翻转犁翻转机构的运动与受力分析

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1、单缸卧式翻转犁翻转机构的运动与受力分析成员摘要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实物图1翻转机构的运动分析如图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L0,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θ,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

2、。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+Lmin≤R≤a+Lmax图1所示的机构中,由三角形ABC可得机构的运动方程:L²=a²+R²-2aRcosθ(1)cosθ=（a²+R²-L²）/2aR（2）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=

3、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-0.0807~0.1085,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,cosθ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: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

4、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θ=-60减小到θ=-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。2翻转机构受力分析翻转机

5、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。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=m•ar的作用,A点受到摩擦阻力矩Mf的作用,其他力均较小,可忽略不计21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

6、:G=9339.4N,L1=1.831m,L2=0.310m,L3=0.160m,d=0.12m,求轴颈的压力。由WL2=GL1,得W=GL1/L2=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/（πd×L3）式中:p为轴颈单位压力;W为轴颈受力;d为轴的直径;L3为轴颈的接触长度。将参数代入式(5),得:p=91.49N/cm由于摩擦因数与压力成正比,从手册中可以查当p=91.49N/cm²时,滑动摩擦因数f1=0.1486，当量摩擦因数f0=1.27,则总摩擦因数f=0.1887,摩擦圆半径为ρ=f×r=0.188

7、7×60=11.3233mm,其中r为轴颈半径(图中未画),如图4所示。22机构的动态静力分析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θ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Mf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。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:P1H+Grx-F1r-2Mf=0得:p1=（F1r+2Mf-Grx）/H式中:F1=Mar=Gar/g,r=0.

8、285m,p1=0.0113,Mf=Wp1=623.28N/m,G