基于AutoCADZL20EFBD裝載機(jī)工作裝置平移性和自動落平設(shè)計

王凱強(qiáng)，王登化

基于AutoCADZL20EFBD裝載機(jī)工作裝置平移性和自動落平設(shè)計

王凱強(qiáng)1,3，王登化1,2,3

（1.常州科研試制中心有限公司，江蘇 常州 213023；2.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013；3.江蘇省煤礦井下防爆車輛重點實驗室，江蘇 常州 213023）

文章介紹了基于AutoCAD反向圖解法確定ZL20EFB裝載機(jī)工作裝置的各鉸點設(shè)計的方法和步驟，并用Solidworks機(jī)構(gòu)仿真對得到的鉸點進(jìn)行驗證，證明結(jié)果顯示用這種方法得到的鉸點是滿足工作裝置平移性和自動落平的設(shè)計要求。

反向圖解法；反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)；仿真

1 裝載機(jī)工作裝置介紹

裝載機(jī)工作裝置是由運動相互獨立的連桿機(jī)構(gòu)和動臂舉升機(jī)構(gòu)兩部分組成的反轉(zhuǎn)六連桿工作裝置，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是裝載機(jī)的核心部件，其設(shè)計水平將直接關(guān)系裝載機(jī)的工作性能。工作裝置有四個典型的工況，如圖1所示。在運動學(xué)方面．鏟斗最大卸載高度、最小卸載距離、舉升平移性、自動放平性和各個位置的卸載角等是必須滿足的。工作裝置目前主要有四種設(shè)計方法，即優(yōu)化設(shè)計法、解析法、AutoCAD及類比作圖試湊法。

對于轉(zhuǎn)斗缸的缸體端在前車架上的位置，其鉸接點應(yīng)滿足以下幾點：1）傳力比大；2）鏟斗在裝滿料收斗后的舉升過程中應(yīng)基本保持平移。依據(jù)鏟斗及機(jī)構(gòu)形式的差異,鏟掘下限位置時收斗角一般取40°～50°，上限位置時收斗角應(yīng)小于60°,同時必須保證任意兩個位置的收斗角之差不大于15°，滿足平移性要求；3）在任意位置,鏟斗都能夠卸料干凈；4）上限位置卸料后,動臂下降至地面位置時,靠工作機(jī)構(gòu)自身運動能夠?qū)崿F(xiàn)鏟斗的自動放平。

圖1 機(jī)構(gòu)及工況

鏟斗平移性、自動放平性、卸料性、卸料距離、卸料高度、掘起力和連桿機(jī)構(gòu)動臂機(jī)構(gòu)傳動比,是裝載機(jī)七項重要工作性能重要指標(biāo)。目前，部分企業(yè)主要還是采用傳統(tǒng)的類比作圖試湊法，該方法不但工作量大，而且很難獲得最優(yōu)的方案。本文發(fā)明一種AutoCAD反向圖解法解決這個鏟斗平移性及自動放平性。放平和卸料位置確定，當(dāng)點G落在FFx連線的垂直平分線上時，可滿足自動放平性；收斗和舉升當(dāng)點位置確定，G落在FsFg'連線的垂直平分線上時，可實現(xiàn)自動放平。鏟斗的收斗角和上限位置角均會影響F點的具體位置。本文采用AutoCAD，連桿自下向上地設(shè)計滿足平移性和自動放平性的要求。

2 確定機(jī)構(gòu)各鉸點的步驟

（1）根據(jù)設(shè)計要求確定A點。先將鏟斗按下圖2，分別作出放平、收斗、舉高和卸料四種狀態(tài)，并將其編輯為圖塊。其次將設(shè)計要求做出四種工況圖，連線BBx做中垂線，轉(zhuǎn)動角一般78°-82°，按82°設(shè)計，確定A點，確定動臂長度。

圖2 四種狀態(tài)及A、D點確定

（2）確定D點。初選連桿長度，一般550-630mm，取590mm，連線BC，過C點半徑590mm圓與AB交于P點，另一點Pz，PPz連線延長線交于過Cx點半徑590mm圓于Dx,檢驗BxCx和CxDx夾角必須大于10°，否則按夾角10°取Dx；連接CPz，以此線為中垂線，鏡像P點，得到D點。為保證機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生死角滿足動力性，機(jī)構(gòu)運動過程 CBD不允許共線，即BC和CD連桿線不允許成0°或180°，一般至少10°安全余量，即10°到170°，所以BxCx和CxDx夾角必須大于等于10°，見圖2。

