液壓回轉(zhuǎn)抓木器設(shè)計課件

1、圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(論文)液壓回轉(zhuǎn)抓木器RATARY HYDRAULIC GRIPPER 學(xué)生姓名嚴海南學(xué)院名稱徐州工程學(xué)院專業(yè)名稱機械設(shè)計制造以及其自動化指導(dǎo)教師李順才2014年5月22日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或者參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或者集體已經(jīng)發(fā)表或者撰寫過的作品或者成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人與集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年 月 日徐州

2、工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或者機構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件與電子文檔拷貝，允許論文被查閱與借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或者部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或者部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布與檢索，可以通過用影印、縮印或者掃描等復(fù)制手段保存與匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要抓木器是挖掘機工作裝置的其中一種，抓木器是專門針對挖掘機特定的工作需求而自主設(shè)計、研發(fā)、制造的

3、挖掘機工作裝置配件之一。抓木器分為：機械式抓木器與回轉(zhuǎn)式抓木器； 機械式抓木器無需改裝挖掘機管路以及液壓相關(guān)系統(tǒng)即可使用（低成本型）；回轉(zhuǎn)式抓木器需要改裝挖掘機管路與液壓相關(guān)系統(tǒng)以達到360度回轉(zhuǎn)的需求（方便，實用，高成本型）。木頭抓斗兩顎爪的完全同步性直接影響其工作特性, 也是設(shè)計木頭抓斗工程中要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題. 通過對木頭抓斗進行研究與分析, 確定了木頭抓斗關(guān)鍵部件的機構(gòu)尺寸以及其位置關(guān)系, 增加了木頭抓斗的穩(wěn)定性, 簡化設(shè)計的過程. 在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn), 通過用反四桿機構(gòu)實現(xiàn)木頭抓斗顎爪在工作過程中完全完全同步是不可能的, 必須合理確定反四桿機構(gòu)關(guān)鍵部件的尺寸、相對位置以及其

4、相對運動的范圍, 使木頭抓斗在一定工作范圍內(nèi)達到盡可能的完全同步. 在設(shè)計與研究抓斗相關(guān)系統(tǒng)的功能與各種特性時候首先必須對抓斗領(lǐng)爪的抓取曲線進行研究本文研究與分析與論述了抓斗的抓取軌跡曲線影響抓取軌跡曲線的由于素以以及抓取曲線的繪制。以及對抓斗的受力研究與分析，液壓相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：木頭抓斗；爪型分析；液壓相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計AbstractWood is one catch excavator working device , grasping wood is designed for a specific job requirements excavator independent des

5、ign , development, manufacture , one excavator working device accessories. Grab wood is divided into: mechanical grasping wood, wood and rotary catch ; mechanical grip wood without modification excavator piping and hydraulic systems can be used ( a low-cost type ) ; require modification of rotary ex

6、cavator grab wood and hydraulic lines system to meet the needs of a 360-degree rotation ( convenient, practical and cost type ) . Two timber gripper jaws synchronization features that directly affect their work , but also the design of timber to catch the key technical problems to be solved with the

7、 project . Were analyzed by grasping a timber , a mathematical model and using MATLAB optimization toolbox on wood two gripper jaws to optimize the design , size and location of the structure to determine the relationship between the key components of the timber gripper , gripper improve the stabili

8、ty of the wood , to simplify the design process. discovery in the design process , the use of anti- four- bar mechanism wood gripper jaws fully synchronized is not possible in the course of their work , must reasonably determine the key components of the anti- four-bar mechanism size, relative posit

9、ion and range of motion , so grab a timber within a certain scope of work as much as possible to achieve synchronization . must first be brought to the gripper claw grab curve research paper analyzes and discusses the impact of the curve with the grab grab grab trajectory trajectory curve factor and

10、 grab grab curve in design and research functions and the various characteristics of a system when drawing . Design and stress analysis of grab , hydraulic systemKeywords ： Wood gripper hydraulic system design grab Stress Analysis徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)目 錄摘要IAbstractII1 緒論12 木頭抓爪線形受力的理論研究與分析22.1抓爪受力的幾點假設(shè)22.2

11、抓斗受力計算22.3抓爪上的外力分布曲線62.4小結(jié)83液壓抓木器機構(gòu)設(shè)計93.1 基本原理研究與分析93.2桿件設(shè)計與研究與分析113.2.1抓斗反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)原由研究與分析123.2.2抓鉤的反四桿機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)儲備角143.2.3抓鉤的附加轉(zhuǎn)角143.2.4防止抓斗反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)的措施143.3抓斗各方面尺寸參數(shù)設(shè)定154液壓相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計174.1 液壓系統(tǒng)工作的原理174.2消除脈動的方法研究與分析184.3小結(jié)195抓斗的理論受力研究分析以及材料的選擇205.1抓取阻力的理論分析205.2連桿強度計算及材料選擇225.3抓爪爪瓣的材料選擇235.4小結(jié)236液壓抓斗中伸縮套筒式液油壓缸的

12、設(shè)計246.1伸縮套筒式液油壓缸的機構(gòu)設(shè)計246.2 液油壓缸基本相關(guān)參數(shù)的確定256.2.1液油壓缸的作用力266.2.2活塞連桿以及套筒的強度計算266.2.3.液油壓缸以及套筒的壁厚266.2.4塞桿的穩(wěn)定性校核277液壓抓木器的評估指標297.1液壓抓斗的相關(guān)指數(shù)297.2幾種抓斗的評估307.3結(jié)論30結(jié)論31致謝32參考文獻33351 緒論1抓木器的介紹抓斗是一個抓木頭工作裝置，抓木是專為特定工作需求的挖掘機自主設(shè)計、開發(fā)、制造，一臺挖土機工作裝置配件;抓木器分為：機械抓木與旋轉(zhuǎn)抓木;無需修改挖掘機管路與液壓相關(guān)系統(tǒng)的機械木材抓斗可以使用（一個低成本型）;需要回轉(zhuǎn)挖掘機抓木線與液壓

