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1、吉林工业大学杨成康目前,装载机工作装置的正转与反转连杆机构的设计,通常采用“类 比试凑法”,设计过程的 作 图试凑工作 量大,盲目性较大,难以求得较理 想的方案。本文通过对正转四连杆机构的 几何方 程与特性分析得 出确 定其杆长的解析法,以提高设计质量和 效率。一、特性分析1.正 转四连 杆机构的几何方程式装载机工作装置正转连杆机构 (图1) 一般是由两个四连杆机构组成的六杆机构。连杆z/蝉立少图1E 一正转连杆机构简图米,1)=10 0厘 米,d =10 0厘 米;改变。使摇臂比m=c/a=1.1、1.3、1.5、1.7、1.9作 出五条 曲线(如 图2)。当m二 1时,即得平行四连杆机构特
2、性直线(过 原点与座标轴夹 角为45“的直线)2.正转连杆机构的特性分析(1) 摇臂比的变化对转角 放 大比a /刀 的影响如图2所示,正转四连杆机构特性曲线 的中部(。约在4 0”一14 0”之间)很接近于直线,仅在两端变为曲线。摇臂比对转角放大比的影响较大,当摇臂比增大,曲线a二r (刀)变 陡,即转角放大比增大。随着摇臂比的增大,对转角放大比的影响又逐渐减小;当摇臂比m1.7之后,再继续增 大,对转角放大比的影响则 显著减小,曲线靠得很近,且 彼 此 很相似。另外,摇臂比的变化对曲线初段 的影响较末段敏感。机构在任意位置时的 几何关 系,即正转四连杆机构的几何方程式(详见工程机械19 7
3、9年第7期“装载机工作 装置连杆机构 设计的初步分析”) 为:,甜库f 6 01 4 0n“内月住拍aZ+bZ+eZ一dZ2a e一刀一互。a+上。刀二e o s(a、.产、尹,1甘2(O S(Ce,+fZ+g:一222eg=。 05(刀一,)由式(1)、(2)可见,各杆 长度确定后可绘 出转角特 性曲 线。例如取:a=3 0厘扩命气淤谕一赫吊厂责二缸浦卿图2正转连杆机构转角特性曲线一11一(2)连杆比比特性的影响。取“=3 0;魔;n=d/b的 变化对转角放大获异碑辱枣 m二1.4,连杆比称书鲜五“p项泰1.0 5、1.1 0可作出五系曲戮如图沪沪沪沪沪沪沪沪沪沪户州尸尸 形形形形形形形形形
4、形七七/ / / / / / / / / / / / / / /戈戈找找井井 / / / / / / / / / / / / /彩彩乒乒户/ / / / / 爹爹爹爹爹参参亥亥扮扮扮扮扮 砚砚泛塑塑乡乡乡乡/一一一一一一趁趁没怨怨怨怨怨怨怨怨怨怨 之之匕鲤鲤一尸洲洲洲洲洲洲洲洲洲 n n n二叽口万万/. . . . . . . . . . . . . . . . .工工j多多/ / / / / / / / / / / / / / / / / 气气气气_- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -一比比比比比比比砂缪缪丫丫丫丫中中 一一一一岁岁尸尸一声,一
5、一枯枯枯枯枯枯枯/ / /阿阿阿阿 、Z Z Z/ / / 狡狡狡狡声尸已已尸,- - - - - - - - - - - - -! ! ! ! ! 呼呼乏遥遥乡尹尹厂厂厂厂厂厂厂厂多喊)图3连杆比对转角放大比特性的形响由图3可见,连杆比虽有较大变化(即连杆长a从9 0厘米变为11 0且米),但对转角放大比 (即曲线的斜率)特性影响很小,各条曲线中部几乎彼此平行,只有两端差别稍大。连杆比的变化主要引起初相角夕。(a一。时的刀值) 的变化。初相角不同,表示摇臂的初始位置不同,而对转角放大比特性影响很小。(3)摇 臂比不变,同时改变摇臂长度。对转角放大比特性的影响。取b =d =1 00厘来,改变
