装载机新型工作装置的研究

211k W

因为P>N0,所以系统压力满足要求。

CF型融雪、防滑材料撒布机经辽宁省高速公路管理局使用表明,作业安全可靠,效率高,使积雪得以迅速地清除,保证了交通的畅通无阻,避免了交通事故的发生。此外,由于主机采用挂具形式,所以提高了汽车主车的利用率,且成本低廉,利于推广。该机设计新颖独到,不失为很好的冬季道路养护机械,目前已获得了国家实用新型专利。

收稿日期:1999210212

装载机新型工作装置的研究

刘颖翠1,杨国平2

(11长沙公路总段,湖南长沙　410007;21

长沙交通学院,湖南长沙　410076)

摘要:介绍了装载机工作装置的一种新型机构,并分析研究了这种新机构的设计计算方法,为今后进一步改进现有装载机工作装置提供参考。

关键词:装载机;工作装置;设计方法

中图分类号:TH24311 文献标识码:A 文章编号:10002033X(2000)022*******

1　前言

工作装置是装载机上直接实现铲装物料的机构,它的结构和性能都显著地影响整机的工作尺寸、性能参数、发动机功率及生产率等因素。因此,它的设计是装载机设计十分重要的组成部分。目前,常用的装载机工作装置结构如图1所示[1]。它由铲斗、动臂、连杆、摇臂、转斗油缸、动臂油缸等组成。

图1　装载机原工作装置图

一般对装载机工作装置的设计要求有:

(1)平移性:动臂举升过程中,铲斗上翻角(或称收斗角)的变化尽量小,保持物料不撒落。

(2)掘起力:动臂举升时刃切削轨迹符合工况要求,且铲掘时掘起力变化规律符合工作要求。

(3)干涉性:连杆系统在整个运动过程中,不得出现“死点”和“撕裂”现象;工作机构各构件之间,不允许发生“干涉”。

(4)传动角:要使工作装置的传力性能良好,必须对传动角的变化范围进行一定的限制。

(5)机构效率:机构应传动省力,作业时所消耗的功率要尽量小。

(6)自动放平:转斗油缸伸长不变,当动臂油缸从最高位置到最低位置时,铲斗应能自动呈插入料堆状态,以简化驾驶员操作。

(7)卸载性:保证在动。

(8)总体布置要求:工作装置的极限工作空间、最大卸料高度及最大卸料距离等应满足整机性能要求。

由此可见,要设计出完全满足上述要求的工作装置相当困难。目前,国内设计工作装置的方法有三种,即类比作图试凑法、优化设计法和解析法[1～3]。最常用的设计方法是类比作图试凑法,这种方法盲目性大,需多次作图试凑,工作量很大;而且设计精度较差。当然目前个别单位也开始采用解析法和优化设计方法,但使用效果并不理想,仍然未能全面解决卸料性与平移性、动力性与铲斗自动放平性之间的矛盾[4]。这主要是由于工作装置机构本身的问题。近来,国内外一些厂家开始研究装载机的新型工作装置,并已在多功能工程机装载部分实现[5]。如斯洛伐克ZT S集团生产的U N C2060型多功能工程机和泰安柴油机厂生产的Z L Y10W型多功能工程机等。本文参照这些多功能工程机装载部分的机构,对装载机新型工作装置的设计进行了初探性研究。

2　装载机新型工作装置的工作原理

新型工作装置的工作原理见图2。它由铲斗、动臂、转斗油缸、动臂油缸、铲斗平移引导油缸以及接连转斗油缸和铲斗平移引导油缸的油管等组成。转斗油缸和铲斗引导油缸的有杆腔与有杆腔之间,无杆腔与

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3

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第17卷(总第85期) 筑路机械与施工机械化 200012

无杆腔之间油路互通,并处于常通浮动状态。铲斗收斗和卸料可以依靠液压控制阀锁定铲斗平移引导油缸,由转斗油缸单独工作来实现。当动臂油缸将动臂抬起,使动臂绕A 点逆时针转动?Α角度时,动臂在转动的同时,将铲斗平移引导油缸的B C 边压缩,使该油缸无杆腔的油挤到转斗油缸的无杆腔,将转斗油缸的E F 边伸长,转斗油缸带动铲斗绕D 点相对动臂顺时针转动?Η角度。如果能使?Α=?Η,

那么铲斗在这两个位置就能实现刚体平动[6]。由此可见,新型工作装置的工况要求是由液压系统来实现的,它将会使装载机工作机构设计大为简化。

图2　装载机新型工作装置的工作原理图

3　新型工作装置的设计研究

在设计新型工作装置时,

合理确定转斗油缸和铲斗平移引导油缸的安装位置和尺寸,能得到?Α≈?Η,在动臂提升或落下的过程中,铲斗始终是保持平移运动,这就能满足装载机的工况要求,而且操作简单。311　油缸行程变化的分析

为了研究问题方便,取铲斗平移引导油缸和转斗油缸的直径与行程完全相等,而且令其安装三角形尺寸也相等(见图2),A C =D F =a ,A B =D E =b ,将两油缸的长度变化绘成图3。

