機械原理課程設計-混凝土布料桿結(jié)構(gòu)運動分析

機械原理課程設計-混凝土布料桿結(jié)構(gòu)運動分析機械原理課程設計-混凝土布料桿結(jié)構(gòu)運動分析機械原理課程設計姓名：學號:班級：鐵車二班設計題目：混凝土布料桿結(jié)構(gòu)運動分析指導老師：目錄1設計任務書 31.1設計題目簡介 31.2設計數(shù)據(jù)與要求 31.3設計任務 32方案分析 42.1方案選擇 43數(shù)據(jù)分析 53.1狀態(tài)圖 53.2節(jié)臂長度分析 63.3節(jié)臂鉸接處運動分析 83.4二維狀態(tài)圖 93.5計算鉸接問題 113.6相關問題分析 124仿真 144.1軟件模型截圖 144.2運動圖像分析 155實驗室搭建模型 175.1模型搭建 176收獲與感悟 191.機械原理設計任務書學生姓名楊明軍班級鐵車二班學號2014120919設計題目：混泥土泵車布料機構(gòu)設計21.1設計題目簡介混凝土泵車是目前土建工地現(xiàn)場混凝土澆注中不可或缺的機械設備,其功能是將攪拌好的混凝土通過泵送和布料桿傳送到需要澆注的部位,完成混凝土構(gòu)件現(xiàn)場澆注的工序。而泵車的布料桿是泵車設計和制造的關鍵，布料桿結(jié)構(gòu)的合理與否將直接影響整車的工作性能和作業(yè)穩(wěn)定性。布料桿臂與臂之間是通過軸、連桿機構(gòu)以及變幅油缸連接在一起的，料桿通過各變幅缸的伸縮運動和多個四連桿機構(gòu)來實現(xiàn)其在作業(yè)范圍內(nèi)的工作。1.2

設計數(shù)據(jù)與要求該型混泥土泵車布料桿,五節(jié)臂組成，

最大布料高度44米，最大布料深度32米，最大布料半徑40米，液壓缸驅(qū)動。1.3設計任務1.至少提出兩種運動方案，然后進行方案分析評比，選出一種運動方案進行設計；2對平面連桿機構(gòu)進行尺度綜合，并進行運動分析；驗證輸出構(gòu)件的軌跡是否滿足設計要求；求出機構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫出機構(gòu)運動線圖。3.在機械基礎實驗室應用機構(gòu)綜合實驗裝置驗證設計方案的可行性，將在實驗室搭建模型的桿長參數(shù)等測量出來，并將實驗數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)比較進行分析。4.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖后進行分析，根據(jù)前期的理論計算、實驗效果及軟件仿真情況確認設計是否達到目標。5.編寫設計計算說明書，其中應包括設計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。完成日期：2015年12月20日指導教師馮鑒2.方案分析2.1根據(jù)市場分析，現(xiàn)在所用的布料桿運動方式分為移動式和樓面內(nèi)爬式兩種，1移動式 2樓面內(nèi)爬式根據(jù)實際情況，混泥土泵車經(jīng)常在野外工作所以在此我優(yōu)先考慮移動式布料桿，這種方式很靈活，操作范圍很大，非常適合實際情況使用，這是我選擇的依據(jù)。并且有以下幾種移動式圖1.1：布料桿折疊方式由于太多就選z型來做分析實物圖：首先認識布料桿各結(jié)構(gòu)名稱圖1.2：布料桿實物圖3數(shù)據(jù)分析3.1布料桿折疊與展開圖：3.2節(jié)臂長度分析根據(jù)所給已知條件：該型混泥土泵車布料桿,五節(jié)臂組成，

