【正文】 際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。近 20多年來出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來的即優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠行設(shè)計(jì)、有限元分析、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及 CAD等于一體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)的機(jī) 70年代，裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)在國外便不再是獨(dú)立進(jìn)行，而是與有限元的結(jié)合使用，己使這種理論在實(shí)踐中日趨完善。特彼勒、日本小松制作所和意大利菲亞特一阿里斯等大型裝載機(jī)制造公司也于 70年代中期將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析及 CAD現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)及其工作裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高我國裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品市場競爭力，縮小與國外先進(jìn)水平的差距，從 80年代開始，國內(nèi)一些高等院校和研究單位廣泛開展了裝載機(jī)工作裝置的理論研究，并作了大量的基礎(chǔ)工作。但國內(nèi)對裝載機(jī)工作裝置的研究目前還僅局限于單一設(shè)計(jì)理論方法的使用，過多偏重于理論上的分析與計(jì)算，即缺乏系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論作為主導(dǎo)，理論研究有為真正應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，絕大多數(shù)工程機(jī)械廠采用傳統(tǒng)的作圖試湊法設(shè)計(jì)工作裝置。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證鏟斗在裝載過程中平移或接近平移運(yùn)動(dòng)。過去在解決這類問題時(shí)，常采用作圖的方法加以解決。設(shè)計(jì)者能迅速設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的新工作裝置。它不但可精確合理地使各零部件的設(shè)計(jì)選用成為可能，而且還可使產(chǎn)品的制造降低，性能提高。Pro/ENGINEER(Pro／E)是集 CAD／CAM/CAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件計(jì)，其中 CAE常用的模塊有 Mechanism Design eXtension(MDX)ProMECHANICA(Pro／M)。比起準(zhǔn)確率 99％的分析，順手就能完成的趨勢評估，更貼近絕大多數(shù)的使用者。借助 Pro／E 軟件進(jìn)行裝載機(jī)工做裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，不僅可以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀．還可以反映出各部件空間位置，有效檢測工作裝置的各部件是否發(fā)生干涉，并及時(shí)解決問題。本課題以 TZ08D裝載機(jī)為實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用 PRO/E軟件建立裝載機(jī)工作裝置力學(xué)模型。所以本課題也是在建立一個(gè)合理的裝載機(jī)分析模型方面的一個(gè)探索。 本文的主要任務(wù)本論文希望通過 Pro/ENGINEER軟件對 TZ08D型裝載機(jī)進(jìn)行簡單設(shè)計(jì)和三維建模分析。(2)TZ08D型裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模。然后簡單介紹了裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模的一般方法，提出了本文研究的內(nèi)容以及需要研究和解決的關(guān)鍵問題。裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升以及卸料都是通過工作裝置的有關(guān)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。鏟斗是裝載物料的容器，具有兩個(gè)鉸點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂鉸接，另一個(gè)通過叉子掛接框而與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操縱轉(zhuǎn)斗油缸即可使鏟斗翻轉(zhuǎn)或卸料。 TZ08D型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡況及設(shè)計(jì)參數(shù)按行走裝置的不同，裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，液力變矩、動(dòng)力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)） ，液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。各構(gòu)件之間由銷軸聯(lián)接，有相對轉(zhuǎn)動(dòng)。在用 PRO/E對其做有限元靜力分析中，認(rèn)為工作裝置各鉸接處沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)。橫梁也為矩形管?？紤]各構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的厚度，可以認(rèn)為均為板類零件.圖 22 TZ08D型裝載機(jī)外形圖操作重量：額定功率：158Kw額定載荷：5tTZ08D型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)由廠方提供，具體見表 21所示。)FT604/704 A C D EFT604/704 3100 2300 1140 45TZ08D裝載機(jī)　鏟斗到前輪中心距離(mm)掘起角(176。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇安裝方式，這里選擇頭部耳環(huán)型安裝方式；(2)根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等；(4)液壓缸性能的驗(yàn)算。根據(jù)速度比要求來計(jì)算活塞桿直徑 MM= AL 公式（22）??1? 式中 MM——活塞桿直徑 AL——液壓缸直徑? ——速度比? = 公式（23）?2212MALV??? 式中 V2——活塞桿的縮入速度 V1——活塞桿的伸出速度液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，一般有 幾種，這里選擇=（ 22）計(jì)算得到 MM=35 mm??液壓缸行程的確定液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定，但為了簡化工藝和降低成本應(yīng)盡量采用 GB234980中給出的標(biāo)準(zhǔn)系列值。對裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目亦隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。