推拉器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

王賢虎， 劉志峰， 林錦超

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院，安徽合肥 231603）

推拉器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

王賢虎， 劉志峰＊， 林錦超

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院，安徽合肥 231603）

推拉器用于搬運置于滑板上的貨物。以先進的三維設(shè)計軟件Solidworks為工具，對其中主要零部件進行力學分析，最終生產(chǎn)出實物，是CAD／CAE／CAM技術(shù)在現(xiàn)代企業(yè)的典型應(yīng)用。

推拉器；Solidworks；CAD／CAE／CAM

1 研究意義

由于集裝箱運輸量大，單件運輸成本較低等特性，集裝箱運輸在人們的生產(chǎn)生活中經(jīng)常見到。然而不熟練的工人在裝箱過程中發(fā)現(xiàn)空間不夠時，常常會不顧貨物的受損而把剩余的貨物胡亂塞進集裝箱中。如果使用紙托板，裝箱之前會先計算貨物的總?cè)萘浚@樣就能避免上述情況的發(fā)生。如何將紙托板上的貨物放置于集裝箱內(nèi)，這就需要一種設(shè)備推拉器。推拉器與叉車配合，可實現(xiàn)對紙托板上的貨物進行裝卸，方便快捷。

2 基本原理

推拉器裝卸的貨物較重，并要求均勻用力。可以選用油缸作為動力源，同時也可保證推拉器的使用壽命。其結(jié)構(gòu)主要包括后架、后腿、前腿、后腿導(dǎo)向、前腿導(dǎo)向、油缸、前架臺零部件。利用Solidworks2010先進、快速的三維造型功能將所有零件建立并裝配。推拉器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 推拉器結(jié)構(gòu)示意圖

其工作原理為：通過左右兩個油缸活塞桿在油缸中的運動，帶動前后腿導(dǎo)向運動，從而帶動前后腿運動，最終實現(xiàn)帶動前架沿著直線方向運動，推拉器處于壓縮和擴張狀態(tài)。配合叉車，即可實現(xiàn)推拉器的上下方向運動，從而保證將貨物搬運到所需位置［1－2］。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計

3.1 油缸的設(shè)計

油缸是推拉器的關(guān)鍵零部件，活塞桿強度能夠滿足設(shè)計要求，是整個設(shè)備成功的關(guān)鍵。假設(shè)額定載荷為3t，系統(tǒng)壓力14MPa，計算油缸相關(guān)尺寸。

3.1.1.缸筒的計算

缸筒材料為45＃鋼，查手冊可得；

缸筒材料的屈服強度σs＝360MPa；缸筒材料的抗拉強度σb＝610MPa；缸筒材料的許用應(yīng)力

其中，n＝5是選取的安全系數(shù)。

3.1.1.1.液壓缸的效率

油缸的效率η由以下3種效率組成：

1）機械效率ηm。由各運動件摩擦損失所造成，在額定壓力下可取ηm＝0.9。

2）容積效率ηv。由各密封件泄露所造成，通常ηv≈1。

3）作用力效率ηd。由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力造成，ηd＝0.9。

3.1.1.2.液壓缸缸徑的計算液壓缸的負載為推力：式中：F推液壓缸實際使用推力；

φ液壓缸的負載率，一般取φ＝0.5～0.7；

η液壓缸的總效率，一般取η＝0.7～0.9；

P液壓缸的供油壓力。

3.1.1.3.缸筒壁厚的計算

缸筒壁厚可以使用下式進行計算。

當δ／D≤0.08時（可用薄壁缸筒的實用計算式）式中：Pmax最高允許壓力，一般是額定壓力的1.5倍；

［σ］缸筒材料的許用應(yīng)力。

圖2 油缸

3.1.2.活塞桿的計算

選用45＃鋼作為活塞桿的材料。

3.1.2.1.活塞桿直徑的計算

活塞桿的直徑可以根據(jù)速度比來確定，公式如下：

式中：D缸筒內(nèi)徑；

φ速度比。

3.1.2.2.活塞桿強度的計算

活塞桿端部的負載連接點與液壓缸支撐之間的距離為LB，如果：LB≤10d（顯然這個是成立的）就用下式計算活塞桿強度：

式中：

F液壓缸的最大推力；

根據(jù)式（4）得到活塞桿的直徑：d≥23mm。可知強度符合要求。

3.1.2.3.活塞桿彎矩穩(wěn)定性驗算

當液壓缸支承長度LB≥（10～15）d時，需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。這里LB≤10d，所以不需要進行穩(wěn)定性驗算［3］。

