装载机工作装置偏载工况动力学分析

刘颖莉

(黑龙江工业学院 机械工程系，黑龙江 鸡西 158100)

装载机工作装置偏载工况动力学分析

刘颖莉

(黑龙江工业学院 机械工程系，黑龙江 鸡西 158100)

在工程上运用的重要机器装载机，工作装置是装载机进行工作的重要构件。用PRO/E4.0创工作装置的三维模型，然后倒入ADAMS2010中，且以偏载工况为例，对动臂及摇臂进行动力学分析，其结果表明，在铲掘和卸载工况时，动臂、摇臂各自的受力较大，铰接点不同。

装载机；工作装置；动力学

装载机是一高效率作业的、广泛运用的工程用机械，它能对散着的物料进行平整、铲装、搬运、卸载等作业，并且可对如硬土、岩石类进行轻微铲掘的工作。[1]工作装置作为它的执行部件，为了更好地了解其在运动的过程中，各个铰接点的受力情况，本文将对其动臂及摇臂进行动力学分析。

1 工况的选择

物料相关种类和相应的作业条件不同等，工作装置在实际工作时，铲斗受均布的载荷是不可能的，但为计算方便，简化为以下两种情况：①在受到均布载荷的情况下，可在铲斗的切削刃中部，用一集中载荷来替代，这种称对称受载；②在受到非均布的载荷，可在铲斗一边上第一斗齿，采用集中的载荷来替换，称偏载。[2]

工作装置在其铲掘时，一般有以下三种受力情况：

(1)在水平地插入料堆，各个相关油缸一同闭锁，这时候只受水平的作用力；

(2)在插入料堆，铲斗进行翻转、动臂提升后，进行铲掘，这时候仅受垂直的作用力；

(3)铲斗边插入，边铲斗进行翻转；边插入，边动臂提升，这时候受水平作用力且也受垂直作用力。

综上，动臂有典型的六种工况，一是水平对称工况；二是垂直对称工况；三是水平垂直对称同时作用工况(正载工况)；四是水平偏载工况；五是垂直偏载工况；六是水平垂直偏载同时作用工况(偏载工况)。[3]其中第六种—偏载工况的受力最大，本文研究在此工况下，工作装置的一些动力学问题。

2 三维模型的创建

利用Pro/E4.0专门的三维建模软件，创建其三维模型，如图1所示。

图1 装载机工作装置三维模型Fig.1 The three-dimensional model of loader working device

采用中间数据格式——(“.x_t”)，将相关模型导入ADAMS2010中。

3 完善模型信息

(1)施加约束：研究装载机工作装置的相关工作原理后，在ADAMS2010中利用旋转副、球副、滑移副、固定副进行相关的约束。

(3)施加载荷：在工具图标中选择单向力载荷工具，铲斗前刃边距侧刃400mm，施加插入阻力、铲掘阻力、且在铲斗重心位置施加物料自身重力，用step函数对其进行设定。

4 动力学分析

(1)动臂靠近铲斗的两铰接处受力图形。

图2 铲斗与动臂铰点/动臂与油缸铰接点Fig.2 link point between bucket and active arm/ link point between active arm and oil cylinder

图3 摇臂和连杆铰接点/摇臂与油缸铰接点Fig.3 link points for link and rocker arm/ link points for rocker arm and oil cylinder

图2为动臂靠近铲斗的两铰接处受力：铲斗与动臂铰接点受力及动臂与油缸铰接点受力。

由图2可知，在铲掘工况时，动臂与油缸铰接点受力较大；在卸载工况时，铲斗与动臂铰接点受力较大。

(2)摇臂两侧两铰接处受力图形。

图3为摇臂两侧两铰接处受力：摇臂与连杆铰接处受力及摇臂与油缸铰接处受力。

由图3可知，在铲掘工况时，摇臂与连杆铰接处受力较大，而在卸载工况时，摇臂与油缸铰接处受力较大。

结语

在受力最大工况下：

(1)在铲掘工况时，对动臂靠近铲斗的两铰接处受力进行分析，动臂与油缸铰接点受力较大；对摇臂两侧两铰接处受力进行分析，摇臂与连杆铰接处受力较大。

(2)在卸载工况时，对动臂靠近铲斗的两铰接处受力进行分析，铲斗与动臂铰接点受力较大；对摇臂两侧两铰接处受力进行分析，摇臂与油缸铰接处受力较大。

[1]周华祥, 黄磊. 装载机工作装置参数化3D建模及有限元分析[D]. 太原科技大学，2009.

[2]王晓宁. 装载机工作装置动臂框架工作状态的力学分析[D]. 山东大学， 2008.

[3]杨占敏, 王智明, 张春秋，等. 轮式装载机[M].化学工业出版社， 2005.

[4]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2006.

[5] H.Martikka, A.Mikkola. Dynamics Simulation and Design if a Hydraulic Driven Boom using ADAMS[J].International ADAMS User Conference，1995.

Class No.:TH243 Document Mark：A

(责任编辑：宋瑞斌)

Kinetic Analysis of Loader Working Device in Condition of Unbalance Loading

Liu Yingli

(Department of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Technology, Jixi, Heilongjiang 158100，China)

In engineering machines, loader is one of an important devices to be used, and working device is the main components of the loader. With PRO/E4.0, we build a 3 D model and it is put into the ADAMS2010, considering the unbalance loading condition, we carried on a kinetics analysis. The results show the position of the larger hinge joint has changed for the swing arm and rocker arm during the operation of the shovel and in the condition of unloading.

loader; working device; kinetics

刘颖莉，硕士，助教，黑龙江工业学院机械工程系。研究方向：机构学与机械动力学。

1672-6758(2016)11-0068-2

TH243

A