装载机铲斗几何形状参数的优化设计
轮式装载机铲斗设计

轮式装载机铲斗设计本文旨在介绍轮式装载机铲斗设计的重要性和背景。
作为一种常见的工程机械设备,轮式装载机广泛应用于建筑工地、矿山和物流等领域。
铲斗作为轮式装载机的关键部件之一,具有重要的作用。
良好的铲斗设计能够提升装载机的工作效率,增加装载量,同时还能减少能耗和机器的磨损。
本文将介绍铲斗设计的要点和考虑因素。
首先,我们将探讨不同类型铲斗的设计特点和适用场景。
不同行业和工作环境对铲斗的要求不同,因此设计师需要根据实际情况选择合适的铲斗类型。
其次,我们将讨论铲斗的结构和材料选择。
铲斗的结构应具备强度高、重量轻、耐用性好等特性,而材料的选择则起到决定性的作用。
最后,我们将介绍一些铲斗设计的常见问题和解决方法,以帮助设计师在实践中避免一些常见的设计失误。
读者通过阅读本文,将能够全面了解轮式装载机铲斗设计的重要性和背景,掌握铲斗设计的要点和方法。
希望本文能够为相关设计师提供有益的参考,促进轮式装载机铲斗设计的进一步发展和创新。
轮式装载机铲斗是一种用于装卸和搬运松散物料的设备,其工作原理基于以下几个基本原则:原理一:力的应用和传递轮式装载机铲斗的设计基于应用和传递力的原理。
铲斗通过液压系统产生的力,将松散物料装入或卸出车辆。
由于斗齿的设计和角度,力被有效地传递到物料上,实现装载和卸载的目的。
原理一:力的应用和传递轮式装载机铲斗的设计基于应用和传递力的原理。
铲斗通过液压系统产生的力,将松散物料装入或卸出车辆。
由于斗齿的设计和角度,力被有效地传递到物料上,实现装载和卸载的目的。
原理二:斗齿的结构和材料选择轮式装载机铲斗的斗齿是装载和卸载物料的关键部分。
斗齿的结构和材料选择需要考虑物料的性质和工作环境的要求。
设计合理的斗齿可以提高装载效率和使用寿命。
原理二:斗齿的结构和材料选择轮式装载机铲斗的斗齿是装载和卸载物料的关键部分。
斗齿的结构和材料选择需要考虑物料的性质和工作环境的要求。
设计合理的斗齿可以提高装载效率和使用寿命。
液压挖掘机铲斗机构的优化设计

即 l13 = 288mm、l21 = 281mm、l24 = 201mm、l29 = 313mm、l15 = 926mm、ψ = 2183 ×180 /π = 162°。
3 结 论
由计算结果可以看出 ,液压挖掘机铲斗机构经过优化以后 ,可在满足各约束条件下 ,取得一个最优值 ,以 使挖掘力最大 ,挖掘轻松顺利 ,提高工作效率 。优化设计的方法比常规设计更能得出符合实际的结果 ,而且 , 采用计算机辅助设计与手工计算相比 ,设计效率大大提高 。
n +1
F (X)
∑ [M =k =1
(φk
)
- MZ
(φk )
]2
→M IN
n +1
式中 , ( n + 1)是在机构自变量 φ的变化范围内均匀取出的状态 。
其中负荷函数 M Z : 以 φ为自变量 ,分四段来书写负荷函数为 :
第一段 :φ =φ0 ~φ0 +Φm - Δφ
M Z (φ) = l3
中小型挖掘机通常以铲斗液压缸挖掘作为主要挖掘方式 ,希望在实际挖掘中 ,挖掘力足够 ,挖掘时能轻 松顺利 。但铲斗机构的设计和工作又都受到一些约束的限制 ,选择一个最佳的设计方案 ,显然会大大提高挖 掘质量和工作效率 ,本文采用复合函数法对铲斗机构进行优化设计 。
1 优化模型
工况条件下土石方机械铲斗斗齿的优化设计

材料不变 时 ! 亦即 ^ ^ # _不 变 ! # _与 设 计 变 量 &6 无关 ! 因此对一般应力状况下的单元有
P V U \ U ] 6 3U &H ^G _3 V V 6 6G 6 P &6 &6 &6
从受载情况来看 ! 斗齿主要承受弯矩应力 ! 因 此! 斗齿单元刚度导数可近似为
\ P V R P &63 U V R &6 6 6
对式1 中第一式两边同乘 &6后求和并利用 U 2 式1 $ 2得
5
0GF <= R P &63 Q 4 &6P
6 3$
1 * 2
