推土机六向铲工作装置研究.ppt

导师：林：林晓磊磊 教授教授答答辩人：人：张 超超1研究的背景及意研究的背景及意义1内容结论与展望与展望4主要研究的内容主要研究的内容3论文的文的创新点新点22 推土机是工程机械的一个主要推土机是工程机械的一个主要传统机种，机种，是一种多用途的自行式土方工程建是一种多用途的自行式土方工程建设机械，机械，其能高效地完成其能高效地完成铲土、运土等工作，具有土、运土等工作，具有操作灵活、操作灵活、转动方便、所需工作面小、行方便、所需工作面小、行驶速度快等特点，广泛速度快等特点，广泛应用在道路交通、用在道路交通、水利水利电力工程、国防建力工程、国防建设及各种建筑物等及各种建筑物等工程施工中。推土机作工程施工中。推土机作业涉涉猎范范围广，不广，不仅可以高效地完成可以高效地完成对路基基底的路基基底的铲平，平，还可用于清除作可用于清除作业地段的障碍物、堆集松散地段的障碍物、堆集松散物料等。物料等。轮胎式推土机胎式推土机履履带式推土机式推土机3 随着国家随着国家经济建建设的的发展和工程机展和工程机械械设备整体水平的提高，推土机的作整体水平的提高，推土机的作业范范围也在不断也在不断扩大，大，为了了满足足这种要求，种要求，推土机除了向大型化推土机除了向大型化发展外，同展外，同时也朝也朝着小巧、灵活的方面着小巧、灵活的方面发展。展。“六向六向铲”工作装置正是工作装置正是为了适了适应这种市种市场需求需求应运而生的一种新型推土机工作装置，其运而生的一种新型推土机工作装置，其铲刀的运刀的运动更加灵活，作更加灵活，作业范范围更广，更广，更能更能满足足实际推土作推土作业的要求。的要求。配配备六向六向铲的推土机的推土机4 六向六向铲又名万向又名万向铲，是推土机工作装置的一种，其主要由，是推土机工作装置的一种，其主要由铲刀、刀、U形架、升降液形架、升降液压缸、角度液缸、角度液压缸、缸、侧倾液液压缸等部件缸等部件组成，成，升降、回升降、回转、侧倾等等6个方向的推土和运土作个方向的推土和运土作业均靠液均靠液压缸的伸缸的伸缩来来实现。六向六向铲运运动状状态三三视图5 U形架通形架通过球球铰连接在机体接在机体枢枢轴上，升降液上，升降液压缸分缸分别连在在机架和机架和U形架上；角度液形架上；角度液压缸的缸的一端通一端通过销轴连接在与接在与U形架一形架一体的支架上，另一端通体的支架上，另一端通过球球铰连在在铲刀上；刀上；侧倾液液压缸的一缸的一端端连在与在与U形架一体的支架上，形架一体的支架上，另一端通另一端通过球球铰连在在铲刀上。刀上。六向六向铲结构构简图6六向六向铲铲推土机推土机必要性提高提高劳动 生生产率率减减轻驾驶员的的劳动强度度改善推土机改善推土机的排放性能的排放性能铲刀灵活刀灵活机机动性高性高7 建立六向建立六向铲工作装置的数学模型，得到工作装置的数学模型，得到铲刀各角点位刀各角点位置坐置坐标的的计算方法。算方法。采用杆采用杆组分析法分析分析法分析顶推架的运推架的运动过程。杆程。杆组分析法的分析法的基本思想是将整体机构分解基本思想是将整体机构分解为一系列多个杆一系列多个杆组，进而通而通过对各各级杆杆组的分析来的分析来实现对整体运整体运动机构的分析。机构的分析。83.3 六向六向铲受力分析受力分析3.2 顶推架运推架运动分析分析3.4 六向六向铲工作机构分析工作机构分析六向六向六向六向铲铲工作工作工作工作装置研究装置研究装置研究装置研究3.1 数学模型的建立数学模型的建立3.5 铲刀运刀运动学仿真学仿真3.6 铲刀有限元分析刀有限元分析9六向六向铲工作装置数学模型工作装置数学模型10 杆杆组分析法，其基本思想是将整体机构分解分析法，其基本思想是将整体机构分解为一系列多个杆一系列多个杆组，进而通而通过对各各级杆杆组的分析来的分析来实现对整体运整体运动机构的分析。机构的分析。杆杆组是一个自由度是一个自由度为零的基本运零的基本运动单元，且元，且该单元具有运元具有运动和力和力的确定性。的确定性。