汽車起重機三維造型設計及運動仿真論文

蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 隨著經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，我國的基礎建設力度正逐漸加大，道路交通，機場，港口，水利水電，市政建設等基礎設施的建設規(guī)模也越來越大，市場汽車起重機的需求也隨之增加。 本次設計的 25T 起重機，在對汽車起重機的結構設計前通過查閱、整理資料確定汽車起重機底盤類型及主要尺寸 ,確定吊臂連接尺寸以及吊臂類型和起重機工作原理。通過所學知識運用 Solid Works 軟件的各項功能創(chuàng)建汽車起重機模型，進入裝配把汽車起重機各部分建立汽車起重機三維實體模型，利用 Solid Works 軟件對汽車起重機進行運動仿真及受力分析。 分析汽車起重機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢、以及實體結構簡介，包括起升機構、運行機構、變幅機構和回轉(zhuǎn)機構，再加上金屬機構，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置，以及起重機一些必要的注意問題。同時完成汽車起重機的底盤、吊臂、箱體等零件的工程圖以及裝配圖，并完成起重機的運動仿真。 關鍵詞：汽車起重機； Solid Works；實體結構；運動仿真； 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 II Abstract With the rapid development of economic construction, Chinas infrastructure is gradually increase the intensity, road traffic, airports, ports, water conservancy and hydropower, municipal construction of infrastructure such as the scale of construction is also growing, crane truck crane market demand with the increase。 The design of the 25 t crane, in front of the structural design of crane truck crane chassis type determined by access, sorting data and main size, determine the connection size and crane jib type crane boom and working principle of the crane. Through knowledge in using Solid Works software functions to create truck crane model, into the assembly all parts of the crane truck crane 3 d entity model is set up, using Solid Works software motion simulation and stress analysis was carried out on the truck crane. Analysis of crane development status and trends, as well as the physical structure of introduction, including the lifting mechanism, operation mechanism, luffing mechanism, slewing mechanism, coupled with the metal body, power unit, control and necessary auxiliary equipment, cranes, and some need to pay attention to the problem. Complete truck crane chassis, suspension arm at the same time, body and other parts of engineering drawing and assembly drawing, and completes the movement which the crane simulation. Key words: Truck crane ； Solid Works； Entity structure ； Motion simulation 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 1 目 錄 摘 要 . I Abstract .II 1 緒論 . 2 1.1 液壓起重機的應用 . 2 1.2 主要優(yōu)點 . 3 1.3 液壓起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 . 3 1.4 液壓起重機的發(fā)展趨勢 . 4 1.5 汽車起重機檢驗項目 . 5 1.6 液壓起重機的工作特點 . 6 1.7 汽車起重機的 安全與限速 . 7 1.8 液壓起重機在使用中注意的問題 . 9 2 液壓起重機的實體結構簡介 . 10 2.1 汽車起重機的種類 . 10 2.2 液壓起重機的結構構造與工作過程 . 10 2.3 汽車起重機底 盤類型 . 13 3 起重機的實體結構設計 . 14 3.1 鋼絲繩的計算 . 14 3.2 卷筒的設計 . 14 3.3 繩端固定裝置 計算 . 16 4 汽車起重機運動仿真 . 17 4.1 運動仿真的意義 . 17 4.2 Solid works 軟件特點 . 17 4.3 實體結構設計 . 20 4.4 關于 simulation 的簡介 . 26 4.5 吊臂靜態(tài)應力分析 . 27 4.6 關于 solidworks motion 的簡介 . 30 4.7 關于吊臂吊鉤的有限元分析 . 34 總 結 . 37 致 謝 . 38 參考文獻 . 39 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 2 1 緒論 1.1 液壓起重機的應 用 工程起重機和工程機械一樣，是具有中國特色的名稱與概念。我國的工程起重機主要包括塔式起重機、汽車起重機、履帶式起重機、施工升降機、橋式起重機、門式起重機、門座起重機、輪胎起重機、桅桿式起重機和纜索式起重機等。 我國工程機械工業(yè)在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展成了機械工業(yè) 10 大行業(yè)之一，我國也進入了機械生產(chǎn)大國之列。工程機械用途廣泛，市場遍布國民經(jīng)濟各個部門，其中主要有交通運輸、能源、原材料、農(nóng)林水利、城鄉(xiāng)發(fā)展以及現(xiàn)代化國防六大領域。