f$ * [ [ f
多工况条件下土石方机械铲斗斗齿的优化设计 qq 李世其
魏发远
樊
俊
! 斗齿应力约束优化准则
斗齿 结 构 优 化 问 题 中 " 我 们 使 用 #$ %&’ ( ) ( 来衡量某一点或某一 单 元 的 压 力 水 平 因 应力 * , + 此优化时必须考虑应力约束 * * / " + 01 " ! " +- . + 具有上述应力约束问题的拉格朗日函数可 2" 3 , 写成
收稿日期 <’ 9 9 9 g: ’ g: ^
于: f;显然 )磨损失效是主要失效形式 )因此 ) 改善斗齿的磨损性能 ) 提高斗齿的磨损寿命 ) 应 是斗齿研究的一个方向 ; 但从另一方面来看 ) 由 于断裂 # 变形失效的概率很低 ) 可以推断斗齿的 结构强度储备很大 ) 对斗齿结构进行优化是可行 国内几乎是一片空白 ) 对于它的设计大多来源于 实践和感性认识 ) 还没有完全上升到理论高度 ; 生
浅谈装载机工作装置优化设计

浅谈装载机工作装置优化设计摘要:装载机是工程机械的重要机种之一,其工作装置设计的合理性和质量直接影响着装载机的各项工作性能。
本文应用参数优化建模和设计方法,对反转六连杆机构建立了参数优化模型,确定了变量系统,目标和约束系统,用优化软件进行了优化设计。
对工作装置所得的优化结果进行了分析,剖析了机构形式的优缺点和适用范围。
装载机是一种常用的铲土运输机械,广泛应用于土木、建筑、水利、矿山等工程,起着减轻劳动强度、提高施工效率和质量的重要作用。
目前国内研究和采用得较多是反转六连杆,这种机构形式简单、尺寸紧凑。
当铲斗铲掘物料时由于是反转机构,转斗油缸大腔进油工作,可以获得较大的铲掘力。
也就是说,铲起同样重量的物料,转斗油缸的尺寸可以设计得较小。
而且转斗油缸后置,使司机有较好的视野。
反转六连杆机构尤其多用于中小型装载机工作装置中。
本文在现有的工作装置优化设计研究成果的基础上,进一步研究和完善六连杆机构设计,针对六连杆机构建立有一定通用性的分析和优化模型,得出满足设计要求的合理方案,总结设计知识和优化经验。
1.参数优化设计概述目前国内工作装置的设计主要采用类比法、画图试凑法、解析法和参数优化方法。
其中,参数优化方法越来越受到重视,取得了很大发展和广泛应用。
类比法和经验法一般只适用于同类型产品,即结构型式、工作对象和条件基本机同的设计。
这样设计所得的产品即使通过了校核检验,符合基本设计要求,但是否能达到性能最优,是否是最好的设计结果,还很值得研究。
参数化设计(Parametric Design)是从CAD技术中发展起来的。
参数化技术主要用于结构形态比较定型的设计对象,对某定型产品,结构形式确定,根据某些具体条件和控制参数决定产品在某一结构形式下的结构参数,从而设计出不同的产品。
实际上,参数化技术就是将产品的一些信息,包括尺寸、数据、特征、模式等定义为变量,这些变量的改变就表示产品模型的改变。
参数化技术适用于常用件、系列件、标准件的设计,只需建模一次,就能得到不同规格的零件模型。
基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计

基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计∗殷淑芳;尹开勤【摘要】挖掘机铲斗是挖掘机工作装置中最为重要的部件之一,其在工作时,与石块、土壤等直接接触,工作条件极为恶劣。
其结构设计的合理与否,直接影响到挖掘机铲斗的使用寿命。
为解决这一问题,采用SolidWorks Simulation对挖掘机铲斗进行有限元分析,采用实体、壳体混合有限元网格模型,并进行相应的约束及载荷的加载,得到其在极端条件下的应力分布状态。
并应用SolidWorks Simulation中结构参数优化功能,对挖掘机铲斗进行优化设计,以此改善挖掘机铲斗在极端工况下的受力,从而提高其使用寿命。
