裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、III / 30裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目目 錄錄第一章緒論第一章緒論11.1 課題背景 11.2 課題學(xué)術(shù)意義與實(shí)用價(jià)值 21.3 本文的主要任務(wù) 31.4 本章小結(jié) 3第二章裝載機(jī)工作裝置簡(jiǎn)介第二章裝載機(jī)工作裝置簡(jiǎn)介42.1 裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) 42.1.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 42.1.2 TZ08D 型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)況與設(shè)計(jì)參數(shù) 42.2 液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 62.2.1 液壓缸主要尺寸的計(jì)算 62.2.2 液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算 82.3 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) 92. 4 裝載機(jī)工作裝置的基本概念 92. 5 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求 1

2、02. 5. 1 裝載機(jī)典型作業(yè)工況與其描述 102. 5. 2 工作裝置的設(shè)計(jì)要求 112.6 本章小結(jié) 12第三章裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立第三章裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立143.1 三維實(shí)體幾何模型的建立 143.1.1 Pro/e 軟件特點(diǎn) 153.1.2 Pro/e 建模方法 173.2 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建 193.2.1 零件三維模型的建立 193.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件的建立 19IV / 303.2.3 工作裝置裝配模型的建立 193.3 本章小結(jié) 20第四章工作裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度校核第四章工作裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度校核214.1 計(jì)算載荷工況 214.2 建立動(dòng)臂強(qiáng)度分析力學(xué)模

3、型（模型的簡(jiǎn)化）224.2.1 支座的簡(jiǎn)化 224.2.2 載荷的簡(jiǎn)化 234.3 動(dòng)臂的校核 234.3.1 彎矩的計(jì)算 234.3.2 彎矩圖的繪制 254.3.3 彎曲應(yīng)力的計(jì)算 254.4 結(jié)論 264.5 本章小結(jié) 26結(jié)論27參考文獻(xiàn)29第一章第一章 緒論緒論1.11.1課題背景課題背景TZ08D 型前裝載機(jī)是山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)公司設(shè)計(jì)的第四代小型裝載機(jī),是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他

4、物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。V / 30過(guò)去，工作裝置基本上沿用類比法和作圖試湊法進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作繁瑣、設(shè)計(jì)精度低、周期長(zhǎng)，且不易獲得各項(xiàng)性能指標(biāo)都比較滿意的設(shè)計(jì)方案。盡管在長(zhǎng)期實(shí)踐中積累有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但由于缺乏現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)時(shí)仍存在較大的盲目性.為了尋求一組滿意的方案，常常需要完成大量的手工作圖工作。這樣，不僅設(shè)計(jì)效率很

5、低，對(duì)物理樣機(jī)的依賴性也很大，難于創(chuàng)新。近幾年來(lái)，無(wú)論在國(guó)還是在國(guó)外，裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展，已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。70 年代中期以來(lái)，國(guó)外一些大型裝載機(jī)制造公司己將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析與 CAD 等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)工作裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)一些單位于 80 年代初開(kāi)始了這項(xiàng)研究工作，并初見(jiàn)成效。近 20 多年來(lái)出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來(lái)的即優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠行設(shè)計(jì)、有限元分析、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與 CAD 等于一體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中.早在 70 年代，裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)在國(guó)外便不再是獨(dú)立進(jìn)行，而是與有限元的結(jié)合使用，

6、己使這種理論在實(shí)踐中日趨完善。美國(guó)學(xué)者 D.L.Bartel和 D.C.Swann 的前端式裝載機(jī)動(dòng)臂總成優(yōu)化便是巨大的成功例。另外.卡特彼勒、日本小松制作所和意大利菲亞特一阿里斯等大型裝載機(jī)制造公司也于 70 年代中期將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析與 CAD 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)與其工作裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)在“七五”和“八五”期間，我國(guó)一些工程機(jī)械廠從美國(guó)和日本等國(guó)家引進(jìn)其 70 年代中、后期的產(chǎn)品進(jìn)行批量生產(chǎn)，以提高我國(guó)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。為了提高我國(guó)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，縮小與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，從 80 年代開(kāi)始，國(guó)一些高等院校和研

7、究單位廣泛開(kāi)展了裝載機(jī)工作裝置的理論研究，并作了大量的基礎(chǔ)工作。研究容設(shè)計(jì)諸多方面，如“裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化方法與微機(jī)程序設(shè)計(jì)” 、 “裝載機(jī)工作裝置搖臂的有限元分析與優(yōu)化” “裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)特性動(dòng)態(tài)仿真” 、 “裝載機(jī)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)” “輪式裝載機(jī)轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)”等等。但國(guó)對(duì)裝載機(jī)工作裝置的研究目前還僅局限于單一設(shè)計(jì)理論方法的使用，過(guò)多偏重于理論上的分析與計(jì)算，即缺乏系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論作為主導(dǎo)，理論研究有為真正應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，絕大多數(shù)工程機(jī)械廠采用傳統(tǒng)的作圖試湊法設(shè)計(jì)工作裝置。因此，開(kāi)展裝載機(jī)工作裝置現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究，對(duì)推廣VI / 30現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，提高我

8、國(guó)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平與產(chǎn)品質(zhì)量，都具有十分重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證鏟斗在裝載過(guò)程中平移或接近平移運(yùn)動(dòng)。以使物料在提升的過(guò)程中，不致由于鏟斗的傾斜而掉落。過(guò)去在解決這類問(wèn)題時(shí)，常采用作圖的方法加以解決。在當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，用戶要求在不斷變化的情況下。設(shè)計(jì)者能迅速設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的新工作裝置。為了克服上述設(shè)計(jì)方法存在的不足，本文主要對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行實(shí)體建模，為設(shè)計(jì)出的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真、有限元分析做準(zhǔn)備，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性與正確性，這樣在很大程度上可縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)水平。它不但可精確合理地使各零部件的設(shè)計(jì)選用成為可能，而且還可使產(chǎn)品的制造降低，性能提高