工程機械是保證工程建設實現(xiàn)高速度、高質(zhì)量和低成本的重要手段。 隨著我國深化改革、擴大開放和發(fā) 展社會主義市場經(jīng)濟等一系列重大政策的貫徹實施，工程機械行業(yè)在技術水平、科研條件、品種數(shù)量、產(chǎn)品質(zhì)量、專業(yè)化生產(chǎn)程度、生產(chǎn)規(guī)模、出口創(chuàng)匯、用戶服務、企業(yè)組織結構優(yōu)化、高等教育以及人才培養(yǎng)諸方面，均獲得了很大進步，在國民經(jīng)濟各領域和國防現(xiàn)代化建設中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國早已成為世界貿(mào)易成員國，這為工程機械的更大發(fā)展提供了新的機遇。 起重機械是用來對物料進行起重、運輸、裝卸和安裝作業(yè)的機械：它可以完成靠人力無法完成的物料搬運工作，減輕人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，在工廠、礦山，車站、港口、建筑工地、倉庫、 水電站等多個領域和部門中得到了廣泛的應用：隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，特別是現(xiàn)代化、專業(yè)化生產(chǎn)的要求，各種專門用途的起重機相繼產(chǎn)生，在許多重要的部門中，它不僅是生產(chǎn)過程中的輔助機械，而且已成為生產(chǎn)流水作業(yè)線上不可缺少的重要機械設備，它的發(fā)展對國民經(jīng)濟建設起著積極的促進作用。 起重機械是一種循環(huán)的、間歇動作的，短程搬運物料的機械。一個工作循環(huán)一般包括上料、運送、卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點由起升機構把物料提起，由運行、回轉(zhuǎn)或變幅機構把物料移位，然后物料在指定地點下放，接著進行相反動作，使取物裝置回到原 位，以便進行下一次的工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間一般有短暫的停歇。起重機工作時，各機構經(jīng)常是處于起動、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)之中。 在高層建筑、冶金、化工及電站等的建設施工中。需要吊裝和搬運的工程量日益增多，其中不少組合件的吊裝和搬運重量達幾百噸：因此，必須選用一些大型起重機進行諸如鍋爐及廠房設備的吊裝下作：通常采用的大型起重機有龍門起重機，門座式起重機、塔式起重機、履帶起重機、輪式起重機以及廠房內(nèi)裝置的橋式起重機等。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 3 1.2 主要優(yōu)點 汽車起重機就是將起重作業(yè)部分安裝在通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P 上的起重機，并具有載重汽車的行駛性能。為了滿足在惡劣條件下的行駛要求，派生了具有越野性能的汽車起重機。 汽車起重機具有如下優(yōu)點： （ 1）行動自由，在它的起重能力及外形尺寸容許條件下，能夠在整個工廠內(nèi)或貨場內(nèi)承擔絕大部分的起重工作。 （ 2）它除了作為一臺起重機使用之外，可以在臂架上配裝各種拉鏟抓斗、挖溝器和鏟子進行其它工作。 （ 3）不需要架空軌道等固定結構，因此可使基建投資、生產(chǎn)成本或維修費用降低。 （ 4）本身具有獨立的動力裝置，不需要裝設饋電電纜或接觸導電裝置。 （ 5）它可以把載荷放在地面上、地面下或比汽車 起重機更高的地方。由于上述優(yōu)點，汽車起重機廣泛地應用于運輸、建筑、礦山及筑路工程中，用來裝卸大型零件、包裝件、散件貨物和建筑構件等。特別是當貨物分散、收發(fā)貨物量少或安裝工作量少，不宜使用專用起重設備時，則廣泛使用汽車起重機。可以在很小的地面和空間內(nèi)完成較大的起重運輸任務。它具有機動、靈活、幅度長、起重量大、行駛速度快的優(yōu)點。汽車起重機已實施出口產(chǎn)品質(zhì)量許可制度，未取得和質(zhì)量許可證的產(chǎn)品不準出口。 1.3 液壓起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 中國的汽車式液壓起重機誕生于上世紀的 10 年代，經(jīng)過了近 30 年的發(fā)展，期間有過 3 次 主要的技術改進，分別為 70 年代引進蘇聯(lián)的技術， 80 年代引進日本的技術， 90年代引進德國的技術。但是總體來說，中國的汽車液壓式起重機產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡，尤其是近幾年具有較大的發(fā)展，但和國外相比，還是有很大差距，具體表現(xiàn)在： （ 1）品種少、產(chǎn)量低 ,我國起重機現(xiàn)處于初級發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復較多，至今尚未形成大、中、小完整的系列，年產(chǎn)量只相當于國外一個廠家的生產(chǎn)能力。 （ 2）起重力矩小，技術水平低 ,我國起重機以直臂卷揚為主，受國內(nèi)汽車底盤的限制，起重力矩小，其他性能指標也 一般低于國外先進產(chǎn)品。目前國內(nèi)汽業(yè)對起重機的研究開發(fā)投入很少，液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術水平也有一定的差距。 （ 3）安全裝置不齊全，操作不方便 ,我國起重機僅裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等一般安全裝置，全部為手動操作。而國外早已將電子技術廣泛運用到汽車起重機上，如帶有微電腦的力矩限制器及方傾翻保護器等，平且已實現(xiàn)的有線和無線遙控。 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 4 （ 4）功能單一 ,我國起重機以起重作業(yè)及運輸功能為主，而國外起重機均有多種附具，主要加裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝備輪胎機械手 、拔樁器等，另外，國外一些廠家進一步開發(fā)了鐵路專用起重機等專用產(chǎn)品。 （ 5）外形不美觀 ,我國起重機設計單調(diào)，忽視了和汽車外形的協(xié)調(diào)，而國外對汽車起重機的著色非常嚴格，不僅在外形和著色上實現(xiàn)和汽車的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調(diào)。但是這個差距正在逐漸的縮小。而且中國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經(jīng)完好，能夠滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的要求。