混凝土泵车连杆外置式的斯蒂芬森Ⅲ型臂架.pdf

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混凝士泵车连杆外置式的斯蒂芬森型管架
Stephenson lltype of one Pump Tuck Am th Extemal Rod Links
彭湃鲍涛
PENG Pai et al
华菱星马汽车股份有限公司安徽马鞍山243061
摘要:针对混凝土泵车臂架体型臃肿、质量过大的问题,将某款泵车臂架的连杆
和三角臂在不改变定位尺寸的条件下调换位置,得到斯蒂芬森Ⅲ型六杆机构,此时
液压油缸的最大作用力将得到一定程度的减小,从而可以减小液压油缸的尺寸;将
内置式连杆改为外置式,能有效减小臂架头及尾部的截面宽度,降低了臂架质量,
减轻了泵车载荷,提高了燃油经济性,使臂架的结构更为紧凑。
关键词;混凝土泵车臂架斯蒂芬森Ⅲ型液压油缸连杆外置
第一作者:彭湃,男,1990年生,助理工
程师,现从事混凝土泵车设计工作。
Abstract A Stephenson Il type six institutions were developed by exchanging the
position of triangle arm and rod link without changing the location dimension, in orde
to solve the existing problem in heavy and bloated concrete pump truck arms. At this
point the maximum force in hydraulic cylinder would decrease in some extent. So the
size of the hydraulic cylinder would be small and save some money. Changing the
built-in rod link to external one which can effectively reduce section width of the arm
head and tail. It also could reduce the weight of concrete pump truck arms and Improve
fuel economy, at the same time the arm structure would be more compact.
Key words concrete pump truck arm; Stephenson l type; hydraulic cylinder; external
rod link
中图分类号:U469.65.03文献标识码:A文章编号:1004-026(2014)03-0101-03
1前言
可得到5种不同的六杆机构,其中两种如图1、2所示。
随着经济和社会的发展,混凝土泵车在建筑行业中应用越来
越广泛。但是泵车臂架体型臃肿、质量过大,很大程度上限制了
泵车的泵送高度,因此对泵车臂架的改进尤为重要,通过优化臂
架结构,能够减轻臂架质量、节约成本,提高泵车燃油经济性。
2混凝土泵车的六杄机构
在泵车臂架结构中,连杆、三角臂和两个相邻的臂架构成了
图1瓦特‖型机构
图2斯蒂芬森I型机构
一个四杆机构,再加上液压油缸的缸筒和活塞杆,就构成了一个
六杆机构。六杆机构可分为瓦特型和斯蒂芬森型两大类,瓦特型3瓦特‖型臂架和斯蒂芬森Ⅷ型臂架对比
即具有相邻的三副杆的六杆转动副运动链,斯蒂芬森型即具有相3.1瓦特I型架方案
对的三副杆的六杆转动副运动链"。当取不同杆件作为机架时,又
混凝土泵车臂架的运动主要靠液压油缸来提供动力,油缸推
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动连杆、三角臂和臂架组成的四杆机构,使之运动,从而带动臂3.3液压油缸受力仿真
架转动,达到伸展和收缩的目的。本文以某46m五臂架混凝土
在不考虑臂架伸展、收缩过程中臂架、轴套、轴承、销轴间
泵车为例进行分析。图3为该泵车的四、五臂架装配图,三角臂安摩擦的情况下,对该泵车液压油缸进行运动仿真,得到各油缸在
装在四臂上面构成瓦特川型六杆机构,机构运功简图如图4所示。展开过程中的受力图,如图7所示。A、B、C、D、E五条曲线代
四臂油缸三角臂
表五个油缸在展开过程中的受力变化轨迹,横坐标表示油缸行
程,分为8段,纵坐标表示油缸在此过程中的作用力大小
连杆
7.4249e+5
乙
e Se: coea fee. a
otal fotee 2)
图3瓦特‖型臂架图
3.0e+6
四臂
三角臂
油江
1.252.53,75
连杆
油缸行程s,mm
图4瓦特‖型臂架机构运功简图
图7油缸仿真受力分析
如图3所示,油缸做功推动臂架展开,油缸行程相对较小,
从图中可见油缸作用力由负到正,表示作用力从拉力逐渐转
做功一定时,平均作用力较大,最大作用力也较大,而最大作用
为推力,油缸前1/8行程作用力变化很快,之后较为平稳。最大拉
力决定了油缸的型号及油缸直径。油缸大,成本高,质量大,体
力的绝对值大于最大推力的绝对值,即最大作用力为起始处的拉
积大,会相应增加连杆、三角臂和臂架的部分尺寸,进一步增加
力,此时臂架正准备展开。
泵车的质量,加大了载荷,降低燃油经济性。
3.4两方案对比
3.2斯替芬森Ⅲ型管架方案
油缸在刚展开时两臂架接近平行,此处就将两臂架平行时油
在不改变臂架、三角臂、连杆和油缸定位尺寸的情况下将三
缸的作用力视为最大作用力。臂架受力平衡,图4、6中A点为两
角臂和连杆调换位置,从而形成斯蒂芬森川型六杆机构,如图5所
臂架相连处,臂架绕其转动,对A点而言,力矩为零,假设五臂
示。油缸推动连杆、三角臂和臂架组成的四杆机构,使之运动,
从而带动臂架转动,机构运功简图如图6所示。此时油缸行程相应
产生的力矩为W,A点到油缸的距离为L,油缸作用力为F。,则
有
增大,做功一定时,平均作用力减小,最大作用力也减小。
四臂油缸
连杆
W+F XL=0
对于瓦特型臂架,L4=113mm
三角臂
同理对斯蒂芬森Ⅲ型臂架进行测量可得L2=180mm,
F/F,=L1/L,=63%
由此可见采用斯蒂芬森川I型臂架方案,油缸最大作用力减小
R5斯蒂芬森I型臂架图
了37%,油缸直径也将大大減小,油缸体积和质量也将大大减
四臂
连杆
小,成本也会降低。
4连杆内置式和外置式的对比
连杆内置式指臂架臂头、尾部留出部分空间,连杆和三角臂
油缸五臂
三角臂
分别对称安装在其内侧。连杆外置式指连杆和三角臂分别对称安
图6斯蒂芬森型臂架机构运功简图
装在两个臂架臂头和臂尾的外侧。
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