裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)

裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)摘要裝載機(jī)是一種常見的工程施工機(jī)械，其用途也非常廣泛。裝載機(jī)主要用于鏟土，裝載和運(yùn)輸土壤，沙子和石灰等散裝物料。進(jìn)行輕鏟。

本主題首先使用SolidWorks軟件根據(jù)裝載機(jī)的挖掘和裝載工作條件對裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行建模和仿真，然后使用SolidWorks和ANSYS軟件對動臂進(jìn)行靜應(yīng)力分析和模態(tài)分析。

本文主要包括五個部分。第一部分介紹了該主題在國內(nèi)外的背景，意義和發(fā)展現(xiàn)狀。第二部分介紹了相應(yīng)的軟件及其特點(diǎn)。第三部分介紹了使用SolidWorks軟件對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行建模的過程，包括對動臂，搖臂，連桿，鏟斗，動臂油缸和活塞桿等零件進(jìn)行建模。第四部分介紹了裝載機(jī)工作裝置的組裝與仿真過程。動臂的靜應(yīng)力分析和模態(tài)分析過程。關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；工作裝置；SolidWorks；建模；仿真1緒論1.1選題背景和研究意義裝載機(jī)是一種很常見的工程施工機(jī)械，它也非常通用，裝咋就、裝載機(jī)在施工中的需要是不能被其他機(jī)械替代，裝載機(jī)主要用于挖掘和裝載并運(yùn)輸散裝物料，例如土壤，沙子和石灰，還可以運(yùn)用在開采礦石和挖掘堅(jiān)硬的土壤。當(dāng)其工作裝置工作時,通過前端的工作裝置和裝載機(jī)的向前行駛進(jìn)行對物料進(jìn)行裝載鏟掘、裝載、舉升、運(yùn)輸及卸載等作業(yè)。隨著現(xiàn)代建筑業(yè)對于先進(jìn)設(shè)備的要求，機(jī)械化施工水平的提高，工程進(jìn)度及工程質(zhì)量與施工設(shè)備的運(yùn)行狀況密不可分，裝載機(jī)作為項(xiàng)目建設(shè)中必不可少的機(jī)械設(shè)備，其性能可以縮短工期、減少人力施工疲勞強(qiáng)度、提高工程的總體質(zhì)量以及降低工程的投入成本等各方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這就推動了裝載機(jī)的持續(xù)設(shè)計(jì)和不斷優(yōu)化。而且，在近幾年來，國內(nèi)和國外的裝載機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造行業(yè)在品種和產(chǎn)量方面都得到了迅猛的發(fā)展，裝載機(jī)的性能也在不斷優(yōu)化提升，對其品種的不斷更新也創(chuàng)造了條件。裝載機(jī)的發(fā)展更新，能夠逐步滿足現(xiàn)代建筑業(yè)對于設(shè)備的要求，也能夠推動現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展，和機(jī)械化施工水平。裝載機(jī)的工作裝置主要是用來完成鏟取、裝載、運(yùn)輸以及卸載等作業(yè)的空間多連桿機(jī)構(gòu)。因此，在對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)水平、優(yōu)化方法的選擇以及設(shè)計(jì)方案的合理性都會成為影響裝載機(jī)工作效率和性能的主要因素。在過去，人們對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時，都是利用以往積累的經(jīng)驗(yàn)公式對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算校核，通過這種方式來確定工作裝置中各個零件的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且運(yùn)用工程軟件進(jìn)行建模和仿真來完成的[2]。近年來由于相關(guān)部門對工程施工的安全及質(zhì)量要求的提高，從而對工程機(jī)械的工作效率、工作性能、經(jīng)濟(jì)性以及安全性的要求也在逐漸提高。裝載機(jī)的工作裝置作為裝載機(jī)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)性能直接影響這些要求。因此，裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性尤為重要，已經(jīng)是一種任務(wù)，在整個裝載機(jī)設(shè)計(jì)制造中舉足輕重[3]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外發(fā)展?fàn)顩r國外的裝載機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)歷了五六十年的發(fā)展之后，在二十世紀(jì)九十年代的中末期就已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。并且信息技術(shù)的快速發(fā)展也對裝載機(jī)的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用，明顯減少了工作中的噪音，振動和污水排放，達(dá)到了綠色、安全、文明施工和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。在很大程度上，它簡化了維護(hù)并降低了運(yùn)行成本，將其運(yùn)行特性、工作特性、安全防范和耐用度進(jìn)行強(qiáng)有力的提高和完善[4]。為了進(jìn)一步適應(yīng)現(xiàn)代建筑業(yè)的工程作業(yè)，應(yīng)該繼續(xù)開發(fā)性能更加優(yōu)良的裝載機(jī)，這些優(yōu)良的性能主要包括：更大的鏟斗容量、更大的發(fā)動機(jī)功率、更大的掘起力、更大的側(cè)翻載荷、更大的牽引力、更少的廢氣排放等，從而形成優(yōu)質(zhì)高效的綠色環(huán)保型裝載機(jī)。國外裝載機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目標(biāo)主要是，不斷提高設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的技術(shù)含量、運(yùn)用新型結(jié)構(gòu)、最大限度的滿足市場需求等。并且根據(jù)裝載機(jī)鏟取物料密度的不同，設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)和容量的鏟斗，再安裝強(qiáng)度、耐磨性、插入性更加優(yōu)良的斗齒，從而適應(yīng)各種不同工作環(huán)境下的需求。為了滿足逐漸加高的車廂，許多生產(chǎn)廠家相繼設(shè)計(jì)制造出中高卸、高卸以及超高卸的裝載機(jī)工作裝置，從而使得裝載機(jī)工作裝置的工作范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。通過對裝載機(jī)工作裝置中相關(guān)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從原先的六連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥獍诉B該機(jī)構(gòu)所配置的快換裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)在作業(yè)現(xiàn)場的快速裝卸作業(yè)，除液壓軟管的自動連接外，僅由駕駛員通過駕駛室中的操縱桿即可快速，準(zhǔn)確地完成這一系列工作，將裝載機(jī)的操作的全面性得到了提高，并且更加的適應(yīng)了。這充分顯示了設(shè)計(jì)以人為本，還節(jié)約了成本，保護(hù)了環(huán)境，體現(xiàn)既安全又舒服理念[5]，許多國外的生產(chǎn)廠家還給裝載機(jī)配備了防落物、防滾翻以及降噪處理的全封閉式的能夠有效防止紫外線的駕駛室。根據(jù)人體工程學(xué)原理，駕駛員座椅的設(shè)計(jì)和配備了可在駕駛室中調(diào)節(jié)的全方位懸架。有些裝載機(jī)還為駕駛?cè)藛T配備了乘坐舒適控制系統(tǒng)，用來提高裝載機(jī)在凹凸不平的路面上行駛時的安全性和駕駛舒適性，進(jìn)而也使得駕駛?cè)藛T的疲勞強(qiáng)度明顯降低。國外裝載生產(chǎn)機(jī)制造中應(yīng)用低轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)、研發(fā)混合動力、進(jìn)一步改進(jìn)電噴裝置及應(yīng)用新型降噪裝置和降噪材料等這一系列的舉措，使得裝載機(jī)發(fā)動機(jī)的尾氣排放量和機(jī)外輻射噪聲進(jìn)一步得到了降低。國外裝載機(jī)的設(shè)計(jì)制造已經(jīng)達(dá)到了近乎完美的水平。國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r中國裝載機(jī)的設(shè)計(jì)和制造起步較晚，其開發(fā)過程大致可分為三個階段，也就是說進(jìn)行仿制的階段，引進(jìn)的階段，以及開發(fā)的階段和研發(fā)創(chuàng)新的階段，當(dāng)國企單位技術(shù)的得投入不斷增加，還有校企的聯(lián)合不斷升華，目前國產(chǎn)的裝載機(jī)正處在低等的水平。低等的質(zhì)量，低廉的價格轉(zhuǎn)為高等的水平，高等的質(zhì)量，最主要的是銷售的價錢中等。每個裝載機(jī)制造商都根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)計(jì)了裝載機(jī)結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，將有限元分析方法應(yīng)用于整機(jī)和零部件的設(shè)計(jì)中，優(yōu)化了設(shè)計(jì)方法，并改善了裝載機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，加強(qiáng)裝載機(jī)整機(jī)的強(qiáng)度及剛度，降低整機(jī)的重量以及增加整機(jī)的靈活性等[6]。如今，國內(nèi)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)水平已經(jīng)有了很大程度的發(fā)展和提高，也在相關(guān)領(lǐng)域中取得了不錯的成績。但是與國外設(shè)計(jì)研發(fā)的裝載機(jī)同類產(chǎn)品相比，還是存在有一定的差距。目前，我國是多采用反轉(zhuǎn)六連桿結(jié)構(gòu)裝載機(jī)的國家，不僅僅因?yàn)楹唵蔚慕Y(jié)構(gòu)，還有挖掘力大、高位自動放平和廣泛的適應(yīng)性等。綜上所述，逐漸的以人為本的理念深入人心，所以裝載機(jī)在以后的發(fā)展就是在以人為本的基礎(chǔ)上，大范圍應(yīng)用信息技術(shù)，以及微電子技術(shù)，還有集成化和模塊化的控制系統(tǒng)，及其駕駛操作簡化、機(jī)器性能提高以及節(jié)能環(huán)保裝置的研發(fā)引用。這也必將使得駕駛?cè)藛T進(jìn)一步改善了工作環(huán)境和舒適度，提高了裝載機(jī)的工作效率，從而使得裝載機(jī)在工程施工中的應(yīng)用更加廣泛。如圖1.1為工程施工中常見的輪胎式裝載機(jī)。2裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