在不久的將來，中國的汽車式液壓起重機行業(yè)一定會發(fā)展成為一個發(fā)展穩(wěn)定，市場化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。 / 1.4 液壓起重機的發(fā)展趨勢 近年來，隨著建設工程規(guī)模不斷擴大，起重安裝工程量越 來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站以及高層建筑的安裝工作逐年增加。因此，對于起重機，特別是大功率起重機的需求日益增加。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，各種新技術，新材料、新結構、新工藝在起重機上得到廣泛應用。所有這些因素都有力的促進了起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有起重機產(chǎn)品和技術資料的分析，近年來起重機的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）廣泛采用液壓技術 ,由于液壓傳動具有體積小、質(zhì)量輕、結構緊湊、能無級調(diào)速、操縱輕便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作可靠等優(yōu)點，近年來國內(nèi)外各種類型的起重機廣泛采用了液壓傳動。我國的主要工 程起重機廠，近年來的產(chǎn)品多是液壓起重機，特別是汽車起重機出現(xiàn)了全液壓形式。隨著液壓技術和液壓元件的發(fā)展，液壓起重機將會獲得進一步發(fā)展。 （ 2）通用性起重機以中小型為主，專業(yè)起重機向大型大功率發(fā)展 ,為了提高建設工程的裝卸和安裝作業(yè)的機械化程度，工程起重機的發(fā)展仍是以靈活輕便的中小型起重機為主。目前國外普遍采用 1040 噸級的工程起重機。從數(shù)量上看，中小噸位級的占大多數(shù)，因此國外很重視改進、提高中型液壓起重機的性能。但為了滿足大型石油、化工、冶煉設備和高層建筑大型板材、構件的安裝，國內(nèi)已生產(chǎn)了 1001000 噸 級的大型、特大型起重機。目前超過 100 噸級的起重機品種逐漸增多。從發(fā)展情況看，大型或特大型起重機已發(fā)展椼架臂式起重機為主；而伸縮臂式液壓起重機，由于受伸縮臂的重量和行駛狀態(tài)下的長度的限制，它的發(fā)展有待技術和材料的進一步研究。 （ 3）重視“三化”，逐步過渡采用國際標準 ,目前各國在發(fā)展工程起重機新產(chǎn)品的過程中都很重視“三化” (標準化、系列化、通用化）。一些國家對工程起重機制定了國家蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 標準，規(guī)定了起重量系列。有些國家對起重量雖然沒有統(tǒng)一的規(guī)定，但各制造廠自成系列，注意采用通用零件，為生產(chǎn)和使用提供有利條件。 一些國 家按起重機的起升機構、回轉(zhuǎn)機構、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向橋以及中心回轉(zhuǎn)接頭等，不論用于汽車起重機還是輪胎起重機，一律進行標準化、系列化、通用化，使一部分部件可以用在兩種不同的起重機上。此外，還可采用一些措施使一部分部件可以用到起重量大小不同的起重機上，如設計系列化吊臂、小起重量起重機的主臂可作為大起重量起重機的副臂、小起重量起重機的基本臂可作為大起重量起重機的二節(jié)臂等。 目前世界上許多國家，不僅重視制定本國的產(chǎn)品標準，而且非常重視采用國際標準。有的國家甚至廢除了本國國家標準而直接采用國際標準。我國政府也提出：全面加速采用國際標準和國外先進標準，是我國實行開放政策和提高產(chǎn)品質(zhì)量的一項重大措施。只有這樣，才能盡快縮短我國產(chǎn)品質(zhì)量水平與世界先進水平的差距，才能改變我國產(chǎn)品質(zhì)量的落后面貌。 （ 4）發(fā)展一機多用產(chǎn)品 ,為了充分發(fā)揮工程起重機的作用，擴大其適用范圍，有的國家在設計起重機時重視了產(chǎn)品的多用性。例如工作裝置方面，除了使用吊鉤外，還設計了配備有電磁吸盤、抓斗等裝置。 （ 5）采用新技術、新材料、新結構、新工藝 ,為了減輕起重機的自重，提高起重性能，保證起重機高效可靠地工作，各國都非常重視采用新技術、新材料、新結構和新工藝。為了防 止起重機超載以致傾翻，近年來研制了電子式起重力矩限制器。當載荷接近額定起重量時，自動發(fā)出報警信號；當超載時，自動切斷起重機工作結構。 （ 6）工程機械信息化 工程機械需要具有的信息處理功能 工程機械信息處理技術 （ 7）工程機械智能化 單機集成化操作與智能控制技術 智能監(jiān)控、檢測、預報、遠程故障診斷與維護技術 基于網(wǎng)絡的機群集成控制與智能化管理技術 1.5 汽車起重機檢驗項目 （ 1）汽車起重機的強度、剛度、穩(wěn)定性、結構件在腐蝕性工作環(huán)境下的最小尺寸，抗傾覆穩(wěn)定性應符合 gb3811-83起重機設計規(guī) 范的規(guī)定。 （ 2）汽車起重機基本參數(shù)應符合 jb/t1375-92汽車起重機和輪胎起重機基本參數(shù)的規(guī)定。 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 6 （ 3）汽車起重機的安全性能應符合 gb6067-85起重機械安全規(guī)程的規(guī)定。 （ 4）汽車起重機的結構、機構、電氣等的設計按 gb3811-83起重機設計規(guī)范的規(guī)定進行。 （ 5）汽車起重機整機穩(wěn)定性應符合 gb6068.3-85汽車起重機和輪胎起重機試驗規(guī)范穩(wěn)定性的確定的規(guī)定。 （ 6）額定起重量表，起升高度曲線和性能參數(shù)標牌的要求及表示方法應符合jb4031-85汽車起重機和輪胎起重機標牌的 規(guī)定。 （ 7）起重機安全裝置的設置和調(diào)試按 zbj80002-86汽車起重機和輪胎起重機安全規(guī)程的規(guī)定進行。 （ 8）汽車起重機性能指標應符合 zbj80003-87汽車起重機和輪胎起重機技術要求的規(guī)定。 （ 9）汽車起重機檢驗方法：按 jb/sq1-87汽車起重機和輪胎起重機產(chǎn)品質(zhì)量分等，jb4030.3-85汽車起重機和輪起重機試驗規(guī)范， gb6068.1-85汽車起重機和輪胎起重機試驗規(guī)范一般要求， gb6068.2-85汽車起重機和輪胎起重機試驗規(guī)范合格試驗等標準規(guī)定進行。產(chǎn)品定型試驗按 jb4030.1-85汽車起重機和輪胎起重機規(guī)范作業(yè)可靠性試驗， jb4030.2-85汽車起重機和輪胎起重機試驗規(guī)范行駛可靠性試驗， gb6068.4-85汽車起重機和輪胎起重機試驗規(guī)范結構試驗等標準規(guī)定進行。 1.6 液壓起重機的工作特點 起重機械是一種間歇的動作機械 ,它具有重復而短暫的工作特征，起重機在搬運物料時通常經(jīng)歷著上料、運送卸料級回到原處的過程，各工作機構在工作時作往復周期性運動。例如起升機構的工作有物品的升降和空載取物裝置的升降所組成，運行機構的工作有負載空載時往復運動所組成。