[精品]混泥土泵车布料机构设计

[精品]混泥土泵车布料机构 FY5340THB150-44型混泥土泵车布料机构设计 指导教师: 班 级: 学 号: 姓 名: 目录 一、题目 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 二、设计题目及任务 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1设计题目 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.2设计数据与要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.3设计任务 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.4设计提示 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 三、最终设计模型图展示 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.1 节臂交接处模型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.2起始处模型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 四、数据分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 4.1整体分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 4.2节臂间交接处分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.3第一根杆起始端与车体连接问题分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.4起始端座体车体连接分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 五、运动仿真 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 5.1进行ADAMS仿真 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 5.2转动杆沿X方向的位移图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.3转动杆沿Y方向的位移图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.4转动杆沿X方向的速度图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.5转动杆沿Y方向的速度图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.6转动杆沿X方向的加速度图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5.7转动杆沿Y方向的加速度图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5.8对运动仿真的一些介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 六、模型总体分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 一、设计题目:FY5340THB150-44型混泥土泵车布料机构设计 二、设计题目及任务 2(1设计题目简介 混凝土泵车是目前土建工地现场混 凝土浇注中不可或缺的机械设备,其功 能是将搅拌好的混凝土通过泵送和布料 杆传送到需要浇注的部位,完成混凝土 构件现场浇注的工序。而泵车的布料杆 是泵车设计和制造的关键，布料杆结构 的合理与否将直接影响整车的工作性能 和作业稳定性。布料杆臂与臂之间是通 过轴、连杆机构以及变幅油缸连接在一 起的，料杆通过各变幅缸的伸缩运动和多个四连杆机构来实现其在作业范围内的工作。 2.2设计数据与要求 FY5340THB150-44型混泥土泵车布料杆,五节臂组成， 最大布料高度44米，最大布料深度32米，最大布料半径40米，液压缸驱动。 2.3设计任务 1、提出可能的运动控制，绘制方案的机构简图，计算布料杆机构的自由度，进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计; 2、依据国家相关标准提出油缸的布置及其运动要求 3、用软件(VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可)对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。 4、 图纸上绘出最终方案的机构运动简图(可以是计算机图) 5、编写说明书，说明书应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。 6、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。 2.4 设计提示 1、每一节布料杆应有一个油缸控制，即该机构有由多个自由度 2、按设计要求，主要考虑几个极限位置的相关数据 三、最终设计模型图展示: 3.1节臂交接处模型 3.2起始端模型 四、数据分析 4.1、整体分析 要重点说明的是输送混泥土的管子是要封闭的，而且也不宜太硬，所以不适合用输送管直接设计。在这里我使用方形空心管设计模型，完成后只需让混泥土输送管放在方形空心管中就可以进行混泥土输送了。 