（3）確定E點，F(xiàn)點和搖臂線。連接DxDs,過D點做DxDs平行線，即搖臂線，再做DDs中垂線，交于E點，然后E點繞A點旋轉(zhuǎn)82°即Ex，EF=(0.7～1.0)DE，∠DEF=130°～180°，初選F點，然后以E點為圓心，EF為半徑畫圓，確定Fs。以Ex為圓心 EF為半徑畫圓，連線DxEx并延長交于Fx，見圖3。

（4）確定G點。連接FsFg和FxF 并分別做中垂線，中垂線交點和或中垂線和AB線區(qū)域為G點區(qū)域，一般取AB上中垂線之間線段中點為G點或中垂線交點為G點，見圖3。

圖3 E、F、G及L和H點的確定

（5）確定L和H點。連接BBx，過Ex做平行線分別交ABx AB于Lx和L，然后過Lx做AB垂線，然后以Lx為圓心，以LxL為半徑做圓交于H點，見圖3。檢查4工況

圖4 油缸尺寸和行程確定及鏟斗平移性

（6）以Solidworks驗證平移性和自動放平性。依據(jù)在AutoCAD中所確定的鉸點，以地面的投影為坐標(biāo)原點來確定A～G點的坐標(biāo)，以Solidworks建立虛擬樣機(jī)模型，在各鉸點之間建立相應(yīng)的約束，根據(jù)設(shè)計要求確定舉升缸和轉(zhuǎn)斗缸的行程并按圖4計算行程驅(qū)動油缸。翻斗底面相對X軸正方向的角度用函數(shù)來測量，計算載荷穩(wěn)定后一個嚙合周期的嚙合振動，利用EDRST和EDHTIME命令設(shè)置求解步和輸出結(jié)果。

利用WDWRITE命令輸出K文件，并進(jìn)行計算。結(jié)算后使用后處理器LS-PREPOST打開計算結(jié)果d3plot文件，可以查看嚙合過程中的力和變形。根據(jù)三檔的工況，主動輪與從動輪靜態(tài)法向嚙合力為5694.8N，嚙合力曲線在5700N上下波動，波動范圍大約在4000N—7500N。

通過動態(tài)分析還發(fā)現(xiàn)兩齒輪在嚙合過程中齒面與齒面接觸點應(yīng)力和應(yīng)變較大，齒根處應(yīng)力最大，在脫離嚙合的過程中逐漸減小，直至消失。嚙合曲線在靜態(tài)嚙合力附近波動。

4 結(jié)論

本文建立了汽車變速器三檔齒輪的三維模型，并分析了模態(tài)和動態(tài)特性。通過模態(tài)分析，確定了變速器處于三檔時的嚙合頻率，通過動態(tài)分析，確定了齒輪嚙合過程中的應(yīng)力應(yīng)變以及嚙合力的變化情況。為汽車變速器的設(shè)計提供了數(shù)據(jù)參考。

[1] Leon A. Automotive Transmission [M].Springer. US,2013.

[2] 劉海江,于信匯等.汽車齒輪[Ｍ].同濟(jì)大學(xué)出版社,1997.

[3] 張洪才,何波.有限元分析-ANSYS13.0從入門到實戰(zhàn)[Ｍ].北京;機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

Based on AutoCAD ZL20EFBD Loader Working Device Translation andAutomatic Leveling Design

Wang Kaiqiang1,3, Wang Denghua1,2,3

( 1.Changzhou Development & Manufacture Center Co., Ltd., Jiangsu Changzhou 213023;2.Jiangxi Vocational College of Mechanical & Electrical Technology, Jiangxi Nanchang 330013;3.Jiangsu Key Laboratory of Coal Mine Explosion Proof Vehicles, Jiangsu Changzhou 213023 )

This paper introduces the method and steps of determining each hinge point design of ZL20EFB loader working device based on AutoCAD reverse diagram method, and verifies the hinge points obtained by Solidworks mechanism simulation, and proves that the hinge points obtained by this method meet the design requirements of translation and automatic leveling of the working device.

Inverse diagrammatic method; Reverse six link mechanism; Simulation

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1671-7988(2019)21-93-03

U415.51+4

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1671-7988(2019)21-93-03

王凱強(qiáng)（1974-），陜西咸陽人，工程師，學(xué)士學(xué)位，就職于常州科研試制中心有限公司。研究方向：有限元分析、運動仿真和結(jié)構(gòu)設(shè)計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.032

CLC NO.:U415.51+4