基于Pro/E 的一種新型旋轉(zhuǎn)式物料裝載機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真分析

李家輝 王成發(fā) 李宗仁

（河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

工業(yè)生產(chǎn)中利用鏟車進(jìn)行物料的裝載非常廣泛，但是傳統(tǒng)的鏟車裝載物料需要不斷調(diào)整車體來(lái)調(diào)整方向，才能順利的將物料裝入運(yùn)輸車內(nèi)，這樣，既浪費(fèi)時(shí)間，又要耗費(fèi)更多的能源，同時(shí)，物料會(huì)隨鏟車車身的調(diào)整而掉落，使得裝載效率隨之下降。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新穎、在裝載過(guò)程中車體只前后移動(dòng)、裝載效率高、物料不會(huì)掉落的新型物料裝載機(jī)，提高了工作人員的工作效率，并且能夠在較小空間里運(yùn)行，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)式物料裝載機(jī)主要由鏟斗，四連桿機(jī)構(gòu)，絞車，鋼絲繩，卷簧，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。旋轉(zhuǎn)式物料裝載機(jī)的整體單側(cè)結(jié)構(gòu)圖，如圖1 所示。

2 Pro/E 環(huán)境下的旋轉(zhuǎn)式物料裝載機(jī)三維建模與仿真分析

2.1 首先進(jìn)行三維建模

旋轉(zhuǎn)式物料裝載機(jī)工作原理如下：物料裝載機(jī)通過(guò)其鏟斗來(lái)進(jìn)行物料的裝載與卸載，車體向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使得物料被裝入鏟斗，然后絞車在電機(jī)作用下收緊鋼絲繩，鋼絲繩拉動(dòng)鏟斗向上運(yùn)動(dòng)適當(dāng)角度，車體開(kāi)始向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)車體與運(yùn)載車快接觸時(shí)停止，繼續(xù)收緊鋼絲繩拉動(dòng)鏟斗運(yùn)動(dòng)，最后物料被卸載后，鏟斗在卷簧和自重作用下回到初始狀態(tài)。

2.2 Pro/E 狀態(tài)下的四連桿有限元分析

在Pro/E 建模軟件中建立每一個(gè)零件三維模型，進(jìn)行裝配連接，然后到Pro/E 模塊中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析。

鏟斗裝載物料時(shí)四連桿機(jī)構(gòu)中連桿所受負(fù)載大小進(jìn)行有限元分析得出分析數(shù)據(jù)，如圖2 (a) 所示?？梢钥闯觯渥畲髴?yīng)力集中于螺栓連接處且沒(méi)有超出其許可應(yīng)力，其他部分受力也均沒(méi)有超出使用許可應(yīng)力，符合實(shí)際應(yīng)用。

鏟斗處于最高處時(shí)四連桿機(jī)構(gòu)中連桿所受負(fù)載大小進(jìn)行有限元分析得出分析數(shù)據(jù)，如圖2 (b) 所示。由圖2 (b) 可知，其最大應(yīng)力集中于螺栓連接處且沒(méi)有超出其許可應(yīng)力，其他部分受力也均沒(méi)有超出使用許可應(yīng)力，符合實(shí)際應(yīng)用。

2.3 Pro/E 狀態(tài)下的鏟斗運(yùn)動(dòng)分析

利用Pro/E 機(jī)構(gòu)分析部分對(duì)鏟斗進(jìn)行了位移，速度，加速度分析得出如圖所示圖形

由圖分析可知鏟斗的位移(圖3-a)，速度(圖3-b)，加速度(圖3-c)，均符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，表明其設(shè)計(jì)要求符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)原有物料裝載機(jī)的不足進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種采用四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏟斗的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的新型物料裝載機(jī)的方案，改設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)緊湊，不需要通過(guò)液壓控制鏟斗，沒(méi)有繁瑣的調(diào)整階段，車體只需要進(jìn)行前后移動(dòng)即可，鏟斗內(nèi)的物料不會(huì)撒落，提高了物料的裝卸效率。同時(shí)，對(duì)物料裝載機(jī)的整體外形進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，使之更有利于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。