13、相關(guān)系統(tǒng)的修改，以滿足360度旋轉(zhuǎn)（方便，實用，成本型）的需求。2抓具的分類：（1）機械抓; （2） 360 °回轉(zhuǎn)液壓抓斗; （3）非旋轉(zhuǎn)液壓抓斗3木材抓具的安裝：（1）機械式挖掘機抓斗：挖掘機抓斗斗液油壓缸推動，不添加其他液壓塊以及管路;（2） 360 °回轉(zhuǎn)液壓挖掘機抓斗創(chuàng)展木：你需要添加兩個液壓挖掘機與管道閥門塊來操控;（3）非回轉(zhuǎn)液壓挖掘機木頭抓斗：你需要添加一個液壓挖掘機閥塊以及管路來操控。4使用場合：廢舊金屬處理、石塊、以及木料的搬運乃至裝卸。木頭處理設(shè)備是液壓夾具。目前最常用的木頭處理鋼絲繩吊裝作業(yè)手冊，工作效率低，勞動強度大，而且往往造成人身傷害。本實用新

14、型提供了一種液壓操控木頭的夾具，對稱與抓爪，以以及配套使用的起重機，可直接插入到火車里爬進爬出開放木頭貨車，大搶能力，工作高柜的兩側(cè)效率，安全性與可靠性，大大降低傷亡事故的發(fā)生。該裝置可廣泛應(yīng)用于陸路口岸，港口，林業(yè)，貯木場與其他場合。2 木頭抓爪線形受力的理論研究與分析2.1抓爪受力的幾點假設(shè)作者提出論文夾具力正弦曲線分布，但以作核實。本文在這方面進一步的理論研究與分析，并通過實驗?zāi)绢^抓手驗證。1在閉合的瞬間，抓爪將承擔(dān)抓腔內(nèi)木材的整個重量。2抓取阻力包括在抓取過程中木材與抓爪之間的摩擦力、抓腔內(nèi)木材相互運動所產(chǎn)生的摩擦力和慣性阻力以及 抓爪插入木堆的切入阻力。這里只考慮這些阻力共同作用的綜

15、合效果。3在抓取過程中,當爪尖接近閉合狀態(tài)時,充滿抓腔的木材對抓爪產(chǎn)生的擠壓力按拋物線和正弦曲線兩種形式分布因為拋物線有多種表示方法,故有圖1所示的三種曲線。1一個抓斗瓣瞬間接近的密閉腔將承擔(dān)木才的一半的重量。 2運動阻力包括移動過程中木頭與抓斗腔之間抓爪摩擦木頭的相互運動 由摩擦與慣性與木頭樁器插入切口阻力阻力。這里只考慮聯(lián)合行動這樣的阻力的綜合作用 3在移動過程中，當抓斗接近的閉合狀態(tài)下，空腔填充材捕捉所產(chǎn)生的夾具作用壓力 兩種形式的正弦曲線的與各種各樣的方法作為拋物線拋物線分布，在圖2-1所示的三條曲線 圖2-1抓爪上的外力分布曲線的假設(shè) 圖中b ,c, d分別為P(x) = kx2 式

16、（2.1） P(x) = k 式（2.1.1）P()= k(1-cos) 式（2.1.2）其中P是任意一點抓取力的值; K是常數(shù)成比例的，它是機構(gòu)的大小與抓爪抓取左右，為從抓爪鉸軸到爪內(nèi)側(cè)任一點的連線與y軸的夾角2.2抓斗受力計算 據(jù)抓斗的實際工作的限制，認抓具有兩種工況一種抓具呈懸浮狀態(tài)在楞堆上工作;另一種是取木夾具懸在空中。在第一個條件，外部用材的作用的側(cè)向抓的力爪 ，抓爪支承反力與產(chǎn)生的摩擦。從實楞上抓取原木屬于這種工 況,故稱實楞型抓取。在第二種工況中,上述的抓爪下部的支 承反力和摩擦力可忽略不計,向車輛、編捆框或格楞抓取木材就屬 于這種工況,稱格楞型抓取。1.第一種工況下力的研究與分

17、析與計算從工作過程中研究與分析知,當抓爪開始插入原木楞堆縫中時候,爪尖這個力是研究與分析不知道從工作過程中，當夾具裂縫開始插入木樁震驚。夾具油箱下折疊時候的推力來克服日志與日志的靜摩擦不斷推動這項運動。這被捕時候一些的區(qū)。與夾持器的逐漸閉合，此力逐漸變大的區(qū)域。這時候的受力狀況如圖2-2 對0點取矩有：圖2-2 第一工況下抓爪上里的分布及力矩平面圖0=0那么Pa=ibi+fNC-m0(N)如果將表示為合力R,則需計以及阻力偏差系數(shù)K2，K2=1.1-1.3: 為使計算更為安全起見，此外,由N 力 產(chǎn)生 的力矩m。(N )不予計算,則上式可寫成Pa= K2 R b + f N C如用m。(R)表

18、 示R b,則又寫成Pa= K2 m0(R) + f N C于是,抓取力為: P=K2m0(R)+f NC 式(2.2)其中，a，c，f，K為已知，故只需計算m0(R)與N圖2-3 m0(R)計算與分析圖（1）m0(R)的確定圖3中 XOY的動坐標是隨抓爪運動,并且 X 軸就是抓爪錢軸與爪尖 的連線 OA， X,OY,是固定坐標。設(shè):,Q 為所假設(shè)的為抓取量 (kg),R是集中作用力 (N),從只為鉸軸中的內(nèi)力(N), G為抓斗 自重 kg)設(shè)力對 O 之矩順時候針為正,反之為負，a為 兩個坐標系的夾角,為R作用點的切 線與X 軸所形成 的夾角;并。則R對O 之 矩為 m0(R) = m0 (