9、。1.21.2課題學(xué)術(shù)意義與實(shí)用價(jià)值課題學(xué)術(shù)意義與實(shí)用價(jià)值隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用先進(jìn)的 CADCAE 工具對(duì)機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)展研究已成為一種趨勢(shì)。Pro/ENGINEER(ProE)是集 CADCAM/CAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件計(jì)，其中 CAE 常用的模塊有 Mechanism Design eXtension(MDX)ProMECHANICA(ProM)。比起十分專業(yè)的分析軟件，ProE 無(wú)法匹敵，但 ProE 卻是今天使用率最高的三維 CAD 軟件。比起準(zhǔn)確率 99的分析，順手就能完成的趨勢(shì)評(píng)估，更貼近絕大多數(shù)的使用者。裝載機(jī)工作裝置是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。借助 ProE 軟件進(jìn)行裝載

10、機(jī)工做裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，不僅可以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀還可以反映出各部件空間位置，有效檢測(cè)工作裝置的各部件是否發(fā)生干涉，并與時(shí)解決問(wèn)題。此外，它還能夠?qū)﹃P(guān)鍵部件（動(dòng)臂）進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，省去了制造樣機(jī)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本。本課題以 TZ08D 裝載機(jī)為實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用 PRO/E 軟件建立裝載機(jī)工作裝置力學(xué)模型。由于裝載機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，外界載荷的作用復(fù)雜，加上人車環(huán)境的相互作用，給工作裝置的分析研究帶來(lái)了很大困難。所以本課題也是在建立一個(gè)合理的裝載機(jī)分析模型方面的一個(gè)探索。在此模型的基礎(chǔ)上利用PRO/MEC

11、HNICA 軟件的分析功能，以增強(qiáng)工作裝置的強(qiáng)度為目標(biāo)，對(duì)工作裝置的動(dòng)臂VII / 30進(jìn)行分析優(yōu)化，最終得出一個(gè)合理的方案。1.31.3 本文的主要本文的主要任務(wù)任務(wù)本論文希望通過(guò) Pro/ENGINEER 軟件對(duì) TZ08D 型裝載機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和三維建模分析。具體任務(wù)如下：(1)TZ08D 型裝載機(jī)工作裝置的液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算。(2)TZ08D 型裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模。1.41.4 本章小結(jié)本章小結(jié)本章首先提出了課題的來(lái)源，并就課題意義與實(shí)用價(jià)值做出了說(shuō)明。然后簡(jiǎn)單介紹了裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模的一般方法，提出了本文研究的容以與需要研究和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。第二章裝載機(jī)工作裝置簡(jiǎn)介第二章裝載機(jī)

12、工作裝置簡(jiǎn)介2.12.1裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)2.1.12.1.1工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置工作裝置是裝載機(jī)的重要組成部分。裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升以與卸料都是通過(guò)工作裝置的有關(guān)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一般情況下，裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、動(dòng)臂后座、叉子掛接框以與轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸等組成。鏟斗是裝載物料的容器，具有兩個(gè)鉸點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂鉸接，另一個(gè)通過(guò)叉子掛接框而與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操縱轉(zhuǎn)斗油缸即可使鏟斗翻轉(zhuǎn)或卸料。動(dòng)臂與車架鉸接，操縱動(dòng)臂油缸即可舉升或降落動(dòng)臂和鏟斗。2.1.22.1.2 TZ08DTZ08D型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)況與設(shè)計(jì)參數(shù)型前裝載

13、機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)況與設(shè)計(jì)參數(shù)按行走裝置的不同，裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝載機(jī)由動(dòng)力裝置、車架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作VIII / 30 圖 2-1 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置實(shí)體圖裝置等組成。輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，液力變矩、動(dòng)力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)） ，液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。如圖 2-1 所示，工作裝置由鏟斗、叉子掛接框、動(dòng)臂、橫梁、支撐桿、拉桿、動(dòng)臂后座等組成。各構(gòu)件之間由銷軸聯(lián)接，有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在計(jì)算時(shí)，可以將其視為一體。在用 PRO/E 對(duì)其做有

14、限元靜力分析中，認(rèn)為工作裝置各鉸接處沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂是工作裝置的主要受力部件，其截面形狀為矩形；又因其長(zhǎng)、寬方向遠(yuǎn)大于厚度方向，故可以用板殼元對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行離散。橫梁也為矩形管。東北后座和叉子掛接框是焊接結(jié)構(gòu)，其焊接板的截面均為矩形。考慮各構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的厚度，可以認(rèn)為均為板類零件.IX / 30圖 2-2 TZ08D 型裝載機(jī)外形圖操作重量：17.5t額定功率：158Kw額定載荷：5tTZ08D 型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)由廠方提供，具體見(jiàn)表 2-1 所示。表 2-1 TZ08D 型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)TZ08D裝載機(jī)配套拖拉機(jī)最高位置鏟斗銷高度(mm)最大卸載高度(mm)卸載距離(mm