最大布料高度44米，最大布料深度32米，最大布料半徑40米，液壓缸驅(qū)動。說明：由于是多節(jié)臂組成，全部分析就重復了，分析兩節(jié)臂即可，一下所有內(nèi)容都以兩節(jié)臂為準分析。提出假設，（轉(zhuǎn)動基座距離地面4米，每根臂長8米）畫出相關圖形圖3.1：最大高度說明：由于不可能直接垂直穿過車體到達下方，說以最大深度時第一節(jié)臂要使桿伸出車外。基座可以全方位運動才可以滿足任何方位的運動。圖3.2:最大直徑不過由于還有第一節(jié)節(jié)臂的放置問題，第一節(jié)臂就應該長一點，將第一節(jié)臂定為9米，中間三節(jié)臂為8米，最后一節(jié)為7米。轉(zhuǎn)動基座還是高4米在前面進行假設分析的時候“第一節(jié)臂剛好在約束的條件下在下拉時，豎直距離會減少4米，這樣就剛好是最大布料深度32米了。也就是第一節(jié)臂放下后極限位置時，另一個端點下降的距離為4米。”，那么我們就要在設計的時候達到這種情況。前邊也有說到第一節(jié)臂長為9m，先假設第一節(jié)臂放下后于水平面成一個角度θ要使其放下后下降距離為4米，那么就有θ的的余弦=4/9(不會打符號見諒)。為了容易確定這個位置，可以在起始處設置一個向下傾角最大為θ的設置。這里先要設計一下起始端的大體模型。首先要是固定的，另外要能連接第一節(jié)臂并控制轉(zhuǎn)動。圖3.3：最大深度3.3兩臂鉸接處運動分析從結(jié)構(gòu)圖中可以看出交接處結(jié)構(gòu)模型，其簡圖如下：圖3.4：狀態(tài)圖實驗假設尺寸比例，不是真實尺寸。圖3.5：比例圖AE為可伸縮液壓桿并且可轉(zhuǎn)動，BE，ED兩桿為轉(zhuǎn)動鉸接，作為支撐兩節(jié)臂展開的桿。圖中分別是兩節(jié)臂收攏，半展開，完全展開時的結(jié)構(gòu)圖，C為兩臂轉(zhuǎn)動交接處。根據(jù)圖中所示可以計算出其自由度，n=5,Pl=7,Ph=0.所以F=3n-2Pl-Ph=1，圖中只有一根液壓桿驅(qū)動，符合題意。3.4狀態(tài)圖圖3.6：狀態(tài)分析圖圖3.7：展開狀態(tài)1圖3.8：展開狀態(tài)2圖3.9：展開狀態(tài)3圖3.10：展開狀態(tài)4根據(jù)實際情況，假設實際尺寸，則可以看出液壓桿最大為381.4cm圖3.11：實際尺寸圖3.5計算鉸接問題假設液壓桿與第一節(jié)臂的夾角為α，第一節(jié)臂與第二節(jié)夾角為β，可以從圖中可以看出α與β是輸入與輸出關系，由于沒有具體數(shù)據(jù)，在此用字母代替以為實際兩節(jié)臂鉸接處是有斜度的連接，為方便計算把交接處去掉以B,D為終點，不影響計算。設AB=a,BE=b,ED=c,<ABE=θ1<BED=θ2<EBD=θ3<EDB=θ4,AE=x1,BD=x2.(a,b,c為常數(shù))圖3.12：假設數(shù)據(jù)圖3.13：計算公式由公式1和2可以得出連接角與液壓桿的位移輸出關系（由于沒有具體數(shù)據(jù)，沒有給出最后公式）3.6相關問題分析下面分析幾個問題：1基座與干連接問題基座與第一節(jié)臂連接，也由液壓桿驅(qū)動，并且基座能360°轉(zhuǎn)動，由于第一節(jié)臂不可能全方位轉(zhuǎn)動，所以在連接處應該有一個限位器，按實際情況第一節(jié)臂只有在如圖范圍轉(zhuǎn)動。圖3.14：基座連接圖2限位問題由于節(jié)臂不可能無限轉(zhuǎn)動，這樣不利于實際操作，所以在它完全展開時會有一個最大位子，在該處存在限位器，禁止它繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如圖所示：圖3.15最大位子圖4仿真4.1軟件:SIMPACK給液壓桿勻速運動動力，則可以看出輸出桿的運動圖4.1：模型截圖4.2運動圖像圖4.2：第二節(jié)臂的角位移和角速度圖中說明輸出臂是做勻速運動的，符合要求圖4.2：第二節(jié)臂加速度下圖是液壓桿的角位移與直線位移的表現(xiàn)，說明輸入也是勻速的。圖4.3：液壓桿的直線位移和角位移5實驗室搭建機構(gòu)模型由于實驗室材料尺寸比例與實際尺寸比例問題，搭建的機構(gòu)只能在一定的范圍活動，只能展現(xiàn)實際運動的一部分過程5.1實驗模型圖下面三張圖是液壓桿伸出，第二節(jié)臂緩緩張開的過程。圖5.1：模型展開圖1圖5.2：模型展開圖2圖5.3：模型展開圖36設計感悟通過本次的課程設計，我學會了把課堂知識轉(zhuǎn)化為實際的運用，對課堂所講的幾種機構(gòu)有了更深的認識，在設計中知曉了實際物體與設計模型的聯(lián)系與區(qū)別，學會了將生活中的物體拆分，從機械的角度去看待實物的內(nèi)部運動，將課堂與實際生活聯(lián)系起來，讓學習更加