基于油壓測量的鏟運機稱重系統(tǒng)的力學(xué)分析

摘 要：基于油壓的鏟運機動態(tài)稱重系統(tǒng)主要用于對鏟裝物料過程中的計量，隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，鏟運機稱重系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)向智能化系統(tǒng)，其中油壓測量稱重系統(tǒng)是最為常見的稱重系統(tǒng)，因此論文以基于油壓測量的鏟運機稱重系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)為研究對象，主要對鏟運機的研究現(xiàn)狀、鏟運機稱重的工作裝置運動學(xué)、動力學(xué)研究和工作裝置的動力學(xué)建模研究分析進行詳細分析，希望能對我國稱重的改進提供參考價值。

關(guān)鍵詞：油壓；測量；鏟運機；稱重

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.033

鏟運機裝載時需及時對鏟裝的物料進行稱量，但由于各種條件的限制，計量方法不能采用簡單的靜態(tài)稱重，須進行間接手段進行測量。對于大型輪式鏟運機則要安裝稱重系統(tǒng)，而基于油壓的稱重系統(tǒng)能及時準確地顯示出需再裝的物料量，因此有必要對鏟運機稱重系統(tǒng)力學(xué)性能進行具體的研究。

1 鏟運機的研究現(xiàn)狀

鏟運機經(jīng)過50～60年的發(fā)展，鏟運機的稱重技術(shù)已經(jīng)達到了很高的水平。液壓技術(shù)等智能系統(tǒng)應(yīng)用于鏟運機稱重系統(tǒng)，從而使鏟運機更智能化，生產(chǎn)效率得到了很大的提高，司機的作業(yè)環(huán)境得到了改善，機器的使用壽命也得到延長。

我國鏟運機行業(yè)起步相對于發(fā)達國家來說是比較晚，技術(shù)相對落后，產(chǎn)品可靠性差，品種單一，技術(shù)含量低。隨著改革開放的進行，國外鏟運機知名品牌逐漸引入到中國市場，雖然中小噸位鏟運機上對國內(nèi)廠家的威脅不大，但對6噸以上的大型產(chǎn)品形成了市場壟斷，且研究出適合中國用戶的特殊產(chǎn)品，給國內(nèi)鏟運機行業(yè)帶來了沖擊。鑒此，國內(nèi)的鏟運機廠家也不斷投入研發(fā)，充分吸收了國外產(chǎn)品的優(yōu)勢，同時不斷創(chuàng)新，研發(fā)出新產(chǎn)品，使產(chǎn)品不斷向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。

2 鏟運機稱重系統(tǒng)的運動學(xué)、動力學(xué)研究

（1）工作裝置的運動學(xué)研究。1）建立工作裝置的三維實體模型。運用Pro/ENGINEER軟件對其進行建模，主要利用軟件的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等功能建立模型。鏟運機工作裝置的大部分構(gòu)件呈對稱，建?？衫苗R像的原理，論文以JCCY-4型鏟運機工作裝置進行建模；2）工作裝置的運動學(xué)仿真。鏟運機工作裝置安裝了3個驅(qū)動器，其控制機器在鏟裝過程的運動，工作裝置的構(gòu)件在鏟運機上對稱分布，所以只需在一側(cè)對驅(qū)動器施加作用力。

（2）工作裝置的運動分析。1）鏟運機工作裝置上的鏟斗的運動動作包括，首先進行舉升動臂，然后進行翻轉(zhuǎn)鏟斗，最后在進行卸載物料和動臂放下；2）根據(jù)鏟運機結(jié)構(gòu)和受力特征，選擇前車架與動臂鉸接點、轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂鉸接點和搖臂與連桿的鉸接點進行模擬分析。

前車架與動臂鉸接點：動臂運動中，鉸接點的速度和加速度保持不變，位移曲線大小相等呈直線對稱分布。開始運動過程中，由于鏟斗作用于動臂上，其速度和加速度變化很小。整個運動過程中鉸接點的加速度保持為0，與工作裝置的實際相吻合。

轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂鉸接點：只在舉升鏟斗和翻斗鏟掘時，鉸接點才有速度和加速度，其它時候沒有速度與加速度。從位移曲線分析，除了舉升鏟斗與翻斗鏟掘外，轉(zhuǎn)斗油缸基本固定，與實際情況相同。

搖臂與連桿的鉸接點：鉸接點開始插入并進行提升轉(zhuǎn)斗時，連桿受沖擊力的作用，鉸接點的加速度與速度變化量為最大值，最大位移量變化在轉(zhuǎn)斗提升階段。

3 工作裝置的動力學(xué)建模分析

（1）工作裝置的受力分析。將鏟運機的鏟斗的受力情況可簡化為兩種力：偏心載荷和對稱載荷。把鏟運機受力分三種受力工況：1）以鏟運機的驅(qū)動力為牽引鏟斗水平插入物料中，轉(zhuǎn)斗油缸與動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，鏟斗齒尖只受水平插人阻力；2）在對物料進行鏟掘動作時，舉升動臂或翻轉(zhuǎn)鏟斗鏟取物料時，垂直方向鏟斗受到垂直掘起阻力；3）鏟運機對物料進行復(fù)合鏟掘時，鏟斗受垂直掘起阻力與水平插入阻力的相互作用。

4 結(jié)論

論文依托Pro/ENGINEER軟件，建立基于油壓測量鏟運機稱重系統(tǒng)的工作裝置進行力學(xué)分析，分別對其的運動學(xué)、動力學(xué)進行了分析，在此基礎(chǔ)上進一步分析了工作裝置各桿件及鉸接點在運動過程中的受力，建立了工作裝置系統(tǒng)動力學(xué)模型進行了詳細的分析，為以后對現(xiàn)代的鏟運機稱重系統(tǒng)的更新?lián)Q代提供了理論基礎(chǔ)。

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