15、)卸料角度()FT604/704A C D EFT604/70431002300114045TZ08D裝載機(jī)鏟斗到前輪中心距離(mm)掘起角()挖掘深度斗寬（mm）斗容X / 30（mm）（m3）FGH23203414016520.432.22.2 液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算(1)根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇液壓缸的類型，這里選擇雙作用單活塞桿液壓缸。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇安裝方式，這里選擇頭部耳環(huán)型安裝方式；(2)根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時(shí)間、徑、行程與活塞缸直徑等；(3)根據(jù)選定的工作壓力和

16、材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等；(4)液壓缸性能的驗(yàn)算。2.2.12.2.1液壓缸主要尺寸的計(jì)算液壓缸主要尺寸的計(jì)算液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的徑，活塞缸直徑和液壓缸的行程等液壓缸徑的計(jì)算工程上，計(jì)算液壓缸的徑通常有兩種方法：根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸徑 計(jì)算公式可由式導(dǎo)出：AL=3.57x10-2x 公式（2-1）PF式中AL液壓缸徑 m F液壓缸推力 KN P選定的工作壓力 Mpa對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行受力分析得 F=49850 N P=16 MpaXI / 30由公式（2-1）得AL=3.57x10-2x =63 mm1649850方法

17、二略活塞桿直徑的計(jì)算活塞桿直徑的計(jì)算通常也有兩種方法;根據(jù)速度比要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑MM=AL 公式（2-2）1 式中MM活塞桿直徑AL液壓缸直徑速度比= 公式（2-3）22212MMALALVV 式中 V2活塞桿的縮入速度 V1活塞桿的伸出速度液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，一般有 2、1.46、1.33、1.25、1.5 幾種，這里選擇=1.46 所以有公式（2-2）計(jì)算得到MM=35 mm液壓缸行程的確定液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定，但為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本應(yīng)盡量采用 GB2349-80 中給出的標(biāo)準(zhǔn)系列值。這里動(dòng)臂油缸行程選擇 610 mm 翻斗油缸行程選擇 210 2.2.22.2.

18、2 液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算F1=P1A1x103 公式（2-4）式中 F1液壓推力 KNXII / 30 P1工作壓力 Mpa A1活塞的面積A1= 公式（2-5）24AL式中活塞的直徑AL由公式（2-4）計(jì)算得到 F1=4.99x104 NF2=P2A2x103 公式（2-6）式中 F2液壓缸拉力 KN P2工作壓力 Mpa A2活塞有腔作用的面積A2=） 公式（2-7）22(4MMAL式中活塞的直徑 ALMM活塞桿直徑由公式（2-7）計(jì)算得到 A2=2154由公式（2-6）計(jì)算得到 F2=3.45x104由以上分析計(jì)算選擇翻斗油缸 HSGL01-63/35 動(dòng)臂油缸 HS

19、GL01-63/352.32.3工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動(dòng)鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為 4, 6, 8, 10 等等。對(duì)裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目亦隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。因此，裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu);按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向一樣，反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸

20、入與輸出桿的XIII / 30轉(zhuǎn)向相反。由于 TZ08D 裝載機(jī)使用的是正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)，所以這里只介紹正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，易設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)，前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，輸出力小，連桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所有鏟掘力相對(duì)較小，轉(zhuǎn)斗缸行程大，油缸結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易于鏟斗底部相碰，減小了卸料角:機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)平放。2.42.4裝載機(jī)工作裝置的基本概念裝載機(jī)工作裝置的基本概念(1)掘起力掘起力是指具有標(biāo)準(zhǔn)適用重量的裝載機(jī)停放在堅(jiān)硬的水平面上，鏟斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下偏差不超過(guò) 25cm 的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)斗或升臂時(shí)，后輪不準(zhǔn)離地或即將離地。

21、這時(shí)工作裝置所產(chǎn)生的作用在鏟斗斗刃后 10cm 處的最大垂直向上的力。(2)傳力比裝載機(jī)工作裝置的傳力比分為連桿機(jī)構(gòu)的傳力比和舉升機(jī)構(gòu)的傳力比兩大類。連桿機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位轉(zhuǎn)斗缸力所獲得的鏟斗掘起力;舉升機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位動(dòng)臂舉升缸力所獲得的鏟斗掘起力。顯然，傳力比越大，工作裝置的鏟掘性能越好。(3)鏟斗自動(dòng)放平鏟斗自動(dòng)放平是指鏟斗在某一常用位置(通常是動(dòng)臂上限位置)卸料后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖不做收斗行程，當(dāng)動(dòng)臂舉升缸下放動(dòng)臂至地面位置時(shí)，由連桿機(jī)構(gòu)自身運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平，鏟斗進(jìn)入下次插入狀態(tài)。鏟斗自動(dòng)放平并不是絕對(duì)的，它只能保證機(jī)構(gòu)在某一個(gè)位置卸料后實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，其他位置則無(wú)此特性。要保證機(jī)構(gòu)

22、的每個(gè)位置卸料后均能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平，必須增設(shè)自動(dòng)放平裝置。這里所指的鏟斗自動(dòng)放平是利用工作裝置機(jī)構(gòu)本身特性實(shí)現(xiàn)常用卸料位置的放平。(4)鏟斗靠擋塊通常可以發(fā)現(xiàn)，有的裝載機(jī)在運(yùn)輸物料過(guò)程中，鏟斗會(huì)繞動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，XIV / 30即發(fā)生“點(diǎn)頭”現(xiàn)象。尤其是當(dāng)車體碰到障礙物或緊急制動(dòng)時(shí)， “點(diǎn)頭”現(xiàn)象更加顯著，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞連桿、油缸等一些薄弱桿件。因此，必須提出解決辦法，要消除鏟斗在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，必須保證鏟斗緊靠動(dòng)臂。這就是所謂的鏟斗靠擋塊，他通常是通過(guò)鏟斗與動(dòng)臂的強(qiáng)制干涉來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.52.5裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求2.5.12.5.1 裝載機(jī)典型作

