推土机松土器结构改进与有限元分析*

2018-06-04李华强崔昭霞

机械工程与自动化 2018年3期

李华强，崔昭霞，李鹏

(内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特 010051)

0 引言

松土器是推土机松土作业的重要装置，在松土、破土作业过程中，车身通过油缸的作用力使松土齿强行插入坚硬的岩石，达到松土的目的。随着松土器的广泛使用，其结构也得到不断的改进更新，其目的就是有效地提高推土机松土器的整体性能，使产品功率向着最大和最小两个极端方向发展。本文通过先进的现代设计手段研发松土器新产品，在推土机上增加更智能化的操作装置，以降低操作员的劳动强度，从而实现松土器工作性能的优化。

1 原松土器分析

D11T推土机松土器为可调平行四边形结构,与推土机后桥壳体相连,它主要由支撑架、横梁、松土齿、两个倾斜缸及两个提升缸组成，采用销连接。松土器通过倾斜缸改变松土角度，通过提升缸来调节松土深度。

图1 原松土器

目前推土机松土器普遍存在以下问题：

(1) 松土齿调整安装不方便。现有松土齿的安装是依靠一个辅助液压缸推动压杆，压杆的另一端连接一个销子，在松土器横梁上开有销孔，松土齿上按间距开有对应销孔，安装松土齿时，需要将横梁与松土齿对应孔对准才能将销子装进去，由于构件自重较大，安装不方便。

(2) 松土齿伸出量不能任意调节。原松土齿伸出量只能通过松土齿上的已有孔距调整，而在松土齿工作过程中，有时需要升高松土器对高处物体进行破碎和挖掘，因此就需要缩短松土齿的伸出量；有时需要对地面以下区域进行作业，因此要求松土器有一定的下降深度，松土齿伸出越长破碎深度就越大；有时需要在松土过程中调节挖掘深度，因此要求松土器能实时改变松土齿伸出量。

总之，原有松土器松土齿伸出量的调整给施工人员带来很大不便，只有对松土器进行合理改进，才能扩大它的有效工作范围和灵活性，满足实际需求。

2 松土器的改进和分析

通过需求分析，将原有松土齿的销子连接方式改成调整缸连接的升降方式，如图2所示。在调整缸活塞杆端装一销轴与松土齿顶部连接，横梁上端设计一底座固定调整缸，从而实现松土齿的自由伸缩。为了防止松土齿工作时产生晃动损害调整缸，调整缸选耳轴式液压缸。

图2 改进松土器

通过结构改进，松土齿在调整缸的作用下可以在横梁中任意伸缩，实现松土齿伸出量的实时调整，解决了原推土机松土器存在的问题。

2.1 运动学分析

根据原松土器提升缸、倾斜缸结构尺寸和松土齿调整尺寸，理论分析松土器最大挖掘深度和松土轨迹包络线。松土器提升缸的行程为610 mm，松土器倾斜缸的行程为830 mm，调整缸行程为860 mm。

在ADAMS软件中对改进的松土器模型所有转动关节处设置转动副，对提升缸、倾斜缸和调整缸的缸筒与活塞杆之间设置移动副。

对提升缸、倾斜缸和调整缸设置位移控制参数如下：

(1) 提升缸编辑器设置位移参数为：

step(time,0,0,8,610)-step(time,12,0,16,350)

(2) 倾斜缸编辑器设置位移参数为：

step(time,8,0,12,-830)+step(time,16,0,20,830)

(3) 调整缸编辑器设置位移参数为：

step(time,0,0,3,860)

图3为松土齿齿尖运动轨迹，整个运动过程为：从图3中最高提升位置开始下降，提升缸和调整缸同时输出，调整缸在3 s后伸出到最大860 mm，之后再经过近1 s松土齿齿尖到达A点，进入被松土物内部，直到提升缸行程达到610 mm，松土齿齿尖到达B点，此后倾斜缸输出，经过4 s后活塞杆完全输出至830 mm，松土齿齿尖到达C点，之后提升缸活塞杆返程运行350 mm，松土齿齿尖到达D点，此时松土器完成了一次松土任务，之后倾斜缸完全收回活塞杆，松土齿齿尖又回到A点，整个过程最大松土深度达到了870 mm，这是因为松土齿完全收回时，齿尖还在横梁下方漏出一部分，所以当调整缸在3 s后伸出到最大860 mm，最大松土深度达到了870 mm，横向宽度最大达到655 mm。由于松土器是安装在推土机上工作的，因此最大挖掘松土深度是松土器的一个重要性能参数，横向宽度只是推土机静止时的松土器理论值。