活塞桿如圖3所示。

圖3 活塞桿

3.2 應(yīng)力分析

利用Solidworks2010軟件中cosmos強大、簡便的應(yīng)力分析功能對油缸、活塞桿進行力學分析。應(yīng)力分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 應(yīng)力分析結(jié)果

由如圖4所示的分析結(jié)果可以得到，最大應(yīng)力在活塞桿端部，σmax≈23.8MPa，而45＃鋼的許用應(yīng)力［σ］＝72MPa，即σmax遠小于［σ］，故活塞桿與缸筒的設(shè)計符合要求［4－5］。

4 結(jié) 語

如今推拉器的應(yīng)用愈來愈廣泛，與叉車配合即可實現(xiàn)對貨物的搬運。不但大大提高裝卸效率，還大幅提高了貨物放置內(nèi)空間的利用率。一次性投資后，很短時間就能收回成本。企業(yè)在當今激烈的市場競爭中如何保持不敗，需要從時間（T）、質(zhì)量（Q）、成本（C）、售后服務(wù)（S）、研發(fā)（D）等方面進行優(yōu)化；其中時間較為關(guān)鍵，必須在較短的時間推出質(zhì)量好、成本低的產(chǎn)品，CAD／CAM技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的需要。文中以先進的三維設(shè)計軟件Solidworks2010為設(shè)計工具對推拉器各零件進行設(shè)計建模，利用Solidworks

的CAE功能對關(guān)鍵零部件應(yīng)力分析。實踐證明，這不僅能大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，同時能保證對產(chǎn)品各環(huán)節(jié)的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時修改，最終實現(xiàn)產(chǎn)品一次性成功［6］。

［1］王賢虎，賈蕓.機械CAD／CAM技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2010：170-220.

［2］王躍進.機械原理［M］.北京：北京大學出版社，2009：100-180.

［3］范欽珊.工程力學［M］.北京：清華大學出版社，2005：180-320.

［4］王賢虎，陳雪輝.基于ProE的捏花刀盤的設(shè)計及運動仿真［J］.湖北工業(yè)大學學報，2012（8）：15-16，22.

［5］田瑩，郝木明.基于Pro／E的機械密封摩擦副的參數(shù)化設(shè)計［J］.機械設(shè)計與制造，2008（8）：80-82.

［6］萬宏強，姚敏茹，解衛(wèi)斌，等.基于SolidWorks的三維夾具設(shè)計［J］.制造技術(shù)與機床，2010（3）：69-72.

Design of a push-pull device

WANG Xian-hu， LIU Zhi-feng＊， LIN Jin-chao
（Anhui Vocational and Technical College of Water Resources and Hydropower，Hefei 231603，China）

The push-pull device is used to carry load on the board.With the advanced 3DSoftware Solidworks，the mechanical structure of the device is analyzed.The instrument is produced for application.

push-pull device；Solidworks；CAD／CAE／CAM.

TP 391.9

A

1674-1374（2014）01-0046-03

2013-10-28

安徽省質(zhì)量工程教學研究項目（2012jyxm736）

王賢虎（1974－），男，漢族，安徽合肥人，安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院講師，碩士，主要從事機械CAD／CAM方向研究，E-mail：1481793683＠qq.com.＊通訊作者：劉志峰（1963－），男，漢族，安徽合肥人，合肥工業(yè)大學教授，博士生導(dǎo)師，主要從事綠色設(shè)計與綠色制造方向研究，E-mail：2977099811＠qq.com.