗平移性较好。结构简单,司机视野较好。缺 点是转斗时油缸小腔

5、进油，铲掘力相对较小；连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行 程较大，转斗缸加长；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，增大了工 作装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平稳性；铲斗不易实现自动放平。（3）转斗油缸后置式正转六杆机构转斗油缸后置式正转六杆机构见图1-12.此种机构与转斗缸前置式相比，机构前 悬较小，传动比较大，活塞行程较短；有可能将动臂、转斗缸、摇臂和连杆机构的中(完整版)轮式装载机的工作装置设计及动态仿真心线设计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是: 转斗缸与车架的铰接点位置较高，影响了司机的视野；转斗时油缸小腔进油，掘起力 相对较小.图112

6、转斗油缸后置式正转六杆机构转斗油缸后置式反转六杆机构转斗油缸后置式反转六杆机构见图1-13.这种机构有如下优点:转斗油缸大腔进 油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以获得较大的掘起力；恰当 地选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放 平;结构紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭 窄空间，容易发生构件相互干涉。图1-13转斗油缸后置式反转六杆机构正转四杆机构正转四杆机构见图114。该机构结构最为简单，易于设计成铲斗举升平动; 前悬较小。缺点是铲掘转斗时油缸小腔作用，输出力较小;连杆机构的传力比难以设 计成较大值，所以铲掘力

7、相对较小；转斗缸行程较大，油缸结构较长；铲斗卸载时， 活塞杆易与铲斗底部相碰，减小了卸载角；机构不易实现铲斗自动放平。图1-15正转四杆机构（6）正转五杆机构正转五杆机构见图1-16。为克服正转四杆机构卸载时活塞杆易于斗底相碰的缺 点，在活塞杆与铲斗之间增加一根短连杆，从而使正转四杆机构变成正转五杆机构。 其缺点正如正转四杆机构。图1-16正转五杆机构（7）动臂可伸缩式三杆机构这种机构的插入工况是靠动笔伸出实现的，它解决了靠机器行走插入易使轮胎 磨损严重的问题；卸载时可伸出动臂，以获得较大的卸载高度和卸载距离；而运输 工况可缩回动臂，以减小前悬。缺点是既不能实现铲斗平动，又不能实现铲斗自动放

8、平，结构也比较复杂。综上分析，反转六杆工作机构优点较多，能比较理想的满足铲、装、卸作业要 求，所以它得到了广泛运用。所以如前所述，在本次设计中，也将采用反转六连杆 机构.工作装置动臂结构及举升油缸布置动臂按纵向中心线形状可简单的分为曲线形与直线型两种.动臂断面形状可分 为单板型、双板型、工字型和箱型数种。板型动臂比较简单，一般用在中小型装载 机上.因此，在本次设计中根据设计要求将采用曲线型，动臂断面为单板型。动臂油缸的位置一般有两种方式。图1-17所示为举升油缸立式布置；另一种布 置方式为举升油缸卧式布置，即当铲斗处于装载位置时，举升油缸接近水平，如图 1-18所示。最近生产的装载机多用后一种

9、布置方式，它是机构优化设计的结果。图1-17图1-17立式布置1-动臂2举升油缸图118卧式布置1-动臂2举升油缸1.3。3机构分析轮式装载机工作装置连杆机构的设计任务是确定各连杆的尺寸和相互的位置关 系，以满足设计任务中的规定的使用性能及经济技术指标。由于连杆机构尺寸以及 销轴位置的相互影响，连杆机构可变性很大，同时又要受结构限制，可变参数很多，（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真因而无法单纯采用理论计算的方法来确定，目前大多数采用图解法并配合统计或类 比法加以确定。反转六杆机构如图1-19所示。它由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。I插入工况II铲装工况ill最高位置工况（完整版

10、）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真IV高位卸载工况图1-19反转六杆机构简图转斗机构由转斗油缸CD、摇臂CBE、连杆EF、铲斗GF、动臂GBA和机架AD六 个构件组成。实际上，它是由两个反转四杆机构组成-GFEB和BCDA串联而成。当举 升动臂时，若假定动臂为固定杆，则可以把机架AD视为输入杆，把铲斗GF看成输 出杆，由于AD与GF转向相反，所以把此机构称作反转六杆机构。举升油缸主要由动臂举升油缸HM和动臂GBA构成。若把油缸分解成两个活动构件和一个移动副，则反转六杆机构放入活动构件数 为n=8,运动低副数1应用计算机构自由度公式F=3n2可得其自由度为2。因 为油缸均为运动件，所以整个机构

11、有确定的运动。当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕G点做定轴运动；当转斗油缸闭 锁，举升油缸动作时，铲斗将做复合运动，即一边随动臂对A进行牵引运动，同时有 相对动臂绕G点作相对运动。1。3。4图解法设计尺寸参数图解法是在初步确定了最大卸载高度、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸和铲 斗几何尺寸等整机主要参数后进行的，通过在坐标图上确定工况11时工作机构的9 个铰接点的位置来实现.（1）动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点G、B、A的确定1）确定坐标系，画铲斗图如图120所示，选取直角坐标系xOy,并选定长度比例尺I把已设计好的铲斗 横截面图画在坐标系里，斗尖对准坐标原点O,斗前壁与x轴呈5前倾角

12、。此为铲 斗插入料堆时的位置，即工况1.图120动臂上三铰接点的设计2）确定动臂与铲斗的铰接点G由于G点的x坐标值越小，转斗崛起力就越大，所以G点靠近O点是有利的，但 它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小;而G点的y坐标值增大时，铲斗在 料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但缩小了 G点与连杆铲斗铰接点F的距离，使 崛起力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况1时的铲斗实际情 况，在保证G点y轴的坐标值yG=250350mm和x轴坐标值尽可能小的而且不与斗底 干涉的前提下，我取G点的坐标为（1300,250）。3）确定动臂与机架的铰接点A错误以G点为圆心，使铲斗顺时针转