在起重 機械的每一個工作循環(huán)，即每搬運一次物品的過程中，其有關的工作機構都要做一次正向和反向的運動，起重機械與連續(xù)運輸機械的主要區(qū)別就在于前者是以周期性的短暫往復工作循環(huán)運送物品而后者是長期連續(xù)單向的工作運送物品。從安全技術角度分析可概括如下： （ 1）起重機通常結構龐大，機構復雜，能完成起升運動，水平運動，如橋式起重機能完成起升，大車運動和和小車運行 3 個運動，門座起重機能完成起升變幅、回轉(zhuǎn)和大車運行 4 個運動。在作業(yè)過程中常常是幾個不同方向運動同時操作，技術難度較大。 （ 2）起重機吊運的重物多種多樣，載荷是變化的， 有的重物達幾百噸甚至上千噸，有的物體長達幾十米，形狀也不規(guī)則，有散粒熱融狀態(tài)，易燃易爆危險物品等，吊運過程中復雜而危險。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 7 （ 3）起重機有時需要直接運人員在導軌平臺或鋼絲繩上做升降運動，可直接影響人身安全。 （ 4）起重機械暴露的生活的部件較多，而常與吊運作業(yè)人員直接接觸（如吊鉤、鋼絲繩等）潛在許多偶發(fā)的危險因素。 （ 5）起重機械作業(yè)中常常需要多人配合，共同進行，需要指揮捆扎，駕駛等作業(yè)人員配合熟練，動作協(xié)調(diào)，相互照應，作業(yè)人員應具備處理現(xiàn)場緊急情況的能力，多名作業(yè)人員之間的密切配合通常存在交大難度。 1.7 汽車起重機的 安全與限速 （ 1） 制動后鎖緊 汽車起重機 換向閥 的閥芯與閥體之間多采用間隙密封，在其自身重力及起吊載荷重力的雙重作用下，制動時高壓油液常會通過換向閥閥芯與閥體之間的微小間隙緩慢泄漏，不能對各機構液壓缸或液壓馬達實現(xiàn)有效地鎖緊，因而極易發(fā)生吊重下降、吊臂內(nèi)縮、幅度增大、支腿下沉的事故，輕則使汽車起重機無法正常工作，重則導致車輛傾覆、人員傷亡等惡性事故的發(fā)生。消除隱患的安全措施至少有以下 4 條。 在回油路中串聯(lián)液壓鎖 ,液控單向閥的反向油路只有當其控制油路輸入一定壓力油液之后才可能連通。它是一種能對油路實現(xiàn)通斷控制的開關元件，通常人們又稱之為液壓鎖。將液壓鎖反向串接在液壓缸（液壓馬達）的回油路中，并將其控制油路與液壓缸（液壓馬達）的進油路相連，就能使回油路在制動狀態(tài)下因控制油路無壓力油作用而切斷，對液壓缸（ 液壓馬達 ）起到應有的鎖緊作用。 液壓鎖的鎖緊效果取決于閥芯形狀和閥的結構型式。 閥芯如果 采用球閥式或滑閥式，其泄漏仍將是難免的，即油液有可能通過因閥芯沖擊而產(chǎn)生的溝槽或閥芯與閥體間的間隙泄漏。因此，用在汽車起重機中的液壓鎖閥芯應該選用密封性能好的錐芯，即使長久使用也能保證滴油不漏。 根據(jù)汽車起重機的工況特點，應選用帶有卸荷閥芯的 IY-F 型高壓液壓鎖。 對支腿油路，有支撐鎖緊和懸掛鎖緊兩項鎖緊要求。根據(jù)不同油路，每個支腿可采用僅為一個液控單向閥、僅能起單向鎖緊作用的單向液壓鎖，或由兩個液控單向閥交叉連接而成的雙向液壓鎖。一般采用的是后一種方案。每個支腿鎖緊裝置都必須獨立設置。 在回油路中串聯(lián)平 衡閥 ,平衡閥實質(zhì)上是 單向閥 與外控內(nèi)泄式順序閥組合而成的組合閥，它在汽車起重機中的安裝位置和鎖緊原理與液壓鎖的完全相同，即安裝在回油路中，制動后切斷回油路。如果對油路無其他特殊要求，還是應盡量采用價格相對低的液壓鎖。 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 8 提高液壓元件的密封性 ,在油路中安裝液壓鎖或平衡閥后，并不一定能完全保證機構制動后能鎖緊， 液壓缸 （液壓馬達）的密封性也是制約鎖制效果的關鍵因素。 液壓元件的漏油分內(nèi)泄和外泄漏兩種。液壓缸內(nèi)泄漏不易察覺，將導致支腿收放、吊臂伸縮及變幅 3 機構無法鎖緊而發(fā)生下沉現(xiàn)象。因此，提高液壓缸的密封效果，關鍵是解決發(fā)生在其內(nèi)部的內(nèi)泄漏問題。 一般來說，對汽車起重機液壓缸內(nèi)部的漏油量應嚴格限制。安全檢查時，規(guī)定額定壓力下活塞的移動距離為 10min 內(nèi)不應大于 0.5min。超過此值，說明密封性能不好，要及時更換新的 Y 形圈。 吊重升降液壓馬達外抱制動器 ,欲使液壓缸、液壓馬達長久地不產(chǎn)生內(nèi)泄漏是很難察現(xiàn)的，其 密封件磨損后泄漏會在不知不覺中產(chǎn)生。這樣，若鎖緊牢固就只有安裝制動器一種方法了，且只能在使吊重升降的液壓馬達上采用，其他的如對吊臂伸縮、變幅等則無法采用。 對吊重升降機構起作用的制動器實際上是一只小型的單桿 單作用液壓缸 ，制動器為常閉式，制動力取決于缸內(nèi)的彈簧力。為了獲得理想的鎖緊效果，當然希望彈簧力越大越好，但過大的彈簧力又會使制動器松閘能耗加大，所以外抱制動器是其鎖緊方案的輔助手段。 （ 2） 運動中限 速 由于汽車起重機吊重升降、吊臂伸縮、吊臂變幅的行程都較長，機構或載荷下行過程中因重力作用而產(chǎn)生的加速現(xiàn)象也是一個比較突出的問題。汽車起重機限速通常采用以下兩種方法。 在回油路中串聯(lián)平衡閥 ,平衡閥的作用不但能鎖緊，還能限速。當機構或載荷下降時，平衡閥內(nèi)的順序閥能借助閥芯的平衡作用，使液壓缸（液壓馬達）的回油流量保持穩(wěn)定狀態(tài)，從而使液壓缸（液壓馬達）保持均速運動。為了獲得均勻的下降速度，設計系統(tǒng)時要注意兩點：一是不能為了節(jié)省成本，就簡單地用一般的單向閥與外控內(nèi)泄漏式順序閥并接組合來代替平衡閥。這是因為平衡閥 雖然也是單向閥與外控內(nèi)泄漏式順序閥的組合，但其順序閥已經(jīng)增加了雙層彈簧、阻尼小孔等使閥芯減振的裝置；二是平衡閥的控制油路要串聯(lián)節(jié)流閥，以使順序閥的閥芯動作 “遲滯 ”，不因外部壓力的微小變化而使其速度有所改變。在限速方案中，使用平衡閥的效果是最理想的，是首選的方法。 用手動換向閥限速 ,在所有的換向閥中，只有手動換向閥在換向的同時，通過控制閥口開度的大小可以兼有限速和節(jié)流調(diào)速的作用。因此，當汽車起重機機構或載荷發(fā)生下行加速現(xiàn)象時，可通過駕駛員減小手動換向閥手柄的拉動程度來減小閥口開度的辦法蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 加以解決。當然，由于駕 駛員手的抖動會使手動換向閥的限速效果不甚理想，但因為汽車起重機的裝卸作業(yè)速度往往要根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況不斷地調(diào)整，機構的運動常常為不連續(xù)的間歇作業(yè)，因此熟練駕駛員操縱手動換向閥還是能夠收到一定限速效果的。 總之，對汽車起重機吊重升降、吊臂伸縮、吊臂變幅 3 機構既有鎖緊又有限速要求，應當采用能同時滿足鎖緊和限速兩項要求的平衡閥，再加以機械制動。 1.8 液壓起重機在使用中注意的問題 液壓起重機在使用過程中常碰到一個問題 這就是漏油內(nèi)泄漏降低起重機的能力 , 外泄漏既降低起重機的工作能力又影響環(huán)境。