2.1SolidWorks軟件及基本功能單元SolidWorks軟件軟件出現(xiàn)以后，憑借與CAD技術(shù)發(fā)展趨勢相對應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新，兩年之內(nèi)迅速被評為CAD/CAM行業(yè)中一款最賺錢的產(chǎn)品。這得歸功于公司良好的財(cái)務(wù)狀況及其許多用戶的支持，SolidWorks的技術(shù)創(chuàng)新每年都有許多新突破誕生。所以公司也獲得了許多獎項(xiàng)。在1995年至1999年間，Solid

Works系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CAD系統(tǒng)的全球評估中排名第一。從上個世紀(jì)的90年代以來該系統(tǒng)憑借其雄厚的實(shí)力獲得國際17個獎項(xiàng)。至今，SolidWorks公司一直遵循的易用性、穩(wěn)定性和創(chuàng)新的三個原則已經(jīng)得到了充分實(shí)施和驗(yàn)證。設(shè)計(jì)人員可以很大程度的縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，從而使得所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠更加快速地投向市場[7]。

SolidWorks軟件具有以下主要特性：功能強(qiáng)大，技術(shù)創(chuàng)新，易于學(xué)習(xí)和使用。該軟件提供了許多不同的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，這些設(shè)計(jì)不但可以減少設(shè)計(jì)過程中的錯誤，而且還能提高設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。該軟件經(jīng)過不管的改進(jìn)，功能也有了許多變化，相比于與早起的SolidWorks軟件，最新的SolidWorks軟件在功能上做了許多的調(diào)整和改進(jìn)。例如在草圖命令中新增了lnstant2D，在此命令下，拖動尺寸邊界點(diǎn)就可以使得二維草圖動態(tài)顯示，在SolidWorks的零件與特征建模中，新增螺紋功能，并且對線性陣列、變量陣列和掃描功能進(jìn)行增強(qiáng)；重新設(shè)計(jì)的三重軸也更加形象。還新增了臨時固定某些零件的功能以及選擇復(fù)制多個零件時可保留原有配合關(guān)系的功能等零件的建?；A(chǔ)單元

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師具有胸有成竹的自信。當(dāng)上級布置新的任務(wù)給設(shè)計(jì)師時，設(shè)計(jì)師必須運(yùn)用強(qiáng)大的二維空間想象，構(gòu)造出基本的二維模型，并最終表達(dá)出來，然后根據(jù)先前的規(guī)律使用先前構(gòu)造的二維圖來表達(dá)設(shè)計(jì)零件的三維形狀投影。但是，三維CAD系統(tǒng)使用三維模型來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)過程幾乎與實(shí)際產(chǎn)品制造過程相同。它還反映了產(chǎn)品的真實(shí)幾何形狀和尺寸，這使整個產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程更加符合設(shè)計(jì)師的思維和設(shè)計(jì)習(xí)慣。通過這種方式，設(shè)計(jì)師可以更多地關(guān)注產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身而不是產(chǎn)品圖形的結(jié)構(gòu)表達(dá)。零件的建?；A(chǔ)主要包括實(shí)體建模、參數(shù)值、特征三個部分。零件建模的步驟如下：（1）規(guī)劃所設(shè)計(jì)的零件：分析零件的特征組成、相互關(guān)系、構(gòu)造方法及構(gòu)造順序、確認(rèn)完美的零件輪廓等。（2）作為零件的首要特點(diǎn)，再進(jìn)行創(chuàng)建時，構(gòu)成了零件特征的基本形式，也是構(gòu)造其他特征的必要基礎(chǔ)?？梢詫⑵湟暈榱慵Ｐ偷摹按植凇辈糠帧?/p>

