【正文】 (2)應(yīng)對裝載機(jī)工作裝置動(dòng)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，省去制造樣機(jī)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié)，大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期．降低產(chǎn)品成本。在本次的設(shè)計(jì)中，大量采用了尺寸繪圖對輪式裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行了尺寸設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析和校核計(jì)算。(4)工作裝置運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無干涉，動(dòng)臂從最低位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中的物料無撒落，在卸載后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置，鏟斗能自動(dòng)放平。裝載機(jī)額定載重量為5000kg，鏟斗的額定容量為3m3達(dá)到了要求。本文通過對ZL50輪式裝載機(jī)的總體，工作裝置進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并且對其工作裝置的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了簡單設(shè)計(jì)，得到如下結(jié)論：(1)本次對于ZL50輪式裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)采用了類比法，這樣可以減輕工作量，并且是較為經(jīng)濟(jì)且可靠的。利用ADAMS對這三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化參數(shù)如下： 圖414 DVDVDV9優(yōu)化結(jié)果結(jié) 論輪式裝載機(jī)是用于裝運(yùn)散料為主的工程機(jī)械設(shè)備,由于經(jīng)常工作在各種復(fù)雜的工況下,這就要求其具有良好的適應(yīng)性和可靠性。利用ADAMS軟件采用虛擬樣機(jī)優(yōu)化方法，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從而得出連桿系統(tǒng)最佳設(shè)計(jì)尺寸。將function欄設(shè)置為：step(time,0,0,3,160)+step(time,9,0,11,280)+step(time,13,0,15,110)裝載機(jī)工作裝置通過連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏟掘、裝卸和運(yùn)輸物料，其性能的好壞直接影響裝載機(jī)的工作效率和作業(yè)質(zhì)量。 修改運(yùn)動(dòng)設(shè)定典型工作過程仿真時(shí)間　 ①鏟裝翻斗————3秒②動(dòng)臂舉升————6秒③卸料翻斗————3秒④動(dòng)臂下降————3秒 修改兩油缸的運(yùn)動(dòng)①修改動(dòng)臂油缸的運(yùn)動(dòng)。 參數(shù)化搖臂活塞與搖臂油缸的圓柱a、選擇位置參數(shù)化工具，b、選擇方向參數(shù)化工具 參數(shù)設(shè)置如右圖所示： 具體步驟先選擇Motion_2,、L3兩點(diǎn)。完成后如圖：(各構(gòu)件的命名為dongbihuosai, dongbiyougng,)圖49 油缸、活塞建模及添加約束 參數(shù)化搖臂油缸、搖臂活塞、動(dòng)臂油缸和動(dòng)臂活塞由于各圓柱的建立是和設(shè)計(jì)點(diǎn)相聯(lián)系的，所以各的位置和方向是隨設(shè)計(jì)點(diǎn)變化而變化的。b、在圓柱副上加運(yùn)動(dòng)副完成后如下圖：圖48 添加運(yùn)動(dòng)副 動(dòng)臂油缸和活塞的幾何建模和施加約束和建立搖臂油缸和活塞的方法相同建立4個(gè)圓柱并添加4個(gè)旋轉(zhuǎn)副、2個(gè)圓柱副，在前面的圓柱副上加運(yùn)動(dòng)副。A1處dongbi和ground、A2 dongbi和ground、處B1處chandou和dongbi、B2處chandou和dongbi、C4處chandou和liangan 、L1處liangan和yaobi、J2處yaobi和dongbi、L2處yaobi和yaobihuosai、L3處yaobiyougang和ground。（根據(jù)實(shí)際情況將上面的構(gòu)件名相應(yīng)地改為：chandou、dongbi、liangan、yaobi、yaobiyougang、yaobihuosai。選擇LL2創(chuàng)建油缸、選擇LL3創(chuàng)建活塞。先選擇LJ2建立一個(gè)連桿再選擇JL2建立另一個(gè)連桿，然后將兩個(gè)連桿連接為一體。完成后的圖如下所示：③ 創(chuàng)建連桿選擇創(chuàng)建連桿圖標(biāo)，選擇C4和L1點(diǎn)創(chuàng)建連桿。5）以同樣的方法創(chuàng)建橫梁支腳，厚度改為100，依次選擇JJJ3。3）以同樣的設(shè)置和方法依次選擇ADDDBDDA2創(chuàng)建動(dòng)臂后板。雙擊結(jié)構(gòu)點(diǎn)圖標(biāo)建立28個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，然后選擇Select圖標(biāo)關(guān)閉重復(fù)模式，再依次將點(diǎn)重命名為AABBD1—DLLLJJJH1—HHSHSYGYG2；雙擊里面的任意一個(gè)坐標(biāo)即可，最后按下圖修改設(shè)計(jì)點(diǎn)位置。b、選擇Rename給剛建立的設(shè)計(jì)點(diǎn)重命名為CCCC4。2）選擇Select圖標(biāo)，關(guān)閉設(shè)計(jì)點(diǎn)模式。