6、a、C使m“C2 8拐_5 6一7 0一丝二丝= 1.4不 变,可作 万二丽一丽一丽一面6 07 0出图4所示六条曲线。由图4可见,保持摇臂比不变而同时改变摇臂a、C长度,即使a、的尺寸变化较大,但对 转角的特性曲线中部(a在60。140“之 间)影响很小,几条曲线挤在一起,仅在始、末段有较大的影响。L综上可知:(1)摇臂比变化对正转四连杆机构的转角放大比特性的影响很大。因此,若要改变放大比以调整机构的性能,则以改变机构的摇臂图4摇份比m=1.4,按比例改变a、。对 转南放大比特性的影响比最为有效。但当摇臂比超过1.7以后,则对转角放大比特性的影响也显著减少。(2)利用改变连杆比对机构转角放大
7、比特性影响很小的特点,通过改变连杆长度d以满足总布置与动力性等方面的要录。(3)由保持摇臂比不变,改变摇臂长度对转角特性曲线伪中段影响很小的特性,当所设计的摇臂尺寸不合要求时,可同时按比例改变摇臂尺寸a、。以满足机构要 求。二、正转连杆机构设计的解析法1.杆长方程组由方程式 (1) 可知,机构的转 角特性刀二f(a)决定于各杆长,将各杆长视为待定参数,并设K,二二吐少二士兰二兰.K,一上,2aC一C二b 入3一 a(3)代人式 (1)得:K,一KZe o oa+K:e os刀=c o s(a一刀)(4)从工作装置连杆机构的主要要 求出发,定出三组转角值a*、刀、(i=i、2、3)并代入式(4)
8、可得到以KI、K:、K。为未知量的联立方程式._K,一K,。o 。a,+K,。0 5刀:二。0 5(al一刀,)叱长,一入,C O Sa。十 入,CoS刀,=C O S气口2一PZ夕、01一长;一入Ze o sa:十入:c o sP3二c o s气a:一P3少或简 写为:K,一K:C 。Sa,+K3eo s刀、=e os(a;一刀;),(i=1、2、3)(6)求解式(5)可得:l。0 5(a.二刀)一。o sa甲。05刀,!1C O S( a。一刀,)一C OSa。CO Sp,1Kl一1二四万丝竺竺塑列(7一 )。S(刀,一丫,)C。(刀:一?2)1。o。(刀。一丫。)C OS夕lC O S下
9、2c os丫3D1(1 4)一eo s刀t一eos刀:一CO Sc。(刀,一,1)c。(刀:一vZ)。S(刀。一丫3)(15)日门日式中D,为系数行列式一eos刀,e os护一e o s刀:c os?一eos刀。e o s夕(1 6)以!曰l巨月. . . , . 几. r . . . . . . .l e o,(eo s(eo s(al一刀,)2一刀2),一几)e os刀;e os刀2e o s刀3D(8)、 .产、 、产、 .产 一C OSaC。s(a:一刀,一C O SaZC O Sa3c。,(a:一刀2。0 5(a。一刀3 (9)日巨l曰K3和式(由系数Jl、JZ、J3和式(12)即得
10、计算杆长的三个关系式。2.杆长b与f的计算动 臂长L决定于整机特性和总体布置。由图所示的三角关系得计算动臂长L的公式(1 7)L=侧乙圣+乙呈+乙置+2乙3(乙:。in吵一乙le o s叻)(17)式中乙:一最大卸载高 度H。,二时斗尖到动臂与支架铰点G的水平距离乙:=H,二一hGh。一铰点G的高度乙:=丫h又+乙盖h*、乙*一铲斗结构参数叻一几+几只一卸料角,只=4 5“A一A,n一万g于L一一刃D式中D为未知量 的 系数行列式1一e o sa,e o s刀,I 矛=1一C OSa,COS口,1一cosa3c o SP3由已导出的 系数K,、K卜得求解杆长的三个关 系式。同理,将 转角口、?