（3）創(chuàng)建設(shè)計(jì)零件的其他特征：根據(jù)特征之間的關(guān)系創(chuàng)建零件的其余特征，這稱為“如何盡可能地成形”。

在CAD軟件中，通常需要在所選平面上繪制2D幾何圖形（草圖），然后在此草圖上執(zhí)行某些特征操作以生成3D特征。如此，多個特征組成一個零件。在三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，零件設(shè)計(jì)是核心，特征設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，草圖設(shè)計(jì)師基礎(chǔ)[8]。零件虛擬裝配設(shè)計(jì)單元零件虛擬裝配設(shè)計(jì)是三維CAD軟件，這是三個基本功能單元之一。在現(xiàn)代CAD應(yīng)用程序中，組裝環(huán)境已成為進(jìn)行產(chǎn)品綜合性能驗(yàn)證的基本環(huán)境。設(shè)計(jì)人員不僅可以使用三維零件模型來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的整體組裝，還可以使用相關(guān)工具來實(shí)現(xiàn)組裝干涉檢查，動態(tài)仿真，組裝過程和運(yùn)動仿真的整體輔助設(shè)計(jì)。CAD軟件的裝配設(shè)計(jì)方法，一般遵循從下往上和從上往下。2.2裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)在給裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行三維建模的開始，首先要進(jìn)行選擇，工作裝置的結(jié)構(gòu)形式是至關(guān)重要的，如圖2.1。然后查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊和參考資料，初步確定該反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)以及參數(shù)之間的相互關(guān)系。圖2.1裝載機(jī)反轉(zhuǎn)六連桿結(jié)構(gòu)根據(jù)裝載機(jī)反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖及三角函數(shù)關(guān)系可得：(2.1)(2.2)(2.3)(2.4)(2.5)由以上關(guān)系式首先計(jì)算裝載機(jī)工作裝置中動臂的長度L:(2.6)(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)由以上公式確定裝載機(jī)工作裝置的獨(dú)立參數(shù)后，可以由下列各式推導(dǎo)出工作裝置的其他相關(guān)參數(shù)：(2.11)(2.12)(2.13)(2.14)(2.15)(2.16)（1）裝載機(jī)工作裝置中轉(zhuǎn)斗油缸長度的計(jì)算：(2.17)(2.18)(2.19)(2.20)(2.21)令(2.22)（2）鏟斗位置角的計(jì)算：(2.23)(2.24)(2.25)(2.26)令(2.27)（3）連桿機(jī)構(gòu)傳動角的計(jì)算：(2.28)(2.29)(2.30)(2.31)由以上計(jì)算公式求得裝載機(jī)工作裝置反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)的主要尺寸數(shù)值，然后運(yùn)用SolidWorks軟件對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行建模。3裝載機(jī)工作裝置建模3.1動臂的建模打開SolidWorks2016的初始界面，鼠標(biāo)點(diǎn)擊頂部菜單欄里的“文件”命令，下拉菜單中出現(xiàn)“新建”、“打開”、“打開當(dāng)前”、“關(guān)閉”等其他多個選項(xiàng)按鈕，單擊“新建”按鈕，共有三個選項(xiàng)，三個選項(xiàng)分別為“零件”、“裝配體”、“工程圖”，最開始我們應(yīng)該用鼠標(biāo)選擇“零件”，“確定”按鈕在最下面，單擊它，就會直接進(jìn)入零件建模環(huán)節(jié)。剛一開始，在建模界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹中選擇前視圖基準(zhǔn)，下一步進(jìn)行基準(zhǔn)面的確認(rèn)，單擊“確定”就可以實(shí)現(xiàn)這一操作，接著使基準(zhǔn)面正視，然后根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在基準(zhǔn)面上繪制動臂草圖如圖3.1。圖3.1動臂一側(cè)的草圖及主要尺寸動臂零件的草圖完成后，單擊工具欄中的“退出草圖”命令，草圖完成。

然后單擊菜單欄中“素描”按鈕旁邊的“功能”按鈕，然后單擊工具欄中的“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”并設(shè)置相應(yīng)的拉伸方向和尺寸，最后單擊“功能”工具列“√”。按鈕完成素描的伸展。這樣，動臂一側(cè)的造型完成。然后點(diǎn)擊動臂凸臺內(nèi)側(cè)，然后點(diǎn)擊“素描”按鈕，在工具欄中點(diǎn)擊“素描”，并且選擇動臂凸臺的內(nèi)側(cè)作為下一個草圖繪制的基準(zhǔn)面，使用該基準(zhǔn)作為參考基準(zhǔn)，一個半徑為100的圓畫出來，上一步完成后，點(diǎn)擊“退出草圖”操作，然后選擇工具欄中的“功能”，并且“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”。并把畫出的草圖以此當(dāng)做拉伸特征，選擇拉伸方向并將拉伸長度設(shè)置為560，形成動臂三維結(jié)構(gòu)如圖3.2。繼續(xù)選擇造型界單擊臉部頂部主菜單欄中的“插入”按鈕，“參考幾何”按鈕從“插入”中進(jìn)行選擇，在子菜單中并確認(rèn)“基準(zhǔn)”選項(xiàng)，界面左側(cè)設(shè)計(jì)樹中出現(xiàn)“選取參考引用和約束”，接著將動臂內(nèi)側(cè)設(shè)定為第一參考面，然后設(shè)定兩者之間的距離為560。在插入的該基準(zhǔn)面上繪制動臂連接軸上與搖臂連接的中耳草圖，中耳素描完成后，單擊工具欄中的“退出素描”命令，然后在“功能”工具欄中執(zhí)行“拉伸凸臺/底座”命令，選擇拉伸方向向右并將中耳拉伸特征的長度定為50，選擇確定后完成動臂連接軸上中耳的拉伸如圖3.3。單擊菜單欄中的“插入”按鈕，在子菜單中選擇“參考幾何”選項(xiàng)，然后單擊從屬選項(xiàng)中的“基準(zhǔn)”按鈕并確認(rèn)，選擇動臂內(nèi)側(cè)作為第一參考面，設(shè)定兩個參考面之間的距離為610，然后，在“功能”工具欄中單擊“鏡像”選項(xiàng)，插入的基準(zhǔn)平面將成為鏡像表面，選擇上述已經(jīng)完成的動臂臂一側(cè)為鏡像特征，點(diǎn)擊確定按鈕，臂架的物理建模完成，如圖3.4。圖3.4動臂的模型對動臂實(shí)體的三維建模完成后將動臂零件保存在裝載機(jī)實(shí)體建模的文件夾里，并將文件名稱改為動臂，最后，動臂的建模全部完成。3.2搖臂的建模首先打開Solid

