轮式装载机工作装置的虚拟设计和三维仿真毕业设计论文(编辑修改稿)

轮式装载机工作装置的虚拟设计和三维仿真毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

产品设计中，工程设计人员使用 Pro/ENGINEER 中的各种建模工具，设计好参数后便可以通过其中的各种工具生成模型， 如 Hole（孔）、 Shell（壳）、 Chamfer（倒角）及 Round（倒XXXX 大学本科毕业设计（论文） 5 圆角）。 与此同时，当 用户 需要对特征进行修改时，也 可以 直接在模型上修改各种尺寸 ，Pro/ENGINEER 的各种强大的工具 给工程设计者提供 方便，在无纸化的设计中将工程设计人员从各种纸质的图纸中解放出来。 2 Pro/E 单一数据库 Pro/ENGINEER 的数据库 是建立在统一的基层 上 的，但是， 传统的 CAD/CAM 系统 则是建立在数个数据库上。 单一数据库，是指 用一个数据库来存放所有的工程资料，每一个独立的工程设计人员或者说是用户， 都能 在相同的工作环境中多次设计同一个产品，换句话说 ，在 产品的 整个设计过程 ，只要有 任何一处发生改动， 那么 在整个设计过程 上 产品尺寸等相关环节 都 会 有响应。 例如，如果工程 图有 大量的尺寸发生 改变， 那么 NC（数控）工具路径就会自动 生成新的改变后的内容 ； 若零部件的组装工程图发生 变动， 变动后的新的模型会同步整个三维模型上。 这种高效率 的数 据结构 模式给工程设计人员提供了十分便捷的设计环境， 使得 产品设计效率大大提高 ， 这样设计出来的产品 质量 会 更好，产品能更好地 迎合市场的需求 ， 同时产品的开发成本大大降低 ， 带来的直接效益就是产品的 市场竞争力 将会 大大增强。 本次设计的 ZL50G 轮式装载机主要用 Pro/ENGINEER WILDFIRE 软件进行三维建模与运动仿真，主要应用此软件的如下两个模块进行三维建模与运动仿真。 现简单介绍这两个模块的功能。 １ 机械设计 CAD 模块 机械设计模块 是 Pro/ENGINEER WILDFIRE 软件中的一个非常重要的模块， 当要 进行产品的参数化设计时就必须在机械设计模块上进行。 机械设计模块提供十分丰富的操作功能，例如，产品的草绘、标注尺寸、各种直线、曲线、曲面的绘制、镜像、特征的平移与复制等等。 机械设计模块给用户提供了一个十分高效的产品设计平台，在这样一个高效的平台上，用户可以任意设计非常复杂的零件。 在人们的实际生活中，往往存在着大量的外形不规则的物品，在机械设计模块中都可以进行设计建模，三维的实体模型更能展现出物体的各个几何特征，因此，在生活中可以接触的物品中，基本上都可以用Pro/ENGINEER WILDFIRE 软件来进行三 维的实体建模。 值得一提的是， Pro/E 中还有各种丰富的曲面造型按钮，工程设计人员可以通过这些按钮工具，任意开发出各种曲面类型的产品。 总之，在机械设计中， Pro/E 中的设计模块已经能够满足各种类型产品的需XXXX 大学本科毕业设计（论文） 6 求了。 此次设计的轮式装载机的零件创建过程将全部在 Pro/E 中的机械设计模块中进行，当需要对个零件的尺寸进行修改时，同样也是在机械设计模块中进行，而且，当尺寸修改完成后，新的零件模型将自动生成。 ２ 运动分析模块 （ Scenario For Motion） 运动分析模块 （ CAE） 是 CAE（ Computer Aided Engineer） 的 应用软件，用于建立运动机构 的 模型， 在构建的模型上应用运动分析模块来分析所构建模型的 运动规律。 Pro/ENGINEER 运动分析模块可以 分析机构在运动过程中是否存在机构干涉问题，在机构的运动过程中可以测量零件上某一点的运动轨迹，某一点在整个运动过程中的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩。 XXXX 大学本科毕业设计（论文） 7 第二章 轮式装载机工作装置的设计 工作装置 的组成 装载机工作装置主要由 两部分系统组成，一是 铲斗 ，二是连接铲斗以进行装载作业的连杆系统。 装载机主要是通过这套装置 来进行装载作业， 可以 装载 汽车、火车 的散料或者作短途的运输用，另外 ， 装载机 还可以 用于路面的修整工作。 当 把铲斗更换成 其他的 专门的装置 时 ，还可以进行其他 类型的 装载作业。 装载机 的 工作装置的性能和结构 的好坏 ， 对 整机的工作尺寸 的影响，对 性能参数 的影响 都 非常大 ，所以 ，工作装置 设计的是否合理，将 直接影响装载机的 总体性能，例如，装载机的 生产效率、 工况状态下的 工作负荷、 运动时的动力性能，当在 不同工况下 工作时他的装载作业的效果，一个 工作 周期的时间大小，装载机的整体 外形尺寸 ，对装载机发动机的功率的要求等等。 不同形式的 轮式装载机 具有 不同功能的工作装置 ， 根据不同的分类标准可以有不同的分类方法，常用的分类方法是 根据杆数和运动特征 分类的，这样 可分为正转四杆 机构 、正转五杆 机构 、正转六杆 机构 、反转六杆 机构 、正转八杆 机构 等 各种不同的 类型。 不过，最 常用的是 反转六杆 机构，反转六杆机构 轮式装载机工作装置 结构紧凑，最常用，一般组成部分包括 1铲斗 、 2 连杆 、 3 摇臂 、 4动臂 、 转斗油缸 、举升油缸组成。 如图 21 所示。 