19、F) + m0 (N/) （1） 而m0(N/)=-N/x cos+N/ysin （2） m0 (F)=-Fycos-Fxsin （3）所以 m0(R)= -N/ x(cos+fsin)+y(f cos-sin) （4）為確定 N,值,再將 F 與 N向 X/丫/軸投影得 Rx=Fx+N/x=-Fcos（+）+N/sin（+） （5） Ry =Fy+N/y= F sin（+）+N/ cos（+） （6）該抓斗每側(cè)各有一個抓爪,在一定工作狀態(tài)下,抓取木捆的重量為O 時候作用在每側(cè)抓爪K1是抓腔內(nèi)木頭的偏載系數(shù)，取1.2-1.3. Ry=N(fsin(a+)+cos(a+)=KgQ/2 （7）所以

20、 N= KgQ/(2 fsin(a+)+cos(a+) （8）綜上式可得出：M.(R)=- KgX(fsin(a+)+cos(a+)+y(fsin+cosa) / (2 fsin(a+)+cos(a+)( 2 )R 的確定這 里面研 究分析格楞型 抓取工況下所產(chǎn) 生 的其作用 方 向以及R值 圖2-4 R作用點的確定它的作用來確定想通過抓取N個電阻產(chǎn)生正作用壓力，指向木頭爬行束的中心的方向。 具體確定如下：當夾持器關(guān)閉時候，抓斗中心對稱線 m m (如 圖2-4),然后在m m 線上 找出抓腔的近似圓心O,再通過O/點作mm的重線這時候以 O點為中心從水平線向下轉(zhuǎn)a -90。+,即為 N的方向

21、得作用點 C,并可在圖中直接量取其坐標(x、y)。再繞C點沿 N七方 向向上方轉(zhuǎn)r角,即為R的作用方向。此外 R= （10）(3)N 的確定由于閉合后的重載抓斗仍坐落在楞堆上由于此下式成立 2Ncos（90-a+15）=(Q+G)g （11） N= （12）式中15。角是抓斗閉合狀態(tài)時候,抓爪尖部直線段與水平面的夾角，該角度通常是10。1 5。 ,這里取15將m。(R)與 N 代入(4)式即得抓取 力尸的計算公式為 P= （13）2第二種工況下的受力研究與分析與計算以 上的 研究與分析計算對第二種狀況況也是適用的,只是抓斗外部原木不對抓爪產(chǎn)生支承反力,故(4)式中的 fNC =0 （14）,則

22、抓取力計算表達 式為 在問題中具體,a與均可算得：當L>L1或a <90時候，a=arccos(L-L1/2C)當L<L1或a >90時候, a=90+arcsin(L1-L/2C)當L=L1的時候，a=90式中:l為所研究與分析狀態(tài) 的抓斗張開度;l/為兩抓爪鉸軸 間的距離;C為抓爪尖至鉸點 處的距離，如果爪形曲線 巳知為y= (x),則有 =-tg 式（2.2.1）=arctg(-)將R力作用點C的坐標值（x,y）代入，就可以得到的值，然而在角以及爪型曲線已知的情況下，角度也可以用作圖的方法求得。2.3抓爪上的外力分布曲線抓取阻力沿抓爪分布的幾種函數(shù)形式,哪種形式比

23、較接近實際? 只能通過實驗來驗證。為了便于驗證,必須先確定出各函數(shù)方程式中的系數(shù) K值。據(jù)一般大家試 驗研究,抓實楞與抓格楞 的時候的，K值有較大差別,設(shè)K0為抓實楞的比例系數(shù)，K1為抓格楞時候的比例系數(shù),則有K=K1K0 式（2.3）式中 K,稱為實楞抓 取系數(shù),其值見后為研究方便起見,以格楞型抓取工 況為例來確定 K。值 式（2.3.1）式中,c為抓爪尖至下橫梁的垂直距離。由于閉合時候的抓爪受力最大,故 C 值即為爪尖至抓爪鉸軸的距離。進而確定的導(dǎo)向力的分布函數(shù)被捕獲通過作用于該函數(shù)的三個力計算抓木器 應(yīng)力點，那么該點的補丁與測量應(yīng)力值抓木器關(guān)閉：該測試將計算值與實驗值，可以從中選擇一個合

24、理的功能形式。本文強調(diào)與高松厚度有限元法13計算模型。1981年，有人第一次以分布力作用在抓爪上二提出了抓去阻力的計算方法。1990年王景新教授再一次以分布外力的形式提出抓取阻力和抓取力的計算方法，采用的是限值元素的方法，而且通過實驗盡心了論證。他的結(jié)論如下：裝車的時候，抓車的曲線選取，如下圖所示圖2-5 P（x）= (3Kr/h3)x2 式（2.4）卸車的時候，相應(yīng)的外力分布曲線，得知：P（x）=(4R/3h4/3)X1/3 式（2.5）P(X)-任意點的擠壓力X-任意開度下爪尖到X軸的距離；K-抓爪斗瓣的結(jié)構(gòu)尺寸與抓取量有關(guān)的系數(shù)；-來自抓爪軸到抓爪內(nèi)向側(cè)面任意一點的連線與Y軸之間的夾角。

25、在1986年的時候曹澤平教授就在抓爪線性方面的相關(guān)的論文中已經(jīng)給出了相關(guān)的論證，并且證實了常見的三種抓爪線性大概有以下幾種：豎橢圓、圓、橫橢圓的狀況。一般認為類似橫橢圓抓型受力情況是最好的，然而圓形抓的稍微落后它，最差的受力就是豎直的橢圓了。然而，本論文考慮設(shè)計問題，以及后期驗算問題，選擇了相對比較簡單的圓形抓爪。圖2-6 抓取力分析在設(shè)計抓斗的優(yōu)化設(shè)計方面，有關(guān)專業(yè)人士已經(jīng)在1988年的時候，就以抓取力為最小的目標函數(shù)，分析抓斗的機械結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的參數(shù)設(shè)計，并且建立了抓爪線性約束方程組，得出了機械結(jié)構(gòu)參數(shù)OA，還有抓斗的自重問題和下梁的自重，等元素對抓取力的作用影響，其各自的的變量如下所示：