Works2016軟件，“文件”的操作在此界面最上面，單擊它，然后出現(xiàn)“新建”和“打開”這兩項(xiàng)操作，打開“新建”，里面有三個選項(xiàng)，分別是“零件”，“裝配體”和“工程圖”。然后選擇“零件”按鈕并進(jìn)入零件建模界面。

在零件建模界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹選項(xiàng)中，選擇前基準(zhǔn)作為草繪的初始基準(zhǔn)，然后使前基準(zhǔn)處于前視圖狀態(tài)。

根據(jù)零件的尺寸，在前視平面上繪制搖臂。搖臂的草圖如圖3.5。圖3.5搖臂的草圖及主要尺寸在繪制完搖臂草圖之后，在界面頂部的工具欄中選擇“退出草圖”按鈕并進(jìn)行確認(rèn)，然后單擊“素描”旁邊的“功能”命令，在工具中選擇“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”選項(xiàng)，然后使用上面的素描為上司的特征，并設(shè)定拉伸凸臺的高度為100。最后選擇界面左側(cè)設(shè)計(jì)樹里的“√”按鈕并確定。這樣，裝載機(jī)工作裝置一側(cè)搖臂的造型完成，如圖3.6。圖3.6搖臂一側(cè)的模型然后繼續(xù)點(diǎn)擊“草圖”工具欄里的“繪制草圖”按鈕并確定，選擇以上繪制好的搖臂內(nèi)側(cè)作為搖臂連接軸的草圖參考平面，繪制一個搖臂連接軸的草圖。最后，在“功能”工具欄中選擇“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”命令，在界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹中選擇拉伸方向，并將拉伸高度設(shè)置為50,完成搖臂連接軸的造型如圖3.7。圖3.7搖臂連接軸模型最后點(diǎn)擊頂部菜單欄的“鏡像”按鈕，在界面左側(cè)設(shè)計(jì)樹欄里選擇搖臂連接軸的上表面作為鏡像基準(zhǔn)面，并把以上繪制好的搖臂及連接軸作為鏡像特征并確定，如此，搖臂的實(shí)體造型全部完成，搖臂三維特征如圖3.8。圖3.8搖臂的模型3.3連桿的建模首先啟動SolidWorks2016軟件，選擇界面頂部的“文件”命令，有多個選項(xiàng)，例如“新建”，“打開”等，打開“新建”選項(xiàng)，然后有“零件”，“裝配”和“工程圖”三個選項(xiàng)單元，打開“零件”界面

用于裝載機(jī)設(shè)備的連桿形狀。進(jìn)入造型界面后，在界面左邊設(shè)計(jì)樹中選擇前視基準(zhǔn)面作為連桿草圖繪圖的基準(zhǔn)面，并且讓以上前視基準(zhǔn)面處于正視狀態(tài)，接著在此基準(zhǔn)面上按照設(shè)計(jì)尺寸要求進(jìn)行連桿草圖的繪制，然后完成連桿草圖的繪制如圖3.9。圖3.9連桿的草圖及主要尺寸在裝載機(jī)工作裝置連桿的草圖繪制完成后，選擇工具欄中的“退出草圖”選項(xiàng)，然后打開“草圖”按鈕旁邊的“功能”工具欄，在界面頂部的工具欄中，在功能設(shè)計(jì)樹中單擊“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”命令。

在界面左側(cè)選擇凸臺的拉伸方向并將拉伸高度設(shè)置為100，選擇完全穿透作為終止條件，最后在界面左側(cè)的特征設(shè)計(jì)樹中選擇“√”按鈕

去完成對裝載機(jī)工作裝置連桿的拉伸特征，這樣，連桿的造型到此全部結(jié)束，連桿的三維實(shí)體造型如圖3.10。圖3.10連桿的模型3.4鏟斗的建模裝載機(jī)鏟斗是裝載機(jī)最基本的工作裝置，裝載機(jī)用鏟斗進(jìn)行挖掘、裝載、運(yùn)輸和傾倒物料等工作。裝載機(jī)鏟斗有許多不同的類型，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行劃分：直斗鏟斗、V型斗鏟斗、直型鏟斗和V型鏟斗；按照用處則可以分成標(biāo)準(zhǔn)的鏟斗、巖石斗和側(cè)卸的鏟斗；再此以外，根據(jù)裝載機(jī)作業(yè)的需要，有的裝載機(jī)還配有多用途的蚌式鏟斗和強(qiáng)制卸料式鏟斗等。裝載機(jī)鏟斗組成部分為斗壁、側(cè)板、主刀板、側(cè)刀板、擋板及斗齒等[9]。本文中所選擇的是直型帶齒鏟斗，該鏟斗的具體造型過程如下。首先啟動電腦桌面上的SolidWorks2016軟件，接著打開界面頂部的“文件”選項(xiàng)，有多個選項(xiàng)，例如“新建”和“打開”，打開“新建”選項(xiàng)，界面中出現(xiàn)“零件”，“裝配”和“工程圖”三個選項(xiàng)，打開“零件”界面以進(jìn)行裝載機(jī)工作

設(shè)備的鏟斗形狀，在建模界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹中，選擇右側(cè)基準(zhǔn)平面作為鏟斗草圖的基準(zhǔn)平面，并將右側(cè)基準(zhǔn)平面置于前視圖狀態(tài)

，并根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸要求加載基準(zhǔn)平面。機(jī)斗草圖的圖紙，包括直線圖，圓弧圖和相應(yīng)的尺寸約束，最后完成直型鏟斗箱體草圖的繪制如圖3.11。圖3.11鏟斗箱體的草圖及主要尺寸畫完鏟斗的箱體，完成以后，進(jìn)行“退出草圖”的操作在工具欄中，然后打開“草圖”按鈕旁邊的“功能”工具欄，在工具欄中選擇“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”命令并在左側(cè)的特征設(shè)計(jì)樹中進(jìn)行確認(rèn)