13、动，至铲斗斗口，与x轴平行为止，即工况II。(完整版)轮式装载机的工作装置设计及动态仿真错误起已选定的轮胎外廓画在坐标图上。应使轮胎前缘与工况|时的铲斗后壁的 间隙尽量小些。轮胎中心2的坐标值应等于轮胎的工作半径Rk。y = R =% + Hb (1 -X)(4-9)z k L 2 b ) w式中一Z点的y坐标值,mm；，-轮辋直径，mm；L一轮胎宽度，mm；H/L一轮胎断面高度与宽度之比；一轮胎变形系数.查文献得,，=635mm, l .，=597mm,H/ .，=1, =0.1.代入上式解得M =855mm.错误!根据给定的最大卸载高度h =3050mm,最小卸载距离1 =1200mm,以

14、及卸载角 =50 ,画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况IV,令此时斗尖为 G点位置 为。错误!以;为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x轴平行，即得到铲斗最高位置 图，即工况111。错误!连接G并作垂直平分线。因为G和:点同在以A点为圆心，动臂AG长为半 径的圆弧上，所以A点必在的垂直平分线上。A点在垂直平分线的位置应尽量低些，一般取在前轮右上方，与前轴心水平距离 为轴距的1/31/2处。因此，我取A点坐标为(3900, 2097)。4)确定动臂与摇臂的铰接点BB点的位置是一个十分关键的参数，它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆 机构的布置以及转斗油缸的长度都有很大影响。根据分析与经验,一

15、般取B点在AG 连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分线上，并在AG的垂直平分线 第 页（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真上左侧靠近工况11时的铲斗处。相对于前轮胎，B点在其外廓的左上部。通过作图， 设计出B点坐标为（2065，1696）。（2）连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E的确定因为G、B两点已被确定，所以在确定F点和E点实际上是为了最终确定与铲斗 相连的四杆机构GFEB的尺寸，如图4-21所示。图4-21连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计确定F、E两点时，既要考虑对机构的要求，又要注意动力学的要求，同时，还 要防止前述各种机构被破坏的现象。1）按双摇杆条件设计四杆机构令

16、GF为最短杆，BG杆为最长杆，即必有（410）GF+BGFE+BE（410）如图4-21所示，若令,GF=a，FE=b，BE=c，BG=d，并将式（4-10）不等号两边同 时除以d，经整理上式得下式，即（4-11）bc a.（4-11）K = Iv 1d d d其中d值由BG确定，即d=1636mm。（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真初步设计时，（411）式中各值可按式（412 ）中选取.K=0.9500.995a= （0.3 0。5） d（4-12）c=（0.40.8）d所以得 K=0。970, a=654mm,c=982mm,b=1200mm.2）确定E点和F点的位置这两点位置的

17、确定要综合考虑如下四点要求：OE点不可与前桥相碰，并且有足 够的最小离地高度；插入工况时，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的 传动比角和倍力系数;铲装工况时，EF与GF杆的夹角必须小于170，即传动角 不能小于10 ,以免机构运动时发生自锁；错误!高位卸载工况时， EF杆与GF杆的 传动角也必须大于10.具体做法如下：如图1-22所示，铲斗取工况1。分别以B点和G点为圆心，以c和分别为半径 画弧，其交点为E；再分别以G点和E点为圆心，a和b半径画弧，则其交点必为F。图122 连接端部铰接点设计作图所得，在铲装工况下，即工况1下，E点坐标为（2535,833） ,F点坐标为（1337,9

18、03）。为了防治机构出现“死点”，“自锁”或“撕裂”现象，设计时应满足下列不等 式.（完整版）轮式装载机的工作装置设计及动态仿真工况11时：GF+FEGE（413）工况2时：FE+BEFB（4-14）检验E与F点位置设计：错误!工况11时，GF=654mm, FE=1200mm, GE=1851mm,因此满足 GF+FEGE。错误!工况2 时，FE=1200mm, BE=982mm,FB=2175mm,因此满足 FE+BEFB。 综上所得,E点与F点设计位置满足要求。（3）转斗油缸与摇臂和机架的铰接点C和D的确定在图4-21中，如果确定了 C点和D点，就最后确定了与机架连接的四杆机构BCDA

19、的尺寸。C点和D点的布置直接影响到铲斗举升平动和自动放平性能，对掘起力和动 臂举升阻力的影响都较大.1）确定C点从力的传递出发，显然使摇臂BC长一些有利，那样可以增大转斗油缸作用力臂, 使掘起力相应增大.但加长BC段，必将减小铲斗和摇臂的转角比，造成铲斗转角难以 满足各个工况的要求，并且使转斗油缸行程过长。初步设计时，一般取BC=（0.71。0）BE（4-15）因此，取BC=O.8BE=785mmC点一般取在B点左上方,BC与BE夹角（即摇杆折角）, 可取ZCBE=165, C点运动不与铲斗干扰，其高度不影响司机视野。2）确定D点转斗油缸与机架的铰接点D,是根据铲斗由工况11举升到工况111过程为平动和由 工况2下降到工况1能自动放平这两大要求来确定的。如图4-21所示，当铰接点G、F （即F E （即EB、C、（即）被确定后，则铲 斗分别在工况1、II、III、IV时的C点的位置C1、C2、C3、C4也就唯一的被确定下来。 因为铲斗由工况11举升到