裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2課題學(xué)術(shù)意義及實(shí)用價(jià)值2</p><p>　　1.3 本文的主要任務(wù)3</p>

2、<p>　　1.4 本章小結(jié)3</p><p>　　第二章 裝載機(jī)工作裝置簡介4</p><p>　　2.1裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)4</p><p>　　2.1.1工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置4</p><p>　　2.1.2 TZ08D型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡況及設(shè)計(jì)參數(shù)4</p><p>　　2

3、.2 液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算6</p><p>　　2.2.1液壓缸主要尺寸的計(jì)算6</p><p>　　2.2.2 液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算8</p><p>　　2.3工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)9</p><p>　　2. 4裝載機(jī)工作裝置的基本概念9</p><p>　　2. 5裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求1

4、0</p><p>　　2. 5. 1 裝載機(jī)典型作業(yè)工況及其描述10</p><p>　　2. 5. 2 工作裝置的設(shè)計(jì)要求11</p><p>　　2.6 本章小結(jié)12</p><p>　　第三章 裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立14</p><p>　　3.1 三維實(shí)體幾何模型的建立14</p>

5、<p>　　3.1.1 Pro/e軟件特點(diǎn)15</p><p>　　3.1.2 Pro/e建模方法17</p><p>　　3.2裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建19</p><p>　　3.2.1零件三維模型的建立19</p><p>　　3.2.2標(biāo)準(zhǔn)件的建立19</p><p>　　3.2

6、.3工作裝置裝配模型的建立19</p><p>　　3.3本章小結(jié)20</p><p>　　第四章 工作裝置動臂的強(qiáng)度校核21</p><p>　　4.1 計(jì)算載荷工況21</p><p>　　4.2建立動臂強(qiáng)度分析力學(xué)模型（模型的簡化）22</p><p>　　4.2.1支座的簡化22</p>

7、<p>　　4.2.2載荷的簡化23</p><p>　　4.3動臂的校核23</p><p>　　4.3.1彎矩的計(jì)算23</p><p>　　4.3.2 彎矩圖的繪制25</p><p>　　4.3.3 彎曲應(yīng)力的計(jì)算25</p><p><b>　　4.4 結(jié)論26</b

8、></p><p>　　4.5本章小結(jié)26</p><p><b>　　結(jié)論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　TZ08D型前裝載機(jī)是山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械

9、科學(xué)研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)公司設(shè)計(jì)的第四代小型裝載機(jī)，是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。國外裝載機(jī)發(fā)展迅速，而我國裝載機(jī)在設(shè)計(jì)上存在很多問題，其中主要集中在可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面。</p><p>　　本文以TZ08D型裝載機(jī)為例, 先介紹了TZ08D裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)，利用AUTO

10、CAD2007對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后利用Pro／E軟件進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀進(jìn)而反映出各部件空間位置，有效地反映裝載機(jī)真實(shí)結(jié)構(gòu)，提供直觀形象的實(shí)體圖形，為進(jìn)一步動態(tài)仿真和有限元分析做準(zhǔn)備并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題 。最后利用材料力學(xué)中的梁模型對工作裝置動臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。滿意</p><p>　　關(guān)鍵詞: 裝載機(jī)，Pro/ENGINEER，強(qiáng)度校

11、核</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The TZ08 D Front Wheel loader is the fourth generation small scaled Wheel loader in the Modern Agricultural Equipment Engineering Technique Compan

12、y of Shandong Agricultural Machinery Research Institute. It is one machine extensively used for highway, railroad, construct, water electricity, port, mineral mountain etc and mainly used for a spade to pack soil, freest

13、one, lime, coal...etc. to spread a form material.It can also make a light degree spade to dig homework to the mineral stone, hard soil</p><p>　　With the TZ08 D wheel loader for a example, this text firstly i

14、ntroduce its structure and give preliminary designing with the help of AUTOCAD2007 , then asking for help of Pro/E software to carry on loading machine work device of 3D entity design for really reflecting loading machin

15、e of several the shape then reflects their position of each parts effectively and introduce its instruction to resolve a problem in time. Finally, the text checks for the strength of the boom structure in the loader w<

16、;/p><p>　　Keywords: Wheel loader，Pro/Engineer，check for the strength</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　TZ08D型前裝載機(jī)是山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)

17、研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)公司設(shè)計(jì)的第四代小型裝載機(jī),是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由

18、于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。</p><p>　　過去，工作裝置基本上沿用類比法和作圖試湊法進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作繁瑣、設(shè)計(jì)精度低、周期長，且不易獲得各項(xiàng)性能指標(biāo)都比較滿意的設(shè)計(jì)方案。盡管在長期實(shí)踐中積累有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但由于缺乏現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)時(shí)仍存在較大的盲目性.為了尋求一組滿意的方案，常常需要完成大量的手工作圖工作。這樣，不

19、僅設(shè)計(jì)效率很低，對物理樣機(jī)的依賴性也很大，難于創(chuàng)新。</p><p>　　近幾年來，無論在國內(nèi)還是在國外，裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展，已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。70年代中期以來，國外一些大型裝載機(jī)制造公司己將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析及CAD等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)工作裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)一些單位于80年代初開始了這項(xiàng)研究工作，并初見成效。近20多年來出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來的

20、即優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠行設(shè)計(jì)、有限元分析、動態(tài)設(shè)計(jì)及CAD等于一體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中.早在70年代，裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)在國外便不再是獨(dú)立進(jìn)行，而是與有限元的結(jié)合使用，己使這種理論在實(shí)踐中日趨完善。美國學(xué)者D.L.Bartel和D.C.Swann的前端式裝載機(jī)動臂總成優(yōu)化便是巨大的成功范例。另外.卡特彼勒、日本小松制作所和意大利菲亞特一阿里斯等大型裝載機(jī)制造公司也于70年代中期將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析及CA

21、D現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)及其工作裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。我國在“七五”和“八五”期間，我國一些工程機(jī)械廠從美國和日本等國家引進(jìn)其70年代中、后期的產(chǎn)品進(jìn)行批量生產(chǎn)，以提高我國裝載機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了提高我國裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品市場競爭力，縮小與國外先進(jìn)水平的差距，從80年代開始，國內(nèi)一些高等院校和研究單位廣泛開展了裝載機(jī)工作裝置的理論研究，并作了大量的基礎(chǔ)工作。研究