界面的選擇凸臺的拉伸方向并將拉伸高度設(shè)置為2500，選擇兩側(cè)對稱作為終止條件，最后選擇界面左側(cè)特征設(shè)計(jì)樹里面的“√”按鈕完成對鏟斗箱體的拉伸特征如圖3.12。圖3.12鏟斗箱體的模型裝載機(jī)鏟斗的箱體造型完成之后，點(diǎn)擊頂部工具欄里面的“抽殼”選項(xiàng)并確定，在界面左側(cè)“抽殼”特征設(shè)計(jì)樹里面將鏟斗箱體前面相交的兩個面作為抽殼特征面，并設(shè)定鏟斗箱體殼的厚度為20，接著選擇特征設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕并確定，完成對鏟斗箱體的抽殼特征如圖3.13圖3.13鏟斗殼體的模型鏟斗底齒的建模首先將以上造型好的鏟斗殼體內(nèi)側(cè)面作為鏟斗底齒草圖繪制的基準(zhǔn)面，按照設(shè)計(jì)尺寸要求在此基準(zhǔn)面上對鏟斗底齒的草圖進(jìn)行繪制側(cè)，在鏟斗底齒的草圖繪制完后，在工具欄中選擇“退出草圖”選項(xiàng)，然后打開“草圖”按鈕旁邊的“功能”工具欄，在工具欄中選擇“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”命令，然后在左側(cè)的特征設(shè)計(jì)樹中選擇凸面,界面的一側(cè)凸臺的拉伸方向并將拉伸高度設(shè)置為60，完成對第一個鏟斗底齒的凸臺拉伸特征。接著在工具欄中選擇“線性陣列”選項(xiàng)并確定，然后在界面左側(cè)“線性陣列”設(shè)計(jì)樹中選擇陣列方向并設(shè)定陣列距離為328，陣列個數(shù)為8個，將以上造型好的鏟斗底齒作為陣列特征并點(diǎn)擊“線性陣列”設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕完成對鏟斗底齒的線性陣列特征如圖3.14。圖3.14鏟斗底齒的模型鏟斗連接側(cè)耳及中耳的建模首先在頂部菜單欄中選擇“插入”命令，在子菜單欄中單擊“參考幾何”命令，然后在子選項(xiàng)中單擊“基準(zhǔn)”并確認(rèn)，將鏟斗箱體的內(nèi)側(cè)面作為第一參考面，設(shè)定插入基準(zhǔn)面和第一參考面的距離為620，把該基準(zhǔn)面作為連接側(cè)耳的草圖基準(zhǔn)面，并使得該基準(zhǔn)面處于正視狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸要求，畫出鏟斗側(cè)耳的草圖。

接下來進(jìn)行“退出草圖”的操作，“退出草圖”按鈕在最上面的“草圖”一欄中，下一步進(jìn)行選擇“退出草圖”，在“功能”中還有單擊“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”的操作，“拉伸凸臺/基礎(chǔ)”在“功能”菜單欄中，然后在界面的左邊進(jìn)行點(diǎn)擊特征設(shè)計(jì)樹，最后選擇拉伸的凸臺方向，并設(shè)置拉延伸高度為50，并選擇設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕確定，完成對鏟斗連接側(cè)耳一側(cè)的特征造型。再按照上述步驟插入一個與鏟斗殼體內(nèi)側(cè)距離為670的參考基準(zhǔn)面，繼續(xù)單擊菜單欄中的“鏡像”工具，然后在“鏡像”特征設(shè)計(jì)樹中選擇以上參考數(shù)據(jù)作為鏡像表面，把以上造型好的側(cè)耳作為鏡像特征并點(diǎn)擊設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕完成鏟斗一側(cè)兩個的實(shí)體造型如圖3.15。圖3.15鏟斗側(cè)耳的模型“插入”按鈕在最上面的菜單中，點(diǎn)擊完以后，下一項(xiàng)進(jìn)行“參考幾何”，此選項(xiàng)在子菜單欄里面，接著點(diǎn)擊子選項(xiàng)中的“基準(zhǔn)面”并確定，將鏟斗箱體的內(nèi)側(cè)面作為第一參考面，設(shè)定插入基準(zhǔn)面和第一參考面的距離為1180，把該基準(zhǔn)面作為鏟斗連接中耳的草圖基準(zhǔn)面，并使得該基準(zhǔn)面處于正視狀態(tài)。再按照設(shè)計(jì)尺寸對于連接中耳的要求，畫出連接中耳，等畫完連接中耳的草圖以后，然后點(diǎn)擊“退出草圖”，“退出草圖”這一項(xiàng)就在“草圖”這一欄里面，進(jìn)行單擊，然后在界面的左邊進(jìn)行點(diǎn)擊特征設(shè)計(jì)樹，最后進(jìn)行“拉伸凸臺/底座”這項(xiàng)操作。界面一側(cè)選擇凸臺的延伸方向，并將延伸高度設(shè)置為50，并選擇設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕確定，完成對鏟斗連接中耳一側(cè)的特征造型。再按照上述步驟插入一個與鏟斗殼體內(nèi)側(cè)距離為1230的參考基準(zhǔn)面，繼續(xù)單擊菜單欄中的“鏡像”工具，然后在“鏡像”特征設(shè)計(jì)樹中選擇以上參考數(shù)據(jù)作為鏡像表面，把以上造型好的連接中耳作為鏡像特征并點(diǎn)擊設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕完成鏟斗連接中的實(shí)體造型如圖3.16。圖3.16鏟斗中耳的模型最后選擇“特征”工具欄中“鏡像”選項(xiàng)確定，在“鏡像”特征設(shè)計(jì)樹中把與鏟斗殼體內(nèi)側(cè)面距離為的參考基準(zhǔn)面作為鏡像面，并選擇造型好的側(cè)耳作為鏡像特征，點(diǎn)擊“鏡像”特征設(shè)計(jì)樹中的“√”按鈕完成鏟斗另一側(cè)的連接側(cè)耳造型。到此，直型帶齒鏟斗的造型全部完成，如圖3.17。圖3.17直型帶齒鏟斗的模型3.5裝載機(jī)工作裝置的液壓組件本文中只敘述裝載機(jī)工作裝置液壓組件中的動臂油缸及活塞桿、轉(zhuǎn)斗油缸及活塞桿的建模過程。動臂油缸的建模首先打開電腦桌面上的SolidWorks2016軟件，接著打開界面頂部的“文件”選項(xiàng)，有多個選項(xiàng)，例如“新建”和“打開”，打開“新建”選項(xiàng)，界面出現(xiàn)三個選項(xiàng)，分別是“零件”，“裝配體”和“工程圖”，打開“零件”界面進(jìn)行裝載程序的工作裝置的動臂油缸形狀。在建模界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹中，選擇前參考平面作為動臂油缸草圖的參考平面，并使前參考平面處于前視圖狀態(tài)。