對此除了 我國目前生產(chǎn)的密封元件不過關外 , 還有使用中存在的問題。本文想就此談談自己的看法。 （ 1）操作不當。我們一些吊車司機要么扳不動操縱手柄 , 要么用力過猛致使油缸和馬達突然停止 ,液體的流向和速度突然改變 , 閥體和運動零件產(chǎn)至的慣性使液體瞬間產(chǎn)生比正常工作時高出數(shù)倍的壓力 , 形成很高的壓力沖擊。這種壓力沖擊有可能超過油管的承壓力和密封圈的靜壓人力 , 使管子破裂或密封圈損壞而漏油。 （ 2）液壓油長期不更換。一些用戶自購買液壓吊以來 , 長期使用從不更換液壓油直到漏油為止。由于工作元件的磨損液壓油中存有磨屑 , 加速磨損 ,形成惡性循環(huán) , 使密封件和活動部件失效。 （ 3）不分季節(jié) , 不分外界氣溫高低長期使用同一種型號的液壓油 , 造成在暑季因溫度升高 , 致使液壓油粘度降低。又恰在極限荷載下 , 因而致使密封件漏油。 （ 4）密封件長期不更換。有些用戶自買來液壓吊后一直不更換密封元件 , 致使密封件長期使用后逐漸老化變質(zhì)而失去彈性。 （ 5）一些用戶不了解液壓元件裝配工藝的要求 ,發(fā)現(xiàn)有漏油現(xiàn)象便全部拆開。以為跟機械式一樣怎樣拆下來怎樣裝上去 , 有的出于好奇 , 結果漏油處不僅沒找到 , 原先不漏處反倒引起了漏油。 在使用液壓吊時 , 操作閥體 一定要平穩(wěn) , 避免沖擊 , 液壓油在初使用一段時間后要更換 , 避免磨屑進人缸體 ； 要根據(jù)溫升及時地更換液壓油 , 要按規(guī)定時間更換密封元件( 一般固定件密封為 1000h , 運動件密封為 1500-2000h)。同時應盡量避免液壓吊在高溫下工作 , 以免橡膠老化 , 彈性減弱引起漏油。對于液壓元件的漏油我們一定要弄清原因 ,局部拆開 , 不要處于好奇或盲目的全部拆開 , 要知道 , 液壓元件都是較精密的元件。 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 10 2 液壓起重機的實體結構簡介 2.1 汽車起重機的種類 汽車起重機的種類很多，其分類方法也各不相同，主要有 （ 1）按起重量分類 輕型汽車起重機（起重量在 5 噸以下），中型汽車起重機（起重量在 5-15 噸），重型汽車起重機（起重量在 5-50 噸），超重型汽車起重機（起重量在 50 噸以上）。近年來，由于使用要求，其起重量有提高的趨勢，如已生產(chǎn)出 50-100 噸的大型汽車起重機。 （ 2）按支腿型式分 蛙式支腿、 x 型支腿、 h 型支腿。蛙式支腿跨距較短僅適用于較小噸位的起重機； x型支腿容易產(chǎn)生滑移，也很少采用； h 型支腿可實現(xiàn)較大跨距，對整機的穩(wěn)定有明顯的優(yōu)越性，所以中國目前生產(chǎn)的液壓汽車起重機多采用 h 型支腿。 （ 3）按傳動裝置的傳動方式分 機械傳動、電傳動、液壓傳動三類。 （ 4）按起重裝置在水平面可回轉(zhuǎn)范圍（即轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)范圍）分 全回轉(zhuǎn)式汽車起重機（轉(zhuǎn)臺可任意旋轉(zhuǎn) 360）和非全回轉(zhuǎn)汽車起重機（轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)角小于 270）。 （ 5）按吊臂的結構形式分 折迭式吊臂、伸縮式吊臂和桁架式吊臂汽車起重機。 2.2 液壓起重機的結構構造與工作過程 起重機主要包括起升機構、運行機構、變幅機構、回轉(zhuǎn)機構和金屬結構等。在現(xiàn)代電動起重機中，一臺起重機的各個機構都是由獨立的電動機分別驅(qū)動的。在內(nèi)燃機為動力裝置的起重機中，以往常采用機械集中驅(qū)動，即 1 臺起重機裝置 1 臺柴油機，用機械式離合器和換向機構，實現(xiàn)動力和驅(qū)動的分配和控制。這種驅(qū)動結構復雜、操作不便，目前趨向于分別驅(qū)動。有兩種方式實現(xiàn)分別驅(qū)動：一是由柴油機發(fā)電，再由各個電動機分別驅(qū)動各個機構。這種方法設備成本較高，但通過柴油機發(fā)的是直流電，直流電調(diào)速方便，工作平穩(wěn)，適合于大功率和大型起重機，如大型汽車起重機、履帶式起重機和浮式起重機。另一種常用的方式是采用液壓傳動，由柴油機驅(qū)動油泵供應高壓油，由高壓油再分別帶動各機構的液壓馬達或液壓缸。液壓傳動的起重機機構緊湊、調(diào)能性好、操作方，已廣泛用于中小型汽車起重機和輪胎起 重機中。 （ 1）起升機構是起重機的基本工作機構，大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車組成，也有通蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 11 過液壓系統(tǒng)升降重物的。起重機中的的起升機構通常是以省力滑輪組作為執(zhí)行機構的。起升機構的傳動形式隨機器房的布置要求而定，一般總是由電動機通過聯(lián)軸器、齒輪減速器驅(qū)動卷筒。在高速軸上裝有機械制動器，以便將貨物安全的停止于懸空狀態(tài)。 （ 2）運行機構用以縱向水平運移重物或調(diào)整起重機的工作位置，一般是由電動機、減速器、制動器和車輪組成。根據(jù)起重機工作要求，運行機構可以設計成工作性的運動，也可以設計成調(diào)整型的運動。雖然這兩種運動在機構傳動方 案方面沒有顯著差別，但工作性運動是帶著起升載荷運行的，構成了起重機工作循環(huán)時間的一部分，影響起重機生產(chǎn)率，因此運動速度較高，機構功率也較大，機構接電時間率也較高，零部件計算要考慮動載荷，許多零部件還要核算疲勞壽命。調(diào)整性運動是調(diào)整起重機工作位置的運動，速度低，使用很少。 運行機構包括支撐運行裝置及驅(qū)動機構兩大部分。從運行裝置看，它有軌運行、輪胎運行、履帶運行及步行等各種方式。輪胎運行裝置和驅(qū)動機構就是汽車羅類似汽車底盤的一套傳動裝置；履帶運行裝置和驅(qū)動機構與挖掘機相同；步行裝置在起重機中很少應用。 （ 3）變 幅機構是改變臂架式起重機幅度的機構。變幅機構包括臂架系統(tǒng)和變幅傳動系統(tǒng)。從變幅的原理看，變幅機構有兩種類型：非平衡變幅和平衡變幅。非平衡變幅是依靠臂架繞其鉸接點轉(zhuǎn)動的方法改變起重機的幅度，因而當帶著貨物以大幅度向小幅度變化時伴隨著貨物的垂直上升，這就是變幅機構消耗較大的能量。由此可知，這種非平衡的方法不宜用于需經(jīng)常帶著貨物變幅的場合，而只作非工作性的調(diào)整幅度運動。平衡變幅是采用起升滑輪組或?qū)ｉT設計的帶關節(jié)連桿的臂架系統(tǒng)，變幅時，臂架所吊的貨物基本上沿水平線運動。很顯然這種變幅系統(tǒng)在變幅過程中所消耗的能量是較 小的，因此這種復雜的變幅系統(tǒng)適用于需要經(jīng)常帶載變幅的起重機中。 非平衡變幅機構通過剛繩滑輪組驅(qū)動臂架轉(zhuǎn)動，其計算方法與一般起升機構類似，所不同的是：在變幅過程中鋼絲繩的靜拉力在較大的范圍內(nèi)變化，因而電動機的功率也因按這種變化的外力找出均方根力矩予以計算。 變幅機構的傳動機構有兩種形式：繩索滑輪組式及剛性連接桿?