首先，根据要求,五节臂组成，最大布料高度44米，最大布料深度32米，最大布料半径40米。我直接先确定五节臂拉直后长度应该是40米，因为不管杆最高抬多高，最深能放多低，在水平上它应该是能够全部展开的，也就是其布料半径。40米分成五节的话，平均应该是8米一节，不过由于还有节臂的放置问题，第一节臂就应该长一点，将第一节臂定为9米，中间三节臂为8米，最后一节为7米。 然后，可以很明显的看出最大布料高度比最大布料深度要大，这一点可以从实际情况分析出来，那就是五节臂的起始端肯定不是在地面上，而是有一定的高度的。这里由于其最大布料高度为44米，最大布料半径为40米，就可以看出它的起始点高度应该是4米高处。 确定以上两点后，根据这两点分析最大布料深度。起始点高4米，展开后最长为40米，那么其最大深度就是36米，与要求不相同。根据实际，这里的最大深度不应该计算完全展开的，因为第一根节臂由于有其他固定结构存在是不能完全拉到竖直向下的。 那么，这里就要算出一个适合角度了，使得第一节臂刚好在约束的条件下在下拉时，竖直距离会减少4米，这样就刚好是最大布料深度32米了。也就是第一节臂放下后极限位置时，另一个端点下降的距离为5米。 4.2节臂间交接处分析 从结构图中可以看出交接处结构模型，其简图如下: 图1 收拢时的位置关系 图2 伸展开时的位置关系 两个极限位置的简图没有画出杆件的大小、厚度，但是每个点得位置是考略了这些的。都是取的节点的中心。 分析已知:1杆、2杆就是一节臂和二节臂，O点为它们的交接点，在这里不需要用到其长度。O1、O2两点是用来连接两杆使之构成转动副的。OO1=OO2=200mm、OA=OD=200mm。则AD=O1O2=400mm。 一些点位置的确定:从图一看，E点和B点与1杆的距离为200mm，这是考虑到杆厚度与放置液压杆所需位置确定的。即EH=OB=200mm。 对图1分析:先看虚线的ABC三角形与DC杆的连接，此时: 222005OA，OBAB==mm 224002AD，CDAC==mm BC=600mm DC=400mm 我们先来看看这里应该选择什么样的位置才可以，由于两杆之间的转动是由液压杆带动的，所以我们首先应该考虑的就是死点位置的问题。在图1和图2的对比中，我们可以发现死点位置就是CD和OD共线的时候，那么我们只要不让其在转动过程中共线就可以达到预想的情况运动了。根据分析，可以很容易的看出，当C点处于OD的右下方的时候在转动过程中就不会有死点位置出现。因此我们就可以保持上边假设的这种情况，避免重新确定数据的麻烦。 用图2计算: 对三角形ACD用余弦定理: 222，，，，400,4002，800,2，4002，800，cos，CAD ，CAD,27.89:解得: 对三角形ABC用余弦定理: 222，，，，，，600,2005，4002,2，2005，4002，cos，BAC ，BAC,71.56:解得: ，BAH,180:,27.89:,71.56:,80.55:所以: 在三角形ABG中: AG,2005，cos80.55:,73.4mm BG,2005，sin80.55:,441.1mm xx先设图1中液压杆长为，图2中液压杆长为,则在三角形BEF中: 12 EF,x,73.4,400,x,473.411 BF,441.1,200,241.1mm 222，，x,473.4，241.1,x 12 x,2x根据实际情况，应该满足: 12 2 x,,221，，，，x,473.4，241.1,,x,x,0,,所以有: 1122,, 解得:或 x,1127.4mm0,x,135.0mm11 上边这只是满足其中的一个长度关系，还要考虑的是实际运动。那就是液压杆只能进行伸缩运动，不能控制转动方向所以H点的位置是不能在G点右边的，因为这样会 在转动过程中遇到死点位置。也就是B点无法转过HE这条线。 所以，就要排除了。那么符合条件就可以使得两杆0,x,135.0mmx,1127.4mm11 件进行图1与图2之间的转动了。我们应该尽可能的节省材料，所以要尽量选择液压杆短一些。而为了加工方便要尽量选整数，在这里我选择液压杆的长度为1200mm。 节臂之间的连接数据计算好后，可以进行拟画节臂连接模型了。画出的模型图如下: 下边是分解后的各个零件示意图: 4.3、第一根杆起始端与车体连接问题分析 在前面进行总体分析的时候有说到“第一节臂刚好在约束的条件下在下拉时，竖直距离会减少4米，这样就刚好是最大布料深度32米了。也就是第一节臂放下后极限位置时，另一个端点下降的距离为5米。”，那么我们就要在设计的时候达到这种情况。前边也有说到第一节臂长为9m，先假设第一节臂放下后于水平面成一个角度α要使其放 5,sin,。为了容易确定这个位置，可以在起始处设置下后下降距离为5米，那么就有9 一个向下倾角最大为α的设置。 这里先要设计一下起始端的大体模型。首先要是固定的，另外要能连接第一节臂并控制转动。这里我转动控制就直接使用节臂与节臂连接的方法俩控制就行了，避免了再一次的计算。下边是最后设计的起始处模型: 起始端与车体连在一起的座体 起始端与第一节臂的连接方法 4.4、起始端座体与车体的连接问题 这里由于布料机是要在一个直径范围内布料，所以在水平面内要能实现转向。这里的起始端座体与车体之间就要能够转动才行了。我的想法是在底部做一个较小的轴，通过钢绳绕着轴几圈(在中间部分找个地方将钢绳与轴固定使之不能滑动)，并将两头分别连在两根液压杆的活动端，通过两 根液压杆的伸缩来控制起始端座体的转动。 五、运动仿真 5.1进行ADAMS仿真，建立模型如下图(由于有一杆在相对分析时可以看做是固定不动的，所以 当做是机架未画出): 5.2转动杆沿X方向的位移图: 5.3转动杆沿Y方向的位移图: 5.4转动杆沿X方向的速度图: 5.5转动杆沿Y方向的速度图: 5.6转动杆沿X方向的加速度图: 5.7转动杆沿Y方向的加速度图: 5.8对运动仿真的一些介绍 在对模型进行仿真的时候，由于一些数据输入的问题导致仿真不够完全。另外，起始端的模型大体上和交接臂一样，只是角度有限制所以不单独分析。 六、模型总体分析