22、內(nèi)容設(shè)計(jì)諸多方面，如“裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化方法及微機(jī)程序設(shè)計(jì)”、“裝載機(jī)工作裝置搖臂的有限元分析及優(yōu)化” “裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動特性動態(tài)仿真” 、“裝載機(jī)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)”“輪式裝載機(jī)轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)”等等。但國內(nèi)對裝載機(jī)工作裝置的研究目前還僅局限于單一設(shè)計(jì)理論方法的使用，過多偏重于理論上的分析與計(jì)算，即缺乏系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論作為主導(dǎo)，理論研究有為真正應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，絕大多數(shù)工程機(jī)械廠采用傳統(tǒng)的作圖試湊法設(shè)計(jì)工作裝置。因

23、此，開展裝載機(jī)工作裝置現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究，對推廣現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，提高我國裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平與產(chǎn)品質(zhì)量，都具有十分重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證鏟斗在裝載過程中平移或接近平移運(yùn)動。以使物料在提升的過程中，不致由于鏟斗的傾斜而掉落。過去在解決這類問題時(shí)，常采用作圖的方法加以解決。在當(dāng)前市場競爭日益激烈，用戶要求在不斷變化的情況下。設(shè)計(jì)者能迅速設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的新工作裝

24、置。為了克服上述設(shè)計(jì)方法存在的不足，本文主要對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行實(shí)體建模，為設(shè)計(jì)出的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動仿真、有限元分析做準(zhǔn)備，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性及正確性，這樣在很大程度上可縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)水平。它不但可精確合理地使各零部件的設(shè)計(jì)選用成為可能，而且還可使產(chǎn)品的制造降低，性能提高。</p><p>　　1.2課題學(xué)術(shù)意義及實(shí)用價(jià)值</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用先進(jìn)的CA

25、D／CAE工具對機(jī)械系統(tǒng)開展研究已成為一種趨勢。Pro/ENGINEER(Pro／E)是集CAD／CAM/CAE于一體的大型設(shè)計(jì)軟件計(jì)，其中CAE常用的模塊有Mechanism Design eXtension(MDX)ProMECHANICA(Pro／M)。比起十分專業(yè)的分析軟件，Pro／E無法匹敵，但Pro／E卻是今天使用率最高的三維CAD軟件。比起準(zhǔn)確率99％的分析，順手就能完成的趨勢評估，更貼近絕大多數(shù)的使用者。</p&g

26、t;<p>　　裝載機(jī)工作裝置是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。借助Pro／E軟件進(jìn)行裝載機(jī)工做裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，不僅可以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀．還可以反映出各部件空間位置，有效檢測工作裝置的各部件是否發(fā)生干涉，并及時(shí)解決問題。 此外，它還能夠?qū)﹃P(guān)鍵部件（動臂）進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，省去了制造樣機(jī)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本 。</p><p>　　本課

27、題以TZ08D裝載機(jī)為實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用PRO/E軟件建立裝載機(jī)工作裝置力學(xué)模型。由于裝載機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，外界載荷的作用復(fù)雜，加上人—車—環(huán)境的相互作用，給工作裝置的分析研究帶來了很大困難。所以本課題也是在建立一個(gè)合理的裝載機(jī)分析模型方面的一個(gè)探索。在此模型的基礎(chǔ)上利用PRO/MECHNICA軟件的分析功能，以增強(qiáng)工作裝置的強(qiáng)度為目標(biāo)，對工作裝置的動臂進(jìn)行分析優(yōu)化，最終得出一個(gè)合理的方案。</p>&l

28、t;p>　　1.3 本文的主要任務(wù)</p><p>　　本論文希望通過Pro/ENGINEER軟件對TZ08D型裝載機(jī)進(jìn)行簡單設(shè)計(jì)和三維建模分析。具體任務(wù)如下：</p><p>　　(1)TZ08D型裝載機(jī)工作裝置的液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　(2)TZ08D型裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模。</p><p><b>　　

29、1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先提出了課題的來源，并就課題意義及實(shí)用價(jià)值做出了說明。然后簡單介紹了裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模的一般方法，提出了本文研究的內(nèi)容以及需要研究和解決的關(guān)鍵問題。</p><p>　　第二章 裝載機(jī)工作裝置簡介</p><p>　　2.1裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)</p><p>　　

30、2.1.1工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置</p><p>　　工作裝置是裝載機(jī)的重要組成部分。裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升以及卸料都是通過工作裝置的有關(guān)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。在一般情況下，裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動臂、動臂后座、叉子掛接框以及轉(zhuǎn)斗油缸和動臂油缸等組成。鏟斗是裝載物料的容器，具有兩個(gè)鉸點(diǎn)，一個(gè)與動臂鉸接，另一個(gè)通過叉子掛接框而與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操縱轉(zhuǎn)斗油缸即可使鏟斗翻轉(zhuǎn)或卸料。動臂與車架鉸接，操縱動臂油缸即可舉升或降落動

31、臂和鏟斗。</p><p>　　2.1.2 TZ08D型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡況及設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　按行走裝置的不同，裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝載機(jī)由動力裝置、車架、行走裝置、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作</p><p>　　圖2-1 TZ08D裝載機(jī)工作裝置實(shí)體圖</p><p>　　裝置等組成。

32、輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動力裝置，液力變矩、動力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動等組成的液力機(jī)械式傳動系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動或機(jī)械傳動），液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。</p><p>　　如圖2-1所示，工作裝置由鏟斗、叉子掛接框、動臂、橫梁、支撐桿、拉桿、動臂后座等組成。各構(gòu)件之間由銷軸聯(lián)接，有相對轉(zhuǎn)動。在計(jì)算時(shí)，可以將其視為一體。在用PRO/E對其做有限元靜力分析中，認(rèn)為工作裝置各鉸接

33、處沒有相對轉(zhuǎn)動。動臂是工作裝置的主要受力部件，其截面形狀為矩形；又因其長、寬方向遠(yuǎn)大于厚度方向，故可以用板殼元對動臂進(jìn)行離散。橫梁也為矩形管。東北后座和叉子掛接框是焊接結(jié)構(gòu)，其焊接板的截面均為矩形。考慮各構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的厚度，可以認(rèn)為均為板類零件.</p><p>　　圖2-2 TZ08D型裝載機(jī)外形圖</p><p>　　操作重量：17.5t</p><