26、其中： OA連桿下面支點A到下支點O之間的距離 連桿和水平線負向之間的夾角; OA與水平線之間的夾角。2.4小結(jié)常見的三種抓爪線性大概有以下幾種：豎橢圓，圓，橫橢圓的狀況。一般認為類似橫橢圓抓型受力情況是最好的，然而圓形抓的稍微落后它，最差的受力就是豎直的橢圓了。3液壓抓木器機構(gòu)3.1 基本原理研究與分析液壓回轉(zhuǎn)木頭抓斗基本機構(gòu)如圖 1所示. 它是由左、右套筒、連桿、左抓斗瓣爪、右抓斗瓣爪、左抓斗瓣爪操控桿、右抓斗瓣爪操控桿、機架、液油壓缸、旋轉(zhuǎn)馬達等一系列機構(gòu)組成。圖3-1 木材抓具結(jié)構(gòu)圖圖中:1為右套筒；2為連桿；3為右抓斗控制桿；4為右抓斗；5為左抓斗；6為左抓斗控制桿；7為左套筒；8為

27、機架；10旋轉(zhuǎn)馬達。液壓缸作為驅(qū)動部件，當活塞桿伸出時，驅(qū)動左爪控制桿和右爪桿分別在架旋轉(zhuǎn)，帶動連接相反的方向在套上的左移，右兩爪閉合運動，這是從而實現(xiàn)對原木的抓取。當活塞桿縮回，兩個抓斗瓣開始張開，實現(xiàn)了對原木的放置。攫取更多的完全同步是指當在開啟或關(guān)閉的兩顎做勻速運動，以保持對稱特性的兩個鉗口范圍。保持木材抓斗的對稱性可以使抓爪有可以很好的填充空間和兩顎力的平均。如果兩個鉗口不完全同步的時間，如圖3-2所示。倆個抓斗斗顎明顯不對稱，抓斗受力不均勻，木材抓斗移重心，在這種情況下會造成偏差，注銷，對員工的安全造成危害的。與框架和旋轉(zhuǎn)電機之間的干涉配合，旋轉(zhuǎn)電機的輸出軸扭矩增加了不止一次，一旦輸

28、出軸額定抗扭強度，將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電機輸出軸折斷。圖3-2 木材抓斗兩斗瓣不對稱結(jié)構(gòu)圖3木材抓斗機構(gòu)，1-4-7-2構(gòu)成一個封閉的運動鏈，液壓缸為驅(qū)動部分兩顎打開或關(guān)閉來提供動力，并控制兩爪繞支架轉(zhuǎn)動方位角。1-5-7-2 -四桿機構(gòu)，所述連桿傳力作用，能保證兩爪桿受力均勻。兩抓斗瓣爪控制桿焊接在支架上，通過調(diào)整兩抓斗瓣爪控制桿的長度，安裝角與連桿長度可以控制兩抓斗瓣爪完成同步性能。因此，木材抓斗完全同步優(yōu)化設(shè)計時，你可以選擇的一般框架，左抓斗瓣爪桿，右抓斗瓣爪的控制桿，連接桿和其作為優(yōu)化設(shè)計的目標位置，并選擇水平方向為橫坐標，建立反四連桿機構(gòu)原理圖如圖3所示。圖3-3 抓斗結(jié)構(gòu)簡圖臥式液壓抓斗（以

29、下簡稱抓斗）的機制。抓斗兩抓鉤分別鉸接在斗箱，抓斗連桿分別鉸接在兩個鉤。抓斗的液壓缸雙作用液壓缸，兩端分別鉸接在兩個抓斗瓣上，從圖中可以看出，抓住組件來構(gòu)建一個復(fù)雜的平面六桿機構(gòu)。N = 6的運輸機制，每一個運動副是五級副，副運動數(shù)P5 = 7。所以，機構(gòu)的環(huán)數(shù)L = P5 - n + 1 = 2，這表明，該機構(gòu)是一個雙閉環(huán)回路，A環(huán)5 - 1 - 3 - 2 - 5；B環(huán)： 5 - 1 - 4 - 2 - 5。每一個環(huán)的平面機構(gòu)，公共約束數(shù)m = 3，n = 5。自由度：= 3N - 2P5 = 1，抓斗六桿機構(gòu)的自由= 1，說明這一機制，如果給定的1桿運動規(guī)律的運動，其他組件將被完全確定。

30、抓斗的液壓缸為驅(qū)動的一部分，它抓住了功率和輸出運動。當抓斗液壓缸大腔進油，液壓缸的活塞桿伸出，將兩個抓爪開始舉行，直到提升工作對象。如果工作沒有目標，液壓缸活塞桿伸出，旅行到目前為止，這在當時，把握腔達到最小面積。反之，當抓斗液壓缸上腔進油，液壓缸活塞桿縮回，兩個抓斗瓣逐漸開始開放，直到液壓缸活塞桿縮回到目前為止，那么到那個時候兩抓鉤達到最大的張開度，在抓斗六連桿機構(gòu)中，A環(huán)反轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)，其主要功能為維持兩抓鉤轉(zhuǎn)動坐標是同步的，即兩個處理的時間打開或關(guān)閉。當兩個起重機受力不均勻時，液壓缸的力合理的分配給兩個抓鉤上；五桿搖臂機構(gòu)B環(huán)，它的主要功能是提供動力和控制兩個抓鉤轉(zhuǎn)動。3.2桿件設(shè)計與研究