在此參考平面上，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸要求加載電動機(jī)臂油缸草圖。畫出草圖，如圖3.18。圖3.18動臂油缸的草圖及主要尺寸草圖完成后，單擊“功能”中的“旋轉(zhuǎn)凸臺/底座”工具，在界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹中選擇旋轉(zhuǎn)軸，并將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置為360°，再對以上旋轉(zhuǎn)特征進(jìn)行“拉伸切除”操作形成液壓油缸的中間空腔，最后再按上述步驟繪制油缸連接中耳的草圖并行“拉伸凸臺/基體”操作，給相應(yīng)的邊倒圓角從而形成動臂油缸的三維實(shí)體模型如圖3.19。圖3.19動臂油缸模型動臂活塞桿的建模啟動SolidWorks2016軟件，“文件”這項(xiàng)操作在最上面的菜單欄里面，單擊它，并且往下拉菜單，然后會出現(xiàn)“新建”、“打開”、“打開當(dāng)前”、“關(guān)閉”等其他多個選項(xiàng)按鈕，單擊“新建”按鈕，共有三個選項(xiàng)單位，包括“零件”，“裝配”和“工程圖”。為了能夠順利的進(jìn)入零件建模界面，剛開始我們應(yīng)該選擇“零件”這一項(xiàng)，接下來單擊位于下面的“確定”一欄進(jìn)入。按照前后順序，在建模界面左側(cè)的設(shè)計(jì)樹中選擇前視圖基準(zhǔn)，為了確認(rèn)基準(zhǔn)面，我們要單擊“確定”這一選項(xiàng)，接著使基準(zhǔn)面正視，然后根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在此基準(zhǔn)面上繪制動臂活塞桿的草圖，如圖3.20。圖3.20動臂活塞桿的草圖及主要尺寸草圖繪制完成之后，執(zhí)行“特征”中的“旋轉(zhuǎn)凸臺/基體”命令，在界面左側(cè)設(shè)計(jì)樹中選擇旋轉(zhuǎn)軸線并將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置為360°，為了完成旋轉(zhuǎn)凸臺這一項(xiàng)功能，我們需要進(jìn)行單擊“√”在特征設(shè)計(jì)樹中，并且畫出側(cè)耳的活塞桿然后用鼠標(biāo)來執(zhí)行“拉伸凸臺/底座”的操作，再給相應(yīng)的邊倒圓角從而形成動臂活塞桿的三維實(shí)體模型如圖3.21。圖3.21動臂活塞桿的模型3.6其他組建的建模裝載機(jī)工作裝置的轉(zhuǎn)斗油缸及轉(zhuǎn)斗活塞桿的建模過程與上述動臂油缸及活塞桿的建模過程一樣，本文不再做詳細(xì)的的說明。另外，還對裝載機(jī)的機(jī)架和機(jī)體等組件進(jìn)行了建模如圖3.22、圖3.23。圖3.22機(jī)架的模型圖3.23機(jī)體的模型到此，所有組件的建模全部完成。4裝載機(jī)工作裝置的裝配及仿真4.1裝載機(jī)工作裝置的裝配裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)組成與連接布置裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)水平的高地和優(yōu)劣是影響裝載機(jī)工作性能好壞的重要因素。一些互相連接的比如說搖臂、動臂、油缸、連桿、鏟斗和活塞桿等裝載機(jī)的部件，從而形成裝載機(jī)的工作裝置。裝載機(jī)工作裝置動臂前端鉸接孔與鏟斗的側(cè)耳相鉸接，末端鉸接孔與機(jī)架的支座鉸接孔鉸接；在轉(zhuǎn)斗油缸里面，進(jìn)行鉸接的中耳與機(jī)架，還有在鏟斗里面鉸接的活塞桿的中耳，它和搖臂上面的的上鉸接點(diǎn)進(jìn)行鉸接。還有鉸接在鏟斗的中耳上的零部件是連桿的一端，另一端鉸接在搖臂的下鉸接點(diǎn)上。動臂的舉升油缸有許多不同的連接方法，通常有兩種常見的方法：一種是油缸和機(jī)架的鉸鏈孔；另一種是油缸和機(jī)架的鉸鏈孔。另一個是圓柱體和框架的中間，裝載機(jī)的鏟斗的連接是經(jīng)過銷鉸接。用來裝載物料。一般來講主要有三個鉸接點(diǎn)。這三個羅列為：進(jìn)行鉸接的是鏟斗的側(cè)耳與動臂最前面的鉸接孔。并且還有鏟斗的中耳，他與連桿鉸接孔進(jìn)行鉸接。當(dāng)裝載機(jī)工作時，駕駛員可以通過操縱鏟斗來裝載或卸載裝載機(jī)，并且可以通過操縱動臂油缸來升高和降低動臂和鏟斗。裝載機(jī)工作裝置的總體裝配圖如圖4.1。圖4.1裝載機(jī)工作裝置裝配圖裝載機(jī)工作裝置的裝配在本文第三章中，裝載機(jī)工作裝置的零件建模已經(jīng)全部完成，利用以上所有零件，對裝載機(jī)的工作裝置、機(jī)架、機(jī)體和車輪進(jìn)行裝配操作。由于機(jī)架、機(jī)體和車輪不屬于本文所設(shè)計(jì)的主要部分，在此，對它們的裝配過程不做詳細(xì)說。裝載機(jī)工作裝置的具體裝配過程如下：（1）動臂的裝配過程啟動計(jì)算機(jī)Solid