34、;p>　　額定功率：158Kw</p><p><b>　　額定載荷：5t</b></p><p>　　TZ08D型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)由廠方提供，具體見表2-1所示。</p><p>　　表2-1 TZ08D型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　2.2 液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>

35、　　(1)根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇液壓缸的類型，這里選擇雙作用單活塞桿液壓缸。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇安裝方式，這里選擇頭部耳環(huán)型安裝方式；</p><p>　　(2)根據(jù)主機(jī)的動力分析和運(yùn)動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時(shí)間、內(nèi)徑、行程及活塞缸直徑等；</p><p>　　(3)根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

36、。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等；</p><p>　　(4)液壓缸性能的驗(yàn)算。</p><p>　　2.2.1液壓缸主要尺寸的計(jì)算</p><p>　　液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內(nèi)徑，活塞缸直徑和液壓缸的行程等液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算工程上，計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑通常有兩種方法：</p><p>　　根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力

37、來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑</p><p>　　計(jì)算公式可由式導(dǎo)出：</p><p>　　AL=3.57x10-2x 公式（2-1）</p><p>　　式中AL——液壓缸內(nèi)徑 m</p><p>　　F——液壓缸推力 KN</p><p>　　P——選定的工作壓力 M

38、pa</p><p>　　對動臂進(jìn)行受力分析得 F=49850 N</p><p><b>　　P=16 Mpa</b></p><p>　　由公式（2-1）得AL=3.57x10-2x =63 mm</p><p><b>　　方法二略</b></p><p><b&

39、gt;　　活塞桿直徑的計(jì)算</b></p><p>　　活塞桿直徑的計(jì)算通常也有兩種方法;</p><p>　　根據(jù)速度比要求來計(jì)算活塞桿直徑</p><p>　　MM=AL 公式（2-2）</p><p>　　式中MM——活塞桿直徑</p><p>

40、;<b>　　AL——液壓缸直徑</b></p><p><b>　　——速度比</b></p><p>　　= 公式（2-3）</p><p>　　式中V2——活塞桿的縮入速度</p><p>　　V1——活塞桿的伸出速度</p><

41、;p>　　液壓缸的往復(fù)運(yùn)動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.5幾種，這里選擇=1.46所以有公式（2-2）計(jì)算得到MM=35 mm</p><p><b>　　液壓缸行程的確定</b></p><p>　　液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求而定，但為了簡化工藝和降低成本應(yīng)盡量采用GB2349-80中給出的標(biāo)準(zhǔn)系列值。</p><

42、;p>　　這里動臂油缸行程選擇610 mm</p><p>　　翻斗油缸行程選擇210 </p><p>　　2.2.2 液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　F1=P1A1x103 公式（2-4）</p><p>　　式中F1——液壓推力 KN</p

43、><p>　　P1——工作壓力 Mpa</p><p><b>　　A1——活塞的面積</b></p><p>　　A1= 公式（2-5）</p><p><b>　　式中——活塞的直徑</b></p><p

44、>　　由公式（2-4）計(jì)算得到</p><p>　　F1=4.99x104 N</p><p>　　F2=P2A2x103 公式（2-6）</p><p>　　式中F2——液壓缸拉力 KN</p><p>　　P2——工作壓力 Mpa</p>&

45、lt;p>　　A2——活塞有腔作用的面積</p><p>　　A2=） 公式（2-7）</p><p>　　式中——活塞的直徑 </p><p><b>　　MM——活塞桿直徑</b></p><p>　　由公式（2-7）計(jì)算得到 A2=2154<

46、;/p><p>　　由公式（2-6）計(jì)算得到 F2=3.45x104</p><p>　　由以上分析計(jì)算選擇翻斗油缸 HSGL01-63/35</p><p>　　動臂油缸 HSGL01-63/35</p><p>　　2.3工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)</p><p>　　由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工

47、作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4, 6, 8, 10等等。對裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目亦隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動臂上進(jìn)行布置。因此，裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu);按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的

48、轉(zhuǎn)向相同，反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。由于TZ08D裝載機(jī)使用的是正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)，所以這里只介紹正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單，易設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動，前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，輸出力小，連桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所有鏟掘力相對較小，轉(zhuǎn)斗缸行程大，油缸結(jié)構(gòu)較長，鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易于鏟斗底部相碰，減小了卸料角:機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動平放。</p>&l

49、t;p>　　2.4裝載機(jī)工作裝置的基本概念</p><p><b>　　(1)掘起力</b></p><p>　　掘起力是指具有標(biāo)準(zhǔn)適用重量的裝載機(jī)停放在堅(jiān)硬的水平面上，鏟斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下偏差不超過25cm的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)斗或升臂時(shí)，后輪不準(zhǔn)離地或即將離地。這時(shí)工作裝置所產(chǎn)生的作用在鏟斗斗刃后10cm處的最大垂直向上的力。</p>

50、<p><b>　　(2)傳力比</b></p><p>　　裝載機(jī)工作裝置的傳力比分為連桿機(jī)構(gòu)的傳力比和舉升機(jī)構(gòu)的傳力比兩大類。連桿機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位轉(zhuǎn)斗缸力所獲得的鏟斗掘起力;舉升機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位動臂舉升缸力所獲得的鏟斗掘起力。顯然，傳力比越大，工作裝置的鏟掘性能越好。</p><p><b>　　(3)鏟斗自動放平</b>&

51、lt;/p><p>　　鏟斗自動放平是指鏟斗在某一常用位置(通常是動臂上限位置)卸料后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖不做收斗行程，當(dāng)動臂舉升缸下放動臂至地面位置時(shí)，由連桿機(jī)構(gòu)自身運(yùn)動實(shí)現(xiàn)自動放平，鏟斗進(jìn)入下次插入狀態(tài)。鏟斗自動放平并不是絕對的，它只能保證機(jī)構(gòu)在某一個(gè)位置卸料后實(shí)現(xiàn)鏟斗自動放平，其他位置則無此特性。要保證機(jī)構(gòu)的每個(gè)位置卸料后均能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動放平，必須增設(shè)自動放平裝置。這里所指的鏟斗自動放平是利用工作裝置機(jī)構(gòu)本身特性實(shí)現(xiàn)