23、業(yè)工況與其描述裝載機(jī)典型作業(yè)工況與其描述工作裝置的作業(yè)過(guò)程通常由以下 5 種典型工況組成，如圖 2-3(1)地面插入工況 I 動(dòng)臂下放至下限位置，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開(kāi)動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。此時(shí)，UG=UG4, U=Ui=-50(通常取其上限值)。(2)下限收斗工況 II 完成工況 I 以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，操作轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)收斗作業(yè)過(guò)程。UG=UG4, U=U2=4045(一般由用戶確定)。(3)重載運(yùn)輸工況 III 轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，舉升動(dòng)臂，將工況 II 的鏟斗升高到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置(以斗底離地的高度小于最小允許距離為準(zhǔn))，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸料點(diǎn)。UG=UG7, U

24、=U 運(yùn)輸。(4)上限舉升工況 IV 保持轉(zhuǎn)斗缸長(zhǎng)度不便，操作舉升缸，將動(dòng)臂升至上限位置。此時(shí)，UG=UG6, U=U 上收。XV / 30圖 2-3 裝載機(jī)工作裝置典型作業(yè)工況I-地面插入工況 II-下限收斗工況 III-重載運(yùn)輸工況 IV-上限舉升工況 5-上限卸料工況(5)上限卸料工況 V 在上限收斗工況 IV 下，操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉(cāng)卸料。UG=UG6, U=U3=-45。卸載結(jié)束后，操作舉升缸下放動(dòng)臂，實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，再次進(jìn)入地面插入工況，并進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)過(guò)程。2.5.22.5.2工作裝置的設(shè)計(jì)要求工作裝置的設(shè)計(jì)要求各類裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)都應(yīng)滿足如下基本要求

25、:(1)生產(chǎn)率高;(2)插入和鏟取能力大、能耗小；(3)結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要；(4)零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理；(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，制造、維修容易，操作、使用方便；輪式裝載機(jī)除滿足上述 5 條基本要求外，還應(yīng)由下列特點(diǎn)和要求：(1)由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿系數(shù)小。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿、卸凈，運(yùn)輸平穩(wěn)。(2)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生較大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力狀態(tài)良好。(3)鏟斗由工況 II 被舉升到上限卸料位置的過(guò)程中，為避免物料散落，要求鏟斗作“平移運(yùn)動(dòng)” 。絕對(duì)要求鏟斗舉升過(guò)程中的平動(dòng)是很困難的

26、，它將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)諸多麻煩，并將急劇降低工作裝置的其他性能。從不易撒落這一目的出發(fā)，要求絕對(duì)平動(dòng)并無(wú)必要，只要把鏟斗舉升時(shí)的傾角變化量限制在某一許可圍之即可。(4)保證必要的卸料角、卸料高度和卸料距離。要求鏟斗在工況 II 至上限位置之間都能干凈地卸料。為此，鏟斗瞬時(shí)地卸料角均須大于或等于 45。鏟斗在上限XVI / 30位置卸料時(shí)，最大卸載高度和最小卸載距離，必須與配套的載貨汽車車廂尺寸相適應(yīng)。(5)鏟斗自動(dòng)放平。他對(duì)定點(diǎn)高度卸料很有意義，因?yàn)槠嚲驮谘b載機(jī)近旁，若卸料后，下放動(dòng)臂的同時(shí)，裝載機(jī)駛向裝載點(diǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)裝載點(diǎn)時(shí)，鏟斗正好呈開(kāi)始插入狀態(tài)，即可開(kāi)始新的裝、運(yùn)、卸工作循環(huán)。如此，能省去

27、兩次操作。既能提高裝載工作效率，又可減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。(6)裝載機(jī)工作裝置屬于連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)要個(gè)別注意防止各個(gè)工況出現(xiàn)構(gòu)件相互干涉、 “死點(diǎn)” 、 “自鎖”或“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象。(7)應(yīng)盡量減小工作裝置的前懸、長(zhǎng)度和高度，以提高裝載機(jī)的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野。裝載機(jī)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)必須保證上述設(shè)計(jì)要求，即使?fàn)奚繕?biāo)函數(shù)無(wú)法達(dá)到的最優(yōu)狀態(tài)，也不能破壞設(shè)計(jì)要求。2.62.6 本章小結(jié)本章小結(jié)本章首先介紹了裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，然后介紹了 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置的幾個(gè)基本概念，最后介紹了裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求。第三章第三章裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立目前應(yīng)用較為普

28、遍的 Pro /Engineer 軟件，是集 CADCAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件，其中用于仿真和分析的模塊是 Mechanism Design extension(MDE)。Pro /Engineer 可以用來(lái)建立實(shí)體幾何模型，對(duì)所建模型進(jìn)行仿真和分析，通過(guò)模擬真實(shí)環(huán)境的工作狀況對(duì)其進(jìn)行分析判斷和干涉檢查，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和潛在的失敗可能，提前進(jìn)行改善和修正。從而減少后期修改而付出的昂貴代價(jià)，縮短設(shè)計(jì)周期。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，其設(shè)計(jì)好壞直接影響整機(jī)的工作性能。本章以 TZ08D 型裝載機(jī)為例，在 ProEngineer 軟件環(huán)境下，對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維實(shí)體建模為