31、與分析如下圖所示：圖3-4 抓斗結(jié)構(gòu)簡圖該圖為六連桿臥式抓斗機構(gòu)簡 圖在抓斗箱體上各自鉸接抓斗的兩抓鉤,抓斗連桿兩端分別鉸接在兩抓鉤上,抓斗液油壓缸為雙作用液壓液油壓缸,兩端分別鉸接在兩抓鉤上。從圖中可以看出,抓斗各桿件 構(gòu)成了一個平面 六桿機構(gòu),該機構(gòu)為雙環(huán)閉鏈。A環(huán)為51325; B環(huán)為51425.A環(huán)為反向四桿機構(gòu),B 環(huán)為五桿搖塊機構(gòu)。3.2.1抓斗反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)原由研究與分析圖3-5 液壓抓具驅(qū)動機構(gòu)示意圖圖3-5為液壓抓斗驅(qū)動機構(gòu)簡圖； 通過聯(lián)網(wǎng)查詢翻背原因分析圖中OA,OB為兩抓鉤連桿A B 的回轉(zhuǎn)臂月OCOD分別為液油壓缸CD的回轉(zhuǎn)臂.在正常狀況下,抓斗液油壓缸活塞連桿伸縮,操

32、控著 連桿回轉(zhuǎn)臂在AA/與BB/,間 回轉(zhuǎn),A環(huán)四桿機構(gòu)保持反向,兩抓鉤 同時候協(xié)調(diào)完全同步 開閉、運動。抓斗反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn) 發(fā)生在液油壓缸活塞連桿全部縮回,抓鉤達到最大開 度的時候；此時候,連桿回轉(zhuǎn) 臂分別在 O A/、OB位置.從理論上講,兩抓鉤應(yīng)固定不動,但由于設(shè)計、制造、使用維修等原由于,再加上外力作用在 兩抓鉤端部,致使兩抓鉤繼 續(xù) 張開.A/ 、B 點將分別 向機構(gòu) 轉(zhuǎn)換點 A0 B0 點轉(zhuǎn) 動一般狀況下, A/ 、B 點不會轉(zhuǎn)到A0、B0 點,A還保持其原有運動特性,即反 向四桿機構(gòu)；外力消失后,作用在連桿回轉(zhuǎn)臂與液油壓缸回轉(zhuǎn)臂 上的彈性 恢復(fù)力F1、F/1將對左抓鉤產(chǎn)生彈性恢復(fù)

33、力 矩 (F1+ F/1)·r,驅(qū)動左抓鉤回到其原來位置.如果外力 較大,左抓鉤連桿回轉(zhuǎn) 臂將 轉(zhuǎn)過機構(gòu) 轉(zhuǎn)換 點A0、到達F點,右抓鉤到達E點,A環(huán)四桿機構(gòu)轉(zhuǎn) 變?yōu)檎蛩臈U機構(gòu).此時候,作用在左抓鉤上的兩 個彈 性恢復(fù)力矩轉(zhuǎn)向相反；若F1 r <F/1r,左抓鉤可 以恢復(fù)到原來位置;若F1 r F/1r,則還可 以操縱抓斗液油壓缸對連桿回轉(zhuǎn)臂與液油壓缸回轉(zhuǎn)臂分別產(chǎn)生 回轉(zhuǎn)力矩F2r與F/2r ,若 (F1+ F2)r<(F1+ F/2)r,左抓鉤還可以恢復(fù)到原來位置；否則,抓斗左抓鉤將不可能恢復(fù)到原來位置,抓斗即出現(xiàn)反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)。為研究與分析方便,一般大家將A環(huán)四桿機

34、構(gòu) 中連桿回轉(zhuǎn)臂 由極限位 置轉(zhuǎn) 至機 構(gòu)轉(zhuǎn)換點所轉(zhuǎn) 過的角 度(圖2中A/OA)稱為抓鉤的可 用轉(zhuǎn)角,將由抓斗液油壓缸操控的抓鉤轉(zhuǎn)角(AOA/ )稱為抓鉤的實際轉(zhuǎn)角。正如上面提到的，一個回路四桿機構(gòu)反轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)。四桿機構(gòu)的形成與抓桿相對于框架（箱體盒0，O1，）的變化，這些變化不僅會影響的角度提升，而且抓鉤或翻起決定性作用；現(xiàn)將抓斗連桿長度與機架長度之比值1的比例，分為三組；11，1 = 1，11明顯，當11，A 環(huán)四桿機構(gòu)為反雙搖桿機構(gòu),連桿回轉(zhuǎn)臂運動范圍。如圖3-6(a)所示（一）陰影顯示，可用轉(zhuǎn)角小于180，和偏向抓斗外側(cè)，代理機構(gòu)的轉(zhuǎn)換點A1，木頭抓斗的反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)抓鉤為抓斗的右抓

35、鉤。當1= 1，A環(huán)回路四桿機構(gòu)為反向雙曲柄機構(gòu)，如圖3-6（b）如圖所示，沒有轉(zhuǎn)移點機制，鉤可用角為360在這種情況下，如果鉤在外力作用下，左，右兩個抓鉤將相同的旋轉(zhuǎn)時，一個A環(huán)四桿機構(gòu)始終保持反轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)，兩個鉤不會發(fā)生反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)當11，A 環(huán)四桿機構(gòu)又轉(zhuǎn)換回反向雙搖桿機構(gòu)，抓鉤的可用轉(zhuǎn)角也小于180，但偏 向抓斗的內(nèi)側(cè)，如圖3-6（c），為A2轉(zhuǎn)換點機制，反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)抓鉤也由入> 1的時候的右抓鉤變?yōu)樽笞ャ^。（a）(b)(c)圖3-6 A環(huán)四桿機構(gòu)從以上的研究和分析，這A環(huán)四桿機構(gòu)應(yīng)通過反向雙曲柄機構(gòu)盡可能使用。當11，抓住鏈短，抓斗部件之間不易運動干涉，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。因

