双伸缩臂装载机平动机构设计研究.pdf

f 0 l i 0 第 2 0卷第 l 朝 1 9 9 6 年 3月 南京林业大学学报 J o u r n a l o f Na n j i n g F o r t r y Un i v e r s i t y Vo i ．20No ．I M a f ． i 9 96 ＼ ／ 双伸缩臂装载机平动机构设计研究 、 ／ 张 建 红王 兆伍 一焦恩璋王伟 民 一一 一 南京林业大学机械I程学院 南京 2 1 0 0 3 7 啦； A摘要介 绍 7 双 伸 缩 臂 装 载 机 液 压 平 动 机 构 的 I 作 原 理 和 设 计 方 法 ，对 平 动机 构 的平 动 精 度 进行 7分析、 计算 关 键 词詈 重 霉 盏 也 ．j 苎 里 ； 盟 毒 文 寄 中囝 分类号TH1 3 双伸缩臂装 载机是新型高举升装 载机 ， 它具 备传统装载机和新型单伸 缩臂装运机 的双重特 点和功 效 ， 既具有装运 机的举升高， 又具有 传统 装载机挖掘能力大 、 抗偏载的优 点 ， 大大提高 了装载机的工作范 围， 具有广阔的应用 前景 。本文探 讨 的是双 伸缩臂装载机平动机构的设计和平 动精度问题分析 。 1 双伸缩臂装载机平动机构的设计 在装载机 的工 作过程 中 ， 为 了保 证铲 斗在举升过程 中斗 内物 品不被撒落 特别是散粒物 品 ， 必须使 铲斗在举升途 中保持平移 ， 由专 门机 构 平动机构 保持 斗的平动 。 传统装载机 的平动机构一般采 用四连杆机构来保证铲 斗的平动 ， 其工 作机构 的结构一般分 为正 转 连杆机构和反转连杆机构两种型式 图 l a 。由于正、 反转连杆机构都是非平行四边形机构， 因此在动臂 提升过程 中铲斗或多或少总要 向后 翻转 一些 ， 很难保证平动 ， 且一般 装载机的平动误差很难达到 国家标 准 ≤9 的要求 。 因双伸缩 臂装载机 动臂的伸缩性 ， 限制 了采用四连杆机构米实现铲 斗的 平移性 ， 因此在双伸缩臂装 载机的平动机构 中采用 了平动液压 缸实现平动性 图 i b 。 1 ． 1 液压平动 机构工作原理 如图 l b所示 ， 平动液压缸 与随动液压缸连接 成封闭液压 回路 其两缸的大腔 与大腔相连 ， 小腔与小 腔相连。 当动臂举升时， 翻斗液压缸保持不动 ， 从而保证铲斗与托架的相对位置， 平动液压缸小腔中的油 被挤压进入 随动液压缸的小腔 ， 平动液 压缸 的活塞杆 向内缩 回， 拉 动属具架相 对动臂 向前翻转 ， 因此属 具架相对动臂的向前翻转运动与动臂的举升运动的复合运动实现 了属具 铲 斗 的平动 。 1 ． 2 方案设 计 1 ． 2 ．1 联 合平 动机 构 收穑 日期 1 9 9 5 ． 1 2 - 0 5 第一作者简升 张建红 募- 南亩林业大学机减工程学院讲师。参加过林韭部课题 矾仲绾臂装载机的设计’ 等研 兜． 已发表论文 7篇 ． 1 O1 一 维普资讯 南京林业大学学撮 第 2 0 卷第 l 期 “ 丑 四连杆机 构 I ． 正转机构2 ． 反转机构 图 l 工 作装置 Fi g．1 A p p a r at u s b 藏压伸 缩臂机构 1 ． 铲斗2 ． 伸缩臂3 ． 托架4 ． 乎动缸 5 翻斗 缸6 ， 基本臂7 ． 举升缸8 ． 随动缸 为 了使结构简单 ， 减少零部件 ， 平动液压缸和 随动液压缸可以借 用其它液 压缸 以实现其功能 。 1 随动缸为举升缸 图 2 a ， 举 升缸兼作随动液压缸 ， 则将举 升缸的小腔与平动液压缸 的小腔相连 ， 而举升缸的大腔及平 动液 压缸的大腔 直接 与油 泵相 连 ， 既保证 斗的平 动 ， 又 保证举 升动臂 时 的驱动力 。