%Excavator bucket is one of the most important components of the excavator working devices. At work, it directly contacts with the rocks and soil, so its working condition is extremely bad. The structure design is reasonable or not directly affects the service life of the excavator bucket. In order to solve this problem, this paper uses Solid Works simulation on the fi-nite element analysis of the excavator bucket. Using the solid, shell mixed finite element mesh models and loading correspond-ing constraints and loads to obtain the stress distribution on the extreme conditions. And using structure parameters optimiza-tion function of Solid Works simulation,the design of excavator bucket is optimized,which improve the load of the excavator bucket under the extreme conditions, and increase the service life.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】4页(P141-143,147)【关键词】挖掘机;铲斗;SolidWorks Simulation;优化设计【作者】殷淑芳;尹开勤【作者单位】青岛滨海学院,山东青岛 266555;青岛滨海学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】TD422.2挖掘机是通过其工作装置中的铲斗来挖掘土壤、煤泥、疏松后的石块等物料,并运至指定位置或装车的一种机械,主要用于工程作业中的土方作业。
基于有限元分析的装载机铲斗结构优化

r a o a l n a g tn tu t r ld sg I a t u a , D oi d li p l d u ig P 0 e s n bea d tr e ig sr cu a e in. n p ri lr a 3 s l mo e sa p i sn r / c d e
中图 分 类 号 : H 2 3 1 T 4 . 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 6 2 5 1 2 1 ) 1 0 8— 5 1 7 —5 8 (0 1 0 —0 6 0
FEA - nab e t uc ur ptm i ato o o e uc t e l d s r t alo i z i n n l ad r b ke s
Z HONG L . i g ip n
( l eo c t n lTe h oo e, h n a g 1 0 4 Chn ) Col fVo a i a c n lg S e y n 1 0 5, ia g o
