陳勇，劉志剛，莫根林

（1.山東水總機(jī)電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250100；2.江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

SDZ15D超低型裝載機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析

陳勇1，劉志剛2，莫根林2

（1.山東水總機(jī)電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250100；2.江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

為研究SDZ15D超低煤層型裝載機(jī)工作裝置的工作性能，首先通過SolidWorks建立裝載機(jī)的幾何模型，其次在ADAMS環(huán)境下構(gòu)建裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真研究。通過分析得到了料斗舉升高度、翻滾角度以及翻滾角速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

裝載機(jī)；ADAMS；分析；可靠性

井下裝載機(jī)作為一種超低型的裝載機(jī)，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，整機(jī)外形尺寸緊湊等特點(diǎn)，廣泛適用于井下等狹小低矮等工作環(huán)境。具有裝載機(jī)工作裝置的物料擺角小、自動(dòng)放平等優(yōu)點(diǎn)。本文在ADAMS中將力和速度作為載荷輸入，研究了SDZ15D超低煤層型裝載機(jī)的反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的工作特性。

1 裝載機(jī)工作裝置的建模

1.1 幾何建模

圖1 三維模型

采用專業(yè)三維軟件SolidWorks對(duì)工作裝置進(jìn)行三維建模。將建好的三維模型用中間格式導(dǎo)入到ADAMS中進(jìn)行相應(yīng)的分析。創(chuàng)建的工作裝置包括：鏟斗、動(dòng)臂、搖臂、拉桿、動(dòng)臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸圖1所示。

1.2 約束與載荷

根據(jù)裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)原理，各部件之間的運(yùn)動(dòng)副如表1所示。

表1 各構(gòu)件之間約束

根據(jù)SDZ15D超低煤層型裝載機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，舉升油缸舉升的時(shí)間是4.5s，上限轉(zhuǎn)斗的時(shí)間是1.5s，舉升油缸下降的時(shí)間是3s。另假定鏟斗插入物料的時(shí)間是3s，卸載物料的時(shí)間是1.5s，整個(gè)作業(yè)行程時(shí)間共計(jì)13.5s。

模型初始位置為插入工況。模擬仿真時(shí)間為15s，步長(zhǎng)1000。具體作業(yè)過程為：0~3s模擬插入工況，3~4.5s模擬鏟裝工況，4.5~9s模擬舉升工況，9~10.5s模擬卸載工況，10.5~13.5s模擬收斗找平工況。

為實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù)，在動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸的移動(dòng)副上施加直線運(yùn)動(dòng)，按要求設(shè)定油缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使活塞桿實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂和鏟斗運(yùn)動(dòng)。

鏟斗油缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：位移最大變化量為160mm。3~4.5s鏟斗油缸運(yùn)動(dòng)，外伸收斗，9~10.5s內(nèi)收縮卸載物料，10.5~13.5s鏟斗實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平，為下一次循環(huán)準(zhǔn)備。

舉升油缸的運(yùn)動(dòng)最大位移變化量為190mm。4.5~9s舉升油缸實(shí)現(xiàn)外伸工作，將動(dòng)臂上舉。10.5~13.5s舉升油缸實(shí)現(xiàn)收縮工作，將動(dòng)臂下降。

裝載機(jī)的額定載荷為1500kg。在鏟斗的質(zhì)心上施加物料重力，載荷的施加規(guī)律如圖2所示：最大位移變化為14700mm。0~3s物料逐漸被裝進(jìn)鏟斗，在9~10.5s物料被卸載。

1.3 ADAMS的分析計(jì)算方法

ADAMS以剛體的質(zhì)心笛卡爾坐標(biāo)系和反映剛體位移的歐拉角或廣義歐拉角作為廣義坐標(biāo)，采用拉格朗日乘子法建立方程式進(jìn)行計(jì)算：

ADAMS分析計(jì)算有兩類算法：①三種變階、變步長(zhǎng)求解程序：GSTIFF積分器、DSTIFF積分器和BDF積分器。②ADAMS積分求解程序采用坐標(biāo)分離算法來求解獨(dú)立的微分方程，適用于模擬特征值經(jīng)歷突變的系統(tǒng)或高頻系統(tǒng)。

1.4 仿真分析

通過ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真，獲得了鏟車各部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。將結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程分為5個(gè)階段：1）裝載階段2）收斗3）提升動(dòng)臂4）卸載物料5）返回初始狀態(tài)。

用鏟斗與水平面間的夾角，評(píng)價(jià)裝載機(jī)的平移性能和卸載性能。在0~13.5s過程中，0~3s鏟斗裝載物料時(shí)處于水平狀態(tài)，在第3s時(shí)鏟斗的地面收斗角為46°，在第9s是鏟斗的最大收斗角為50°，在10.5s是達(dá)到最高位置，此時(shí)卸載角為45°。在10.5~13.5s料斗逐漸返回至水平狀態(tài)。由此過程說明此裝置能正常的裝載運(yùn)輸和正常的卸載。水平移動(dòng)和自動(dòng)放平性能也較好。料斗鏟齒第9s時(shí)距離地面高度最大為1737mm。

圖2為翻轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)間的變化曲線，0~3s為物料裝載階段，在豎直方向沒有運(yùn)動(dòng)。3~4.5s料斗角速度快速增大至最大后減小，使物料在鏟斗收斗狀態(tài)盡量全部進(jìn)入避免滑落。4.5~9s舉升油缸工作舉升動(dòng)臂，料斗角速度基本為0，說明料斗在上升過程中平穩(wěn)性好，避免了物料的散落。9~10.5s卸載物料，角速度迅速增大使物料能快速的卸載。10.5~13.5s料斗緩慢放平。

圖2 料斗運(yùn)動(dòng)角速度

圖3為拉桿的受力過程，可分為5個(gè)階段。在0~3s開始鏟裝階段，料斗與拉桿鉸接點(diǎn)處的受力逐漸增加，在3~4.5s料斗轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，受力逐漸增大，第4.5s達(dá)到最大值為21896N。4.5~9s鏟斗停止翻轉(zhuǎn)，動(dòng)臂提升，拉桿受力逐漸減小。9~10.5s卸載物料，在第9s料斗開始卸載物料，受力逐漸減小，在10.2s左右由于鏟斗慣性導(dǎo)致拉桿受力又變大，之后在10.5s迅速減小為0。在料斗自動(dòng)放平階段，拉桿受力基本不變。

圖3 拉桿的受力

2 結(jié)語

通過對(duì)SDZ15D超低煤層型裝載機(jī)的工作性能的分析，獲得了料斗的的平移運(yùn)動(dòng)規(guī)律和翻滾運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究表明SDZ15D運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)。通過分析獲得了拉桿的加載作用曲線，對(duì)拉桿進(jìn)行了強(qiáng)度校核。結(jié)果表明拉桿的安全系數(shù)較高。

[1]方子帆，施仲光.輪式轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水利電力施工機(jī)械1998，20（1）：22-26.

[2]劉銀虎等編著.多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS理論基礎(chǔ)及其功能分析[J].電子與封裝2004.25-26.

（責(zé)任編輯遲明春）

TH243

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1009-6159（2017）-01-0019-02

2016-06-04

陳勇（1987-），男，助理工程師