级杆杆组运运动分析分析简图 级杆杆组运运动分析分析简图 含油含油(气气)缸的缸的极杆极杆组 运运动分析分析简图11顶推架推架简图分解分解简图12计算位置一：算位置一：铲刀的左刀角刀的左刀角顶到不可移障碍物。到不可移障碍物。铲刀在提升液刀在提升液压缸的作用下由切削位置提升到运土位置；缸的作用下由切削位置提升到运土位置；推土机在提供最大推土机在提供最大顶推力的同推力的同时下降下降铲刀，致使刀，致使铲刀刀强制入土。制入土。计算位置三：算位置三：铲刀左刀角刀左刀角顶到不可移障碍物。到不可移障碍物。铲刀的刀的侧角以最大角以最大顶推力推力顶到障碍物上；到障碍物上；推土机功率在提供最大推土机功率在提供最大顶推力的同推力的同时下降下降铲刀，致使刀，致使铲刀刀强制入土；制入土；铲刀入土达到最深切削位置的瞬刀入土达到最深切削位置的瞬间。13提升液提升液压缸力的缸力的计算算顶推架支点反力的推架支点反力的计算算其余各其余各铰接点反力及液接点反力及液压缸力的缸力的计算算14 升降机构升降机构回回转机构机构侧倾机构机构角度分析角度分析速度分析速度分析加速度分析加速度分析15 升降机构升降机构简图升降机构升降机构计算算图16 侧倾机构机构简图侧倾机构机构计算算图17 回回转机构机构简图回回转机构机构计算算图18 根据空根据空间机构分析方法中的方向余弦矩机构分析方法中的方向余弦矩阵法，利用任意旋法，利用任意旋转的坐的坐标变换中欧拉角公式求得六向中欧拉角公式求得六向铲铲刀上各个角点的坐刀上各个角点的坐标为：得到各点坐得到各点坐标后后,分分别以以连杆杆,两个角度液两个角度液压缸、以及缸、以及侧倾液液压缸的各自的缸的各自的长度度,建立方程建立方程组：式中：L三个活动液压缸活塞杆的长度19 以液以液压缸工作缸工作时各各活塞杆的瞬活塞杆的瞬间伸伸缩长度度为自自变量，以量，以3个欧拉个欧拉角角为中中间变量，量，铲刀空刀空间位置坐位置坐标为因因变量，量，己知各液己知各液压缸的油腔缸的油腔长度、活塞杆行程及其各度、活塞杆行程及其各工作装置中各工作装置中各连杆的初杆的初始位置始位置铲刀与角度液刀与角度液压缸缸变化化规律律图20 铲刀在角度液刀在角度液压缸的作用下在缸的作用下在绕定定轴摆动，其运，其运动轨迹迹为一一圆弧，此弧，此时的推土机所的推土机所执行的工作行的工作为铲刀的刀的侧铲动作。作。铲刀的运刀的运动轨迹俯迹俯视图21 以六向以六向铲铲刀刀为研究分析的研究分析的对象，以角度液象，以角度液压缸工作缸工作时的运的运动状状态为自自变量，在量，在铲刀的适当刀的适当位置施加相位置施加相应的外的外载荷，荷，设定好定好合理的仿真合理的仿真时间与步与步长，调用用ADAMS中的中的Plot模模块进行行绘制制铲刀的位移、速度以及角度的刀的位移、速度以及角度的变化化曲曲线。ADAMS运运动学仿真分析流程学仿真分析流程图 22 铲刀位移曲刀位移曲线铲刀速度曲刀速度曲线23 铲刀角度曲刀角度曲线24 与机架相关的参数与机架相关的参数输入入与与铲架相关的参数架相关的参数输入入25 铲刀的第三位置刀的第三位置应力分布力分布图26 通通过采取采取简化数学模型及杆化数学模型及杆组分析的方法，得到了六向分析的方法，得到了六向铲工作装工作装置中的置中的顶推架的运推架的运动过程。程。对提升液提升液压缸力、缸力、顶推架支点反力和推架支点反力和各各铰点反力点反力进行分析行分析计算。算。运用复数向量法确定了六向运用复数向量法确定了六向铲工作装置中升降、工作装置中升降、侧倾和回和回转机构机构的角度、速度和加速度分的角度、速度和加速度分别与与U形架、形架、铲刀之刀之间的的计算关系。算关系。运用空运用空间机构运机构运动学，得到了角度液学，得到了角度液压缸的运缸的运动学学轨迹及六向迹及六向铲在工作在工作过程中程中铲刀的位移、角度与速度刀的位移、角度与速度变化化规律曲律曲线。运用运用ANSYS有限元分析有限元分析软件件对六向六向铲铲刀刀进行了行了结构构强度分析。度分析。27 建立更复建立更复杂的推土机六向的推土机六向铲工作装置工作装置优化模型化模型 对六向六向铲工作装置关工作装置关键构件构件进行行结构构优化化设计 对推土机的其他部分推土机的其他部分进行行优化化设计 2829