一种山地果园运送车的自装卸装置及其结构优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及农业机械中自装卸装置设计领域，具体是一种山地果园运送车的自装 卸装置及其结构优化方法。
【背景技术】
[0002] 虽然自装卸装置在民用领域得到了广泛的应用，但与其装配的运输车往往体积较 大，如常用的顺装式运输车和侧装式运输车，它们的货物箱载重往往在上，其适用路况 也多为地势平坦的水泥路面。
[0003] 对于水果多产的北缔20°~40°亚热带地区，我国多为丘陵地带。运会导致常规的 山地运输车很难适应运一路况。特别在农村地区，由于年轻劳动力的流失，人口类型多W老 年人为主。劳动力在变得稀缺的同时，成本也在不断上升，因此，研发更加自动化、可在山地 环境进行自装卸的山地果园运送车变得具有实际意义。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单且可适用 于山地的山地果园运送车的自装卸装置。
[0005] 本发明的另一个目的是:提供一种保障自装卸装置正常运行的山地果园运送车的 自装卸装置的结构优化方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种山地果园运送车的自装卸装置，包括:拉臂、油缸、副车架和货物箱;副车架固 定在运送车上；在竖直平面内转动的拉臂包括在竖直平面内相互成"7"字形的第一直臂和 第二直臂;第一直臂的端部与副车架转动式连接，第二直臂的端部与货物箱的前端转动式 连接;驱动拉臂转动的油缸的一端与副车架转动式连接，油缸的另一端与第一直臂的中间 段转动式连接;初始状态时，货物箱放置在副车架上;拉臂转动时，货物箱沿着副车架向后 平移，随后货物箱倾斜的落到地面上，最后货物箱在地面上向后平移，直到货物箱完全落到 地面上。
[000引作为一种优选，副车架包括:框体、固定板、横梁、横向安装杆；固定板固定在框体 的两侧，副车架通过固定板安装在运送车上;安装拉臂的横梁和安装油缸的横向安装杆均 位于框体内，且横向安装杆位于横梁的前方。
[0009] 作为一种优选，油缸有两个，W拉臂为中屯、左右对称设置;第一直臂的左右两侧各 设有一个圆柱销，油缸的端部与圆柱销相接。
[0010] 作为一种优选，第二直臂的端部设有挂钩，货物箱的前端设有拉把，拉把卡在挂钩 中。
[0011] 作为一种优选，货物箱的底部装有供货物箱滑动的滑轮。
[0012] -种山地果园运送车的自装卸装置的结构优化方法，包括如下步骤：（1)用Ξ维软 件建立运送车和自装卸装置的Ξ维模型，进行运动分析确定自装卸装置能否运动；（2)对自 装卸装置进行动力学分析，得出在不同情况下受力大小与拉臂旋转角度之间的关系，根据 结果对自装卸装置的结构进行优化；（3)对自装卸装置进行局部应力分析，获得拉臂在实际 工作过程中的受力情况，每种危险工况时所受最大应力的大小及位置，并根据结果对拉臂 的结构进行优化。
[0013] 作为一种优选，步骤（1)采用CATIA软件，步骤（2)采用ADAMS软件，步骤（3)采用 ANSYS软件;利用CATIA软件建立自装卸装置模型，W此作为模板导入ADAMS和ANSYS软件中。
[0014] 作为一种优选，步骤(2)中，货物箱的运动过程分为两个过程，过程一为货物箱在 副车架上滑动，到接触地面之前，过程二为货物箱刚开始接触地面到停止运动;通过ADAMS 进行仿真，得到拉臂的受力曲线。
[0015] 作为一种优选，步骤(3)中，利用ANSYS软件，通过对拉臂进行建立模型、材料选取、 有限元模型简化和施加边界约束条件，从而对拉臂进行应力分析。
[0016] 作为一种优选，步骤(2)具体为:对自装卸装置进行动力学分析，根据其运动状态， 将货物箱的运动分为两个运动过程，得出在不同坡度的情况下，拉臂主要受力处所受到的 力与拉臂旋转角度之间的关系;通过对相关数据进行分析，得出拉臂不同受力处在第一个 运动过程和第二个运动过程工况时所受的力，为拉臂的有限元分析提供载荷依据。
[0017] 作为一种优选，步骤(2)中，在实际中，模型往往局部形状复杂，支撑边界不规则， 形状变化多端，受多种复杂的载荷工况。如不进行简化，则需考虑很多细小变化的情况，往 往给仿真带来很多麻烦，甚至影响仿真的成功，因此将对分析影响较小且相互之间固连的 自装卸装置的零部件看成一个整体，零部件的质量参数和位置参数均采用CATIA提供的相 关系数。
[001引本发明的原理是：
