裝載機工作裝置偏載工況動力學分析

劉穎莉

(黑龍江工業學院 機械工程系，黑龍江 雞西 158100)

裝載機工作裝置偏載工況動力學分析

劉穎莉

(黑龍江工業學院 機械工程系，黑龍江 雞西 158100)

在工程上運用的重要機器裝載機，工作裝置是裝載機進行工作的重要構件。用PRO/E4.0創工作裝置的三維模型，然后倒入ADAMS2010中，且以偏載工況為例，對動臂及搖臂進行動力學分析，其結果表明，在鏟掘和卸載工況時，動臂、搖臂各自的受力較大，鉸接點不同。

裝載機；工作裝置；動力學

裝載機是一高效率作業的、廣泛運用的工程用機械，它能對散著的物料進行平整、鏟裝、搬運、卸載等作業，并且可對如硬土、巖石類進行輕微鏟掘的工作。[1]工作裝置作為它的執行部件，為了更好地了解其在運動的過程中，各個鉸接點的受力情況，本文將對其動臂及搖臂進行動力學分析。

1 工況的選擇

物料相關種類和相應的作業條件不同等，工作裝置在實際工作時，鏟斗受均布的載荷是不可能的，但為計算方便，簡化為以下兩種情況：①在受到均布載荷的情況下，可在鏟斗的切削刃中部，用一集中載荷來替代，這種稱對稱受載；②在受到非均布的載荷，可在鏟斗一邊上第一斗齒，采用集中的載荷來替換，稱偏載。[2]

工作裝置在其鏟掘時，一般有以下三種受力情況：

(1)在水平地插入料堆，各個相關油缸一同閉鎖，這時候只受水平的作用力；

(2)在插入料堆，鏟斗進行翻轉、動臂提升后，進行鏟掘，這時候僅受垂直的作用力；

(3)鏟斗邊插入，邊鏟斗進行翻轉；邊插入，邊動臂提升，這時候受水平作用力且也受垂直作用力。

綜上，動臂有典型的六種工況，一是水平對稱工況；二是垂直對稱工況；三是水平垂直對稱同時作用工況(正載工況)；四是水平偏載工況；五是垂直偏載工況；六是水平垂直偏載同時作用工況(偏載工況)。[3]其中第六種—偏載工況的受力最大，本文研究在此工況下，工作裝置的一些動力學問題。

2 三維模型的創建

利用Pro/E4.0專門的三維建模軟件，創建其三維模型，如圖1所示。

圖1 裝載機工作裝置三維模型Fig.1 The three-dimensional model of loader working device

采用中間數據格式——(“.x_t”)，將相關模型導入ADAMS2010中。

3 完善模型信息

(1)施加約束：研究裝載機工作裝置的相關工作原理后，在ADAMS2010中利用旋轉副、球副、滑移副、固定副進行相關的約束。

(3)施加載荷：在工具圖標中選擇單向力載荷工具，鏟斗前刃邊距側刃400mm，施加插入阻力、鏟掘阻力、且在鏟斗重心位置施加物料自身重力，用step函數對其進行設定。

4 動力學分析

(1)動臂靠近鏟斗的兩鉸接處受力圖形。

圖2 鏟斗與動臂鉸點/動臂與油缸鉸接點Fig.2 link point between bucket and active arm/ link point between active arm and oil cylinder

圖3 搖臂和連桿鉸接點/搖臂與油缸鉸接點Fig.3 link points for link and rocker arm/ link points for rocker arm and oil cylinder

圖2為動臂靠近鏟斗的兩鉸接處受力：鏟斗與動臂鉸接點受力及動臂與油缸鉸接點受力。

由圖2可知，在鏟掘工況時，動臂與油缸鉸接點受力較大；在卸載工況時，鏟斗與動臂鉸接點受力較大。

(2)搖臂兩側兩鉸接處受力圖形。

圖3為搖臂兩側兩鉸接處受力：搖臂與連桿鉸接處受力及搖臂與油缸鉸接處受力。

由圖3可知，在鏟掘工況時，搖臂與連桿鉸接處受力較大，而在卸載工況時，搖臂與油缸鉸接處受力較大。

結語

在受力最大工況下：

(1)在鏟掘工況時，對動臂靠近鏟斗的兩鉸接處受力進行分析，動臂與油缸鉸接點受力較大；對搖臂兩側兩鉸接處受力進行分析，搖臂與連桿鉸接處受力較大。

(2)在卸載工況時，對動臂靠近鏟斗的兩鉸接處受力進行分析，鏟斗與動臂鉸接點受力較大；對搖臂兩側兩鉸接處受力進行分析，搖臂與油缸鉸接處受力較大。

[1]周華祥, 黃磊. 裝載機工作裝置參數化3D建模及有限元分析[D]. 太原科技大學，2009.

[2]王曉寧. 裝載機工作裝置動臂框架工作狀態的力學分析[D]. 山東大學， 2008.

[3]楊占敏, 王智明, 張春秋，等. 輪式裝載機[M].化學工業出版社， 2005.

[4]李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M].北京：國防工業出版社，2006.

[5] H.Martikka, A.Mikkola. Dynamics Simulation and Design if a Hydraulic Driven Boom using ADAMS[J].International ADAMS User Conference，1995.

Class No.:TH243 Document Mark：A

(責任編輯：宋瑞斌)

Kinetic Analysis of Loader Working Device in Condition of Unbalance Loading

Liu Yingli

(Department of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Technology, Jixi, Heilongjiang 158100，China)

In engineering machines, loader is one of an important devices to be used, and working device is the main components of the loader. With PRO/E4.0, we build a 3 D model and it is put into the ADAMS2010, considering the unbalance loading condition, we carried on a kinetics analysis. The results show the position of the larger hinge joint has changed for the swing arm and rocker arm during the operation of the shovel and in the condition of unloading.

loader; working device; kinetics

劉穎莉，碩士，助教，黑龍江工業學院機械工程系。研究方向：機構學與機械動力學。

1672-6758(2016)11-0068-2

TH243

A