52、常用卸料位置的放平。</p><p><b>　　(4)鏟斗靠擋塊</b></p><p>　　通常可以發(fā)現(xiàn)，有的裝載機(jī)在運(yùn)輸物料過程中，鏟斗會繞動臂下鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動，即發(fā)生“點(diǎn)頭”現(xiàn)象。尤其是當(dāng)車體碰到障礙物或緊急制動時(shí)，“點(diǎn)頭”現(xiàn)象更加顯著，嚴(yán)重時(shí)會破壞連桿、油缸等一些薄弱桿件。因此，必須提出解決辦法，要消除鏟斗在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，必須保證鏟斗緊靠動臂。這

53、就是所謂的鏟斗靠擋塊，他通常是通過鏟斗與動臂的強(qiáng)制干涉來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　2.5裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　2.5.1 裝載機(jī)典型作業(yè)工況及其描述</p><p>　　工作裝置的作業(yè)過程通常由以下5種典型工況組成，如圖2-3</p><p>　　(1)地面插入工況I 動臂下放至下限位置，鏟斗插入地面，斗尖觸地，

54、開動裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。此時(shí)，UG=UG4, U=Ui=-5°～0°(通常取其上限值)。</p><p>　　(2)下限收斗工況II 完成工況I以后，轉(zhuǎn)動鏟斗，鏟取物料，操作轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)收斗作業(yè)過程。UG=UG4, U=U2=40°～45°(一般由用戶確定)。</p><p>　　(3)重載運(yùn)輸工況III 轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，舉升動臂，將工況

55、II的鏟斗升高到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置(以斗底離地的高度小于最小允許距離為準(zhǔn))，然后驅(qū)動裝載機(jī)，載重駛向卸料點(diǎn)。UG=UG7, U=U運(yùn)輸。</p><p>　　(4)上限舉升工況IV 保持轉(zhuǎn)斗缸長度不便，操作舉升缸，將動臂升至上限位置。此時(shí)，UG=UG6, U=U上收。</p><p>　　圖2-3 裝載機(jī)工作裝置典型作業(yè)工況</p><p>　　I-地面插入工況 I

56、I-下限收斗工況 III-重載運(yùn)輸工況 </p><p>　　IV-上限舉升工況 5-上限卸料工況</p><p>　　(5)上限卸料工況V 在上限收斗工況IV下，操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉卸料。UG=UG6, U=U3=-45°。</p><p>　　卸載結(jié)束后，操作舉升缸下放動臂，實(shí)現(xiàn)鏟斗自動放平，再次進(jìn)入地面插入工況，并進(jìn)

57、行下一循環(huán)作業(yè)過程。</p><p>　　2.5.2工作裝置的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　各類裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)都應(yīng)滿足如下基本要求:</p><p><b>　　(1)生產(chǎn)率高;</b></p><p>　　(2)插入和鏟取能力大、能耗小；</p><p>　　(3)結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條

58、件需要；</p><p>　　(4)零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理；</p><p>　　(5)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造、維修容易，操作、使用方便；</p><p>　　輪式裝載機(jī)除滿足上述5條基本要求外，還應(yīng)由下列特點(diǎn)和要求：</p><p>　　(1)由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿系數(shù)小。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)

59、和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿、卸凈，運(yùn)輸平穩(wěn)。</p><p>　　(2)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生較大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力狀態(tài)良好。</p><p>　　(3)鏟斗由工況II被舉升到上限卸料位置的過程中，為避免物料散落，要求鏟斗作“平移運(yùn)動”。絕對要求鏟斗舉升過程中的平動是很困難的，它將給設(shè)計(jì)工作帶來諸多麻煩，并將急劇降低工作裝置的其他性能。從不易撒落這一目的出發(fā)，要求絕對

60、平動并無必要，只要把鏟斗舉升時(shí)的傾角變化量限制在某一許可范圍之內(nèi)即可。</p><p>　　(4)保證必要的卸料角、卸料高度和卸料距離。要求鏟斗在工況II至上限位置之間都能干凈地卸料。為此，鏟斗瞬時(shí)地卸料角均須大于或等于45°。鏟斗在上限位置卸料時(shí)，最大卸載高度和最小卸載距離，必須與配套的載貨汽車車廂尺寸相適應(yīng)。</p><p>　　(5)鏟斗自動放平。他對定點(diǎn)高度卸料很有意義，

61、因?yàn)槠嚲驮谘b載機(jī)近旁，若卸料后，下放動臂的同時(shí)，裝載機(jī)駛向裝載點(diǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)裝載點(diǎn)時(shí)，鏟斗正好呈開始插入狀態(tài)，即可開始新的裝、運(yùn)、卸工作循環(huán)。如此，能省去兩次操作。既能提高裝載工作效率，又可減輕司機(jī)的勞動強(qiáng)度。</p><p>　　(6)裝載機(jī)工作裝置屬于連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)要個(gè)別注意防止各個(gè)工況出現(xiàn)構(gòu)件相互干涉、“死點(diǎn)”、“自鎖”或“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象。</p><p>　　(7)應(yīng)盡量減小工作

62、裝置的前懸、長度和高度，以提高裝載機(jī)的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野。</p><p>　　裝載機(jī)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)必須保證上述設(shè)計(jì)要求，即使?fàn)奚繕?biāo)函數(shù)無法達(dá)到的最優(yōu)狀態(tài)，也不能破壞設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，然后介紹了TZ08D裝載機(jī)工作裝置的幾個(gè)基本概念，最

63、后介紹了裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　第三章 裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立</p><p>　　目前應(yīng)用較為普遍的Pro /Engineer軟件，是集CAD／CAE于一體的大型設(shè)計(jì)軟件，其中用于仿真和分析的模塊是Mechanism Design extension(MDE)。Pro /Engineer可以用來建立實(shí)體幾何模型，對所建模型進(jìn)行仿真和分析，通過模擬真實(shí)環(huán)境的工