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2016軟件，“新建”按鈕在最上面，最上面是菜單欄，單擊它，然后進(jìn)行“裝配”的操作，然后打開裝配界面。繼續(xù)在工具欄中選擇“插入組件”，在界面左側(cè)裝配設(shè)計(jì)樹中出現(xiàn)“瀏覽”選項(xiàng)，點(diǎn)擊打開并選擇建模好的動臂零件放入裝配界面，然后點(diǎn)擊工具欄中的“配合”選項(xiàng)，選擇界面上動臂的上鉸接孔與機(jī)架上的動臂鉸接孔作為配合特征，并在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕。最后選擇動臂的外側(cè)面和機(jī)架支座的內(nèi)側(cè)面作為配合特征，選擇“重合”配合并確定，動臂裝配完成，如圖4.2。圖4.2動臂的裝配（2）搖臂的裝配過程首先打開SolidWorks2016軟件，“新建”按鈕在最上面，最上面是菜單欄，單擊它，然后進(jìn)行“裝配”的操作。繼續(xù)在工具欄中選擇“插入組件”，在界面左側(cè)裝配設(shè)計(jì)樹中出現(xiàn)“瀏覽”選項(xiàng)，點(diǎn)擊打開并選擇建模好的搖臂零件放入裝配界面，然后點(diǎn)擊工具欄中的“配合”選項(xiàng)，選擇界面上搖臂的中間鉸接孔與動臂連接軸上的中耳鉸接孔作為配合特征，并在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕。最后選擇搖臂的內(nèi)側(cè)面和動臂連接軸上中耳的外側(cè)面作為配合特征，選擇“重合”配合并確定，搖臂裝配完成，如圖4.3。圖4.3搖臂的裝配（3）連桿的裝配過程首先啟動SolidWorks2016軟件“新建”按鈕在最上面，最上面是菜單欄，單擊它，然后進(jìn)行“裝配”的操作。繼續(xù)在工具欄中選擇“插入組件”，在界面左側(cè)裝配設(shè)計(jì)樹中出現(xiàn)“瀏覽”選項(xiàng)，點(diǎn)擊打開并選擇已經(jīng)建模好的連桿零件放入裝配界面，然后點(diǎn)擊工具欄中的“配合”選項(xiàng)，選擇界面上連桿的鉸接孔與搖臂前端鉸接孔作為配合特征，并在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕。最后選擇連桿的外側(cè)面和搖臂的內(nèi)側(cè)面作為配合特征，選擇“重合”配合并確定，連桿裝配完成，如圖4.4。圖4.4連桿的裝配打開SolidWorks2016軟件，“新建”按鈕在最上面，最上面是菜單欄，單擊它，然后進(jìn)行“裝配”的操作。繼續(xù)在工具欄中選擇“插入組件”，在界面左側(cè)裝配設(shè)計(jì)樹中出現(xiàn)“瀏覽”選項(xiàng)，點(diǎn)擊打開并選擇上述建模好的鏟斗零件放入裝配界面，然后點(diǎn)擊工具欄中的“配合”選項(xiàng)，選擇界面上連桿的另一端鉸接孔與鏟斗上的中耳鉸接孔作為配合特征，并在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕。接著選擇連桿的外側(cè)面和鏟斗上中耳的內(nèi)側(cè)面作為配合特征，選擇“重合”配合并確定，最后選擇界面上動臂的下鉸接孔與鏟斗上的側(cè)耳鉸接孔作為配合特征，并在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕。繼續(xù)選擇動臂的外側(cè)面和鏟斗上側(cè)耳耳的內(nèi)側(cè)面作為配合特征，選擇“重合”配合并確定。鏟斗裝配完成，如圖4.5。圖4.5鏟斗的裝配（5）轉(zhuǎn)斗油缸及活塞桿的裝配過程啟動Solid