[0019] 通过油缸驱动拉臂转动，拉臂带动货物箱先在副车架上向后平移，再从副车架落 到地面，最后在地面向后平移同时调整货物箱的斜度，直至货物箱平放在地面上。拉臂设计 成"7"字形，初始状态可位于货物箱的前方和下方，运动状态可带动货物箱的顺利动作。
[0020] 本发明提供了一种利用ADAMS在不同坡度下，拉臂主要受力处所受到的力与拉臂 旋转角度之间的关系的仿真方法:首先是建立模型，其次是模型的验证，再次是模型的完 善，最后，根据所得结果的参数进行分析，得出需要进行优化的地方。
[0021] 本发明提供了一种利用ANSYS软件分析拉臂在不同位置的受力情况的方法:根据 拉臂实际情况对模型进行简化，然后将模型导入ANSYS，建立拉臂的有限元分析模型，然后 利用上述的ADAMS虚拟样机计算出的数据进行有限元分析，得出拉臂在不同位置时所受应 力情况，找出所受平均应力最大及具有最大应力时的位置。
[0022] 总的说来，本发明具有如下优点：
[0023] 1.结构简单，专用于山地果园运送车的自装卸，不仅满足山地的低坡度，而且适用 于载重不高的果蔬采摘。
[0024] 2.具有自装卸功能，有效节约人力。
[0025] 3.通过对原始自装卸装置模拟真实环境找出其薄弱环节，并利用ADAMS和ANSYS软 件进行相应优化设计出满足虚拟样机条件的模型，W达到设计出满足减少劳动力成本、适 合山地果园条件的运送车的自装卸装置的基本要求。
[0026] 4.解决了目前山地果园缺乏自装卸装备的问题，并且该自装卸装置具有通用性 强、安全性高、使用寿命长等优点。
【附图说明】
[0027] 图1是拉臂的结构示意图。
[0028] 图2是副车架的结构示意图。
[0029] 图3是货物箱的结构示意图。
[0030] 图4是运送车自卸开始时的示意图。
[0031] 图5是过程一中斜坡角度为20°时拉臂在与副车架连接处所受外力图。
[0032] 图6是过程一中斜坡角度为20°时拉臂在与货物箱连接处所受外力图。
[0033] 图7是过程一中斜坡角度为20°时拉臂在与油缸连接处所受外力图。
[0034] 图8是过程二中斜坡角度为20°时拉臂在与副车架连接处所受外力图。
[0035] 图9是过程二中斜坡角度为20°时拉臂在与货物箱连接处所受外力图。
[0036] 图10是过程二中斜坡角度为20°时拉臂在与油缸连接处所受外力图。
[0037] 图11是斜坡坡度-20°，旋转角度0°时拉臂的受力图。
[0038] 图12是斜坡坡度20°，旋转角度38°时拉臂的受力图。
[0039] 图13是斜坡坡度-20°，旋转角度134°时拉臂的受力图。
[0040] 图14是斜坡坡度-20°，旋转角度38°时拉臂的受力图。
[0041] 其中，1为拉臂，2为油缸，3为副车架，4为货物箱，5为运送车。11为第一垂直臂，12 为第二垂直臂，13为圆柱销，14为挂钩。31为框体、32为固定板、33为横梁，34为横向安装杆。 41为拉把，42为滑轮。
【具体实施方式】
[0042] 下面来对本发明做进一步详细的说明。
[0043] -种山地果园运送车的自装卸装置包括:拉臂、油缸、副车架和货物箱。
[0044] 如图1所示，拉臂采用的是不可伸缩的一体化折弯式结构，包括相互成"7"字形的 第一直臂和第二直臂。第一直臂的端部有一个安装孔，与副车架的横梁较接连接。第一直臂 的中间段的左右两侧均设有圆柱销，用于与油缸相连。第二直臂的端部设有挂钩，用于与货 物箱的前端的拉把连接。
[0045] 如图2所示，副车架由框体、固定板、横梁、横向安装杆组成。框体为矩形框体，通过 螺钉和固定在框体外侧的多个固定板将副车架固定在运送车上。横向安装杆和横梁位于框 体中，且横向安装杆位于横梁的前端。横向安装杆与油缸的下端转动式连接，横梁与拉臂相 接。副车架是自装卸装置的基础，上部与货物箱接触，起着支撑货物箱的作用。
[0046] 如图3所示，货物箱的周边设有护栏，前端设置拉把，用于货物箱的装卸。底部装有 滑轮和滑梁。安装时要确保拉把、滑梁下表面和滑轮中屯、Ξ者相对距离正确，确保滑轮半径 正确。货物箱是自装卸装置的载物装置，底部与副车架直接接触或与地面接触。
[0047] 油缸的数量为两个，与油累、油箱、连接管道共同构成液压系统。油累由发动机控 审IJ，主控阀控制油缸的伸缩，当油缸收缩完成时，会打开行程控制阀的开关，自动卸荷，防 止造成损伤。两个油缸W拉臂为中屯、左右对称设置。油缸的直径选取50mm，对应的活塞杆直 径为26mm。
[004引本发明的工作过程:在整车中，拉臂底端与副车架相连，拉臂中部与液压杆相连， 顶部通过挂钩与货物箱相连，货物箱与副车架直接接触。其运动过程为：油缸伸长，拉臂在