1、机械原理课程设计混凝土布料杆结构运动分析本科论文机械原理课程设计姓名：学号: 班级：铁车二班设计题目：混凝土布料杆结构运动分析指导老师： 目录 1设计任务书 31.1设计题目简介 31.2设计数据与要求 31.3设计任务 32方案分析 42.1方案选择 43数据分析 53.1状态图 53.2节臂长度分析 63.3节臂铰接处运动分析 83.4二维状态图 93.5计算铰接问题 113.6相关问题分析 124仿真 144.1软件模型截图 144.2运动图像分析 155实验室搭建模型 175.1模型搭建 176收获与感悟 19 1.机械原理设计任务书学生姓名 杨明军 班级 铁车二班 学号2014120
2、919设计题目： 混泥土泵车布料机构设计2 1.1设计题目简介混凝土泵车是目前土建工地现场混凝土浇注中不可或缺的机械设备,其功能是将搅拌好的混凝土通过泵送和布料杆传送到需要浇注的部位,完成混凝土构件现场浇注的工序。而泵车的布料杆是泵车设计和制造的关键，布料杆结构的合理与否将直接影响整车的工作性能和作业稳定性。布料杆臂与臂之间是通过轴、连杆机构以及变幅油缸连接在一起的，料杆通过各变幅缸的伸缩运动和多个四连杆机构来实现其在作业范围内的工作。1.2 设计数据与要求该型混泥土泵车布料杆,五节臂组成，最大布料高度44米，最大布料深度32米，最大布料半径40米，液压缸驱动。1.3设计任务1. 至少提出两种
3、运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；2 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。3. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性，将在实验室搭建模型的杆长参数等测量出来，并将实验数据与计算数据比较进行分析。4.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图后进行分析，根据前期的理论计算、实验效果及软件仿真情况确认设计是否达到目标。5. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动
4、模型建立过程以及效果分析等。 完成日期： 2015 年 12 月 20 日 指导教师 冯鉴 2.方案分析2.1根据市场分析，现在所用的布料杆运动方式分为移动式和楼面内爬式两种， 1移动式 2楼面内爬式根据实际情况，混泥土泵车经常在野外工作所以在此我优先考虑移动式布料杆，这种方式很灵活，操作范围很大，非常适合实际情况使用，这是我选择的依据。并且有以下几种移动式 图1.1：布料杆折叠方式由于太多就选z型来做分析实物图：首先认识布料杆各结构名称 图1.2：布料杆实物图3数据分析3.1布料杆折叠与展开图：3.2节臂长度分析 根据所给已知条件：该型混泥土泵车布料杆,五节臂组成，最大布料高度44米，最大布
5、料深度32米，最大布料半径40米，液压缸驱动。说明：由于是多节臂组成，全部分析就重复了，分析两节臂即可，一下所有内容都以两节臂为准分析。提出假设，（转动基座距离地面4米，每根臂长8米）画出相关图形图3.1：最大高度说明：由于不可能直接垂直穿过车体到达下方，说以最大深度时第一节臂要使杆伸出车外。基座可以全方位运动才可以满足任何方位的运动。图3.2:最大直径不过由于还有第一节节臂的放置问题，第一节臂就应该长一点，将第一节臂定为9米，中间三节臂为8米，最后一节为7米。转动基座还是高4米在前面进行假设分析的时候“第一节臂刚好在约束的条件下在下拉时，竖直距离会减少4米，这样就刚好是最大布料深度32米了。
6、也就是第一节臂放下后极限位置时，另一个端点下降的距离为4米。”，那么我们就要在设计的时候达到这种情况。前边也有说到第一节臂长为9m，先假设第一节臂放下后于水平面成一个角度要使其放下后下降距离为4米，那么就有的的余弦=4/9(不会打符号见谅)。为了容易确定这个位置，可以在起始处设置一个向下倾角最大为的设置。这里先要设计一下起始端的大体模型。首先要是固定的，另外要能连接第一节臂并控制转动。图3.3：最大深度3.3两臂铰接处运动分析从结构图中可以看出交接处结构模型，其简图如下： 图3.4：状态图实验假设尺寸比例，不是真实尺寸。 图3.5：比例图AE为可伸缩液压杆并且可转动，BE，ED两杆为转动铰接，
7、作为支撑两节臂展开的杆。图中分别是两节臂收拢，半展开，完全展开时的结构图，C为两臂转动交接处。根据图中所示可以计算出其自由度，n=5,Pl=7,Ph=0.所以F=3n-2Pl-Ph=1，图中只有一根液压杆驱动，符合题意。3.4状态图 图3.6：状态分析图 图3.7：展开状态1 图3.8：展开状态2 图3.9：展开状态3 图3.10：展开状态4根据实际情况，假设实际尺寸，则可以看出液压杆最大为381.4cm图3.11：实际尺寸图3.5计算铰接问题假设液压杆与第一节臂的夹角为，第一节臂与第二节夹角为，可以从图中可以看出与是输入与输出关系，由于没有具体数据，在此用字母代替以为实际两节臂铰接处是有斜度
8、的连接，为方便计算把交接处去掉以B,D为终点，不影响计算。设AB=a, BE=b ,ED=c,ABE=1 BED=2 EBD=3 EDB=4, AE=x1,BD=x2.(a,b,c 为常数) 图3.12：假设数据 图3.13：计算公式由公式1和2可以得出连接角与液压杆的位移输出关系（由于没有具体数据，没有给出最后公式）3.6 相关问题分析下面分析几个问题：1基座与干连接问题基座与第一节臂连接，也由液压杆驱动，并且基座能360转动，由于第一节臂不可能全方位转动，所以在连接处应该有一个限位器，按实际情况第一节臂只有在如图范围转动。 图3.14：基座连接图2 限位问题由于节臂不可能无限转动，这样不利
9、于实际操作，所以在它完全展开时会有一个最大位子，在该处存在限位器，禁止它继续转动。如图所示： 图3.15最大位子图4 仿真 4.1软件:SIMPACK给液压杆匀速运动动力，则可以看出输出杆的运动 图4.1：模型截图4.2运动图像 图4.2：第二节臂的角位移和角速度 图中说明输出臂是做匀速运动的，符合要求 图4.2：第二节臂加速度下图是液压杆的角位移与直线位移的表现，说明输入也是匀速的。 图4.3：液压杆的直线位移和角位移5 实验室搭建机构模型由于实验室材料尺寸比例与实际尺寸比例问题，搭建的机构只能在一定的范围活动，只能展现实际运动的一部分过程5.1 实验模型图下面三张图是液压杆伸出，第二节臂缓
10、缓张开的过程。 图5.1：模型展开图1 图5.2：模型展开图2 图5.3：模型展开图36 设计感悟 通过本次的课程设计，我学会了把课堂知识转化为实际的运用，对课堂所讲的几种机构有了更深的认识，在设计中知晓了实际物体与设计模型的联系与区别，学会了将生活中的物体拆分，从机械的角度去看待实物的内部运动，将课堂与实际生活联系起来，让学习更加具体化。在本次设计中还运用了各种软件，CAD ,SOLIDWORKS,SIMPACK让我学会了将问题借助计算机来解决，方便化了计算与假设正明。还有在设计中会遇到各种意想不到的问题，也许一个小小的螺钉也会导致重大错误，教会了我在工程的学习与制作中应该有严谨的治学态度与细心的工作方式。总的来书本次设计付出了很多也收获了很多。最后感谢老师与那些指正我错误与给出建议的同学。