Ab t a t Du t t e h p a d t u t r l o l x te o l a e b c e s h ta ii n l e i n sr c : e o h s a e n s r c u a c mp e ii s f o d r u k t ,t e r d to a d sg me h d l g e n a ao ia x re c s c n h r l e u e o fe t e sr s i ti u in c lu a i n a d t o o o i so n lg c l p in e a a d y b s d f re f c i te sd s rb t c lto n ee v o a
摘要 : 装载机铲斗 的形状 、 结构 复杂 , 传统的类 比经验设计 方法难 以计算应力 分布 , 结构设 计不尽合理 , 在很 存
装载机铲斗几何形状参数优化设计

装载机铲斗几何形状参数的优化设计关键词:装载机,铲斗,几何形状,尺寸参数,优化设计轮式装载机的工作装置主要由动臂、铲斗、摇臂、连杆等机构组成,工作装置的结构和性能直接影响装载机的动力性与运动特性;铲斗是工作装置的重要工作部件,其几何形状和尺寸参数对插入阻力、铲取阻力、转斗阻力和生产率有着很大的影响,为保证铲斗在一次装载过程中具有较高的装满系数,达到装满卸净,并且减小工作阻力,为此要求铲斗结构形状和尺寸参数必须符合一定的设计规范。
装载机铲斗的动力性主要体现在铲斗下铰接点位置的确定,铲斗下铰接点与切削刃的距离定义为铲斗的回转半径Rr,因此在铲斗几何形状设计过程中,以铲斗的回转半径为主参数,以铲斗的截面各几何形状参数和铲斗下铰接点的位置参数作为回转半径Rr的函数。
铲斗的斗容量分为平装斗容和堆装斗容,额定斗容量是指堆装斗容,并且斗容量已经实现系列化,本优化设计软件可以实现任意斗容量的优化设计。
铲斗的斗容量由铲斗的截面形状和内侧宽度B0决定,而铲斗的宽度一般比两轮胎外侧之间距离长100mm左右,以保护轮胎不受损害,因此铲斗内侧宽度是一个相对固定值,设计时一般根据实际需要预先给出一个具体数值,因而铲斗的设计主要是铲斗的截面几何形状参数的确定。
图1是装载机铲斗截面几何形状参数优化设计简图:铲斗的截面几何形状由铲斗底板长度ld、半径为r的圆弧段、后板长度le及底板与后板之间的张开角度x5四个参数确定;铲斗的平装斗容由底板、底圆弧、后板围成的U形面积CAFNC确定,堆装斗容由三角形面积CNEC确定,其中E点为堆装顶点,堆装斜度1:2。
图中B点为铲斗与动臂铰接的下铰接点,也是铲斗的回转中心,C点为斗刃,BC两点距离即是铲斗的回转半径Rr;铲斗设计时定义铲斗回转半径Rr为基本参数,斗底圆弧半径r、斗底长度Loc、后壁长度Lon则作为回转半径Rr的函数;铲斗的回转半径Rr小,则铲斗转斗时力臂小,相同的掘起力矩下可增加作用在斗刃上的掘起力,yb是铲斗的下铰接点与底板ld的距离,yb数值小,有利于作业时的铲入,减少插入阻力。
装载机铲斗几何尺寸的新计算方法

争鸣园地
装载机铲斗几何尺寸的新计算方法
1 0
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关键词:铲斗 设计方法 基本参数
法能直观反映基本参数对铲斗形状的影响, 更便于利用微机进行辅助设计。
—— 通常取 "#5$8"#7 !0—圆弧半径系数, !06’ ( ! , —— ’ —铲斗圆弧半径, 4 —— 取 79:8$1: "—斗张角, —— 通常 "!—挡板与后斗壁延长线之间的夹角, 取 $:8!": 求出 ! 后, 再根据各项选取的系数来确定铲斗 的几何尺寸 & %、 & &、 & ( 与 ’ 等。
) 吉林工业大 学 工 程 机 械 教 研 室&
北京: 中国建筑工业出版社, !*+#
轮 式 装 载 机 设 计&
通讯地址: 河北省邯郸市华北水电学院 !"## 信箱 ($#%$!& ) (收稿日期: #((#0(-0)( )
广西柳工集团有限公司 章二平
林建荣
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相似文献(10条) 1.学位论文 彭灿 液压挖掘机铲斗轨迹控制器SOC原型研究 2007