64、作狀況對其進(jìn)行分析判斷和干涉檢查，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和潛在的失敗可能，提前進(jìn)行改善和修正。從而減少后期修改而付出的昂貴代價(jià)，縮短設(shè)計(jì)周期。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，其設(shè)計(jì)好壞直接影響整機(jī)的工作性能。本章以TZ08D型裝載機(jī)為例，在Pro／Engineer軟件環(huán)境下，對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維實(shí)體建模為進(jìn)一步的干涉檢查、運(yùn)動仿真與分析做準(zhǔn)備， 以期實(shí)現(xiàn)在Pro /Engineer軟件環(huán)境下的裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。&l

65、t;/p><p>　　3.1 三維實(shí)體幾何模型的建立</p><p>　　傳統(tǒng)的2D繪圖給整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造帶來很大麻煩，而3D繪圖給人直觀、形象的感覺。美國90年代初致力于使用權(quán)新的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)技術(shù)如實(shí)體模型Solid Modeling、快速成型機(jī)，以及工程分析系統(tǒng)等，其成效是有目共睹的，但這些生產(chǎn)技術(shù)都離不開以造型技術(shù)為基礎(chǔ)。過去，我們國家各個(gè)地區(qū)都以平面、線框、曲面造型為手段，但為了要適應(yīng)

66、國際市場的大趨勢，實(shí)體模型技術(shù)必會逐漸為用戶所認(rèn)識和使用。</p><p>　　以輸入方式分類，目前三維建模的方法有兩種:三維數(shù)字化儀輸入和手工輸入。單位數(shù)字化儀價(jià)格昂貴，客觀條件也不允許。</p><p>　　三維實(shí)體建模，與二維圖形相比，其優(yōu)勢主要在于：</p><p>　　(1)三維CAD可視化程度高、形象直觀、設(shè)計(jì)效率高，能為企業(yè)數(shù)字化提供完整的設(shè)計(jì)、工藝和

67、制造信息；</p><p>　　(2)三維CAD可以更加準(zhǔn)確地表達(dá)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)意圖，使設(shè)計(jì)過程更加符合設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維方式，從而使技術(shù)人員更加專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示；</p><p>　　(3)三維CAD系統(tǒng)具有高級曲面造型工具，能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀；</p><p>　　(4)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)，進(jìn)行千涉檢查、運(yùn)動仿真；</p>

68、<p>　　(5)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和各種物理特性計(jì)算；</p><p>　　(6)產(chǎn)品的三維模型可以通過投影自動生成二維工程圖，各視圖之間完全相關(guān)，當(dāng)三維模型修改時(shí)，二維工程圖可以自動完成更新；同時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)果也可以為后續(xù)設(shè)計(jì)模塊，如工程分析、數(shù)控加工等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。</p><p>　　3.1.1 Pro/Engineer軟件特點(diǎn)</

69、p><p>　　Pro /Engineer是美國參數(shù)技術(shù)公司1988首家推出的使用參數(shù)化特征造型技術(shù)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，具有造型設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、二維工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動仿真、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、數(shù)據(jù)庫管理等功能。近年來，在我國大型工廠、科研單位和部分大學(xué)得到了較為普遍的應(yīng)用，深受三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究人員的喜愛。</p><p>　　Pro /

70、Engineer是一個(gè)全方位的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)軟件，它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動測量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、電路布線、裝配管路設(shè)計(jì)等功能模塊和專有模塊于一體，可以實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)(Design For Manufacturing，DFM)、面向裝配的設(shè)計(jì)(Design For Assembly，DFA)、逆向設(shè)計(jì)(Inverse Design，ID)、并行工程(Concur

71、rent Engineering，CE)等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和模式。</p><p>　　Pro /Engineer參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性包括：</p><p>　　(1)三維實(shí)體模型 </p><p>　　三維實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)理念以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)以外，還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、質(zhì)量和慣性矩等，以便了解產(chǎn)品的真實(shí)情況，可以減少對以上參

72、數(shù)的人為計(jì)算時(shí)間。</p><p>　　(2)單一數(shù)據(jù)庫 </p><p>　　Pro /Engineer是建立在單一數(shù)據(jù)庫上的，即工程的資料全部來自一個(gè)庫，使多個(gè)獨(dú)立用戶可以同時(shí)處理同一個(gè)產(chǎn)品的造型。并可隨時(shí)由三維實(shí)體模型產(chǎn)生二維工程圖，而且自動標(biāo)注工程圖的尺寸。在三維實(shí)體模型或二維圖形上作尺寸修正時(shí)，其相關(guān)的二維圖形或三維實(shí)體模型均自動修改，同時(shí)裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會自動修改，這樣

73、可確保數(shù)據(jù)的正確性，避免了耗時(shí)的反復(fù)修改。</p><p>　　(3)以特征作為設(shè)計(jì)的單元 </p><p>　　Pro /Engineer以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作，如凸起(Protrusion)、切削(Cut)、鉆孔(Hole)、開槽(Slot)、圓角(Round)、斜角(Chamfer)、圓軸(Shaft)、軸頸(Neck)、凸緣(Flange)、薄殼(Shell)、加強(qiáng)肋(R

74、ib)及管件(Pipe)等均視為基本特征。也正因?yàn)橐蕴卣髯鳛樵O(shè)計(jì)的單元，因此可隨時(shí)對特征做出合理、不違反幾何關(guān)系的修改操作，如重新定義(Redefine)、重新排序(Reorder)、重新參考(Reroute)、插入模式(Insert Mode)、替換模式(Change Mode)和刪除(Delete)等。</p><p>　　(4)參數(shù)式設(shè)計(jì) </p><p>　　配合單一數(shù)據(jù)庫，所有

75、的設(shè)計(jì)過程中使用的尺寸(參數(shù))都存儲在數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計(jì)者只要更改三維零件(Part)的尺寸，則二維工程圖(Drawing)、三維裝配圖(Assembly)、模具(Mold)等立即依照尺寸的更改做幾何形狀的變化，這樣可以保證設(shè)計(jì)修改工作的一致性。正因?yàn)橛脜?shù)式的設(shè)計(jì)，用戶可以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，創(chuàng)建各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式，自動計(jì)算出模型應(yīng)有的外形，減少了逐一修改尺寸的時(shí)間，并可避免錯(cuò)誤的發(fā)生。</p><p>　　