36、此，制造液壓抓斗大多數(shù)屬于這一類的設(shè)計。下面的研究分析了抓斗的相關(guān)問題。3.2.2抓鉤的反四桿機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)儲備角抓鉤的反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)儲備角R是鉤來達到最大開度時候，反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)抓鉤上的連桿回轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到機構(gòu)轉(zhuǎn)換點所轉(zhuǎn)過的角度，如圖2所示為A/OA,顯然，抓鉤的反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)儲備角r越大，那么抓鉤反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)的可能性就越是小。主要取決于實際的角鉤可利用的角落，在可用的角角占位實際掛鉤；掛鉤可旋轉(zhuǎn)角度大，實際的角很小，并可以用更接近外星一邊回頭的角落，抓住儲備R角越大，就越能抓住要回去。抓鉤的實際轉(zhuǎn)角的大小與其在抓鉤的可用轉(zhuǎn)角內(nèi)所占的位置主要受 控于抓斗液油壓缸.液油壓缸的最小長度s 操控抓鉤的最大

37、轉(zhuǎn)角;液油壓缸的最大長確保抓鉤實際轉(zhuǎn)角不 變的前提下，可以通過調(diào)整抓斗液油壓缸的 s畫與 S來調(diào)整抓鉤實 際轉(zhuǎn)角在可用轉(zhuǎn)角中所占的位置,增大抓鉤的反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)儲角r ,降低抓鉤反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)的可能性。度S操控抓鉤的最小轉(zhuǎn)角.在滿足實際需求的前提下, 抓鉤的實際轉(zhuǎn)角在確定后應(yīng)盡量減小抓鉤的實際轉(zhuǎn)角。3.2.3抓鉤的附加轉(zhuǎn)角由于抓斗各桿件在加工制造中都有誤差的,抓斗在長期使用過程中各桿件也有變形以及各運動副中的磨損作用,由于此使得 抓斗六桿機構(gòu)各桿長度較原設(shè)計的理論值有所改 變.抓 具各桿長度變化勢必造成抓鉤轉(zhuǎn)角的變化,抓鉤轉(zhuǎn)角的這種變化有可能使抓鉤 的反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)儲 備角r變小,抓鉤翻背的可

38、能性變大.一般大家將反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)抓鉤的這 種轉(zhuǎn) 角變化值稱為抓鉤的附加轉(zhuǎn)角,使用 中應(yīng)對此加以注意.3.2.4防止抓斗反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)的措施從上述研究與分析可知,造成抓斗抓鉤反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)的原由于很多,由于此,防止抓斗反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)應(yīng)從設(shè)計與使用兩個方面來考慮。(1)設(shè)計方面在抓取機構(gòu)條件允許的條件下，抓斗的一個回路四桿機構(gòu)應(yīng)通過反向雙曲柄機構(gòu)使用。這抓斗不僅可用轉(zhuǎn)角可大于180，與此同時抓鉤沒有回頭也就是抓斗抓鉤不會發(fā)生反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)。如果條件不允許，也應(yīng)該讓長度和幀捕獲鏈路長度比例值盡可能接近1，所以抓住現(xiàn)有角大，接近180，這兩個提升運動協(xié)調(diào)也不錯。無損傷抓兩升降旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)和不的最大長度調(diào)

39、整的前提下掛鉤角度變化，抓斗液壓油缸的最小長度，改變實際的角度，搶搶在街角被占據(jù)的位置，增加儲備角R上的提升，降低抓鉤回頭的可能性 在抓鉤運 動的極 限位置設(shè)置限位.在設(shè)計時，抓斗件機構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度。桿和液壓油缸的長度和位置公差必須是合理的，應(yīng)該不是因為設(shè)計，生產(chǎn)造成了極大的抓鉤附加角，使提升回頭儲備角減小。(2)使用方面在操縱使用抓斗時候，抓斗的運行應(yīng)當盡量減少沖擊抓斗。如果每個成員發(fā)生塑性變形，應(yīng)更換和修復(fù)。在正常使用過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查運動副的潤滑條件，以及潤滑油。當間隙時間應(yīng)大，更換銅套時，保持適當?shù)拈g隙，以防止大的間隙，導(dǎo)致額外的角增大，抓鉤勾回角變小，與鉤把后面的可能性增加。3.

40、 3抓斗各方面尺寸參數(shù)設(shè)定抓斗結(jié)構(gòu)示意圖 如圖所示：圖3-7 抓斗結(jié)構(gòu)示意圖液壓回轉(zhuǎn)木頭抓斗基本機構(gòu)如圖. 它是由左、右套筒、連桿、左抓斗瓣爪、右抓斗瓣爪、左抓斗瓣爪操控桿、右抓斗瓣爪操控桿、機架、液油壓缸、旋轉(zhuǎn)馬達等一系列機構(gòu)組成。機體的頂部元件是由一個液壓馬達 驅(qū)動繞鉛垂中心軸線整圈回轉(zhuǎn),每個抓斗斗瓣是由 一個液壓油缸驅(qū)動。抓取木料的動作的操控是由 1個單獨的液壓操控相關(guān)的系統(tǒng)進行操控。從機械工程的視角來看話, 木頭抓斗是一個由液壓動力機件驅(qū)動的機械手抓。那么根據(jù)以上反四桿機構(gòu)翻轉(zhuǎn)問題的研究，可以大概的做出以下尺寸設(shè)定：圖3-8 抓斗結(jié)構(gòu)簡圖桿件AC=AE=BF=BD=80 mm;而且連桿