29、進(jìn)一步的干涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真與分析做準(zhǔn)備，以期XVII / 30實(shí)現(xiàn)在 Pro /Engineer 軟件環(huán)境下的裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。3.13.1 三維實(shí)體幾何模型的建立三維實(shí)體幾何模型的建立傳統(tǒng)的 2D 繪圖給整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大麻煩，而 3D 繪圖給人直觀、形象的感覺(jué)。美國(guó) 90 年代初致力于使用權(quán)新的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)如實(shí)體模型 Solid Modeling、快速成型機(jī)，以與工程分析系統(tǒng)等，其成效是有目共睹的，但這些生產(chǎn)技術(shù)都離不開(kāi)以造型技術(shù)為基礎(chǔ)。過(guò)去，我們國(guó)家各個(gè)地區(qū)都以平面、線框、曲面造型為手段，但為了要適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的大趨勢(shì)，實(shí)體模型技術(shù)必會(huì)逐漸為用戶所認(rèn)識(shí)和使用。以輸入方式分

30、類，目前三維建模的方法有兩種:三維數(shù)字化儀輸入和手工輸入。單位數(shù)字化儀價(jià)格昂貴，客觀條件也不允許。三維實(shí)體建模，與二維圖形相比，其優(yōu)勢(shì)主要在于：(1)三維 CAD 可視化程度高、形象直觀、設(shè)計(jì)效率高，能為企業(yè)數(shù)字化提供完整的設(shè)計(jì)、工藝和制造信息；(2)三維 CAD 可以更加準(zhǔn)確地表達(dá)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)意圖，使設(shè)計(jì)過(guò)程更加符合設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維方式，從而使技術(shù)人員更加專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示；(3)三維 CAD 系統(tǒng)具有高級(jí)曲面造型工具，能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀；(4)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)，進(jìn)行千涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真；(5)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和各種物理特性計(jì)算；(6)產(chǎn)品的三維模型可以通過(guò)投影

31、自動(dòng)生成二維工程圖，各視圖之間完全相關(guān)，當(dāng)三維模型修改時(shí)，二維工程圖可以自動(dòng)完成更新；同時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)果也可以為后續(xù)設(shè)計(jì)模塊，如工程分析、數(shù)控加工等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn) CAD/CAE/CAPP/CAM 的集成。3.1.13.1.1 Pro/EngineerPro/Engineer軟件特點(diǎn)軟件特點(diǎn)Pro /Engineer 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 1988 首家推出的使用參數(shù)化特征造型技術(shù)的大型 CAD/CAM/CAE 集成軟件，具有造型設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、二維工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、數(shù)據(jù)庫(kù)XVIII / 30管理等功能。近年來(lái)，在我國(guó)大型工廠、科研單位和部

32、分大學(xué)得到了較為普遍的應(yīng)用，深受三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究人員的喜愛(ài)。Pro /Engineer 是一個(gè)全方位的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)軟件，它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、電路布線、裝配管路設(shè)計(jì)等功能模塊和專有模塊于一體，可以實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)(Design For Manufacturing，DFM)、面向裝配的設(shè)計(jì)(Design For Assembly，DFA)、逆向設(shè)計(jì)(Inverse Design，ID)、并行工程(Concurrent Engineering，CE)等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和模式。Pro /Engine

33、er 參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性包括：(1)三維實(shí)體模型 三維實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)理念以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)以外，還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、質(zhì)量和慣性矩等，以便了解產(chǎn)品的真實(shí)情況，可以減少對(duì)以上參數(shù)的人為計(jì)算時(shí)間。(2)單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro /Engineer 是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)上的，即工程的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使多個(gè)獨(dú)立用戶可以同時(shí)處理同一個(gè)產(chǎn)品的造型。并可隨時(shí)由三維實(shí)體模型產(chǎn)生二維工程圖，而且自動(dòng)標(biāo)注工程圖的尺寸。在三維實(shí)體模型或二維圖形上作尺寸修正時(shí)，其相關(guān)的二維圖形或三維實(shí)體模型均自動(dòng)修改，同時(shí)裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性，避免了耗時(shí)的反復(fù)修

34、改。(3)以特征作為設(shè)計(jì)的單元 Pro /Engineer 以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作，如凸起(Protrusion)、切削(Cut)、鉆孔(Hole)、開(kāi)槽(Slot)、圓角(Round)、斜角(Chamfer)、圓軸(Shaft)、軸頸(Neck)、凸緣(Flange)、薄殼(Shell)、加強(qiáng)肋(Rib)與管件(Pipe)等均視為基本特征。也正因?yàn)橐蕴卣髯鳛樵O(shè)計(jì)的單元，因此可隨時(shí)對(duì)特征做出合理、不違反幾何關(guān)系的修改操作，如重新定義(Redefine)、重新排序(Reorder)、重新參考(Reroute)、插入模式(Insert Mode)、替換模式(Change Mode)和刪除(

35、Delete)等。(4)參數(shù)式設(shè)計(jì) XIX / 30配合單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所有的設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的尺寸(參數(shù))都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)計(jì)者只要更改三維零件(Part)的尺寸，則二維工程圖(Drawing)、三維裝配圖(Assembly)、模具(Mold)等立即依照尺寸的更改做幾何形狀的變化，這樣可以保證設(shè)計(jì)修改工作的一致性。正因?yàn)橛脜?shù)式的設(shè)計(jì)，用戶可以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，創(chuàng)建各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式，自動(dòng)計(jì)算出模型應(yīng)有的外形，減少了逐一修改尺寸的時(shí)間，并可避免錯(cuò)誤的發(fā)生。Pro /Engineer 野火版具有多項(xiàng)新特征和附加功能，使用起來(lái)更加直觀。它增加了自由形式曲面處理等新技術(shù)，強(qiáng)化了建模和模型檢測(cè)等