当今液压挖掘机机器人化已成为国内外研究的热点,并在实际应用中逐步体现出其优势。本文在此背景下,结合最新出现的片上系统(SOC)技术,对液压挖掘 机铲斗轨迹控制器原型进行了研究。 论文首先对液压挖掘机运动学进行了分析,考虑到采用数字PID控制方法会导致参数调节难度大的缺点,选取基于递推 增量控制的轨迹控制算法。在实际控制中液压挖掘机的减压比例阀动态特性可以忽略,因而得到减压比例阀近似电流-流量模型,为半实物仿真中电流到工作装置 状态转化提供了理论基础。 轨迹控制器本质上属于运动控制器,其设计上采用SOC技术相比传统的嵌入式开发,具有更低的功耗,更高的性价比和更快的上 市时间,能提高系统整机的性能,降低了成本和体积。常见的SOC设计方法有基于IP核和基于平台两种,本文对两种方法进行了对比,指出采用基于平台的设计方 法,在完全可编程环境下既具有基于平台设计方法的降低设计复杂度的优点,又具有基于IP核设计方法的高灵活性。 通过上述分析,本文采用基于平台的 SOC设计方法,对液压挖掘机轨迹控制器进行研究。在Altera,公司推出的可编程平台Stratix开发板(可配置Nios Ⅱ软核CPU)上实现了轨迹控制器原型系统 :Excavator Controller。根据实际控制需求,采用软硬件协同设计的方法,在SOC开发环境中研究和设计了相关IP核,并将各IP核最终都综合到软核CPU Nios Ⅱ中,从而Excavatoi Controller将控制器的绝大部分功能在单个芯片上实现,具有低功耗、小体积等优点。在软件设计中编写了各功能函数和递推增量控制算法 程序。为了提高控制的实时性,在系统中移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统进行多任务管理。 最后论文采用Visual C++6.0基于OpenGL开发了液压挖掘机虚拟 现实VR软件,与轨迹控制器原型共同组成半实物仿真环境。在半实物仿真环境下,对轨迹控制器进行了水平从外向内走直线的实验,通过不断的调整控制参数,最 终达到较好的控制效果。
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科 技 论 坛
额定容量的基础上 ,使铲斗截面几何形状参数符合 以上设计规范 , 保证铲斗结构形状 和尺寸参数合理 , 减小工作阻力 , 提高装满 系数 , 达到装满卸净 的 目的; 同时装载机的工作性能主要体现在使铲斗掘 起力最大 , 为达此 目的 , 必须使铲斗 回转半径 R r 最小。 根据以上对铲斗截面几何形 状参数设计 目的的分析 , 编写 以下 优化设计程 序 , 优化 目 标 是铲斗掘起力最大 , 因而 即是使铲 斗 回转 半径最小 , 设计参数如 x 0 所示 , 依次 为:
一
铲斗平装斗容量计算公式 :
V s= SX B0
铲斗斗底长 度系数, =1 A 0  ̄ 1 . s 3 I
—
铲斗堆装斗容量计算公式 : g r =g s +l b 。 B 0 / a -l b / 2 4
铲斗 后 壁长 度 系 数 1 . 1 0  ̄ 1 . 2 o , t . 一 圆 弧 半 径系 数, 知 0 3 5  ̄ 0 . 4 0 i
轮式装 载机 的工作装置 主要 由动臂 、 铲斗 、 摇臂、 连杆等机构组 成 ,工作装 置的结构 和性 能直接影 响装 载机 的动力性 与运 动特性 ; 铲 斗是 工作 装置的重要工作部件 , 其几何形状和尺寸参数对插入阻 力、 铲取阻力 、 转 斗阻力和生产率有着很大 的影 响 , 为保证铲斗在一 次 装载过程 中具 有较高 的装满 系数 , 达到装满卸净 , 并且减 小工作 阻力 ,为此要求 铲斗结构形状 和尺寸参数必须符 合一定 的设 计规 范。 装载机铲斗 的动力性主要体现在铲斗下铰接点位置 的确定 , 铲 斗下铰接点 与切削刃 的距离定义为铲 斗的 回转半径 R r ,因此 在铲 斗几何 形状设计过程 中, 以铲 斗的 回转半径 为主参数 , 以铲斗 的截 面各几何形状参数和铲斗下铰接点的位置参数作为 回转半径 R r 的