；喗M式變幅機構的執(zhí)行構件是繩索滑輪組，滑輪組的動滑輪組通過連桿或鋼絲繩與臂架前端連接，滑輪組的定滑輪支承在塔架上。通過卷筒收繩或放繩，可是臂架繞下端轉(zhuǎn)動，從而改變幅度。這種變幅機構的傳動裝置與起升機 構沒有什么原則上的差異，只是在變幅過程中滑輪組的靜拉力在很大范圍內(nèi)變化。傳動機構的零件的靜強度按最大靜拉力計算，而零件疲勞或壽命計算以及電動機的功率計算應該考慮變幅過程中力的變化，這點與起升機構是不汽車起重機三維造型設計及運動仿真 12 同的。 （ 4）回轉(zhuǎn)機構包括回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構；驅(qū)動機構的形式與支承裝置的形式有一定的關系?；剞D(zhuǎn)起重機的回轉(zhuǎn)支承方式有定柱式、轉(zhuǎn)柱式、轉(zhuǎn)盤式等幾種。 （ 5）金屬結構是指由軋制的型鋼或鋼板作為基本元件，按照一定的結構組成規(guī)則用螺栓、鉚接或焊接的方法連接起來，用于承受載荷的結構物。 起重機金屬結構的種類繁多，對 它們進行分類，目的是區(qū)別各種不同的金屬結構類型，找出其共同特點，便于設計和計算。按照金屬結構基本元件的特點，起重機金屬結構可分為桿系結構和板結構。 桿系結構由許多桿焊接而成，每根桿的特點是長度方向尺寸大，而斷面方向尺寸較小。板結構由薄板焊接而成。薄板的特點是長度和寬度方向尺寸較大，而厚度很小，所以板結構又稱薄壁結構。桿系結構和板結構是起重機金屬結構中最常用的結構形式。 按起重機金屬結構的外形不同，分為門架結構、臂架結構、車架結構、轉(zhuǎn)柱結構、塔架結構等。這些結構可以是桿系的，亦可以是板梁結構。門架結構包括門式 起重機的門架、門式起重機的支腿及平衡重式叉車的門架等。 按照金屬結構的連接方式不同，起重機金屬結構分為鉸接結構、鋼接結構和混合結構。 鉸接結構中，所有節(jié)點都是理想鉸，實際的起重機金屬結構真正用鉸連接的是極少見的。通常在桿系結構中，若桿件主要承受軸向力，而彎矩很小時，稱之為鉸接結構。起重機金屬結構中常用的椼架結構，在設計中視為鉸接結構。 鋼接結構構件間的節(jié)點連接比較剛勁，在外載荷的作用下，節(jié)點各構件之間的相對家教不會變化。鋼接結構點承受較大的彎矩，而不像鉸接結構的節(jié)點認為不承受彎矩。 混合結構各構件之間的節(jié)點 ，既有鉸接的，又有鋼接的?；旌辖Y構又稱為椼構結構。 根據(jù)金屬結構構建的截面形狀可分為實腹式組合截面和格構式組合截面。 按照金屬結構本身的受力情況可分為軸心受拉和軸心受壓構件、受彎構件、拉彎構件和壓彎構件、受扭構件、彎扭構件和其他復合受力構件等。 起重機金屬結構的設計和計算是與金屬結構本身的工作級別緊密相連的。起重機結構的工作級別與結構的使用等級和應力狀態(tài)有關，它是表明結構工作繁重程度的參數(shù)。 金屬結構是起重機的骨架部分，為了保證起重機安全、可靠、正常的工作，起重機的金屬結構部分必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定 性。 起重機金屬結構的計算原則是在對起重機各種載荷和三類組合載荷分析的基礎上，按照許用應力法對結構構件從強度、剛度和穩(wěn)定性等方面進行設計和校核。也就是在材蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 13 料的彈性范圍內(nèi)，使外載荷在結構及連接接頭中產(chǎn)生的應力和變形不超過結構及連接接頭的強度、剛度和穩(wěn)定性所要求的許用應力值和許用變形值。 (6)起重臂里面的下面有一個轉(zhuǎn)動卷筒，上面繞鋼絲繩，鋼絲繩通過在下一節(jié)臂頂端上的滑輪，將上一節(jié)起重臂拉出去，依此類推?？s回時，卷筒倒轉(zhuǎn)回收鋼絲繩，起重臂在自重作用下回縮。 2.3 汽車起重機底盤類型 汽車底盤從總的性能上課分 為：通用性汽車底盤、專用型汽車底盤、專用輪胎底盤。 （ 1）通用型汽車底盤是指除車架更換外，其余皆采用原汽車底盤。小型的起重機可在原汽車底盤上附加副車架以支撐上車結構，因為原汽車車架的強度和剛度都滿足不了起重機在起重時的要求。雖然采用附加副車架的工藝比較簡單，但整個起重機的重心較高，重量較大。 （ 2）專用型汽車底盤軸距長，車架剛性好。專用汽車底盤駕駛室有三種布置：一是與通用汽車一樣的正置平頭式駕駛室，二是偏置的偏頭式駕駛室，三是前懸下沉式的駕駛室。這種起重機在行駛時可將吊臂放在駕駛室旁側(cè)，使整車重心降低，但駕 駛室視野不良。因駕駛室懸掛在前橋前，故前橋軸荷較大，同時使車身增長，接近角減小，通過性較差。 （ 3）專用的輪胎底盤短軸距、全輪驅(qū)動，甚至全輪轉(zhuǎn)向。 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 14 3 起重機的實體結構設計 3.1 鋼絲繩的計算 （ 1）鋼絲繩的選擇 因為在起升過程中，鋼絲繩的安全性至關重要，所以要保證鋼絲繩的使用壽命，為此，我們可以采用以下措施： 高安全系數(shù)，也就是降低鋼絲繩的應力 選用較大的滑輪與卷筒直徑 滑輪槽的尺寸與材料對于鋼絲繩的壽命有很大的關系，其太大會使鋼絲繩與滑輪接觸面積減小，太小會使鋼絲繩與槽壁間的摩擦劇烈，甚 至會卡死。 盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。 鋼絲繩： 6+19w+1，表面工藝自然型，級別為 1570Mpa，鋼絲繩的捻繞次數(shù)：雙繞繩，鋼絲繩的捻制方法：交繞繩，鋼絲繩的股的形狀：圓形股。 （ 2）鋼絲繩的破斷拉力計算 bibi nFndS 4 2m a x maxS 鋼絲繩的破斷拉力（ N） id 鋼絲繩中每一根鋼絲繩的直徑（ mm） n 鋼絲繩中鋼絲的總根數(shù) b 鋼絲繩中鋼絲的抗拉強度（ Pa） iF 鋼絲繩中鋼絲的總段面積（ 2mm ） 鋼絲繩中鋼絲的搓捻不均勻引起的受載 不均勻系數(shù) kNS 4.654 95.01017501140007.014.3 32m a x 則鋼絲繩的允許拉力為： kNkNKSp 9.1064.65m ax 選用鋼絲繩直徑： 9.2mm 3.2 卷筒的設計 （ 1）卷筒的尺寸 卷筒的直徑： mmdD 276)3025( 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 15 取 D=300，查表 t=11，槽底半徑 r=5mm 卷筒的長度： ih LtZDHiL 4200 H 起重機最大起升高度 hi 滑輪組倍率 0Z 附加安全系數(shù) 取 20 Z iL 卷筒不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距具體設計只有一個動滑輪、無間距，特此 mmL 6.51816011422.30914.3 25 0 0 02 取 L=600mm （ 2）卷筒壁厚 mmd 1612)106(30002.0)106(02.0 取 d=15mm （ 3）卷筒壁壓應力計算 適應灰鑄鐵 HT200，最小抗拉強度 MPaSb 195 許用壓應力 yy max 抗拉強度足夠 卷筒的彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時 mmNLLSM