211-自卸车T式举升机构受力点分析

摘要：根据油缸T式连杆放大式举升机构在举升过程中各构件的运动特点,运用三角函数和方程相结合的方法建立了举升机构运动学分析数学模型,为自卸汽车T式举升机构运动学分析,性能评价及合理设计提供了理论基础 关键词：自卸车 T式结构 受力分析 1 前言

前期售后服务反应我们厂中顶车格尔发的一款底盘，客户在卸货时，前端翘头，现对三角臂及其后翻转座处进行受力分析，为以后对主车翘头研究作为理论依据。油缸T式举升机

构在自卸汽车中是一种常用的举升机构,它实际上是一种演化形式的四杆机构。由《机械原理》可以得知,分析设计四杆机构的方法有解析法、作图法、试验法等等,本文运用解析法和作图法进行计算。 2 机构原理

自卸汽车的车厢要完成举升、中停以及降落等动作, 其运动过程的实现是靠液压系统控制的三角臂组合式液压举升机构来完成的。如图1所示, 三角臂A B C 为一个整体, 其C点与车厢底架铰接; B 点与油缸OB 铰接, A 点与拉杆A D 铰接。O 点、D 点固定在中横梁的油缸支座上。当油缸OB 进油腔通入压力油时,OB 伸长使三角臂绕A 点转动； 同时, 由于有拉杆A D 的作用, A点又绕D 点转动。于是, 上述两个分运动就构成了三角臂的复合运动。

图1 举升机构运动示意图

3 机构受力分析

三角臂A B C 作为一个体系, 它受到三个力的作用: 油缸OB 产生的推力f; 拉杆A D 产生的拉力f1; 车厢对三角臂的反作用力f2。拉杆A D 及油缸OB 均为二力杆件, 因此, f 及f1的方向均可确定(如图1) , 二力交于R 点, 根据平面力系汇交原理, 则f2必过R 点。而且, f 与f1、f2的合力f ′大小相等, 方向相反 4 机构受力计算公式推导及演算实例

建立如图1所示的直角坐标系, 以翻转轴支点K 为坐标原点。根据自卸车结构及布局可得各点坐标分别为:

K(0, 0) D(1988, 61) O(2228, -143)

又已知:AB 长lAB = 245mm,B C 长lBC= 810mm

AC 长lAC= 955mm ,AD 长lAD = 1480mm

ck′长lck′=2342mm,k′k长lk′k= 146mm

图2 以翻转轴支点K 为坐标原点建立坐标系

且k′k⊥ck′。为了便于对整个举升机构受力变化进行分析, 决定采用分段取值的办法, 即当举升角α(车厢底板与水平副车架夹角) 在0°、5°、10°-60°之间取值时, 分别求出对应的f 、f1及f2的值。为了节省篇幅, 仅以当α= 0°时, 作一演算实例, 其余可依此类推。

1）关于f2的计算

取车厢为研究对象, 它受到三角臂作用力f2′(f2′= -f2′)，承载贷物对其作用力G , 车厢自重产生的重力N , 后转轴k 处支反力W 等四个力的作用(如图2所示)。 依据设计要求,取G = 15000 kg

N = 1200 kg

当举什角α=0°时分别取承载贷物质心、车厢质心到后翻转轴k 点之距为:

l1= 2000mm , l2= 1600mm

建立如图2示坐标系,则k′坐标(-146sinα,146cosα) 以k 点为转动支点, 由力矩平衡得:

f2′sin (γ-α)×(lck′cosα-lkk′sinα)

+f2′cos(γ-α)×(lck′sinα+lkk′cosα)

= G ×(l1 cosα- lkk′sinα) +N× (l2 cosα-lkk′sinα) (1) 式中, 设f2′与车厢底板夹角为γ。关于角γ与α的变换关系有两种求法:

一是利用纯数学方法, 先求出OB 与A D 交点R 的坐标后, 再在△ckk′中, 利用三角关系求γ。

二是在AutoCAD 中先将图1中的机构运动简图按1：1比例输入后, 由计算机的计算功能直接可测出γ值。

在本文中, 我们得用第二种方法求C。将

lck′,lkk′等值代入(1)式中后,当α=0°时, 可

得:

f2′sinγ×2342+f2′cosγ×146

=15000×2000+1200×1600

f2′= 31920000/2342sinγ+146cosγ

利用计算机的测绘功能, 直接测得当α= 0°时γ= 68°。

于是可得α=0时f2′= 140518.38N = -f2

2）关于f 与f1的计算

在矢量三角形f′f2f1中, 利用计算机的自动测绘功能, 可得:

∠1=47°, ∠2=29° 根据正弦定理, 可得:

f1f2'sin1sin2fsin(18012 (2)

代入f2、∠1、∠2等数据, 得α= 0°时,

f =-f′=21977.33N f1=281232.85N

3） 两种方法的比较分析

在γ、∠1、∠2的求取过程中, 我们利用了AutoCAD 中的自动测绘功能, 使计算过程已大为简化。以求f 为例,利用纯数学方法来计算f 的过程是:求A点、C点、R点坐标→在△ACR 中,求∠ARC →得到∠1=180°- ∠ARC→利用类似方法求得∠2→利用(2) 式求f1、f 。其过程之繁琐不言而喻。

在(1) 式中, 利用计算机的测绘功能, 当α变化时,f2、G、N 三力对k点力臂长度亦可直接测得, 从而使计算得到简化。

参考文献

[1] 徐达,丛锡堂.专用汽车构造与设计.北京：人民交通出版社,2008.

[2] 刘惟信.汽车设计.清华大学出版社,2001. [3] 刘哲义,何明辉.专用汽车构造.武汉:武汉工业大学出版社,1994.

[4] 徐达,陆锦荣.专用汽车工作装置的原理与计算.北京:北京理工大学出版社,1997.