礦用小型防爆全液壓裝載機(jī)鏟取過程中的載荷分析

礦用小型防爆全液壓裝載機(jī)鏟取過程中的載荷分析

在整個(gè)切割過程中，支撐臂的負(fù)載不斷變化，這受到材料特征、料堆形狀、擋架幾何形狀、操作模式等因素的影響。對驅(qū)動缸載荷在整個(gè)鏟取過程中的動態(tài)分析,是裝載機(jī)工作裝置參數(shù)確定和強(qiáng)度校核的前提,也是液壓系統(tǒng)元件選型、設(shè)計(jì)以及工作特性分析的依據(jù)。本文是以碎煤為鏟取對象,對本院所研制的礦用小型防爆全液壓裝載機(jī)在特定工況、特定鏟取軌跡下工作裝置驅(qū)動缸的載荷計(jì)算。1基于機(jī)械機(jī)構(gòu)和垂直摩擦阻力的計(jì)算鏟取過程中物料的變化是十分復(fù)雜的物理現(xiàn)象,根據(jù)散體力學(xué)和相關(guān)文獻(xiàn),當(dāng)鏟斗鏟取小粒徑物料時(shí),會在鏟斗刃的前方產(chǎn)生密實(shí)核Q5Q3,并出現(xiàn)2個(gè)滑移面I—I、II—II,從而產(chǎn)生2個(gè)滑移體A′FO5Q2Q1(其面積可近似等于ABO5Q2的面積)和O5Q2Q4Q3(見圖1)。在鏟取過程中,可以將鏟斗所受的阻力等效為作用于鏟斗底部沿水平方向的集中力Rx和沿垂直方向的集中力Ry,Rx、Ry分別由2個(gè)滑移體的重力和側(cè)面摩擦力綜合決定。以鏟斗為研究對象,其外在表現(xiàn)形式為物料作用于斗底的力、密實(shí)核作用于斗尖的力以及密實(shí)核與斗尖的摩擦阻力的綜合影響。由于鏟取過程中2個(gè)滑移體的重力和側(cè)面摩擦力都不斷發(fā)生變化,所以Rx和Ry也時(shí)刻變化。根據(jù)文獻(xiàn)的計(jì)算方法,通過編制計(jì)算機(jī)程序可得本裝載機(jī)鏟斗所受的水平阻力Rx和垂直阻力Ry(見圖2)。Rx、Ry作用點(diǎn)從開始鏟取到離開料堆是不斷變化的,從離斗尖(1/3～1/4)LC處向斗后壁移動,直至(0.4～0.5)LC處。LC為鏟斗的插入深度。在本文計(jì)算過程中,設(shè)定作用點(diǎn)是勻速移動的。2在對工作裝置進(jìn)行受力分析時(shí),假定:(1)載荷為對稱載荷,即外載荷沿切削刃均勻分布,計(jì)算時(shí)可用在斗刃中部的集中力來代替。(2)裝載加速度較低,不考慮慣性力,系統(tǒng)僅存在靜力作用。本機(jī)的工作裝置為反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)(見圖3),且整個(gè)機(jī)構(gòu)具有縱向?qū)ΨQ性,在計(jì)算時(shí)可將空間力系簡化為過對稱中心的平面力系。如圖3所示建立直角坐標(biāo)系,把舉升液壓缸、轉(zhuǎn)斗液壓缸、連桿O6O9看成是方向已知的二力桿,分別對大臂、搖臂、鏟斗進(jìn)行受力分析(見圖4、圖5、圖6)。建立由未知力系數(shù)矩陣、未知力矩陣、已知力矩陣構(gòu)成的關(guān)于整個(gè)工作裝置的力及力矩平衡的矩陣方程。???????????????????10y00000000100000002cosγ2sinγ2(cosγy3?sinγx3)000000000cosθsinθcosθy10?sinθx10000?10?y400010y40?1x400001?x4000?cosα?sinαsinαx9?cosαy9cosαsinαcosαy6?sinαx6?10?y710y70000?1x701?x7000?????????????????????????????????????????R0xR0yR1R2R4xR4yR6R7xR7y??????????????????????[102cosγ0-100-10012sinγ00-100-1y002(cosγy3-sinγx3)0-y4x40-y7x7000cosθ00-cosα10000sinθ00-sinα01000cosθy10-sinθx1000sinαx9-cosαy9y7-x7000010cosα00000001sinα000000y4-x4cosαy6-sinαx600][R0xR0yR1R2R4xR4yR6R7xR7y]當(dāng)鏟斗在料堆中時(shí):Rx、Ry存在,GW不存在[WF]=[0Gdb-GdbxGdb000RxGcd+Ry-GcdxGcd+RxyR-RyxR]T當(dāng)鏟斗離開料堆后:GW存在,Rx、Ry不存在[WF]=[0Gdb-GdbxGdb0000Gcd+RW-GcdxGcd-GWxGW]T式中γ=arctg[(y3-y1)/(x3-x1)]Qdb——大臂的自重God——鏟斗的自重GW——鏟斗離開料堆后標(biāo)準(zhǔn)斗容下煤的自重(可近似認(rèn)為煤的自重和幾何形狀是不變的)當(dāng)x2≤x10時(shí):θ=arctg[(y10-y2)/(x10-x2)];當(dāng)x2>x10時(shí):θ=π+arctg[(y10-y2)/(x10-x2)];當(dāng)x9≤x6時(shí):α=arctg[(y6-y9)/(x6-x9)];當(dāng)x9>x6時(shí):α=π+arctg[(y6-y9)/(x6-x9)]。3舉升缸載荷的計(jì)算通過編程分別對裝載機(jī)的2種鏟取方式((1)先翻轉(zhuǎn)鏟斗,再進(jìn)行舉升(圖7);(2)邊翻轉(zhuǎn)鏟斗,邊進(jìn)行舉升(圖8))進(jìn)行運(yùn)動仿真,得出工作裝置各部件在鏟取過程中每一時(shí)刻的精確位置。在此基礎(chǔ)上通過求解上述矩陣方程,即可得出舉升缸的載荷R1和轉(zhuǎn)斗缸的載荷R2的變化情況(見圖9)。由計(jì)算可知舉升缸的最大載荷R1為91.5kN,轉(zhuǎn)斗缸的最大載荷R2為59.6kN。當(dāng)鏟斗離開料堆時(shí),舉升缸的載荷R1下降到14kN左右,轉(zhuǎn)斗缸的載荷R2下降到4.6kN左右。當(dāng)鏟斗在料堆中時(shí)舉升缸和轉(zhuǎn)斗缸的最大載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離開料堆時(shí)的載荷,maxR1和maxR2分別是離開料堆時(shí)的6.5倍和13倍。其中R2變?yōu)樨?fù)值,表示轉(zhuǎn)斗缸由承受壓力變?yōu)槌惺芾Α?載荷的變化本文對裝載機(jī)的整個(gè)鏟取過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析,得出了舉升缸和轉(zhuǎn)斗缸的載荷在不同鏟取方式下的變化情況。從圖上可以看到,當(dāng)鏟斗處于料堆中時(shí)2缸的載荷變化幅度很大,離開料堆后2缸的載荷變化比較平穩(wěn),這是由于在料堆中2缸的載荷主要是由于被鏟物料滑移體側(cè)面面積的變化引起的,而離開料堆后2缸的載荷主要是