iW 2 3 9 8 0 0 02 160600109002m ax 卷筒端面系數(shù) 34444 928530300 2703001.01.0 mmD DDW i D 卷筒外徑 D=300mm mmALi 160M P aSby06.66011.0015.0 10900m axm ax M P anrby 1305.1195 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 16 iD 卷筒內(nèi)經(jīng) mmdD 2701523002 于是： M P aWM wi 58.29 2 8 5 3 02 3 9 8 0 0 0 合成應力： 6.2006.661305.3558.2m a x yyiii 許用拉應力 M P an bi 5.3535195 所以 ii 卷筒強度計算通過，故此卷筒直徑 D=300，長度 L=600mm 卷筒槽型的槽底半徑 r=5mm，繩槽尺寸 t=11mm，倍率 hi =2 （ 4）卷筒心軸的計算 由前述可以知道卷筒的名義直徑 D=300mm，螺旋節(jié)距 t=11，卷筒長度 L=600mm， 壁厚為 d=15mm， 鋼絲繩收到的最大拉力為：maxS=10.9kN 軸的設計：確定最小直徑，選取設計系數(shù) A=115mm，可得 3503.358.27 786.0115 33m i n npAd P 卷筒心軸功率 p=0.786kW n 卷筒心軸轉(zhuǎn)數(shù) n=27.8r/min 3.3 繩端固定裝置計算 繩索卷筒的表面有光面和螺旋槽的兩種，光面的多用于多層卷筒鋼絲繩的卷筒，其構造比較簡單，繩索按螺旋形緊密接觸面積增大從而降低單位壓力，此外繩索節(jié)距大于繩索直徑，繩之間有一 定的間隙，工作時不會彼此摩擦，可以延長鋼絲繩的使用壽命。 螺旋槽有淺槽（標準槽）和深槽兩種。一般情況，多采用標準槽，因此其節(jié)距比深槽的短，所以繩槽圈數(shù)相同時，標準槽的卷筒工作長度比深槽的短，但是，如果鋼絲繩繞入卷筒的偏角較大，或?qū)τ谠谑褂眠^程中鋼絲繩有脫槽的危險時，為避免鋼絲繩脫槽或亂繞，可以用繩槽卷筒。 根據(jù)鋼絲繩直徑為 9.2mm，選擇壓板固定裝置，并將壓板的繩槽改用 b=梯形槽，雙頭螺柱的直徑 M=16。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 17 4 汽車起重機運動仿真 4.1 運動仿真的意義 隨著計算機三維影像技術的不斷發(fā)展，三維圖形技術越 來越被人們所看重。 三維動畫因為它比平面圖更直觀，更能給觀賞者以身臨其境的感覺，尤其適用于那些尚未實現(xiàn)或準備實施的項目，使觀者提前領略實施后的精彩結果。 三維動畫的優(yōu)點在于，只要你想得到，你就可以做得到。 用來做機械演示最大好處，不受任何外界條件的影響，比如場地，電力，不產(chǎn)生其他額外費用，不會出現(xiàn)一些意外的故障，可以多角度直觀的為觀者介紹工作原理，也可以給局部位置特寫等等。 4.2 Solid works 軟件特點 Solid works 軟件功能強大，組件繁多。 Solid works 功能強大、 易學易用和技術創(chuàng)新是 Solid Works 的三大特點，使得 Solid Works 成為領先的、主流的三維 CAD 解決方案。 Solid Works 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。Solid Works 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 對于熟悉 微軟 的 Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 Solid Works 來搞設計了。Solid Works 獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設計。 Solid Works資源管理器 是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理CAD 文件。使用 Solid Works ，用戶能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。 在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中， Solid Works 是設計過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司 Daratech 所評論：“在基于 Windows 平臺的三維CAD 軟件中， Solid Works 是最著名的品牌，是市場快速增長的領導者。” 在強大的設計功能和易學易用的操作（包括 Windows 風格的拖 /放、點 /擊、剪切 /粘貼）協(xié)同下，使用 Solid Works ，整個產(chǎn)品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。 （ 1） 全動感用戶界面 只有 Solid Works 才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標拖動控制?！叭珓痈械摹钡挠脩艚缑鏈p少設計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了界面的零亂。 嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設計過程和步驟。屬性管理員包含所有汽車起重機三維造型設計及運動仿真 18 的設計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。 用 Solid Works 資源管理器 可以方便地管理 CAD 文件。 Solid Works 資源管理器是唯一一個同 Windows 資源器類似的 CAD 文件管理器。 特征模版為標準件和標準特征，提供了良好的環(huán)境。用戶可以直接從特征模版上調(diào)用標準的零件和特征，并與同事共享。 Solid Works 提供的 Auto CAD 模擬器，使得 Auto CAD 用戶可以保持原有的作圖習慣，順利地從二維設計轉(zhuǎn)向三維實體設計。 （ 2）配置管理 配置管理是 Solid Works 軟件體系結構中非常獨特的一部分，它涉及到零件設計、裝配設計和工程圖。配置管理使得你能夠在一個 CAD 文檔中，通過對不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體。 （ 3） 協(xié)同工作 Solid Works 提供了技術先進的工具，使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進行協(xié)同工作。 通過 e Drawings 方便地共享 CAD 文件。 E Drawings 是一種極度壓縮的、可通過電子郵件 發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件。 通過三維托管網(wǎng)站展示生動的實體模型。