36、原有的模塊。PTC 公司同時(shí)提供了新的裝配功能、數(shù)據(jù)管理功能、仿真功能，并擴(kuò)展了 Pro/ENGINEER 的使用圍。（1） 直接建模：讓用戶在最小限度的界面交互和較少使用鼠標(biāo)的情況下，交互地建立和修改特征。（2）靈活的草繪和骨架：柔性特征可以很容易地對(duì)復(fù)雜的幾何體進(jìn)行有效更改。（3） 過(guò)程變形：能夠?qū)ψ冃芜M(jìn)行詳盡的更改，而不需要修改原設(shè)計(jì)。（4）自由形式曲面處理：使用方便的工具欄和鼠標(biāo)，自由設(shè)計(jì)美學(xué)曲面和曲線。（5） 行為建模：行為建模(BMX)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化的流行工具。（6）小組數(shù)據(jù)管理：具有安全多點(diǎn)協(xié)作功能，便于本地?cái)?shù)據(jù)管理。（7）系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)：用于制作電路圖，以與過(guò)程和測(cè)量示意

37、圖。（8）全相關(guān)二維制圖：新的智能化約束捕捉功能加快了制圖實(shí)體的創(chuàng)建。（9） 制造：高速加工的改進(jìn)功能。（10） 仿真：Pro/MECHANICA 是一個(gè)分析工具，可單獨(dú)使用。（11） 模型檢查：ModelCHECK 使 CAD 檢查過(guò)程自動(dòng)化。（12） 造船：具有船體整體布局和細(xì)分的船體概念設(shè)計(jì)功能，具有建立詳盡的XX / 30船舶結(jié)構(gòu)化框架的鋼結(jié)構(gòu)生成功能。Pro /Engineer (Pro/E)是集 CAD/CAM/CAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件，其中 CAE 常用的模塊有 Mechanism Design extension(MDX)和 Pro/MECHANICA(Pro/M)。Pro

38、/MECHNICA 的三種工作模式：（1）FEM(Finite Element Modeling)模式FEM 模式?jīng)]有求解器，能夠完成對(duì)模型的網(wǎng)格劃分、邊界約束、理想化等前置處理，隨后需要使用第三方軟件進(jìn)行求解，如 NASTRAN、ANSYS 等（2）集成模式集成模式運(yùn)行于 Pro /Engineer 平臺(tái)之上，操作與界面與 Pro /Engineer 一樣，能夠直接使用 Pro /Engineer 的參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化。（3）獨(dú)立模式獨(dú)立模式不需要 Pro /Engineer 平臺(tái)的支持，能夠獨(dú)立運(yùn)行，可導(dǎo)入第三方軟件的模型，功能要比集成模式稍強(qiáng)，但與 Pro /Engineer 的集成性不

39、佳，其操作與界面更接近 UNIX 環(huán)境，較不容易掌握。3.1.23.1.2 ProPro /Engineer/Engineer建模方法建模方法一般來(lái)說(shuō)，裝載機(jī)工作裝置的建模方法要根據(jù)圖形的形狀來(lái)選定，選擇原則是繪制圖形盡量簡(jiǎn)化，最好不要繪制過(guò)渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。建模工作主要是利用 ProEngineer 中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本操作，建立工作裝置三維實(shí)體模型。其中建模難點(diǎn)在于輔助平面和輔助點(diǎn)的建立，只有建立好輔助平面和輔助點(diǎn)，才能保證零件模型的精確性。由于裝載機(jī)工作裝置一般是對(duì)稱分布的，所以建模過(guò)程中要利用好鏡像的建模方法。本文所使用的 Pro /Engineer（3.0）野火版，其

40、零件的三維建模方法主要是基于實(shí)體特征的建模方法。從技術(shù)基礎(chǔ)上看，有參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)兩種。產(chǎn)品的建模方法基于裝配建模。（1） 實(shí)體建模方法（Solid Modeling）實(shí)體造型技術(shù)能夠精確地表達(dá)零件的全部屬性，可以表達(dá)和處理模型的質(zhì)量、XXI / 30重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理特性，在理論上有助于統(tǒng)一 CAD、CAE、CAM 各應(yīng)用模塊的模型表達(dá)，使 CAD/CAE/CAM 的一體化成為可能。實(shí)體造型技術(shù)是用點(diǎn)、曲線和曲面來(lái)創(chuàng)建模型，不同的實(shí)體之間沒(méi)有相關(guān)性。（2）參數(shù)化建模方法（Parametric Modeling）參數(shù)化建模方法是基于特性的實(shí)體建模方法，下面列出其主要優(yōu)點(diǎn):基于特性：零件

41、模型是由具有一定幾何形狀的特性所組成，通過(guò)不同特征在一定位置約束下的不同組合而得到模型。特征可以是添加材料（如塊、凸臺(tái)） ，也可以是切除材料的(如孔、槽)。全尺寸約束：用尺寸參數(shù)來(lái)約束特征與其他幾何對(duì)象的形狀，通過(guò)尺寸約束來(lái)控制和修改幾何形狀，所有這些尺寸參數(shù)都可調(diào)的變量參數(shù)。尺寸驅(qū)動(dòng)：當(dāng)需要修改幾何對(duì)象的形狀時(shí)，只要編輯與該形狀相關(guān)的尺寸參數(shù)即可。這種技術(shù)是現(xiàn) CAD 系統(tǒng)的基本功能之一。（3）Pro /Engineer 的復(fù)合建模方法（Hybrid Modeling）Pro /Engineer 的復(fù)合建模方法也是基于特征的實(shí)體建模方法，是在參數(shù)化建模方法的基礎(chǔ)上采用了一種所謂“變量化技術(shù)”

