基于Pro/ENGINEER的推卸式鏟斗的機構設計

摘要文章主要根據推卸式機構的基本工作原理進行機構設計并利用Pro／ENGINEER設計軟件對推卸式鏟斗進行三維建模及其工作過程的運動仿真和分析。

關鍵詞 機構設計 推卸式鏟斗 三維建模 運動仿真

中圖分類號：TH243文獻標識碼：A

Mechanism Design of Shirk Type Bucket Base on Pro／ENGINEER

LIANG Xiaobo， LI Chao

(School of Mechanical Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 611756)

AbstractThis article mainly according to basic working principle of shirk type institutions to make a mechanism design， and then uses Pro／ENGINEER design software to take a 3 d modeling to shirk type bucket，as well as take a movement simulation and analysis of its working process.

Key wordsmechanism design; shirk type bucket; 3 d modeling; movement simulation

推卸式鏟斗作為普通裝載機的補充可以在裝載機其它尺寸不變的條件下，使卸載高度增加35~38%，伸距可增加50~55%而順利卸載物料。由于減小了鏟斗的回轉角度和舉伸高度，從而使裝載機的工作周期縮短，減低了舉升載荷的消耗功，并且也可保證將沾滯性的材料從斗中全部卸盡。

1 推卸式鏟斗的三維實體建模

（1）鏟斗設計。因為不同形狀的鏟斗其內部空間尺寸不同所以首先設計鏟斗，而裝載機鏟斗的設計實質是確定鏟斗的截面形狀和尺寸。選取設計鏟斗額定容量為2.5m3，輪胎寬度為0.579m，鏟斗側壁切削刃厚度為0.02m根據相關公式計算可以得到如下參數詳見圖1。

利用Pro/ENGINEER軟件的曲面建模以及拉功能可以方便的建出鏟斗模型。

（2）推卸式推土板的設計。連桿機構的運動設計可以利用圖解法、位移矩陣法、試湊法等確定結構尺寸和位置。筆者以位移矩陣法進行推卸式推土板的運動設計，具體過程如下：

首先建立如圖2所示坐標系。

根據斗內尺寸先假設

A（0，0）C（890.28，857.31）C'(32.97，857.31)，

設計變量B(Xb，Yb) ，B'(Xb1，Yb1)。

先確定AC+AB

∵桿AB與BC在末位置時在一條直線上且A、C點坐標已知

∴AC + AB == 1235.95

∵AB，BC桿長確定

∴有約束方程：

(XA -Xb)2 + (YA -Yb)2 = (XA -Xb1)2 + (YA -Yb1)2

(XC -Xb)2 + (YC -Yb)2 = (XC1 -Xb1)2 + (YC1 -Yb1)2

= 0， i = 2，3，4……

∴連桿AB從第一位置到第i位置的位移矩陣：

鉸鏈點B滿足位移矩陣方程：

通過選取不同的B點坐標可得到不同的AB、BC桿長值，通過作圖法驗算可得

取B(395.07，958.07)符合要求。計算 ：

∵AB == 558.71

∴BC = AC + AB - AB = 1235.95 - 558-71 = 667.24

再假設E(Xe，Ye) ，D(Xd，Yd)，D'(Xd1，Yd1)，其中E(Xe，Ye)，D(Xd，Yd)為設計變量。

參照中所示方法，由給定的初始位置和選取不同的D點作為初始值計算反復比較后可得較合理的D點坐標D（239.43，239.43），從而求得E點坐標E(-541.77，101.58).

機構運動簡圖如圖2所示，相關尺寸如下：

根據以上尺寸建立上推板、下推板和鏟斗油缸相應模型。

（3）零件的裝配。在Pro/ENGINEER中新建裝配文件，分別將鏟斗零件和推卸式機構零件裝配在一起。上推板和鏟斗在A點，下推板和上推板在B點，鏟斗油缸和鏟斗在E點應使用銷釘進行約束。根據下推板運動軌跡下推板與內鏟斗底可以使用槽約束，以保證運動過程中下推板與內（下轉第125頁）（上接第119頁）鏟斗底接觸。

2 推卸式鏟斗的運動仿真與分析

2.1 運動仿真

將推卸式鏟斗裝配好后就可以進行運動仿真。在裝配圖中點擊“應用程序”→“機構”，可以查看機構中的運動軸。點擊“插入”→“伺服電動機”，選擇“幾何”，運動類型選擇“平移”，選取鏟斗油缸的參照圖元，在“輪廓”中輸入運動速度(1)，完成鏟斗油缸的定義。下面就可以進行運動仿真，點擊“機構分析”，根據速度和行程算出的運動時間，定義終止時間(17)。完成以上步驟后點擊“運行”，運動仿真開始。在仿真過程中若出現零件間的干涉或不滿足裝配約束會出現警告，此時需重新定義。仿真過程符合設計要求后，點擊“回放”→選擇結果集→“回放當前結果集”可以觀看仿真過程。利用在Pro/ENGINEER中專門的Animation動畫模塊，可以將仿真結果制成動畫，以便隨時查看。

2.2 運動分析

通過運動學、動力學模擬可以對推卸式鏟斗的相關技術參數進行測量后輸出相應的規律。例如以測量上推板與下推板鉸鏈點B點隨時間變化的運動軌跡為例，點擊“測量”→選擇結果集和測量類型（測量對時間）→“創建新測

量”→選定鉸鏈點B→“繪制所選結果集所選測量的圖像”軟件就會自動繪制得到B點運動軌跡圖。

3 結束語

本文根據推卸式鏟斗的工作原理作出機構簡圖，利用平面連桿機構解析法和圖解法相結合進行尺寸設計，再利用Pro/ENGINEER對機構進行三維建模、零件組裝，最后進行運動仿真和分析。是對機構從書面設計到虛擬仿真概要但全面的描述。

參考文獻

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