图 21 装载机工作装置组成 XXXX 大学本科毕业设计（论文） 8 铲斗设计 铲斗斗型的结构分析 有各种不同类型的 铲斗切削刃的形状 ，常 根据 在作业时的 铲掘物料的种类不同而不同， 通常情况下，可 分为直线型 的 和非 直 线型 的形状 两种 类型 （图 2— 1)。 直 线型切削刃 结构 简单 ，设计方便，成本较低廉，同时在作业后可以把地面铲平， 但 是这种形状的铲斗在 切削 时 阻力 通常会非常大。 非 直 线型 的 切削刃 通常 有 v 型和弧型等 类型 ， 一般的装载机 多 用 v型斗刃， 这种切削刃 优点明显，当 在 铲斗 插入料堆时， 其前面的 v型斗刃在 插入 时所遇的阻力要比直线时的铲斗的阻力小很多，因此，这种类型的颤抖 易于插入料堆，但 是这种类型的 铲斗 有一个缺点，那就是它的装满系数要比 直 线型斗刃的铲斗 小。 图 22 铲斗结构简图 (a) 直线型切屑刃 （ b） V 型切屑刃 图 23 特殊铲斗 铲斗的斗体形状主要是根据装载机的作业对象确定，根据对各种作业环境的研究，XXXX 大学本科毕业设计（论文） 9 要求铲斗要有较好的斗体流动性，这样可以减小各种物料对铲斗的摩擦力，利于装载作业效率的提高，同时，在各种工况下卸载物料时，铲斗要有较好的倒空能力，铲斗内的流线型曲线要保证各种不同的物料能够顺利倾倒。 根据以往的设计经验， 铲斗底板的弧度 (圆弧半径 1R ，见图 2— 3)如果 越大， 那么铲斗铲掘时物料的 的流动性 也就 越好， 如果是岩石等 流动性差的物料时，那么应将弧度适当减小，同时 应将底边加长， 这样可以使铲斗 的 容积加大，铲取 也相对容易一些。 但是， 底边也不能太长，如果底边太长，那么 铲斗的铲起力 会 变 的很 小， 而 且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加。 所以 ， 在设计时应将 铲斗转铰销的位置 设计在靠近刃口处 ， 不过，在有些情况下，也可以在 铲斗内部布置 转铰销， 铲斗的基本参数 如图 2— 4 所示。 图 24 铲斗基本参数简图 铲斗基本参数的确定 在设计时要求 铲斗宽度 KB 要比 轮胎外侧 的 宽度 长 100 一 200 毫米， 这样可 以防止装载机在 铲掘 时在地面上形成一个个阶梯。 计算 铲斗的回转半径 R 铲斗的转铰中心 B 与切削刃之间的距离 我们称之为 铲斗的回转半径 R (图 2— 4)。 铲斗的回转半径 R的计算公式为：     ots i n)c os(210rkzgBrVR （ 21） 平装斗容 可用下式计算 ：    1 ots i n)c os(210rkzgsBVR XXXX 大学本科毕业设计（论文） 10 式中 KV —— 几何斗容量 (米3)； B。 —— 铲斗内侧宽度 (米 )； g —— 铲斗斗底长度系数， 一般取 ~g z 一 — 后斗壁长度系数， 一般取 ~z ； k —— 挡板高度系数， 一般取 ~k ； R —— 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数， 一般取 ~R ； 1 —— 挡板与后斗壁问的夹角， 一般取 001 10~5 0 —— 斗底和后斗壁间的夹角， 一般取 000 52~48 ，。 10 2)~( abbB w  （ 2— 2） 2 8 2 71025 9 71 0 02 1 5 00 B mm 式中 a1铲斗侧壁切削刃的厚度 一般 取 mmma  b— 轮距 bw轮胎宽度 查 资料有 mmb mmbw 5972150 （ 2— 3） 得 ：     o ts i n)c o s(2100  rkzgsBVR （ 2— 4）  mmgR1 2 4 41 8 0250c o i n5c o 8 2 30002000  斗底长度 Lg 的计算 XXXX 大学本科毕业设计（论文） 11 Lg 是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： mmRRL gg1804 00 （ 2— 5） 后斗壁长度 ZL 的计算 ZL 是指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离 mmRRL zz148019..1 00 （ 2— 6） 挡板高度 KL 的计算 ： mmRRL KK 16 00   （ 2— 7） 铲斗圆弧半径 1R 的计算 ： mm RRR R498 001   （ 2— 8） 铲斗与动臂铰销距斗底的高度 的计算 : mmRRh b 1 5 )~( 00  (2— 9) 计算时 取α 0=500，切削角δ 0=300。 斗容的计量 （ 1） 几何斗容 (平装斗容 )KV 计算 装有挡板的铲斗： 3232032mbmaABV K （ 2— 10） 由前计算可得： XXXX 大学本科毕业设计（论文） 12 mLLLLLNDCNbmBmLaZgKgZK50c o c o s20222222220 （ 2— 11） A—— 铲斗横断面面积， 0B —— 铲斗内壁宽 (m)， a—— 挡板高度 (m)； b—— 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离 (m)。 （ 2） 额定斗容 (堆装斗容 )HV 计算 铲斗堆装的额定斗容 HV 额定斗容 HV 是指斗内堆装物料的四边坡度均为 1： 2， 计算公式为：   3232026868mchbBbVV KH 米 （ 2— 12） 其中 c—— 物料堆积高度 (米 )。 物料堆积高度 c 可通过 作图法确定 图 25 装载机斗容计算图。