图3　油缸运动简图

如图3所示,A 、D 点分别表示动臂和铲斗的回转中心;B C 和E F 分别表示引导油缸和转斗油缸对应于角Α和Η时的长度;由0°顺时针转到180°一边表示引导油缸的长度变化,由180°

顺时针转到0°一边表示转斗油缸长度变化。

假设动臂转动?Α角,引导油缸的C 点转到C 1

点,它的压缩量为?L =B C -B C 1;而转斗油缸的F 点转到F 1点,它的伸长量为?L ′=E F 1-E F ,铲斗转过的角度为?Η。因为两个平动油缸直径相等,所以任一瞬间都有?L =?L ′。如果在任一瞬间?L =?L ′的情况下,都能使得?Α≈?Η,那么,任一瞬间铲斗都是平动的。

L =a 2

+b 2

-2ab co s ΑL ′=a 2

+b 2

-2ab co s Η

L =M -N co s Α(1)L ′=

M -N co s Η

(2)

对式(1)取一阶导数,则函数L =f (Α)的变化率为d L d Α=

N sin Α2(M -N co s Α)

(3)同理可得

d L ′

d Η=N sin Η

2

(M -N co s Η)

(4)

作函数L =f (Α)和L ′=f (Η

)及d L d Α、d L ′d Η

的曲线(见图4)。

图4　油缸行程和速度函数曲线

由图4可知,L =f (Α)和L ′=f (Η

)是两条完全重合的曲线。不同之处是当Α减小时,Η是增加,反之亦然。

图5　中心对称及轴对称图

保持铲斗平移的条件是:当?L =?L ′时,?Α=?Η。

但是由于函数L =f (Α)及L ′=f (Η

)的变化率不是常数(非线性的),不能使用曲线的任意一段为工作段,因此满足平移条件只有两种可能:

(1)函数曲线L =f (Α)和L ′=f (Η

)为中心对称,如图5(a )所示。A 点为两重合曲线L 和L ′的对称中心。根据中心对称的性质,在点A 的两侧取增量,并令

?L =?L ′

,则横坐标对应的增量?Α=?Η。根据曲线中—

4—V o l

.17(Sum .85) Roa d M a chine ry &C ons truc tion M e cha niza tion N o .2　2000

心对称原理设计平移机构时,只要找出对称中心的横坐标Αg,并在Α=Αg两侧对称布置两油缸的初始安装角,即可得到:当?L=?L′时,?Α=?Η。

(2)函数L=f(Α)和L′=f(Η)的曲线为对称。如图5(b)所示。Αg对称轴的横坐标。利用曲线的同轴对称性质,在对称轴两侧当?L=?L′时,则必定?Α=?Η。

312　求对称中心

曲线的对称中心必定是曲线的拐点,但拐点不一定都是对称中心,要判断其拐点两侧的对称性。当曲线为中心对称时,在拐点处的二阶导数为零,且二阶导数过拐点时改变符号。

对L=f(Α)取二阶导数得

d2L dΑ2=

T1 T2

T3

(5)

式中:T1=M-N co sΑ;

T2=2N co sΑ-

N2sin2ΑM-N co sΑ

;

T3=4(M-N co sΑ)。

令d 2L

dΑ2

=0,则有

2N co sΑ-N 2sin2Α

M-N co sΑ

=0(6)

解方程得 co sΑ=M ±M2-N2

N

(7)

将M=a2+b2,N=2ab代入式(6)得根如下

[co sΑ]1=b

a [co sΑ]2=a

b

因已给定a>b,因此只能取

co sΑ=b

a

(8)

所以有Αg=co s-1b

a

(9)

同理要求Ηg=co s-1b

a

(10)其中:Αg、Ηg分别为曲线L和L′拐点的横坐标,可见二

者是重合的。由式(5)和式(9)很难分析出函数d 2L

dΑ2

在拐点Αg处改变符号的结论。

由图4可知L=f(Α)及L′=f(Η)在Α=0～Π之间只有一个拐点。若Αg=Π 2时,曲线L或L′在此拐点两侧是对称的。因为a

313　两油缸初始安装角的确定

工作装置的平移精度与定边长a和b以及它们的安装角Α、Η关系很大(见图2)。通过上述分析得知,曲线在0～Π之间做不到完全中心对称,但是在b远远小于a时,能做到基本对称。因此当b a值很小时,Αg很接近Π 2,在拐点两侧的曲线L或L′的变化率(一阶导数)是近似中心对称的。根据这一原理,可以设计装载机的工作装置。在确定b a值时,还要考虑油缸和动臂铰点的布置以及总体结构尺寸等因素。一般可取b a =0118～0130,相应的Αg=72°～79°。为减小平移误差,应选取拐点附近的曲线为工作段,因为拐点附近,曲线两侧对应点的变化率相差最小。设动臂工作角度变化范围为ΑT,则ΑT=Α2-Α1,参见图4。一般可取值为ΑT=0°～75°。故两油缸的初始安装角(见图2)为

Α=Η1=Αg-ΑT 2(11)

Η=Α1=Αg+ΑT 2(12) 4　结语

通过上述分析可知,新型工作装置结构简单、尺寸小、重量轻、没有干涉性问题,不需要摇臂、拉杆和中间横梁,只需油缸和油管的特殊连接,便可实现铲斗的平移,简化了机构的设计过程。其缺点是其纵向尺寸比原型机长,但由于两动臂中间的摇臂、拉杆和中间横梁已去掉,动臂的两铰点可从机子的两侧向后,以便减小纵向尺寸(参见Z L Y10W型多功能工程机)。

参考文献:

[1]　同济大学.铲土运输机械[M].中国建筑工业出版社,1987.