76、Pro /Engineer 野火版具有多項(xiàng)新特征和附加功能，使用起來更加直觀。它增加了自由形式曲面處理等新技術(shù)，強(qiáng)化了建模和模型檢測等原有的模塊。PTC公司同時(shí)提供了新的裝配功能、數(shù)據(jù)管理功能、仿真功能，并擴(kuò)展了Pro/ENGINEER的使用范圍。</p><p>　?。?） 直接建模：讓用戶在最小限度的界面交互和較少使用鼠標(biāo)的情況下，交互地建立和修改特征。</p><p>　?。?）靈活

77、的草繪和骨架：柔性特征可以很容易地對復(fù)雜的幾何體進(jìn)行有效更改。</p><p>　?。?） 過程變形：能夠?qū)ψ冃芜M(jìn)行詳盡的更改，而不需要修改原設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）自由形式曲面處理：使用方便的工具欄和鼠標(biāo)，自由設(shè)計(jì)美學(xué)曲面和曲線。</p><p>　?。?） 行為建模：行為建模(BMX)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)過程自動化的流行工具。</p><p

78、>　?。?）小組數(shù)據(jù)管理：具有安全多點(diǎn)協(xié)作功能，便于本地?cái)?shù)據(jù)管理。</p><p>　?。?）系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)：用于制作電路圖，以及過程和測量示意圖。</p><p>　?。?）全相關(guān)二維制圖：新的智能化約束捕捉功能加快了制圖實(shí)體的創(chuàng)建。</p><p>　?。?） 制造：高速加工的改進(jìn)功能。</p><p>　?。?0） 仿真：Pro/M

79、ECHANICA是一個(gè)分析工具，可單獨(dú)使用。</p><p>　　（11） 模型檢查：Model CHECK 使CAD檢查過程自動化。</p><p>　?。?2） 造船：具有船體整體布局和細(xì)分的船體概念設(shè)計(jì)功能，具有建立詳盡的船舶結(jié)構(gòu)化框架的鋼結(jié)構(gòu)生成功能。</p><p>　　Pro /Engineer (Pro/E)是集CAD/CAM/CAE于一體的大型設(shè)計(jì)軟

80、件，其中CAE常用的模塊有Mechanism Design extension(MDX)和Pro/MECHANICA(Pro/M)。</p><p>　　Pro/MECHNICA的三種工作模式：</p><p>　?。?）FEM(Finite Element Modeling)模式</p><p>　　FEM模式?jīng)]有求解器，能夠完成對模型的網(wǎng)格劃分、邊界約束、理想化

81、等前置處理，隨后需要使用第三方軟件進(jìn)行求解，如NASTRAN、ANSYS等</p><p><b>　　（2）集成模式</b></p><p>　　集成模式運(yùn)行于Pro /Engineer平臺之上，操作及界面與Pro /Engineer相同，能夠直接使用Pro /Engineer的參數(shù)進(jìn)行分析及優(yōu)化。</p><p><b>　　（3

82、）獨(dú)立模式</b></p><p>　　獨(dú)立模式不需要Pro /Engineer平臺的支持，能夠獨(dú)立運(yùn)行，可導(dǎo)入第三方軟件的模型，功能要比集成模式稍強(qiáng)，但與Pro /Engineer的集成性不佳，其操作及界面更接近UNIX環(huán)境，較不容易掌握。</p><p>　　3.1.2 Pro /Engineer建模方法</p><p>　　一般來說，裝載機(jī)工作裝置

83、的建模方法要根據(jù)圖形的形狀來選定，選擇原則是繪制圖形盡量簡化，最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。建模工作主要是利用Pro／Engineer中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本操作，建立工作裝置三維實(shí)體模型。其中建模難點(diǎn)在于輔助平面和輔助點(diǎn)的建立，只有建立好輔助平面和輔助點(diǎn)，才能保證零件模型的精確性。由于裝載機(jī)工作裝置一般是對稱分布的，所以建模過程中要利用好鏡像的建模方法。</p><p>　　本文所使用的Pro /

84、Engineer（3.0）野火版，其零件的三維建模方法主要是基于實(shí)體特征的建模方法。從技術(shù)基礎(chǔ)上看，有參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)兩種。產(chǎn)品的建模方法基于裝配建模。</p><p>　　實(shí)體建模方法（Solid Modeling）</p><p>　　實(shí)體造型技術(shù)能夠精確地表達(dá)零件的全部屬性，可以表達(dá)和處理模型的質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動慣量等物理特性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM各應(yīng)用模塊的

85、模型表達(dá)，使CAD/CAE/CAM的一體化成為可能。</p><p>　　實(shí)體造型技術(shù)是用點(diǎn)、曲線和曲面來創(chuàng)建模型，不同的實(shí)體之間沒有相關(guān)性。</p><p>　　（2）參數(shù)化建模方法（Parametric Modeling）</p><p>　　參數(shù)化建模方法是基于特性的實(shí)體建模方法，下面列出其主要優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　基于特性：零件

86、模型是由具有一定幾何形狀的特性所組成，通過不同特征在一定位置約束下的不同組合而得到模型。特征可以是添加材料（如塊、凸臺），也可以是切除材料的(如孔、槽)。</p><p>　　全尺寸約束：用尺寸參數(shù)來約束特征及其他幾何對象的形狀，通過尺寸約束來控制和修改幾何形狀，所有這些尺寸參數(shù)都可調(diào)的變量參數(shù)。</p><p>　　尺寸驅(qū)動：當(dāng)需要修改幾何對象的形狀時(shí)，只要編輯與該形狀相關(guān)的尺寸參數(shù)即可

87、。這種技術(shù)是現(xiàn)CAD系統(tǒng)的基本功能之一。</p><p>　?。?）Pro /Engineer的復(fù)合建模方法（Hybrid Modeling）</p><p>　　Pro /Engineer的復(fù)合建模方法也是基于特征的實(shí)體建模方法，是在參數(shù)化建模方法的基礎(chǔ)上采用了一種所謂“變量化技術(shù)”的實(shí)體建模方法。</p><p>　　全數(shù)據(jù)相關(guān)：模型的形狀與其約束各幾何對象的尺