41、AC的桿半徑=AE的桿半徑=BF的桿半徑=BD的桿半徑= 15 mm。EF=695 mm;左鉤是一個內(nèi)腔半徑為464.87 mm。外抓半徑為546.25 mm；鉸點5的軸直徑為60 mm。抓爪斗瓣上是16個尺寸相同的孔，孔的半徑是15 mm，左爪的同一個平面的4個孔之間的豎直高度為90 mm。抓爪的刃口是半徑為42.36 mm的圓弧。單片抓斗豆瓣的高度為1072.27 mm，厚度為20 mm而且倆個四桿平面之間的距離為280機頂殼的厚度為10 mm；以及其它具體相關(guān)的尺寸，請詳見液壓抓斗裝配圖紙相關(guān)參數(shù)列表，為了達到滿足實際工作的需求問題，那么本文對抓斗進行設(shè)計將會根據(jù)表 1所示的設(shè)計相關(guān)參數(shù)

42、來設(shè)定。 表 1設(shè)計相關(guān)參數(shù)體積 m3最大開度 mm最小開度 mm旋轉(zhuǎn)角度 (0高度 (抓斗閉合) mm寬度 (抓斗張開) mm單片抓爪厚度 mm開閉最大作用壓力 M Pa開/閉最大流量 L/min馬達最小作用壓力MPa馬達最大流量L/min0.715175480036010722045202070.22049.14液壓相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計液壓回轉(zhuǎn)木頭抓斗基本機構(gòu)如圖4-1所示. 它是由左、右套筒、連桿、左抓斗瓣爪、右抓斗瓣爪、左抓斗瓣爪操控桿、右抓斗瓣爪操控桿、機架、液油壓缸、旋轉(zhuǎn)馬達等一系列機構(gòu)組成。機體的頂部元件是由一個液壓馬達 驅(qū)動繞鉛垂中心軸線整圈回轉(zhuǎn),每個抓斗斗瓣是由一個液壓油缸驅(qū)動。抓取

43、木料的動作的操控是由 1個單獨的液壓操控相關(guān)的系統(tǒng)進行操控。4.1 液壓系統(tǒng)工作的原理 液壓的系統(tǒng)圖如下所示：圖4-1 液壓的系統(tǒng)圖 故液壓油缸的伸縮運動之所以能夠直接完成引導(dǎo)抓斗斗瓣完成張開、閉合以及抓取動作的原因是由于油缸與抓斗斗瓣通過鉸軸剛性的相連在一起的。當鉤爪進行張開或者空抓時候, 液壓油缸縮回或者著伸出,液壓油缸只需要克服自身摩擦力與機構(gòu)各鉸接處的摩擦力即可,相關(guān)系統(tǒng)所需作用壓力較低,此時候雙聯(lián)齒輪泵前后兩泵給液壓系統(tǒng)供油。當鉤爪夾住重物體時候后,相關(guān)系統(tǒng)作用壓力逐漸上升,作用壓力超過一定數(shù)值 (低于卸荷溢流閥的調(diào)壓值 ) 過后, 一個卸荷溢流閥開始卸荷, 一個泵卸荷, 另一個泵依

44、然繼續(xù)供油直到相關(guān)系統(tǒng)作用壓力達到卸荷溢流閥所調(diào)壓值得時候后才開始卸荷。那么為了確保抓斗在抓取物料的時候擁有較大的抓取力，需要加一個蓄能器，這樣的話，一旦液壓泵開始卸荷之后, 蓄能器便隨之開始釋放能量,對相關(guān)系統(tǒng)也起到了一定的保壓作用。為了能夠?qū)崿F(xiàn)不同形狀的木料抓取時候的作用壓力操控,確保抓斗瓣有一個合適的抓取力由本設(shè)計采用比例閥構(gòu)成的閉環(huán)操控相關(guān)系統(tǒng)。那么在抓取木頭的過程當中,由于本設(shè)計是用同一雙聯(lián)齒輪泵帶動的液壓油缸,所以各個抓斗瓣所受的工作推力是相同的。物料的不規(guī)則性,則直接導(dǎo)致了每個顎瓣所受的阻力大小不一性當物料粒度小而勻 (或者空抓)時候,作用在每個鉤爪上的阻力相同,也就是傳遞給液壓

45、油缸的外阻力是相同的,2個鉤爪閉合完全同步。然而當物料不規(guī)則時候后,作用在每個鉤爪上的阻力也就不同。也就是說阻力小的先動作或者者動作快,阻力大的后動作或者動作慢。這種鉤爪閉合的差動性對不規(guī)則物料的順利抓取,對液壓相關(guān)系統(tǒng)的保護以及整臺抓斗的使用是非常有利的。4.2消除脈動的方法研究與分析為了不使系統(tǒng)壓力脈動，即=0，V =必須，顯然不能。所以一般的有限的測試不超過某個值或限制相關(guān)系統(tǒng)的脈動壓力。最大和最小的P1，P2，系統(tǒng)的正常運行，以滿足性能要求的目的，但也可以說是消除系統(tǒng)壓力波動的影響。如果已知V 值以及相關(guān)系統(tǒng)的許用壓力脈動系數(shù)，那么可以根據(jù)V0=V/1-(2-)/(2+)1/K 式（4

46、.1）計算蓄電池總體積V0。雖然有時不給予，并定義相關(guān)的系統(tǒng)壓力，最大和最小壓力脈動相關(guān)系統(tǒng)P2 P1，公式（3）可以用來計算V0值，來確定的大小和累加器的大小。在實際的運用過程當中，既然蓄電池是用來消除柱塞泵的脈沖，可以使用從蓄能器導(dǎo)出V0總體積公式 式(4.2)式中:qd為泵的單缸排量 (m3);類型：連用泵缸發(fā)動機（M3）；PM累加器集點的平均絕對壓力，即：PM =（P1 + P2）/ 2，（PA）；P1累加器集點脈動最低的絕對壓力（Pa），即蓄能器充氣壓力（由于空氣壓力P0，P1）；P2累加器集點脈動最高的絕對壓力，允許的最大壓力（Pa）；K 為絕熱系數(shù), 這里K 取值 1.4;Kb為