這樣按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同，反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單，易設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)，前懸較小。(1)掘起力掘起力是指具有標(biāo)準(zhǔn)適用重量的裝載機(jī)停放在堅(jiān)硬的水平面上，鏟斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下偏差不超過 25cm的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)斗或升臂時(shí)，后輪不準(zhǔn)離地或即將離地。(2)傳力比裝載機(jī)工作裝置的傳力比分為連桿機(jī)構(gòu)的傳力比和舉升機(jī)構(gòu)的傳力比兩大類。舉升機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位動(dòng)臂舉升缸力所獲得的鏟斗掘起力。(3)鏟斗自動(dòng)放平鏟斗自動(dòng)放平是指鏟斗在某一常用位置(通常是動(dòng)臂上限位置)卸料后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖不做收斗行程，當(dāng)動(dòng)臂舉升缸下放動(dòng)臂至地面位置時(shí)，由連桿機(jī)構(gòu)自身運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平，鏟斗進(jìn)入下次插入狀態(tài)。要保證機(jī)構(gòu)的每個(gè)位置卸料后均能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平，必須增設(shè)自動(dòng)放平裝置。(4)鏟斗靠擋塊通?？梢园l(fā)現(xiàn)，有的裝載機(jī)在運(yùn)輸物料過程中，鏟斗會(huì)繞動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，即發(fā)生“點(diǎn)頭”現(xiàn)象。因此，必須提出解決辦法，要消除鏟斗在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，必須保證鏟斗緊靠動(dòng)臂。 裝載機(jī)典型作業(yè)工況及其描述工作裝置的作業(yè)過程通常由以下 5種典型工況組成，如圖 23(1)地面插入工況 I 動(dòng)臂下放至下限位置，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆?！?176。(2)下限收斗工況 II 完成工況 I以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，操作轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)收斗作業(yè)過程?！?5176。(3)重載運(yùn)輸工況 III 轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，舉升動(dòng)臂，將工況 II的鏟斗升高到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置(以斗底離地的高度小于最小允許距離為準(zhǔn))，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸料點(diǎn)。(4)上限舉升工況 IV 保持轉(zhuǎn)斗缸長度不便，操作舉升缸，將動(dòng)臂升至上限位置。圖 23 裝載機(jī)工作裝置典型作業(yè)工況I地面插入工況 II下限收斗工況 III重載運(yùn)輸工況 IV上限舉升工況 5上限卸料工況(5)上限卸料工況 V 在上限收斗工況 IV下，操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉卸料。卸載結(jié)束后，操作舉升缸下放動(dòng)臂，實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，再次進(jìn)入地面插入工況，并進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)過程。(2)插入和鏟取能力大、能耗小；(3)結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要；(4)零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理；(5)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造、維修容易，操作、使用方便；輪式裝載機(jī)除滿足上述 5條基本要求外，還應(yīng)由下列特點(diǎn)和要求：(1)由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿系數(shù)小。(2)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生較大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力狀態(tài)良好。絕對要求鏟斗舉升過程中的平動(dòng)是很困難的，它將給設(shè)計(jì)工作帶來諸多麻煩，并將急劇降低工作裝置的其他性能。(4)保證必要的卸料角、卸料高度和卸料距離。為此，鏟斗瞬時(shí)地卸料角均須大于或等于 45176。(5)鏟斗自動(dòng)放平。當(dāng)?shù)竭_(dá)裝載點(diǎn)時(shí)，鏟斗正好呈開始插入狀態(tài)，即可開始新的裝、運(yùn)、卸工作循環(huán)。既能提高裝載工作效率，又可減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。(7)應(yīng)盡量減小工作裝置的前懸、長度和高度，以提高裝載機(jī)的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野。 本章小結(jié)本章首先介紹了裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，然后介紹了 TZ08D裝載機(jī)工作裝置的幾個(gè)基本概念，最后介紹了裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求。Pro /Engineer可以用來建立實(shí)體幾何模型，對所建模型進(jìn)行仿真和分析，通過模擬真實(shí)環(huán)境的工作狀況對其進(jìn)行分析判斷和干涉檢查，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和潛在的失敗可能，提前進(jìn)行改善和修正。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，其設(shè)計(jì)好壞直接影響整機(jī)的工作性能。 三維實(shí)體幾何模型的建立傳統(tǒng)的 2D繪圖給整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造帶來很大麻煩，而 3D繪圖給人直觀、形象的感覺。過去，我們國家各個(gè)地區(qū)都以平面、線框、曲面造型為手段，但為了要適應(yīng)國際市場的大趨勢，實(shí)體模型技術(shù)必會(huì)逐漸為用戶所認(rèn)識和使用。單位數(shù)字化儀價(jià)格昂貴，客觀條件也不允許。 Pro/Engineer軟件特點(diǎn)Pro /Engineer是美國參數(shù)技術(shù)公司 1988首家推出的使用參數(shù)化特征造型技術(shù)的大型 CAD/CAM/CAE集成軟件，具有造型設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、二維工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、數(shù)據(jù)庫管理等功能。Pro /Engineer是一個(gè)全方位的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)軟件，它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)