但是 由于 举升缸 缸径大 1 6 0 r m n ， 行程长 8 0 0 ram ， 且为双缸 ， 与平动 缸很难 匹配 ， 平 动部分机构 尺寸太 大 ， 难 以达 到设 计 和工作 要求 。 图 2液压 平动机 构 Fi g． 2 HⅫ r ul 拉 Ⅱa删 a t i 帆me c h a ni s m 2 平动缸为翻 斗缸 图 2 b 以翻斗液 压缸 兼作平动 缸 ， 并增 加后置随 动液 压缸 ， 将翻斗 液压缸 的大 腔与随 动液 压缸的 大腔相 连 ， 小腔 与小腔相连 。 当动臂举 升时 ， 随动液压缸小腔 中的油被挤 压进入翻斗液 压缸的小腔 ， 活塞杆 内缩 拉动属具架 向前翻转 ， 以实现铲斗平动 同时翻斗缸的大小腔 又可通过换 向阀与油泵直通 ， 以保证完成 翻斗动 作。由于装载机在工作过 程 中． 动臂转 角达 9 0 。 左 右 ， 铲斗的翻斗 角也达 9 0 。 左右 ， 其合 成最大转 角达 1 8 0 。 左 右， 这样的转 角靠 一个油缸 来实现平 动和翻 斗是不 可行 的， 这一方 案 只有 降低 举升高 度和 减小翻 斗转角来实现 ， 但削 弱了装载机的工作性 能 ， 达 不到设计 指标提出的要 求。 1 ． 2 ． 2专 门平 动机 构一封 闭的液压平动机构 图 2 C 1 结构特点 以专用油缸作为平动液压缸和随动液压缸， 构成液压闭合回路 采用两个型号、 行程、 速 比完全相 同的液 压缸 ， 两缸 的大腔 与大腔相 连 ， 小腔 与小腔相连 ， 来实现铲斗的平动 。其结构 简单 ， 平 动精度高 ， 不影响其它机构 ， 也不 影响整机 的工 作性能 ， 是双 伸缩 臂装载 机理想的平 动机构 。 2 机构 设计影响平 动机构尺寸和位置 的 因素很 多 ． 它与工作装置的设 计是分 不开的。 由于整机结 一 l 02 维普资讯 ● 、 _～ 1 9 9 6年总第 6 7期 张建红 等 取 仲缩 臂 装载机 平动机 构设计 研究 构的 限制及受力状况 的影响， 平动 系统采用 了图 2 c 所示 的结构形 式。 由于平 动系统为封 闭液压 回路 ， 工 作过程 中与系统压力无关 ， 且 装载机工作 过程中受最大外载荷作用 的概率不大 ， 因此 允许封 闭液压 回路 中的压力出现超过系统压力 的现象 ， 如此既减小 了机构尺寸 ， 又充分利用 了液压部 件的性 能 根据装载 机的系列化 、 系统化及机构简单化的要求， 并能抵抗外载荷的作用， 保证装载机的掘起力和铲起力指标． 设计出简单实用的双 伸缩臂液压平动机构 由所设计的结构尺寸计 算闭合回路中液压油的压力 图 3 a 日一 二 墨 2 生 二 墨 r ‘ 寻 ⋯ 式 中 ， 平动系统液 压回路中油压 k g ／ c ，P 外 载荷 k g ， m一 铲斗 白重 k B ， m 托架 、 油缸部分 自重 k g 当 P n 时 2 2 5 k g ／ c m ， 在液 压件允 许承受 的压力范 围内。 2 双伸缩臂装载机平动机构精度 分析 铲斗 的空间运动 ， 是 它与动臂 一起转动 的牵连 运动 ， 和它 相对 动臂转 动的相对 运动 的合成 ，为了分 析铲斗相对动臂的运动关系， 将动臂看成 固定件， 则动臂绕车架的转动可视为车架绕动臂的反转 ，根据 平动性 要 求 ， 车架和铲 斗相对 动臂 的转 动 方 向应 相 同 图 3 b ， 皆为逆 时针方 向转动 ，当 动臂 上升 角 即车架绕 动臂转 角 时 ， 铲斗相对动臂反 向转 动 角 ， 若 。 一 就能保证平动性 ，但 一般来说有一定的 误差 ， 只要 一 一 在一定 范围内即 可。 - 由于平 动缸和随 动缸 完全相 同 缸径、 速 比等相 同 ， 不计 由于 油压变化 引起 的液流体积 变化 ．及 平 动回路的液流损失 ． 则 A L， 一 △ L 一 2 式 中 r 平动液压缸 的缩短量 ，A 厶 随动液 压缸 的伸长量 。 