基于油壓測量的鏟運機稱重系統(tǒng)的力學分析

摘 要：基于油壓的鏟運機動態(tài)稱重系統(tǒng)主要用于對鏟裝物料過程中的計量，隨著科技技術的不斷發(fā)展，鏟運機稱重系統(tǒng)逐漸轉向智能化系統(tǒng)，其中油壓測量稱重系統(tǒng)是最為常見的稱重系統(tǒng)，因此論文以基于油壓測量的鏟運機稱重系統(tǒng)的力學性質為研究對象，主要對鏟運機的研究現(xiàn)狀、鏟運機稱重的工作裝置運動學、動力學研究和工作裝置的動力學建模研究分析進行詳細分析，希望能對我國稱重的改進提供參考價值。

關鍵詞：油壓；測量；鏟運機；稱重

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.033

鏟運機裝載時需及時對鏟裝的物料進行稱量，但由于各種條件的限制，計量方法不能采用簡單的靜態(tài)稱重，須進行間接手段進行測量。對于大型輪式鏟運機則要安裝稱重系統(tǒng)，而基于油壓的稱重系統(tǒng)能及時準確地顯示出需再裝的物料量，因此有必要對鏟運機稱重系統(tǒng)力學性能進行具體的研究。

1 鏟運機的研究現(xiàn)狀

鏟運機經(jīng)過50～60年的發(fā)展，鏟運機的稱重技術已經(jīng)達到了很高的水平。液壓技術等智能系統(tǒng)應用于鏟運機稱重系統(tǒng)，從而使鏟運機更智能化，生產(chǎn)效率得到了很大的提高，司機的作業(yè)環(huán)境得到了改善，機器的使用壽命也得到延長。

我國鏟運機行業(yè)起步相對于發(fā)達國家來說是比較晚，技術相對落后，產(chǎn)品可靠性差，品種單一，技術含量低。隨著改革開放的進行，國外鏟運機知名品牌逐漸引入到中國市場，雖然中小噸位鏟運機上對國內廠家的威脅不大，但對6噸以上的大型產(chǎn)品形成了市場壟斷，且研究出適合中國用戶的特殊產(chǎn)品，給國內鏟運機行業(yè)帶來了沖擊。鑒此，國內的鏟運機廠家也不斷投入研發(fā)，充分吸收了國外產(chǎn)品的優(yōu)勢，同時不斷創(chuàng)新，研發(fā)出新產(chǎn)品，使產(chǎn)品不斷向高水平、高質量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。

2 鏟運機稱重系統(tǒng)的運動學、動力學研究

（1）工作裝置的運動學研究。1）建立工作裝置的三維實體模型。運用Pro/ENGINEER軟件對其進行建模，主要利用軟件的拉伸、旋轉、掃描等功能建立模型。鏟運機工作裝置的大部分構件呈對稱，建模可利用鏡像的原理，論文以JCCY-4型鏟運機工作裝置進行建模；2）工作裝置的運動學仿真。鏟運機工作裝置安裝了3個驅動器，其控制機器在鏟裝過程的運動，工作裝置的構件在鏟運機上對稱分布，所以只需在一側對驅動器施加作用力。

（2）工作裝置的運動分析。1）鏟運機工作裝置上的鏟斗的運動動作包括，首先進行舉升動臂，然后進行翻轉鏟斗，最后在進行卸載物料和動臂放下；2）根據(jù)鏟運機結構和受力特征，選擇前車架與動臂鉸接點、轉斗油缸與搖臂鉸接點和搖臂與連桿的鉸接點進行模擬分析。

前車架與動臂鉸接點：動臂運動中，鉸接點的速度和加速度保持不變，位移曲線大小相等呈直線對稱分布。開始運動過程中，由于鏟斗作用于動臂上，其速度和加速度變化很小。整個運動過程中鉸接點的加速度保持為0，與工作裝置的實際相吻合。

轉斗油缸與搖臂鉸接點：只在舉升鏟斗和翻斗鏟掘時，鉸接點才有速度和加速度，其它時候沒有速度與加速度。從位移曲線分析，除了舉升鏟斗與翻斗鏟掘外，轉斗油缸基本固定，與實際情況相同。

搖臂與連桿的鉸接點：鉸接點開始插入并進行提升轉斗時，連桿受沖擊力的作用，鉸接點的加速度與速度變化量為最大值，最大位移量變化在轉斗提升階段。

3 工作裝置的動力學建模分析

（1）工作裝置的受力分析。將鏟運機的鏟斗的受力情況可簡化為兩種力：偏心載荷和對稱載荷。把鏟運機受力分三種受力工況：1）以鏟運機的驅動力為牽引鏟斗水平插入物料中，轉斗油缸與動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，鏟斗齒尖只受水平插人阻力；2）在對物料進行鏟掘動作時，舉升動臂或翻轉鏟斗鏟取物料時，垂直方向鏟斗受到垂直掘起阻力；3）鏟運機對物料進行復合鏟掘時，鏟斗受垂直掘起阻力與水平插入阻力的相互作用。

4 結論

論文依托Pro/ENGINEER軟件，建立基于油壓測量鏟運機稱重系統(tǒng)的工作裝置進行力學分析，分別對其的運動學、動力學進行了分析，在此基礎上進一步分析了工作裝置各桿件及鉸接點在運動過程中的受力，建立了工作裝置系統(tǒng)動力學模型進行了詳細的分析，為以后對現(xiàn)代的鏟運機稱重系統(tǒng)的更新?lián)Q代提供了理論基礎。

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