关键词：
轮胎机械手
刚-柔耦合
动力学
仿真研究
摘要：
由于矿区的作业条件十分恶劣,大型矿用电动轮汽车承载高、刹车制动频繁,以致其轮胎很容易损坏。采用传统方法更换轮胎易发生事故,工作效率低且工作人员的劳动强度大,因此矿区急需一种专门的机械设备来实现大型轮胎的快速更换。轮胎拆装车的出现使这一问题得到解决。
轮胎拆装车由轮胎机械手与叉车或装载机组成,主要用于大型矿用电动轮汽车轮胎的更换、拆卸、运输及堆垛。本文主要研究大型轮胎机械手在夹持最大质量轮胎的运动过程中,液压缸提供推力所产生的夹持力是否足够,液压马达能否提供足够大的驱动扭矩以及所设计的机械结构能否满足强度要求。
首先,根据设计图纸,利用三维设计软件,建立了各个零部件的三维模型,并且将其装配成整机模型。通过数据接口parasolid将模型导入到多体动力学软件中,建立了刚一柔耦合模型。根据轮胎机械手可夹持最大直径轮胎时的工作情况,对其三种运动形式分别进行了动力学仿真,分析了爪盘回转角加速度对爪盘夹持力以及夹持臂与连接杆铰接点受力的影响,检验了所选择液压缸提供的推力能否满足夹持力的需要,所选择的液压马达能否提供足够大的驱动扭矩以完成拆装作业任务,所设计的连接杆能否满足强度要求。
其次,为了检验连接杆的强度,将仿真分析得到的载荷文件导入到有限元软件中,对连接杆进行有限元分析,得出连接杆的应力云图以及应力值随载荷步的变化关系。同时还可以得到轮胎实际工作时,任意时刻下的连接杆的受力情况、应力分布情况以及变形情况。
最后,通过分析,得出了全文的主要结论：第一,连杆机构处的液压缸所提供的推力能够满足实际工况下夹持力的要求。第二,和减速器相匹配的液压马达满足实际工况下扭矩的要求。第三,夹持架回转角加速度对夹持力、铰接孔处的铰接力以及液压马达的驱动扭矩的影响比较大。第四,通过刚-柔耦合模型的动力学仿真,对受力最大的连接杆进行了有限元分析,得到了该连接杆的应力值随载荷步的变化情况,并验证了连接杆的设计满足强度要求。
本文通过轮胎机械手的设计以及仿真分析,对今后的研究工作做了相应的展望。
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