42、的實(shí)體建模方法。全數(shù)據(jù)相關(guān)：模型的形狀與其約束各幾何對(duì)象的尺寸完全相關(guān)。幾何實(shí)體之間也是相關(guān)的，幾何對(duì)象相應(yīng)的尺寸參數(shù)的修改將使同一模型在不同應(yīng)用模塊中的相關(guān)尺寸自動(dòng)更新，不需要人工干預(yù)，對(duì)參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。他保留了參數(shù)化技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)增加了一些新的功能，是設(shè)計(jì)建模過(guò)程更加靈活，可提高設(shè)計(jì)效率。在變量化技術(shù)中，將參數(shù)化技術(shù)中的單一的尺寸參數(shù)分為“形狀約束”和“尺寸約束” ，形狀約束通過(guò)幾何對(duì)象之間的幾何位置關(guān)系來(lái)確定。XXII / 303.23.2裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建3.2.13.2.1零件三維模型的建立零件三維模型的建立裝載機(jī)工作裝

43、置沒(méi)有涉與到特別復(fù)雜的曲面、曲線，基本上零件的建模方法：先建立二維草圖，然后進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作得到零件實(shí)體特征3.2.23.2.2標(biāo)準(zhǔn)件的建立標(biāo)準(zhǔn)件的建立下載標(biāo)準(zhǔn)件的零件庫(kù)，然后導(dǎo)入 Pro /Engineer 中，具體使用方法是先打開(kāi)零件庫(kù)，找到所需要的零件然后保存到其他零件所在的文件即可。3.2.33.2.3工作裝置裝配模型的建立工作裝置裝配模型的建立在 Pro /Engineer 軟件中首先以動(dòng)臂處于最低位置、鏟斗斗底與地面成 5 度傾角的計(jì)算位置對(duì)工作裝置進(jìn)行裝配。裝配的時(shí)候不僅要保證零件的位置，還要定義運(yùn)動(dòng)副，即各構(gòu)件之間組成的可動(dòng)聯(lián)接。如動(dòng)臂與后座、動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂、動(dòng)臂與鏟斗、翻

44、斗油缸與叉子掛接框的銷釘(Pin)聯(lián)接，油缸桿與缸筒的滑塊(Slider)聯(lián)接等。裝配零件時(shí)，可能發(fā)生位置偏差、不準(zhǔn)確或是無(wú)法裝配的情況，搭配使用平移(Translate)、旋轉(zhuǎn)(Rotate)、調(diào)整(Adjust)等功能，會(huì)得到較佳的效果。以此創(chuàng)建的裝載機(jī)的裝配模型。組裝時(shí)第一個(gè)零件的選擇是相當(dāng)重要的，必須參考零件的特征。在組裝工作裝置的時(shí)候應(yīng)先選擇動(dòng)臂，然后其余所有的零件或者組件最后都將被組裝在主要構(gòu)件上。因此，第一個(gè)主結(jié)構(gòu)件成為第一個(gè)零件是理所當(dāng)然的。具體裝配過(guò)程如下：（1）調(diào)入元件步驟 1：在組件模型文件的工作環(huán)境中，單擊插入元件按鈕，彈出“打開(kāi)”對(duì)話框。步驟 2：在打開(kāi)對(duì)話框的查找圍

45、下拉列表中，選擇需要組裝到當(dāng)前組模型的動(dòng)臂前梁，系統(tǒng)顯示該零件和放置選項(xiàng)對(duì)話框。（2）設(shè)置裝配約束在放置對(duì)話框中，選中默認(rèn)放置。接著調(diào)入動(dòng)臂后梁，利用匹配對(duì)齊約束方式XXIII / 30對(duì)其進(jìn)行剛性連接，最后分別調(diào)入叉子掛接框、動(dòng)臂后座、鏟斗等組件完成工作裝置的裝配。最后裝配結(jié)果見(jiàn)圖 3-1 圖 3-1 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置裝配結(jié)構(gòu)圖3.33.3本章小結(jié)本章小結(jié)本章首先介紹了文中采用的軟件 Pro/E(Pro /Engineer),然后建立了三維幾何實(shí)體模型，最后介紹了裝載機(jī)工作裝置三維裝配模型的創(chuàng)建。第四章第四章 工作裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度校核工作裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度校核裝載機(jī)是一種用途較廣的施工機(jī)

46、械。廣泛應(yīng)用于建筑公路礦山與國(guó)防工程中，對(duì)加快工程速度、保證工程質(zhì)量、降低工程成本具有重要作用。因此，近幾年來(lái)，裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展，已成為了工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。而工作裝置是完成鏟、裝、運(yùn)、卸等作業(yè)并帶有液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu)。工作裝置設(shè)計(jì)水平的高低直接影響裝載機(jī)作業(yè)性能的好壞，進(jìn)而影響整機(jī)工作效率。裝載機(jī)提升能力是衡量整機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)。提升能力不足是指裝載機(jī)不能將額定的載荷舉升到額定高度。提升能力不足將影響整機(jī)性能的發(fā)揮，降低工作效率，因此必須加X(jué)XIV / 30以改進(jìn)。另外，為了特殊的用途，在原有提升能力基礎(chǔ)上增加提升能力，同樣可采用本文所述的方法。提升能力的判斷就是本