[2]　杨成康.装载机工作装置连杆机构优化设计[J].机械工程学报,

1988,(9).

[3]　王　彬.用复数矢量计算装载机工作装置的位移[J].工程机械,

1995,(2).

[4]　王国彪,杨力夫.装载机工作装置优化设计[M]

.机械工业出版社,1996.

[5]　周萼秋.现代工程机械[M].人民交通出版社,1997.

[6]　西北工业大学.理论力学[M].人民教育出版社,1980.

收稿日期:1999210212

　常州市华诚双凯仪器有限公司

公司总经理　曹红

N FC沥青摊铺机自动找平装置:适用沥青混凝土摊铺机、平地机及其他需要找平的工程机械自动找平控制用。仪器(装置)分 型(5m宽以下,单纵)、 型(5m宽以上,双纵)。

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银行开户:常州建行城郊办　帐号:5052610029028

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5

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第17卷(总第85期) 筑路机械与施工机械化 200012

R oad M ach inery&C onstruction M echan iz a tion

V o l.17N o.2 A b stracts

D esign of CF Spread i ng M ach i ne for An ti-Sk id and Snow M elti ng M a ter i a l

X I N G Yan2x in,LU Cheng,M A Shang

A new road m ain tenance m ach ine in w in ter is in troduced,w h ich is u sed fo r sp reading of an ti2sk id and snow m elting m aterial.T h is m ach ine is m oun ted on dum p truck,and has characteristics of easy m oun ting,h igh efficiency,safty and reliab le.

Key words:M oun ting D ev ice;S p read ing;W in ter R oad M a in tenance

Research on New W ork i ng Equ ip m en t of L oader

L I U Y ing2cu i,YAN G Guo2p ing

A new m echan is m of w o rk ing equ i pm en t fo r loader is in troduced,the design and calcu lati on m ethod are analyzed and studied,th is can p rovide references fo r m odificati on of p resen t w o rk ing equ i pm en t.

Key words:L oad er;W ork ing E qu ipm en t;D esig n M ethod

D ynam ics M odel of Backward Rotary D ru m W ork i ng Procedure for So il Stab il izer

M A Xue2liang,SU N Zu2w ang T he stages of so il backw ard cu tting of so il stab ilizer are analyzed based on the exp eri m en ts,the co responding dynam ics m odel is set up u sing m athem atics and p hysics si m u lati on m ethod.

Key words:S oil S tabiliz er;B ackw a rd R ota ry; Dy nam ics M od el

Exper i m en ta l Study of So il D ynam ic Cutti ng

CH EN2Bo

B ased on the ex isting study resu lts of so il p rop erty th rough exp eri m en ts,the relati on sh i p betw een so il cu tting sp ecific resistance and cu tting sp eed under single cu tting too l and line cu tting are set up,and the cu tting m echan is m is analyzed and discu ssed,attem p t to find the m o st econom ical and p rop er cu tting sp eed,gives the references fo r design of w o rk ing and runn ing structu re.

Key words:S oil S p ecif ic R esistance;Cu tting S p eed; S p ecif ic E nergy Consum p tion

F i n ite Ele m en t Ana lysis of W heel Type Con struction M ach i nery Fram e YAN

G X iao2w ei T h rough the study of m echan ics and m athem atics m odels of con structi on m ach inery fram e,the fin ite elem en t anaysis system(CSFA S)of con structi on m ach inery fram e in m icro2com p u ter is develop ed,the con strain t disto rsi on of sp ace th in2 w alled elem en ts is induced in th is system,com p ared w ith o ther softw are,the calcu lati on resu lts of the system are m o re accu rate than that of p ractical situati on.

Key words:Construction M ach inery;F ram e;F in ite E le m en t

Study and Appl ica tion of Stab il ized So il Paver

W U Zh i2shan T he con structi on statu s of sem i2rigid su rgrade stab ilized so il p aving and p rob lem s occu red in Ch ina are analyzed.T h rough the in troducti on of w o rk ing p rinci p le and structu re of overseas so il stab ilizer, som e valuab le suggesti on s are p resen ted.

Key words:S oil S tabiliz er;S tudy;A pp lica tion

D iscussion of Pave m en t Surfac i ng Recond ition i ng Plan Expert Syste m

M A J ian2p ing,L I AN G M o2zh i,H E T ing2ji

A cco rding to the characteristics of p avem en t reconditi on ing p lan,th is p ap er gives the ideas that u sing exp ert system in to the p lan,and sets up the p reli m inary m odel of p avem en t su rfacing reconditi on ing p lan exp ert system.

Key words:R econd ition ing;E xp ert S y ste m;M od el