11、、(i人式(2)得方程组=1、2、(10)3)便3) 代J,一JZ。刀i+J3。o。,;二eos(刀;一,;)(i=1、2、3)(11)式中Jl=e,+f,十g,一h,2egf 一百,f J3-e(1 2)求解式 (n)得:e o s(刀、一丫,)一eos刀;e o s,e os(刀谧一,2)一eo s刀2e o s丫:e o s(刀3一?。)一e os刀:。05?3D,(13)当动臂长度L与几何形状确定后,选定铰点D,则可求得杆长b、f。再由式(3)和(12) 计算出杆长a、b、。和e、g、h。用杆长 方程计算杆长的关键在于确定 理想的特性曲线,从确定其转角值(佑、几,i=1、2、3)。将转
12、角值代人杆长方程组,即可得符合预定特性的结果。实际计算中,有时的计算结果虽符合转角特性,但杆件尺寸不符 合总体布置等 因素的要求。为此,还应根据转角特性分析结论适 当修改杆件的计算长度,求得理想的连 杆机 构方案。一1 3一、厂厂戈戈l,/ / / 了了了对对 、? ? ?苦苦苦苦 / / / / / / /图5动甘长度计算简图三、连杆机构的合理组 合及近似特性直线确定1.连杆机构应具有的特性(1)铲斗的平移性 铲斗的平移性取决于铲斗在地面的收斗位置和提升中的转角差,关键在于转角差的大小。转角差A切取决于在提升中铲斗随动臂的牵连转角切。与铲 斗随连杆机构的相对转角叭 之间的差值 (即铲斗的绝对
13、转角华。)。,“甲。一甲:(下一认)一(a一a净牵连转角叭就是动臂绕与机架的铰销G的转角(通常取上下限转角卯=7 0。一8 0。);a、与,分别表示机构在下限位置时铲斗AB、杆FG与动臂的夹角(或称初相角)。相对转角叭是连杆抓构引起铲斗相对于动臂的转角。(2)铲斗的却料性通常要求铲斗在任何位 置卸料时的卸料角久45“。为此,对于给定的转斗油缸行程,要求与铲斗相连的四杆机构在不利的卸料位置时也具有足够大的转角减大比,以保证只45“。(3)连 杆机构的动力性当机构处于重载 (如铲起工况)位置时的传 动角夕(各摇臂与连杆的夹角,应接近9 0“;而当机构处于轻载(如收斗、卸料)位置时:e。i。1 0。
14、,口二。*4 5。图8正转连杆机构有动圈一1 6一4.机构运 动图(图8)(1)按比例画出动 臂的下、上 限及中间位置,摇臂AB(铲斗)、DC、GF与动 臂的夹角为 初相 角佑、八、叭,分别以A、D、G为圆心a、C、e、g为半径画圆,确定 各摇臂及转斗油缸铰点F,连接BC、E F便 可 确定连杆机构的下 限位 置。而B C与EF的长度便确定了连杆 的修改长度d与h。(2)作出 中间和 上限 收斗位置机构 图,检查铲斗转角差为2” 、5时 与图7转角差曲线很 相近,铲斗平移性好。(3)作 出卸料不 利位置(丫=6 0。时 的中间位置)机构图,使卸料角为 4 5。,确定转斗油缸 的安装长度L安 一
15、 FE 。并作 出下、上限缸料位置卸 料角)4 5”,油缸安装长 度符合要求。若需选用标准油缸,则需适 当修改L安长度。(4) 检查各极端位置时的传动角,均合乎要求,故此 方案合 理。由上述可 见,用解析法 设计 正 转连 杆机构,较 类比试凑法省去反复试凑作 图过程。特别是根据连杆机构近似特性直线;用杆长方程组计算合乎 预定特性的方案,一减少了设计 过程的盲目性,从而利于 提高设计的质量 与效率。蜗式钻头捞具济 南黄河大桥会战指挥部张宗武在济南黄河大桥的灌注桩施 工中,水下钻孔直径必1.5米,钻孔深度10 0米左右,使用的是SPJ一30 0型 水文水井钻机。利用小型 钻机钻较大 的孔径是比较
16、 困难的,常会发生故 障:(1)钻头被挤 碎;(2)钻 杆被扭断;(3)换钻杆时不 慎,把钻头掉进孔 内。一般 说来,钻头被挤 碎可用磁铁吸上来;钻头与钻杆连接处被扭断,可用钩 子吊上来。而第三种情况,钻 头带 着钻杆掉进孔内,既不能 用磁 铁吸,又不 能用钩子 吊,造成了施工困难。如一次在钻孔深度 9 0 米左 右时,换钻杆 不慎,致钻头带 着两 节(每节9米)钻杆掉进钻孔内,组织人 员日夜打 捞,想了很多方案,改了很多 捞具,连续苦干了四个昼 夜,也没 有捞上来(据了解,某大桥局也遇到过 这样的情况)。最后想出了这种蜗式钻头捞具,很顺利地把钻头 捞了出来。这种蜗式钻头捞具如附 图所示,用厚2 0毫米 的钢板切割成一个螺 旋槽,沿螺旋槽 下面加一 条厚1 0毫米的钢板加强筋,距