88、寸完全相關(guān)。幾何實(shí)體之間也是相關(guān)的，幾何對象相應(yīng)的尺寸參數(shù)的修改將使同一模型在不同應(yīng)用模塊中的相關(guān)尺寸自動更新，不需要人工干預(yù)，對參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。他保留了參數(shù)化技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)增加了一些新的功能，是設(shè)計(jì)建模過程更加靈活，可提高設(shè)計(jì)效率。</p><p>　　在變量化技術(shù)中，將參數(shù)化技術(shù)中的單一的尺寸參數(shù)分為“形狀約束”和“尺寸約束”，形狀約束通過幾何對象之間的幾何位置關(guān)系來確定。</p>

89、;<p>　　3.2裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建</p><p>　　3.2.1零件三維模型的建立</p><p>　　裝載機(jī)工作裝置沒有涉及到特別復(fù)雜的曲面、曲線，基本上零件的建模方法：先建立二維草圖，然后進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作得到零件實(shí)體特征</p><p>　　3.2.2標(biāo)準(zhǔn)件的建立</p><p>　　下載標(biāo)準(zhǔn)件的零件

90、庫，然后導(dǎo)入Pro /Engineer中，具體使用方法是先打開零件庫，找到所需要的零件然后保存到其他零件所在的文件即可。</p><p>　　3.2.3工作裝置裝配模型的建立</p><p>　　在Pro /Engineer軟件中首先以動臂處于最低位置、鏟斗斗底與地面成5度傾角的計(jì)算位置對工作裝置進(jìn)行裝配。裝配的時(shí)候不僅要保證零件的位置，還要定義運(yùn)動副，即各構(gòu)件之間組成的可動聯(lián)接。如動臂與

91、后座、動臂油缸與動臂、動臂與鏟斗、翻斗油缸與叉子掛接框的銷釘(Pin)聯(lián)接，油缸內(nèi)桿與缸筒的滑塊(Slider)聯(lián)接等。裝配零件時(shí)，可能發(fā)生位置偏差、不準(zhǔn)確或是無法裝配的情況，搭配使用平移(Translate)、旋轉(zhuǎn)(Rotate)、調(diào)整(Adjust)等功能，會得到較佳的效果。以此創(chuàng)建的裝載機(jī)的裝配模型。</p><p>　　組裝時(shí)第一個(gè)零件的選擇是相當(dāng)重要的，必須參考零件的特征。在組裝工作裝置的時(shí)候應(yīng)先選擇動

92、臂，然后其余所有的零件或者組件最后都將被組裝在主要構(gòu)件上。因此，第一個(gè)主結(jié)構(gòu)件成為第一個(gè)零件是理所當(dāng)然的。</p><p><b>　　具體裝配過程如下：</b></p><p><b>　?。?）調(diào)入元件</b></p><p>　　步驟1：在組件模型文件的工作環(huán)境中，單擊插入元件按鈕，彈出“打開”對話框。</p&

93、gt;<p>　　步驟2：在打開對話框的查找范圍下拉列表中，選擇需要組裝到當(dāng)前組模型的動臂前梁，系統(tǒng)顯示該零件和放置選項(xiàng)對話框。</p><p><b>　　（2）設(shè)置裝配約束</b></p><p>　　在放置對話框中，選中默認(rèn)放置。接著調(diào)入動臂后梁，利用匹配對齊約束方式對其進(jìn)行剛性連接，最后分別調(diào)入叉子掛接框、動臂后座、鏟斗等組件完成工作裝置的裝配。

94、</p><p>　　最后裝配結(jié)果見圖3-1</p><p>　　圖3-1 TZ08D裝載機(jī)工作裝置裝配結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了文中采用的軟件Pro/E(Pro /Engineer),然后建立了三維幾何實(shí)體模型，最后介紹了裝載機(jī)工作裝置三維裝配模型的

95、創(chuàng)建。</p><p>　　第四章 工作裝置動臂的強(qiáng)度校核</p><p>　　裝載機(jī)是一種用途較廣的施工機(jī)械。廣泛應(yīng)用于建筑公路礦山及國防工程中，對加快工程速度、保證工程質(zhì)量、降低工程成本具有重要作用。因此，近幾年來，裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展，已成為了工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。而工作裝置是完成鏟、裝、運(yùn)、卸等作業(yè)并帶有液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu)。工作裝置設(shè)計(jì)水平的高低直接影響裝載機(jī)作業(yè)性

96、能的好壞，進(jìn)而影響整機(jī)工作效率。裝載機(jī)提升能力是衡量整機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)。提升能力不足是指裝載機(jī)不能將額定的載荷舉升到額定高度。提升能力不足將影響整機(jī)性能的發(fā)揮，降低工作效率，因此必須加以改進(jìn)。另外，為了特殊的用途，在原有提升能力基礎(chǔ)上增加提升能力，同樣可采用本文所述的方法。提升能力的判斷就是本章所要講的強(qiáng)度校核計(jì)算。</p><p>　　本章以TZ08D裝載機(jī)工作裝置動臂為例，采用材料力學(xué)中的梁模型對動臂結(jié)構(gòu)

97、精確求解動臂的應(yīng)力，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，減少材料用量，降低產(chǎn)品成本。</p><p>　　4.1 計(jì)算載荷工況</p><p>　　當(dāng)裝載機(jī)處于鏟斗掘起偏載工況時(shí)，鏟斗插入料堆，翻斗油缸工作，動臂油缸閉鎖。偏載為集中載荷，作用于距斗刃尖和鏟斗內(nèi)側(cè)壁各100mm 處。</p><p>　　根據(jù)整機(jī)縱向穩(wěn)定性條件作用于鏟斗上最大的垂直載荷</p><

98、;p>　　N=GL1/L=105 KN</p><p>　　式中: G——裝載機(jī)操作重量</p><p>　　L1——整機(jī)重心離前橋中心水平距離</p><p>　　L——載荷N 離前橋中心水平距離</p><p>　　以工作裝置為分析對象,分別取鏟斗、叉子掛接框?yàn)楦綦x體得翻斗油缸的作用力為</p><p>　　

99、P= NL3L5L2 L4=251.1 kN </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　L2——搖臂中鉸孔中心線到轉(zhuǎn)斗缸中心線垂直距離</p><p>　　L3——搖臂中鉸孔中心線到拉桿中心線垂直距離</p><p>　　L4—— 鏟斗下鉸孔中心線到拉桿中心線垂直距離</p><

