基于Pro/E 的一種新型旋轉式物料裝載機設計與運動仿真分析

李家輝 王成發(fā) 李宗仁

（河南理工大學機械與動力工程學院，河南 焦作 454000）

工業(yè)生產(chǎn)中利用鏟車進行物料的裝載非常廣泛，但是傳統(tǒng)的鏟車裝載物料需要不斷調整車體來調整方向，才能順利的將物料裝入運輸車內，這樣，既浪費時間，又要耗費更多的能源，同時，物料會隨鏟車車身的調整而掉落，使得裝載效率隨之下降。

針對上述問題，設計了一種新穎、在裝載過程中車體只前后移動、裝載效率高、物料不會掉落的新型物料裝載機，提高了工作人員的工作效率，并且能夠在較小空間里運行，具有較好的市場應用前景。

1 方案與結構設計

旋轉式物料裝載機主要由鏟斗，四連桿機構，絞車，鋼絲繩，卷簧，傳動機構等組成。旋轉式物料裝載機的整體單側結構圖，如圖1 所示。

2 Pro/E 環(huán)境下的旋轉式物料裝載機三維建模與仿真分析

2.1 首先進行三維建模

旋轉式物料裝載機工作原理如下：物料裝載機通過其鏟斗來進行物料的裝載與卸載，車體向前運動進而使得物料被裝入鏟斗，然后絞車在電機作用下收緊鋼絲繩，鋼絲繩拉動鏟斗向上運動適當角度，車體開始向后運動，當車體與運載車快接觸時停止，繼續(xù)收緊鋼絲繩拉動鏟斗運動，最后物料被卸載后，鏟斗在卷簧和自重作用下回到初始狀態(tài)。

2.2 Pro/E 狀態(tài)下的四連桿有限元分析

在Pro/E 建模軟件中建立每一個零件三維模型，進行裝配連接，然后到Pro/E 模塊中進行運動仿真和有限元分析。

鏟斗裝載物料時四連桿機構中連桿所受負載大小進行有限元分析得出分析數(shù)據(jù)，如圖2 (a) 所示?？梢钥闯?，其最大應力集中于螺栓連接處且沒有超出其許可應力，其他部分受力也均沒有超出使用許可應力，符合實際應用。

鏟斗處于最高處時四連桿機構中連桿所受負載大小進行有限元分析得出分析數(shù)據(jù)，如圖2 (b) 所示。由圖2 (b) 可知，其最大應力集中于螺栓連接處且沒有超出其許可應力，其他部分受力也均沒有超出使用許可應力，符合實際應用。

2.3 Pro/E 狀態(tài)下的鏟斗運動分析

利用Pro/E 機構分析部分對鏟斗進行了位移，速度，加速度分析得出如圖所示圖形

由圖分析可知鏟斗的位移(圖3-a)，速度(圖3-b)，加速度(圖3-c)，均符合實際運動情況，表明其設計要求符合標準。

3 結語

本文首先對原有物料裝載機的不足進行分析，設計了一種采用四連桿機構實現(xiàn)鏟斗的旋轉運動的新型物料裝載機的方案，改設計新穎、結構緊湊，不需要通過液壓控制鏟斗，沒有繁瑣的調整階段，車體只需要進行前后移動即可，鏟斗內的物料不會撒落，提高了物料的裝卸效率。同時，對物料裝載機的整體外形進行了改進設計，使之更有利于旋轉運動的實現(xiàn)。