47、系數(shù), 以下列出了不同類型泵的 Kb值表表5.2 不同類型泵的Kb值表泵的類型單缸單作用單缸雙作用雙缸雙作用雙缸單作用三缸單作用三缸雙作用Kb0.60.250.250.150.130.06一個單缸發(fā)動機的QD = 1.25 X103雙缸雙作用泵的脈動壓力的限制作用在設(shè)計工作壓力（即平均壓力脈動300 PM）X105Pa（絕對壓力）5%，和累加器V0的總體積是多少呢？根據(jù)已知的平均壓力Pm的= 300×105Pa可以得出以下參數(shù):允許作用壓力脈動范圍 = 300 x105x5/100= 15 x105(Pa);P1=300x105-15x105=285x105(Pa);P2=300x1

48、05+15x105=315x105(Pa)Qd=0.00125m3;Kb=0.159(查表1)；K=1.4;1/K=0.714應(yīng)用式 (5) 可以求出蓄能器的總體積 V0:V0=5.71X103(m3)4.3小結(jié)通過以上說明了一個問題，那就是：目前，液壓蓄能器還無法實完全消除柱塞泵流量脈動問題，但是為了達到實際工作的要求，可以使柱塞泵的流量脈動衰減到最??；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，提高能量存儲在研究績效的人，其應(yīng)用潛力不斷被挖掘，將滿足儲能液壓技術(shù)發(fā)展的需要。5抓斗的理論受力研究分析以及材料的選擇5.1抓取阻力的理論分析受力分析圖如下所示：圖5-1 左爪瓣的受力分析在抓具抓取木材過程中,在領(lǐng)爪推力作

49、用下,木材產(chǎn)生移動,沿著領(lǐng)爪向上滑動,同時木材之間相互摩擦,與此同時也有擠壓作用.進行試驗研究的目的,是要得到抓取阻力隨抓具參數(shù)及抓具顆爪閉合位置的變化規(guī)律。為理論分析提供可靠的依據(jù),以指導(dǎo)設(shè)計.由于作用在抓具領(lǐng)爪上的抓取阻力是無法直得到。但是通過試驗結(jié)果分析及運用圖解法可 間接得到,抓具的受力分析見圖 3.4.1。從圖3.4.1中的受力分析可知:只要測量出滑輪組作用于抓具上承梁的總拉力在同測兩根撐桿上引起的支撐力T,鉸點B的兩個分力 ，并且這些力與領(lǐng)爪上 的抓取總阻力相平衡,且匯交于一點。用作圖法可得抓取阻力的大小、方向和作用位置,以及鉸點B處 的抓取阻力矩 M0。影響抓取阻力的主要因素:滑

50、輪組的倍率和抓具的張開開度。其中Gz=1T通過作圖法得出T=400N摩擦阻力和木頭之間的擠壓阻力共同組成抓取阻力,它隨著爪斗的閉合, 木材之間開始產(chǎn)生了相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),擠壓阻力也隨之增加,抓取阻力也就自然而然的增大,左右抓斗進一步閉合,木材之間的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)得到了破壞,擠壓阻力減小,原木沿爪壁向上滑移進人抓具內(nèi)的空間.抓取阻力立即下降,左右抓鉤即在開度為l m左右時,抓取阻力達最大位.但隨著倍率 的增加,抓取阻力也增大。當抓具的領(lǐng)爪尖部插人原木時,插人阻力由抓具的自重來克服,此力較難計算.隨著抓具順爪的閉合,被抓取的原木沿爪尖很陡的坡度 向上滑移,此時由于木材的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使擠壓阻力較大,同時原木又沿

51、下層原木的傾角為刀值(通 常為 300-350) 的斜面向上滑動,產(chǎn)生摩擦阻力,其整個過程所受的阻力為:原木間的摩擦阻力;抓具領(lǐng)爪內(nèi)外部對原木的摩擦阻力;原木產(chǎn)生穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時的擠壓阻力.從文獻中可知:抓具抓取原木時的運動阻力 為: 式（5.1）其中：原木平均數(shù)gy根原木的重量(kg)fm/j原木與金屬 間的摩擦系數(shù)Gz抓具自重抓具在抓取過程時的運動阻力大于閉合完成瞬時的阻力,在開度為l m 左右時阻力最大,由于上式中并沒有考慮到擠壓阻力的影響,所以用擠壓阻力系數(shù)氣 。即在開始抓取過程 中因木材間的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的影響。公式修正后其理論值與實際試驗值基本相符。因此在確定抓具領(lǐng)爪結(jié)構(gòu)計算時用閉合時的運動阻

52、力公式進行設(shè)計計算; 最大抓取阻力的理論值見表1表1 抓取阻力的理論值倍率10864抓取阻力44900438004436042723本設(shè)計采用的倍率為8抓取阻力矩隨著領(lǐng)爪的逐漸閉合,原來木頭的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就會被破壞掉,擠壓阻力由大逐漸變小。從圖5-1可知,阻力臂是隨爪的閉合而減小的,由阻力矩公式Mz=T·b= 式（5.1.1）阻力矩隨爪的閉合位置而逐漸慢慢地變小。5.2連桿強度計算及材料選擇爪瓣的受力分析圖如下所示：圖5-2 左爪瓣的受力分析當活塞推出時候,連桿受壓應(yīng)力: =(F/d2)/4 式（5.2）則 =(4772.8/3.14x16)/4 =380kgf/cm2選活塞連桿材料為45 號鋼調(diào)質(zhì),材料的屈服極限s=3600kgf/cm2。 許用應(yīng)力=s/n 式（5.2.1）安全系數(shù)n取2，則o=1800kgf/cm2,由于o<o 所以連桿的抗壓強度足夠的。5.3抓爪爪瓣的材料選擇