工作裝置的幾何建模和施加約束★說明：本設(shè)計(jì)中鏟斗的設(shè)計(jì)沒有使用ProE中所建立的精準(zhǔn)模型（相對于ADAMS中所能創(chuàng)建的模型的設(shè)計(jì)精度），讀者也可以在ADAMS中創(chuàng)建普通模型，由于時(shí)間原因本設(shè)計(jì)沒有導(dǎo)入ProE中所建立模型。(b)按F4顯示坐標(biāo)窗口。(a)檢查重力設(shè)置 在setting菜單，選擇Gravity命令，顯示設(shè)置重力加速度對話框；當(dāng)?shù)牡闹亓υO(shè)置應(yīng)該為X=0，Y= －，Z=0。⑴、在setting 菜單，選擇working grid 命令，顯示設(shè)置工作柵格對話框。 工作裝置建模 啟動(dòng)ADAMS/View 程序①點(diǎn)擊桌面上圖標(biāo)，啟動(dòng)ADAMS/View ；②在歡迎對話框中選擇 Creat a new model 項(xiàng)，在模型名稱欄輸入模型名稱，如:test ；選擇OK。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。Adams是全球運(yùn)用最為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件，用戶可以利用Adams在計(jì)算機(jī)上建立和測試虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)事實(shí)再現(xiàn)仿真，了解復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)性能。 第四章 基于ADAMS的工作裝裝置參數(shù)化建模優(yōu)化ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。至于油缸行程，如前所述，它由工作裝置結(jié)構(gòu)方案決定。分析裝載機(jī)的工作情況可知，為保證裝載機(jī)正常而有效的工作，油缸作用力應(yīng)能保證裝載機(jī)工作時(shí)發(fā)揮最大的鏟掘力Ng，使鏟斗裝滿，同時(shí)動(dòng)臂油缸的作用力還應(yīng)保證把滿斗的物料提升刀所需的卸載高度與卸載距離，所以最大鏟掘力Ng是確定油隨作用力的依據(jù)。當(dāng)油缸最大被動(dòng)作用大于外載荷的作用力時(shí)，油缸未回位現(xiàn)象，否則因過載打開而溢流，使油缸發(fā)生回縮。動(dòng)臂油缸與轉(zhuǎn)斗油缸的作用力有兩種情況：油缸推動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力為主動(dòng)作用力（簡稱工作力或作用力），其最大值取決于液壓系統(tǒng)的工作壓力和油缸直徑（活塞作用面積）；工作裝置工作時(shí)作用與閉鎖狀態(tài)的油缸上的作用力為被動(dòng)作用力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的過載閥壓力值和承載活塞面積。液壓油:利用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液壓介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用?？刂圃锤鞣N液壓閥）：在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。液壓系統(tǒng)由五部分組成：動(dòng)力元件：將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果比較得到：[，[，[。強(qiáng)度計(jì)算中所用的許用應(yīng)力[按下式選取，即 [ (328)式中 安全系數(shù)。圖 316 鉸銷強(qiáng)度計(jì)算鉸銷的彎曲內(nèi)力強(qiáng)度條件為 (325)式中 計(jì)算載荷，為鉸接點(diǎn)所受載荷的一半； 銷軸的長度，且 W銷軸的斷面系數(shù)，W=。即連桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合要求。由前面計(jì)算可知，連桿在掘起時(shí)，截面面積A=。即搖臂強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合要求。其合成應(yīng)力表示的強(qiáng)度條件為 (323) 其中，A=。在此截面上有彎曲應(yīng)力、正應(yīng)力和剪應(yīng)力，以其合成應(yīng)力所表示的強(qiáng)度條件為 （321） (322)式中 計(jì)算斷面H處對Z軸的彎矩； 計(jì)算斷面H處的軸向力； 側(cè)動(dòng)臂斷面H處的截面積，； W—計(jì)算斷面H處對Z軸的抗彎斷面系數(shù)，； 側(cè)動(dòng)臂斷面H處的鋼板厚度； 斷面H處的高度其中，計(jì)算得：，動(dòng)臂材料選用16Mn鋼，查取文獻(xiàn)得，為2，于是得即動(dòng)臂強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合要求。 (a)軸力圖(KN) (b)剪力圖(KN) (c)彎矩圖(KN 計(jì)算得：。 其中 計(jì)算得：：。為簡化計(jì)算，將動(dòng)臂主軸線分成GI、IJ、JH、HA等折線段，見圖426所示。根據(jù)計(jì)算工況及受力分析，即可按強(qiáng)度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 = 動(dòng)臂受力 其中，=，=，=，=，=，=，=36176。=，=，=，=,=26176。 計(jì)算得：=。此時(shí)工作裝置各構(gòu)件的受力簡圖如(314)所示，并規(guī)定任何構(gòu)件中力的符號(hào)以拉力為正，壓力為負(fù)。 根據(jù)以上假設(shè)，就可以將工作裝置這樣一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)，簡化為一般平面問題進(jìn)行受力分析。即 == , == 每一側(cè)連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件軸線均假設(shè)在同一平面內(nèi)，所有作用力都通過忽略鏟斗和支撐橫梁對工作裝置各構(gòu)件受力和變形的影響。假設(shè)物料對鏟斗的力作用在鏟斗齒尖的刃口上，并形成兩個(gè)集中力：水平插入阻力=17598N；垂直掘起阻力=118285N。 