铲斗 的平 动性 由图 5知 所 以 图 3计算图 F _噼3 Th e c a l c u l a t i o n s d ／ g r a m 一 一 一 J 一 d ， l 一 6 ， s， a 二 墅1 2 曲 o o s l 皇 2 a b 苎 一c o s 一 二垡 2 曲 二 二塑 2曲 1 O 3 维普资讯 南京林业大学学报 第 2 0 卷第 1 期 则 c o s j 一 c o s 二 二 4 一 L0 A S 一 c o s 3 式中 油缸行程 ， L o 油缸全部缩 回时 ， 两铰间距 。 动臂举升过程中 0 则铲斗前倾， 铲斗从地面位置提升到任意高度时I I ≤2 。 3结论 1 双 伸缩臂装载机采 用液压平动 机构 ， 保证 了在动臂举升运动范 围内 ， 平 动机构不 与其它机构发 生干涉 。 2 平动 机构 采用封 闭液 压回路 ， 可使 封闭 回路 内的局部 压力超过 系统油 压， 充分利用液 压部 件的 性 能 ， 同时使机构简单 ， 尺寸减 小 。 3 平动精 度高， ⋯ ≤2 ， 满足装载机 的 国家标准要求 I I ≤9 。 。 参考文献 脒幕 忱 装卸搬 运车 辆 ．北 京 t 人 民交通 出版社 ， 1 9 8 6 王伟 民等 双伸 缩臂 装载机 动臂 的受 力分 折 ．化工 起重运 输设计 ， 1 9 9 5 ， 2 4 1 4 3 求北椿 学院 ．林 业机 械 ．北 京 中 国林业 出版 社 ． 1 0 8 4 冯谦等 - 仲 维臂 装运机 变幅机 构 的优化 设计 ．南京林业 大学学 报 ． 1 9 9 3 ， 1 7 1 6 5 6 8 [ 日] 本 田早 苗 ．装卸机 械设计 ．北 京 中国铁道 出版 社 ， 1 9 8 2 宋甚朝 等 仲维臂 装载机工 作 装置 的 设计 研究 ．工 程机械 ， 1 9 9 0 ， 1 2 2 6 2 9 A D ESI GN ABOUT TRANSLATI ON AL M ECHAN I SM OF DOUBLE TELE COPI C HANDLERS LOADER Zh a n g J i a nho ng W an g Zh a O W L 1 J la o Enz h a n g W an g W e i mi n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g Na n j i n g F o r est r y Un i v e r s i t y Na n j i n g 2 1 0 0 3 7 A b s l r ． c I 1 a t t i c a ] ．i n t r o du c e s p r i n c i p l e s an d de s i g n m e t ho d s。 f t h c t r an s l a t io n al m e c h a ni s m o f d o u b l c t e l c c 。 p i c h a nd l e r s l o a d e r a s we l l a s t he c a l c u l a tio n a nd a n a l y s i s of the t r a n s lat i o n a l p r e e i s i on 0 f t h c t r 丑 n s k I t f 0 n a I m 。 廿0 n m e c h a ni d l q ． Ke y wo r d s Do u b l e t e l e c o p i c h a nd l e r s l o a d e r ；Ap p a r a t u s ；Tr an s l a 廿∞ a I mc c h a n i s m l O4 一 责任编辑葛丽都 维普资讯