基于Pro/E 的一种新型旋转式物料装载机设计与运动仿真分析

李家辉 王成发 李宗仁

（河南理工大学机械与动力工程学院，河南 焦作 454000）

工业生产中利用铲车进行物料的装载非常广泛，但是传统的铲车装载物料需要不断调整车体来调整方向，才能顺利的将物料装入运输车内，这样，既浪费时间，又要耗费更多的能源，同时，物料会随铲车车身的调整而掉落，使得装载效率随之下降。

针对上述问题，设计了一种新颖、在装载过程中车体只前后移动、装载效率高、物料不会掉落的新型物料装载机，提高了工作人员的工作效率，并且能够在较小空间里运行，具有较好的市场应用前景。

1 方案与结构设计

旋转式物料装载机主要由铲斗，四连杆机构，绞车，钢丝绳，卷簧，传动机构等组成。旋转式物料装载机的整体单侧结构图，如图1 所示。

2 Pro/E 环境下的旋转式物料装载机三维建模与仿真分析

2.1 首先进行三维建模

旋转式物料装载机工作原理如下：物料装载机通过其铲斗来进行物料的装载与卸载，车体向前运动进而使得物料被装入铲斗，然后绞车在电机作用下收紧钢丝绳，钢丝绳拉动铲斗向上运动适当角度，车体开始向后运动，当车体与运载车快接触时停止，继续收紧钢丝绳拉动铲斗运动，最后物料被卸载后，铲斗在卷簧和自重作用下回到初始状态。

2.2 Pro/E 状态下的四连杆有限元分析

在Pro/E 建模软件中建立每一个零件三维模型，进行装配连接，然后到Pro/E 模块中进行运动仿真和有限元分析。

铲斗装载物料时四连杆机构中连杆所受负载大小进行有限元分析得出分析数据，如图2 (a) 所示。可以看出，其最大应力集中于螺栓连接处且没有超出其许可应力，其他部分受力也均没有超出使用许可应力，符合实际应用。

铲斗处于最高处时四连杆机构中连杆所受负载大小进行有限元分析得出分析数据，如图2 (b) 所示。由图2 (b) 可知，其最大应力集中于螺栓连接处且没有超出其许可应力，其他部分受力也均没有超出使用许可应力，符合实际应用。

2.3 Pro/E 状态下的铲斗运动分析

利用Pro/E 机构分析部分对铲斗进行了位移，速度，加速度分析得出如图所示图形

由图分析可知铲斗的位移(图3-a)，速度(图3-b)，加速度(图3-c)，均符合实际运动情况，表明其设计要求符合标准。

3 结语

本文首先对原有物料装载机的不足进行分析，设计了一种采用四连杆机构实现铲斗的旋转运动的新型物料装载机的方案，改设计新颖、结构紧凑，不需要通过液压控制铲斗，没有繁琐的调整阶段，车体只需要进行前后移动即可，铲斗内的物料不会撒落，提高了物料的装卸效率。同时，对物料装载机的整体外形进行了改进设计，使之更有利于旋转运动的实现。