推拉器的结构设计与分析

王贤虎， 刘志峰， 林锦超

（安徽水利水电职业技术学院，安徽合肥 231603）

推拉器的结构设计与分析

王贤虎， 刘志峰＊， 林锦超

（安徽水利水电职业技术学院，安徽合肥 231603）

推拉器用于搬运置于滑板上的货物。以先进的三维设计软件Solidworks为工具，对其中主要零部件进行力学分析，最终生产出实物，是CAD／CAE／CAM技术在现代企业的典型应用。

推拉器；Solidworks；CAD／CAE／CAM

1 研究意义

由于集装箱运输量大，单件运输成本较低等特性，集装箱运输在人们的生产生活中经常见到。然而不熟练的工人在装箱过程中发现空间不够时，常常会不顾货物的受损而把剩余的货物胡乱塞进集装箱中。如果使用纸托板，装箱之前会先计算货物的总容量，这样就能避免上述情况的发生。如何将纸托板上的货物放置于集装箱内，这就需要一种设备推拉器。推拉器与叉车配合，可实现对纸托板上的货物进行装卸，方便快捷。

2 基本原理

推拉器装卸的货物较重，并要求均匀用力。可以选用油缸作为动力源，同时也可保证推拉器的使用寿命。其结构主要包括后架、后腿、前腿、后腿导向、前腿导向、油缸、前架台零部件。利用Solidworks2010先进、快速的三维造型功能将所有零件建立并装配。推拉器结构示意图如图1所示。

图1 推拉器结构示意图

其工作原理为：通过左右两个油缸活塞杆在油缸中的运动，带动前后腿导向运动，从而带动前后腿运动，最终实现带动前架沿着直线方向运动，推拉器处于压缩和扩张状态。配合叉车，即可实现推拉器的上下方向运动，从而保证将货物搬运到所需位置［1－2］。

3 关键部件设计

3.1 油缸的设计

油缸是推拉器的关键零部件，活塞杆强度能够满足设计要求，是整个设备成功的关键。假设额定载荷为3t，系统压力14MPa，计算油缸相关尺寸。

3.1.1.缸筒的计算

缸筒材料为45＃钢，查手册可得；

缸筒材料的屈服强度σs＝360MPa；缸筒材料的抗拉强度σb＝610MPa；缸筒材料的许用应力

其中，n＝5是选取的安全系数。

3.1.1.1.液压缸的效率

油缸的效率η由以下3种效率组成：

1）机械效率ηm。由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下可取ηm＝0.9。

2）容积效率ηv。由各密封件泄露所造成，通常ηv≈1。

3）作用力效率ηd。由出油口背压所产生的反作用力造成，ηd＝0.9。

3.1.1.2.液压缸缸径的计算液压缸的负载为推力：式中：F推液压缸实际使用推力；

φ液压缸的负载率，一般取φ＝0.5～0.7；

η液压缸的总效率，一般取η＝0.7～0.9；

P液压缸的供油压力。

3.1.1.3.缸筒壁厚的计算

缸筒壁厚可以使用下式进行计算。

当δ／D≤0.08时（可用薄壁缸筒的实用计算式）式中：Pmax最高允许压力，一般是额定压力的1.5倍；

［σ］缸筒材料的许用应力。

图2 油缸

3.1.2.活塞杆的计算

选用45＃钢作为活塞杆的材料。

3.1.2.1.活塞杆直径的计算

活塞杆的直径可以根据速度比来确定，公式如下：

式中：D缸筒内径；

φ速度比。

3.1.2.2.活塞杆强度的计算

活塞杆端部的负载连接点与液压缸支撑之间的距离为LB，如果：LB≤10d（显然这个是成立的）就用下式计算活塞杆强度：

式中：

F液压缸的最大推力；

根据式（4）得到活塞杆的直径：d≥23mm。可知强度符合要求。

3.1.2.3.活塞杆弯矩稳定性验算

当液压缸支承长度LB≥（10～15）d时，需验算活塞杆弯曲稳定性。这里LB≤10d，所以不需要进行稳定性验算［3］。

活塞杆如图3所示。

图3 活塞杆

3.2 应力分析

利用Solidworks2010软件中cosmos强大、简便的应力分析功能对油缸、活塞杆进行力学分析。应力分析结果如图4所示。

图4 应力分析结果

由如图4所示的分析结果可以得到，最大应力在活塞杆端部，σmax≈23.8MPa，而45＃钢的许用应力［σ］＝72MPa，即σmax远小于［σ］，故活塞杆与缸筒的设计符合要求［4－5］。

4 结 语

如今推拉器的应用愈来愈广泛，与叉车配合即可实现对货物的搬运。不但大大提高装卸效率，还大幅提高了货物放置内空间的利用率。一次性投资后，很短时间就能收回成本。企业在当今激烈的市场竞争中如何保持不败，需要从时间（T）、质量（Q）、成本（C）、售后服务（S）、研发（D）等方面进行优化；其中时间较为关键，必须在较短的时间推出质量好、成本低的产品，CAD／CAM技术的应用是现代制造业发展的需要。文中以先进的三维设计软件Solidworks2010为设计工具对推拉器各零件进行设计建模，利用Solidworks

的CAE功能对关键零部件应力分析。实践证明，这不仅能大幅缩短产品开发周期，同时能保证对产品各环节的监控，发现问题及时修改，最终实现产品一次性成功［6］。

［1］王贤虎，贾芸.机械CAD／CAM技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2010：170-220.

［2］王跃进.机械原理［M］.北京：北京大学出版社，2009：100-180.

［3］范钦珊.工程力学［M］.北京：清华大学出版社，2005：180-320.

［4］王贤虎，陈雪辉.基于ProE的捏花刀盘的设计及运动仿真［J］.湖北工业大学学报，2012（8）：15-16，22.

［5］田莹，郝木明.基于Pro／E的机械密封摩擦副的参数化设计［J］.机械设计与制造，2008（8）：80-82.

［6］万宏强，姚敏茹，解卫斌，等.基于SolidWorks的三维夹具设计［J］.制造技术与机床，2010（3）：69-72.

Design of a push-pull device

WANG Xian-hu， LIU Zhi-feng＊， LIN Jin-chao
（Anhui Vocational and Technical College of Water Resources and Hydropower，Hefei 231603，China）

The push-pull device is used to carry load on the board.With the advanced 3DSoftware Solidworks，the mechanical structure of the device is analyzed.The instrument is produced for application.

push-pull device；Solidworks；CAD／CAE／CAM.

TP 391.9

A

1674-1374（2014）01-0046-03

2013-10-28

安徽省质量工程教学研究项目（2012jyxm736）

王贤虎（1974－），男，汉族，安徽合肥人，安徽水利水电职业技术学院讲师，硕士，主要从事机械CAD／CAM方向研究，E-mail：1481793683＠qq.com.＊通讯作者：刘志峰（1963－），男，汉族，安徽合肥人，合肥工业大学教授，博士生导师，主要从事绿色设计与绿色制造方向研究，E-mail：2977099811＠qq.com.