翻转犁翻转机构的运动与受力分析.pptx

摘要l首先提出单缸卧式翻转机构运动方程,并从机构的运动和动力基础出发,绘出传动特性曲线,对机构进行运动学和动力学特性的分析。通过分析证明这一翻转机构的工作稳定性及可行性,为翻转机构的设计与应用提出了相应的设计理念及设计应用依据l实物图l1 翻转机构的运动分析l如图 1所示,在单缸卧式翻转机构简图中,A、C为固定支点,AC 长度为 a,AB 长度为 R,BC 长度 为L 0,当拖拉机发动机的转数不变时,翻转机构的油缸作匀速运动,即 v1为常数。AB 和 AC 的夹角为,为满足翻转犁能在工作过程中翻转 180度,要求 AB 杆在油缸的作用下必须能转动 180。角的变化范围应在整个水平面内,即 可在 正负 90度 的范围内变化。所以，该机构为运动导杆机构，能够完成上诉运动的必要条件为 a+L minR a+L max 图 1所示的机构中,由三角形 ABC 可得机构的运动方程:L=a+R-2aRcos (1)cos=（a+R-L）/2aR （2）l根据式(2)、(3)、(4)可确定不同的 a、R、L 及相关参数值,计算出 AB 杆转动到某一位置的角速度和角加速度,绘出传动特性曲线,如图 2 所示。可多方案比较以选择最佳方案。例如,较常见的一组参数值l为:a=0.12m、R=0.506m、油 缸的缩短 速度 v=0.07m/s、油缸的 传动 比 K=1.46。当 需要 将犁 翻转180 时,操纵液压输出手柄,使翻转油缸收缩,AB 杆转动,角从 90 减小到 0(即 B 点在 y 轴上),再由0 转到-90,当 角由 90 减小到 60 时,角速度值为 0.6667 0.6166,角加速度 值为-0.08070.1085,角速度和角加速度变化都很小,由此看出,无论油缸是静止还是工作状态均是平稳的,对液压系统也有益。油缸伸缩将使 L 值发生变化,cos 也随之改变。对式(1)进行一次微分和二次微分,可得到 AB 的角速度和角加速度:l当角由 60 减小到 5 时,AB 杆的角速度由 0.6166增加到 5.1973,角速度迅速增长,角加速由 0.1085增长到 300以上,角加速度也急剧增长,尤其在 接近 0 时,由于大的角加速度将产生大的惯性力,这正是机构翻转时越过中间自锁区时所需要的特性。当 AB 杆由=-5 减小到=-60 时,角速度值由 3.4326减小到0.4215,角加速度值由-203.9 急剧减小到-0.09;当 AB 杆由 =-60 减小到 =-90 时,角速度 值 由 0.4215减小到 0.4147,角加速度值由-0.09减小到0.0364,角加速度变化很小。这样,当犁翻转动作结束时,角速度和角加速度都接近于 0,使所产生的惯性力很小,机构很平稳地结束工作,这一特性正是所要求的。所以,机构设计参数的选择是合理的。l2 翻转机构受力分析l翻转机构在工作中受重力、惯性力和摩擦力等外力的作用,为使机构能完成翻转的全过程,需施加一个力以克服这些外力。为确定油缸的受力大小、结构尺寸和机构的强度等必须进行动力分析。l由图 1可看出,机构主要受到 3个力的作用,机具重心 D 点受到重力 G 和惯性力 F=mar的作用,A 点受到摩擦阻力矩 M f的作用,其他力均较小,可忽略不计2 1 机构自锁区域的确定翻转机构在翻的全程,当角等于0 时,A、B、C 三点在一条直线上,这时油缸无论施加多大的力,机构都不能运动。不仅如此,由于轴颈 A 在转动时有 摩擦阻力产生,因此将在等于0 附近的很小区域内存在自锁区(死点区)。确定自锁区的计算如图 3所示。已知:G=9339.4N,L 1=1.831m,L 2=0.310m,L 3=0.160m,d=0.12m,求轴颈的压力。由 WL 2=GL 1,得W=GL 1/L 2=55162.7N根据轴承的结构,可确定是跑合轴颈,轴颈的单位压力为:p=N/s=W/（dL3）式中:p 为轴颈单位压力;W 为轴颈 受力;d 为轴的直径;L 3 为轴颈的接触长度。将参数代入式(5),得:p=91.49N/cml由于摩擦因数与压力成正 比,从手册中可以查当 p=91.49N/cm 时,滑动摩擦因数 f 1=0.1486，当量摩擦因数 f 0=1.27,则总摩擦因数 f=0.1887,摩擦圆半径为=f r=0.1887 60=11.3233mm,其中 r 为轴颈半径(图中未画),如图 4所示。2 2 机构的动态静力分析l在机构的运动学分析中,已经了解到机构在油缸作用下运动时,AB(AD)杆的角速度随的变化而变化,AB 杆作加速运动,机构除受重力 G 和摩擦阻力M f的作用外,还受到惯性力 F 的作用.当油缸收缩在角 90 0 时,机构受力情况如图 5(a)所示。l为计算出油缸上的受力大小,作机构的转向速度图,并把机构上的力移到速度图中的对应点 E 上,如5(b)所示,对 E 点取矩,得方程式:lP1H+G rx-F1 r-2Mf=0l得:p1=（F1r+2Mf-Grx）/Hl式中:F1=Mar=Gar/g,r=0.285m,p1=0.0113,M f=Wp1=623.28N/m,G=9339.4N,rx=r sin,a r 为切向加速度,H=asin/Ll当机构的 AB 杆越过中间位置(=0)后 在 0-90 区间运动时,机构受力情况如图 6(a)所示,l并作转向速度图,如图 6(b)所示,对 E 点取矩,得:p 1 H+Grx-2M f+F1r=0则:p 1=（2M f-F 1 r-Grx）/H。机构所产生的驱动力矩 M p=J=133.3Nm,而机构的阻力矩 M z=2M f-Grx=66.12Nm,可见,M pM z,所示机构 AB 杆可以越过自锁区(死点),油缸开始伸长,油缸的工作推力为 3414 3700N,这样即完成了翻转的全过程。3 结 论(1)单缸卧式翻转机构的运动学特性表明,在其实现 180 的翻转过程中,自身结构有利于翻转机构启动并越过自锁区,翻转到终点时无冲击(或冲击最小),达到翻转过程平稳的要求。(2)从动力学特性看,机构可以保证实现 180 的翻转所需要的动力。(3)液压系统可实现机构的翻转和液压锁定的 性能要求。