业时的铲人 , 减少插入阻力 。
图 1铲斗截面几何形状优化设计参数图
图 2铲斗设计完成输出的图样
式 中: V r— 铲 斗额定容 量 , m m ;
设计 过程 中利用铲 斗三角形 C O N, 定义如下参数 : c 一 斗底 长度 , 即铲斗三角形 C O N底边 O C的长度 , m m; L o n ——后壁长度 , 即铲斗三角形 C O N顶边 O N的长度 , m m;
A g 一
— —
铲斗斗底长度系数, A g :L o c / r  ̄ ; 铲斗后壁长度系数,2 z :L o n / R r ; 卜一 圆弧半径系数,打 =r / R r
V s ——铲斗平装容量 , mm , ; s 一 铲斗平装斗容截面面积 , m m : ; B o - — 书 斗内侧宽度 , m m; 】 铲斗 开 口长度 , mm;
科 技 论 坛
装载机铲 斗几何形状 参数 的优化设 计
王 慈
( 厦门华厦职 业学院, 福建 厦门 3 6 1 0 2 4 ) 摘 要: 针对装载机 铲斗几何形状参数的优 化设 计进行 了论述 。 关键词 : 装载机 ; 铲斗 ; 几何形状 ; 尺 寸参数 ; 4 L 4 E i  ̄ 计
函数。
铲斗的斗容量分为平装斗容和堆装斗容 , 额定 斗容量 是指 堆装 斗容 , 并且 斗容量 已经实现 系列化 , 本优化设计软件 可以实现任 意 斗容量的优化设计。 铲斗的斗容量由铲斗的截 面形状和 内侧宽度 B 0决定 ,而铲斗 的宽度一般 比两轮胎外侧之 间距离长 1 0 0 m m左右 ,以保护轮胎不 受损害 , 因此铲 斗内侧宽度是一个相对 固定值 , 设计时一 般根据实 际需要 预先 给出一个具体数值 , 因而铲斗的设计主要是铲斗 的截面 几何形状参数 的确定 。 图1 是装 载机铲斗截面几何形状参数优化设计 简图 : 铲斗 的截 面几 何形状 由铲 斗底 板长度 l d 、 半径为 r 的 圆弧段 、 后板 长度 l e及 底板与后板之 间的张开角度 x 5四个参数确 定 ;铲斗的平装斗容 由 底板 、 底 圆弧 、 后板 围成 的 u形面积 C A F N C确定 , 堆装斗 容 由三角 形面积 C N E C确定 , 其 中 E点 为堆装顶点 , 堆装斜度 1 : 2 。 图中 B点为铲斗 与动臂铰接 的下铰接点 ,也是铲斗 的回转 中 心, c点 为斗 刃 , B C两点距离即是铲 斗的回转 半径 R r ;铲斗设 计时 定义铲斗 回转 半径 R r 为基本参数 , 斗底 圆弧半径 r 、 斗底长度 L o c 、 后壁长度 L o n则作为 回转半径 R r 的函数 ;铲 斗的回转半 径 R r 小, 则铲斗转斗时力臂小 , 相 同的掘起力矩下可增加作用在斗 刃上 的掘 起力 , y h是铲斗 的下铰接点与底板 l d的距 离 , y b 数值小 ,有利 于作
—
铲斗 回转半径 R r 采用 以下计算公式 :
x 5 —— 铲斗张开角度 , 取值范 围: 4 5 5 2 。, 利于物料流动; y h _ — 铲 斗下 铰接点 B的高度 , y b = ( 0 . 1 2 ) R r ; L b 下铰接点距铲斗底壁 的距离 ,应该根据铰接销轴 的直 径确定 。
装载机铲 斗截 面几何形状参数优化设计 的 目的 , 是 在满足铲斗
作者简介 : 王 慈( 1 9 6 4 一) , 男, 祖籍福建厦 门, 1 9 8 6年毕业 于浙江大 学机械 系, 获得 工学士学位 , 高级工程师 ,曾就职于厦 门工程机械 股份 有限公 司, 长期从 事装载机、 挖掘机 的研 究、 开发工作 , 擅 长装 载机 、 挖掘机工作装置的优化设计 , 设计过 多款装载机 、 挖掘机 的工作 装置 ; 现就职于厦 门华厦职业学院。