計(jì)算得：=73000N。 其中=47742Nm。m，=49000N,=8820N,=。m； —輪式裝載機(jī)額定載重量重力，N； —鏟斗自重力，N； —鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B的水平距離，m。m) (319) 式中 —轉(zhuǎn)斗阻力矩，N 轉(zhuǎn)斗阻力矩計(jì)算：鏟斗在料堆中轉(zhuǎn)斗時(shí)，除了要克服料堆的靜阻力矩之外，還要克服鏟斗自重力和鏟斗中物料所產(chǎn)生的阻力矩。 計(jì)算得：=13744N 根據(jù)鏟斗的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，得x=，y=。開始鏟取時(shí)的靜阻力矩為 (N③轉(zhuǎn)斗阻力矩當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)，料堆對鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。其中K=30000Pa，B=，=。鏟斗開始舉升時(shí)物料的剪切力按下式計(jì)算。掘起阻力主要是剪切阻力。②掘起阻力掘起阻力就是指鏟斗插入料堆一定深度后，舉升動(dòng)臂時(shí)物料對鏟斗的反作用力。查取有關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合老師建議，=，=，=，=，B=，L=60cm。計(jì)算上述阻力比較困難，一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式來確定插入阻力。插入阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力，鏟斗斗底外表面和物料的摩擦阻力組成。綜上所述，可以得到以下六種工作裝置的典型結(jié)構(gòu)和工況： (a) 水平對稱工況 (b) 垂直對稱工況 (c) 水平垂直對稱同時(shí)作用工況(d)水平偏載 (e)垂直偏載工況 (c) 水平垂直偏載同時(shí)作用工況圖313 鏟斗結(jié)構(gòu)與工況受力圖外載荷的計(jì)算一般工作阻力通常分別按插入阻力、掘起阻力和轉(zhuǎn)斗阻力矩進(jìn)行計(jì)算。鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗（靠轉(zhuǎn)斗油缸工作）或提升動(dòng)臂（依靠動(dòng)臂油缸工作）鏟掘時(shí)，認(rèn)為切削刃只受刀垂直力的作用。用于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)不可能是鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉(zhuǎn)化為兩種情況：，稱為對稱載荷的情況；，料堆密實(shí)程度不同，使載荷偏于鏟斗一側(cè)，形成偏載情況，通常將其簡化后的集中載荷加載鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。此次設(shè)計(jì)是ZL50型裝載機(jī)的工作裝置，固采用雙板式曲線型結(jié)構(gòu)。大型裝載機(jī)的動(dòng)臂多采用雙板式或箱體式結(jié)構(gòu)。動(dòng)臂的斷面尺寸由強(qiáng)度分析決定，為減輕工作裝置重量，通常按等強(qiáng)度梁設(shè)計(jì)動(dòng)臂斷面尺寸。前者結(jié)構(gòu)簡單，腹板變形小，重量輕，而且動(dòng)臂的受力情況好。則證明設(shè)計(jì)合理。經(jīng)過上述的各步作圖，整個(gè)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)完畢。這樣做，可使動(dòng)臂舉升油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過程中，舉升工作力臂大小的變化往往較小，即工作力矩變化不大，避免鏟斗舉升最高位置時(shí)的舉升力不足，因此此時(shí)工作力臂往往較小或最小。這樣可以使鏟斗開始從料堆中提升時(shí)阻力距最大，獲得較大的初始工作力矩。因此，取工況Ⅰ時(shí)的H坐標(biāo)為(2981,1532),AH=1079mm。綜合考慮這些因素，一般動(dòng)臂舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。D的固定坐標(biāo)為(3674,1711)。因?yàn)殓P斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ或由工況Ⅳ下放到工況Ⅰ的運(yùn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度分別保持不變，所以D點(diǎn)必為C2點(diǎn)和C3點(diǎn)連線的垂直平分線與點(diǎn)C1和C4點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)。 2)確定D點(diǎn) 轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D，是根據(jù)鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ過程為平動(dòng)和由工況Ⅳ下降到工況Ⅰ能自動(dòng)放平這兩大要求來確定的。C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角(即搖桿折角)，可取∠CBE=165176。但加長BC段，必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個(gè)工況的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。C點(diǎn)和D點(diǎn)的布置直接影響到鏟斗舉升平動(dòng)和自動(dòng)放平性能，對掘起力和動(dòng)臂舉升阻力的影響都較大。綜上所得，E點(diǎn)與F點(diǎn)設(shè)計(jì)位置滿足要求。工況Ⅱ時(shí)： GF+FEGE (313)工況Ⅳ時(shí)： FE+BEFB (314)檢驗(yàn)E與F點(diǎn)位置設(shè)計(jì)：工況Ⅱ時(shí)，GF=654mm，F(xiàn)E=1200mm，GE