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2016軟件，“新建”按鈕在最上面，最上面是菜單欄，單擊它，然后進(jìn)行“裝配”的操作，然后打開裝配界面。繼續(xù)在工具欄中選擇“插入組件”，在界面左側(cè)裝配設(shè)計(jì)樹中出現(xiàn)“瀏覽”選項(xiàng)，點(diǎn)擊打開并選擇已經(jīng)建模好的轉(zhuǎn)斗油缸及活塞桿零件放入裝配界面，然后點(diǎn)擊工具欄中的“配合”選項(xiàng)，以轉(zhuǎn)斗油缸內(nèi)表面和活塞桿外表面作為同軸心的配合特征，并在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕。再選擇油缸中耳鉸接孔與機(jī)架上轉(zhuǎn)斗油缸支座孔作為配合特征，在設(shè)計(jì)樹中選擇“同軸心”點(diǎn)擊“√”按鈕，最后選擇油缸中耳的外側(cè)面和機(jī)架支座的內(nèi)側(cè)面作為配合特征，選擇“重合”配合并確定，同上步驟對活塞桿與搖臂進(jìn)行配合操作，再通過“高級配合”限制油缸空腔地面和活塞表面相對運(yùn)動距離，轉(zhuǎn)斗油缸及活塞桿的裝配完成，如圖4.6。圖4.6轉(zhuǎn)斗油缸及活塞桿的裝配（6）動臂油缸及活塞桿的裝配過程動臂油缸及活塞桿的裝配操作與上述轉(zhuǎn)斗油缸及活塞桿的裝配過程一樣，在此不做詳細(xì)的裝配過程說明，如圖4.7。圖4.7動臂油缸及活塞桿的裝配4.2裝載機(jī)工作裝置的仿真Motion運(yùn)動仿真插件的介紹SolidWorks軟件中的插件，它也是一個虛擬原型仿真分析工具。它不僅可以執(zhí)行一些復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)，以及一些動力學(xué)仿真，而且還可以獲得像比如說速度，加速度，力等，其圖標(biāo)，動畫等也能夠反映出來機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性。在開發(fā)物理原型之前，它指出了錯誤并通過參考來優(yōu)化結(jié)構(gòu)。實(shí)體作品運(yùn)動和運(yùn)動學(xué)習(xí)集在一起。在進(jìn)行裝配后，直接進(jìn)入運(yùn)動界面，不需要退出設(shè)計(jì)界面，不僅可以在此移動模型，還可以進(jìn)行添加約束、載荷的操作，控制參數(shù)設(shè)置。運(yùn)動仿真以上對裝載機(jī)工作裝置、機(jī)體、機(jī)架以及車輪的裝配已經(jīng)全部完成，下面對相應(yīng)的零件添加馬達(dá)，使得裝載機(jī)工作裝置完成裝載、運(yùn)輸、舉升、卸載及恢復(fù)裝載的整個工作過程下面是運(yùn)用Motion插件對裝載機(jī)進(jìn)行運(yùn)動仿真的詳細(xì)過程敘述：（1）機(jī)體的運(yùn)動仿真：先啟動SolidWorks2016軟件，點(diǎn)擊“打開文檔”選擇裝配好的裝載機(jī)裝配體在界面上打開。選擇菜單欄中的“SOLIDWORKS插件”打開，點(diǎn)擊工具欄中的“SOLIDWORKSMotion”命令。然后在界面的左下角選擇“運(yùn)動示例1”并進(jìn)行確認(rèn)，然后在仿真工具中選擇“電機(jī)”按鈕。在添加馬達(dá)的設(shè)計(jì)樹中選擇“線性馬達(dá)”并確定駕駛室前面為添加馬達(dá)的對象，再設(shè)定運(yùn)動的方向。最后通過“線段”約束機(jī)體運(yùn)動的位移使得機(jī)體在3向前行進(jìn)4000進(jìn)行物料的鏟取。這樣，機(jī)體的仿真完成。（2）動臂升降活塞桿的仿真：繼續(xù)在仿真工具中選擇“馬達(dá)”按鈕。在添加馬達(dá)的設(shè)計(jì)樹中選擇“線性馬達(dá)”并確定動臂升降活塞桿為添加馬達(dá)的對象，再設(shè)定運(yùn)動的方向。最后通過“線段”約束活塞桿運(yùn)動的位移使得活塞桿在9內(nèi)完成動臂的升降動作。（3）轉(zhuǎn)斗活塞桿的仿真：與上述動臂活塞桿的仿真過程一樣，對轉(zhuǎn)斗活塞桿添加馬達(dá)使其在15內(nèi)完成轉(zhuǎn)斗動作。其在包括裝載完后的轉(zhuǎn)斗、卸載時的轉(zhuǎn)斗和恢復(fù)裝載時的轉(zhuǎn)斗。在以上相應(yīng)的零件仿真完成后進(jìn)行裝載機(jī)工作時的各個動作狀態(tài)演示。裝載機(jī)作業(yè)是一種往復(fù)循環(huán)的過程。它的一個工作循環(huán)是由行駛進(jìn)入料堆、鏟取、轉(zhuǎn)斗、駛進(jìn)卸載目標(biāo)及卸載等一系列動作組成。裝載機(jī)鏟斗的鏟取方式主要有兩種，一種是一次鏟取法，另一種是復(fù)合鏟取法。常用的作業(yè)配置方案有“I”形、“V”形和“L”形三種[9]。以下是裝載機(jī)作業(yè)時各個動作的狀態(tài)：（1）裝載過程：裝載機(jī)鏟斗接近地面，通過裝載機(jī)向前行進(jìn)駛?cè)肓隙堰M(jìn)行裝載，裝載后工作裝置的狀態(tài)如圖4.8。圖4.8裝載狀態(tài)轉(zhuǎn)斗過程：在裝載機(jī)向前行進(jìn)裝載完成后，為了使裝載的物料在動臂舉升過程中不會灑落，轉(zhuǎn)斗需要逆時針轉(zhuǎn)動一定的角度之后保持不動，轉(zhuǎn)斗過程通過轉(zhuǎn)斗活塞桿向外伸出帶動搖臂進(jìn)而控制連桿對鏟斗進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在此過程中，動臂油缸不工作。轉(zhuǎn)斗完成后工作裝置的狀態(tài)如圖4.9。圖4.9轉(zhuǎn)斗狀態(tài)（3）動臂舉升過程：在物料裝載和轉(zhuǎn)斗動作完成后，將動臂舉升一定的高度以便于運(yùn)輸和將物料卸載到較高的目的地。在此過程中，只有動臂油缸工作使得活塞桿向外運(yùn)動舉升動臂進(jìn)而舉升鏟斗，而轉(zhuǎn)斗油缸不工作，使鏟斗保持轉(zhuǎn)斗完成后的狀態(tài)。動臂舉升完成后工作裝置的狀態(tài)如圖4.10。圖4.10動臂舉升狀態(tài)卸載過程：動臂舉升動作完成后，裝載機(jī)行駛到卸載目的地，然后轉(zhuǎn)斗油缸工作使得活塞桿向內(nèi)運(yùn)動從而控制鏟斗順時針轉(zhuǎn)斗一定角度完成卸載動作。卸載完成后工作裝置的狀態(tài)如圖4.11。圖4.11卸載狀態(tài)（5）恢復(fù)裝載過程：裝載機(jī)卸載動作完成后，動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時工作使得工作裝置恢復(fù)初始的裝載狀態(tài)，其在包括動臂活塞桿通過液壓控制向內(nèi)收縮使得動臂下降和轉(zhuǎn)斗活塞桿向外運(yùn)動控制鏟斗轉(zhuǎn)動一定角度后恢復(fù)裝載狀態(tài)?；謴?fù)裝載完成后工作裝置的狀態(tài)如圖4.12。圖4.12初始裝載狀態(tài)裝載機(jī)工作裝置仿真的運(yùn)動分析從以上裝載機(jī)的各個狀態(tài)可以看出，當(dāng)裝載機(jī)完成裝載、轉(zhuǎn)斗、舉升、卸載和恢復(fù)裝載這一個過程后裝載機(jī)工作一次。通過對以上仿真的運(yùn)動分析，可以得出在裝載機(jī)完成一次循環(huán)動作過程中鏟斗運(yùn)動的位移和速度曲線如圖4.13、圖4.14、圖4.15。圖4.13鏟斗運(yùn)動的位移曲線圖4.14鏟斗運(yùn)動的速度曲線圖4.15鏟斗運(yùn)動的加速度曲線5裝載機(jī)動臂的有限元分析裝載機(jī)在整個工作過中，動臂是主要受力的部件。動臂上共有三個鉸接孔，前端的兩個鉸接孔與鏟斗的兩個側(cè)耳鉸接，中間的兩個鉸接孔和動臂油缸的兩個活塞桿鉸接，末端的兩個鉸接孔與機(jī)架上的兩個動臂支撐座鉸接。在裝載機(jī)工作過程中，動臂一共受到兩個力的作用，一個是鏟斗給動臂的反向壓力，另一個是油缸給動臂的推力。因此，動臂的材料強(qiáng)度直接關(guān)系到整個工作裝置的工作性能和使用壽命。所以對動臂在典型工作狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分析是很有必要的。5.1裝載機(jī)動臂的靜應(yīng)力分析在裝載機(jī)工作時，動臂在鏟斗裝載時以及將鏟斗舉升到最高時受到的力最大，所以只需要在這兩個特殊的工作狀態(tài)下對動臂進(jìn)行靜應(yīng)力分析。只要這兩個特殊工作狀態(tài)下動臂的應(yīng)力、應(yīng)變和位移滿足使用性能，則在其他工作狀態(tài)下必定也滿足。以下是在這兩個特殊工作狀態(tài)下對動臂的靜應(yīng)力分析。鏟斗裝載時動臂的靜應(yīng)力分析首先打開之前建模好動臂零件，進(jìn)入Simulation界面，在“算例顧問”中創(chuàng)建新算例，接著在“應(yīng)用材料”中選擇1023碳鋼板，1023碳鋼板是美標(biāo)叫法，美標(biāo)1023碳鋼介于中國的20號鋼和25號鋼之間，與中國鋼號沒有完全對應(yīng)，因?yàn)橹袊鴽]有22號鋼，在日本叫s22c。1023碳鋼含量：低碳鋼一般含碳量小于0.25%。20號鋼的20是指含碳量為0.2%，屬于低碳鋼。所以1023碳鋼板也屬于低碳鋼。這種材料有如下的主要性能