47、章所要講的強(qiáng)度校核計(jì)算。本章以 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置動(dòng)臂為例，采用材料力學(xué)中的梁模型對(duì)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)精確求解動(dòng)臂的應(yīng)力，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，減少材料用量，降低產(chǎn)品成本。4.14.1 計(jì)算載荷工況計(jì)算載荷工況當(dāng)裝載機(jī)處于鏟斗掘起偏載工況時(shí)，鏟斗插入料堆，翻斗油缸工作，動(dòng)臂油缸閉鎖。偏載為集中載荷，作用于距斗刃尖和鏟斗側(cè)壁各 100mm 處。根據(jù)整機(jī)縱向穩(wěn)定性條件作用于鏟斗上最大的垂直載荷N=G L1/L=105 KN式中: G裝載機(jī)操作重量L1整機(jī)重心離前橋中心水平距離L載荷 N 離前橋中心水平距離以工作裝置為分析對(duì)象,分別取鏟斗、叉子掛接框?yàn)楦綦x體得翻斗油缸的作用力為P= N L3L5L2L

48、4=251.1 kN 式中:L2搖臂中鉸孔中心線到轉(zhuǎn)斗缸中心線垂直距離L3搖臂中鉸孔中心線到拉桿中心線垂直距離L4鏟斗下鉸孔中心線到拉桿中心線垂直距離L5載荷 N 到鏟斗下鉸孔中心線垂直距離 由前面公式（2-4） （2-5）計(jì)算可得到F1=4.99x104 NF2=3.45x104 NXXV / 304.24.2建立動(dòng)臂強(qiáng)度分析力學(xué)模型（模型的簡(jiǎn)化）建立動(dòng)臂強(qiáng)度分析力學(xué)模型（模型的簡(jiǎn)化）圖4-1 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)圖4.2.14.2.1支座的簡(jiǎn)化支座的簡(jiǎn)化在圖 4-1 中，工作裝置動(dòng)臂前面與叉子掛接框連接，使活動(dòng)端，后面與動(dòng)臂后座連接，是固定端，所以把這端利用固定鉸支座簡(jiǎn)化表示，而

49、另一端是活動(dòng)端。最后得到懸臂梁模型。4.2.24.2.2載荷的簡(jiǎn)化載荷的簡(jiǎn)化在裝載機(jī)工作的時(shí)候，一般工作載荷為均勻載荷，為了方便計(jì)算可以將它簡(jiǎn)化為集中力，作用在鏟斗中部。經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)化得到工作裝置動(dòng)臂的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖 4-2 所示XXVI / 30圖 4-2 工作裝置動(dòng)臂的計(jì)算簡(jiǎn)圖G動(dòng)臂結(jié)構(gòu)重力 N外部載荷 F動(dòng)臂油缸對(duì)動(dòng)臂所加的力4.34.3動(dòng)臂的校核動(dòng)臂的校核4.3.14.3.1彎矩的計(jì)算彎矩的計(jì)算分析裝載機(jī)工作的幾個(gè)工況可以看出，動(dòng)臂在舉升工況的時(shí)候受力最大，容易造成破壞，所以滿足了這一個(gè)工況，其他的工況也就會(huì)滿足強(qiáng)度要求了。下面就只校核工作裝置動(dòng)臂在舉升工況下的強(qiáng)度。如圖 4-3 所示動(dòng)

50、臂仍然受三個(gè)力分別是載荷的壓力，動(dòng)臂油缸的推力，還有自身的重力，以與支座的作用力（圖中未標(biāo)出）XXVII / 30 圖 4-3 舉升工況下工作裝置動(dòng)臂的計(jì)算簡(jiǎn)圖在計(jì)算力的時(shí)候，一般應(yīng)先求出支座的反力。在現(xiàn)在的情況下，由于動(dòng)臂的右端是自由端，無(wú)需確定支反力，就可以直接計(jì)算彎矩。在后梁 AC 圍，把坐標(biāo)原點(diǎn)取在 A 點(diǎn)，并用截面 1-1 以右的外力來(lái)計(jì)算彎矩，得到 M1=N=5=5Nm1X4101410取 B-3 這一段為研究對(duì)象，在 3-3 截面左側(cè)受力分析得到 M2= N+G X2=5+17.5 0.3 104=10.25 104 Nm1X410取 A-B 段為研究對(duì)象，在 2-2 截面右側(cè)受

51、力分析得到 M3= N+G X2-F X3=15.5 104-4.99 1040.5=10.5 104Nm1X取 A 端面授力分析得到 M4=15.5 104 Nm-0.725 4.99 104=12.5 104 NmXXVIII / 304.3.24.3.2 彎矩圖的繪制彎矩圖的繪制以 A 點(diǎn)為原點(diǎn)繪制動(dòng)臂的彎矩圖如圖 4-4 所示 圖4-4 動(dòng)臂的彎矩圖由圖 4-4 可知截面 A 上的彎矩最大 Mmax=12.5 104 Nm4.3.34.3.3 彎曲應(yīng)力的計(jì)算彎曲應(yīng)力的計(jì)算 公式（4-1）WMmaxmax W= 公式（4-2）6222211hbhb 根據(jù)圖 4-5 和公式 4-2 可以得到 W=9.5105mm36153631657522XXIX / 30 圖 4-5 動(dòng)臂的截面由公式（4-10）計(jì)算可得=132 MPaWMmaxmax44105 .