100、;p>　　L5—— 載荷N 到鏟斗下鉸孔中心線垂直距離</p><p>　　由前面公式（2-4）（2-5）計(jì)算可得到</p><p>　　F1=4.99x104 N</p><p>　　F2=3.45x104 N</p><p>　　4.2建立動臂強(qiáng)度分析力學(xué)模型（模型的簡化）</p><p>　　圖4-1 T

101、Z08D裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.2.1支座的簡化</p><p>　　在圖4-1中，工作裝置動臂前面與叉子掛接框連接，使活動端，后面與動臂后座連接，是固定端，所以把這端利用固定鉸支座簡化表示，而另一端是活動端。最后得到懸臂梁模型。</p><p>　　4.2.2載荷的簡化</p><p>　　在裝載機(jī)工作的時(shí)候，一般工作

102、載荷為均勻載荷，為了方便計(jì)算可以將它簡化為集中力，作用在鏟斗中部。</p><p>　　經(jīng)過以上簡化得到工作裝置動臂的計(jì)算簡圖，如圖4-2所示</p><p>　　圖4-2 工作裝置動臂的計(jì)算簡圖</p><p>　　G——動臂結(jié)構(gòu)重力 N——外部載荷 </p><p>　　F——動臂油缸對動臂所加的力</p><p&

103、gt;<b>　　4.3動臂的校核</b></p><p>　　4.3.1彎矩的計(jì)算</p><p>　　分析裝載機(jī)工作的幾個(gè)工況可以看出，動臂在舉升工況的時(shí)候受力最大，容易造成破壞，所以滿足了這一個(gè)工況，其他的工況也就會滿足強(qiáng)度要求了。下面就只校核工作裝置動臂在舉升工況下的強(qiáng)度。</p><p>　　如圖4-3所示動臂仍然受三個(gè)力分別是載荷的

104、壓力，動臂油缸的推力，還有自身的重力，以及支座的作用力（圖中未標(biāo)出）</p><p>　　圖4-3 舉升工況下工作裝置動臂的計(jì)算簡圖</p><p>　　在計(jì)算內(nèi)力的時(shí)候，一般應(yīng)先求出支座的反力。在現(xiàn)在的情況下，由于動臂的右端是自由端，無需確定支反力，就可以直接計(jì)算彎矩。在后梁AC范圍內(nèi)，把坐標(biāo)原點(diǎn)取在A點(diǎn)，并用截面1-1以右的外力來計(jì)算彎矩，得到</p><p>

105、　　M1=N=5=5Nm</p><p>　　取B-3這一段為研究對象，在3-3截面左側(cè)受力分析得到</p><p>　　M2= N+GX2=5+17.50.3104=10.25104 Nm</p><p>　　取A-B段為研究對象，在2-2截面右側(cè)受力分析得到</p><p>　　M3= N+GX2-FX3=15.5104-4.991040

106、.5=10.5104Nm</p><p>　　取A端面授力分析得到</p><p>　　M4=15.5104 Nm-0.7254.99104=12.5104 Nm</p><p>　　4.3.2 彎矩圖的繪制</p><p>　　以A點(diǎn)為原點(diǎn)繪制動臂的彎矩圖如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 動臂的彎矩圖&l

107、t;/p><p>　　由圖4-4可知截面A上的彎矩最大 Mmax=12.5104 Nm</p><p>　　4.3.3 彎曲應(yīng)力的計(jì)算</p><p><b>　　公式（4-1）</b></p><p>　　W= 公式（4-2）</p><p>　　

108、根據(jù)圖4-5和公式4-2可以得到W==9.5105mm3</p><p>　　圖4-5 動臂的截面</p><p>　　由公式（4-10）計(jì)算可得==132 MPa</p><p>　　查表可知Q235鋼的許用彎曲應(yīng)力[]=158 MPa</p><p><b>　　比較得到 < []</b></p>

109、<p>　　因此可以得出結(jié)論，動臂滿足強(qiáng)度要求，具有較大的安全儲備。</p><p><b>　　4.4 結(jié)論</b></p><p>　　由以上分析可以看出，TZ08D裝載機(jī)工作裝置動臂滿足強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)比較合理。</p><p><b>　　4.5本章小結(jié)</b></p><p>　

110、　本章主要介紹了工作裝置動臂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核，首先隊(duì)動臂結(jié)構(gòu)簡化模型，最后通過材料力學(xué)的校核計(jì)算得出了設(shè)計(jì)的合理性。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　由于裝載機(jī)動臂裝置尺寸較大、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際使用中受力復(fù)雜多變，因此增加了課題的難度。本文通過Pro/ENGINEER軟件對TZ08D型裝載機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模，并在此基礎(chǔ)上提出了新的想法。

111、</p><p>　　通過整個(gè)課題的研究工作，主要得出以下結(jié)論和成果:</p><p>　　1通過AUTOCAD2006軟件進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的二維平面設(shè)計(jì)，對autocad軟件有更深刻的理解和運(yùn)用；</p><p>　　2通過Pro/e對裝載機(jī)動臂裝置進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，對Pro/e軟件有了初步的掌握；</p><p>　　由于課題時(shí)間和作者

112、水平有限，本文只對裝載機(jī)動臂裝置進(jìn)行了油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算合工作裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)。總結(jié)論文的研究工作，作者認(rèn)為在以下幾個(gè)方面有待于進(jìn)一步深入研究:</p><p>　　1.應(yīng)對裝載機(jī)工作裝置動臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)仿真，以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀進(jìn)而反映出各部件空間位置，有效撿測工作裝置的各部件是否發(fā)生干涉，并及時(shí)解決問題。</p><p>　　2.應(yīng)對裝載機(jī)工作裝置動臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，以驗(yàn)證設(shè)

113、計(jì)的合理性，省去制造樣機(jī)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié)，大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期．降低產(chǎn)品成本。</p><p>　　3.應(yīng)對鏟斗結(jié)構(gòu)和叉子掛接框進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不影響強(qiáng)度要求、外形美觀的前提下，減少自身的重量。</p><p>　　國內(nèi)外裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p><b>　　國外發(fā)展現(xiàn)狀：</b></p><p&g