三維托管網(wǎng)站是 Solid Works 提供的一種服務，你可以在任何時間、任何地點，快速地查看產(chǎn)品結構。 Solid Works 支持 Web 目錄，使得你將設計數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件夾中，就像存本地硬盤一樣方便。 用 3D Meeting 通過互聯(lián)網(wǎng)實時地協(xié)同工作。 3D Meeting 是基于 微軟 Net Meeting的技術而開發(fā)的專門為 Solid Works 設計人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。 （ 4） 裝配設計 在 Solid Works 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體， Solid Works 的性能得到極大的提高。 Solid Works 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。 用智能零件技術 自動完成重復設計。智能零件技術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。 鏡像部件是 Solid Works 技術的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯(lián)關系的零件）的新的零部件。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 19 Solid Works 用捕捉配合的智能化裝配技術，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術能夠自動地捕捉并定義裝配關系。 （ 5） 工程圖 Solid Works 提供了生成完整的、車間認可的詳細工程圖的工具。工程圖是全相關的，當 你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。 從三維模型中自動產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標注。 增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的 圖層 支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。 使用 Rapid Draft 技術，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關。 用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位 置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關系的裝配體而設計的獨特的工程圖功能。 Solid works 系統(tǒng)自帶的標準件庫，其包含螺栓，螺母，螺釘，螺柱，鍵，銷，墊圈，擋圈，密封圈，彈簧，型材， 法蘭 等常用零部件，模型數(shù)據(jù)可被直接調(diào)用。 （ 6） 零件建模 Solid Works 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設 計。 通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時的設計修改。 三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線生成路徑。 （ 7） 曲面建模 通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產(chǎn)生復雜的曲面。可以直觀地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。 （ 8） 鈑金設計 Solid Works 提供了頂尖的、全相關的鈑金設計能力?？梢灾苯邮褂酶鞣N類型的 法蘭 、薄片等特 征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。用戶化Solid Works 的 API 為用戶提供了自由的、開放的、功能完整的開發(fā)工具。 開發(fā)工具包括 Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、 Visual C+，以及其他支持 OLE 的開發(fā)程序。 （ 9） 幫助文件 Solid Work 配有一套強大的、基于 HTML 的全中文的幫助文件系統(tǒng)。包括超級文汽車起重機三維造型設計及運動仿真 20 本鏈接、動畫示教、在線教程、以及設計向?qū)Ш托g語。 4.3 實體結構設計 （ 1） 汽車底盤的設計 圖 4.1 選擇專用的汽車底盤，長軸距，剛性好。 駕駛室的放置選擇正置平頭式駕駛室。 （ 2） 起重機下車的設計 圖 4.2 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 21 （ 3） 車頭的設計 圖 4.3 （ 4） 轉(zhuǎn)向架的設計 圖 4.4 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 22 （ 5）輪胎的設計 圖 4.5 （ 6）液壓支腿的設計 圖 4.6 H 式支腿如圖 6 所示，此支腿外伸距離大，每一支腿都有一液壓缸，一個水平的 (或略帶傾斜的）、一個垂直的支承液壓缸，支腿外伸后呈 H 形。為保證足夠的外伸距離，左右支腿相互叉開。 H 式支腿對地面適應性好，易于調(diào)平。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 23 （ 7）吊臂液壓缸的設計 圖 4.7 （ 8）卷筒的設計 圖 4.8 卷筒的形狀一般為圓柱形，有特殊要求的卷筒也可制成圓錐形和曲線形的。選擇卷筒為多層卷繞的圓柱形卷筒，材料為 HT200 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 24 （ 9）吊臂的設計 圖 4.9 其根部與回轉(zhuǎn)平臺由水平銷軸相連接，可以在垂直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。在基本臂的的后半部支承著變幅液壓缸。 （ 10）吊鉤的設計 圖 4.10 按形狀分吊鉤有單鉤和雙鉤、長鉤和短鉤。在此選擇單鉤。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 25 （ 11）支架的設計 圖 4.11 （ 12）總裝配體 圖 4.12 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 26 4.4 關于 simulation 的簡介 從 SolidWorks2009 開始，其著名的 FEA 軟件 COSMOSWorks 改名為 SolidWorks Simulation。其為了體現(xiàn)設計仿真一體化的解決方案，在無縫集成界面做了創(chuàng)造性的改變，將仿真界面，仿真流程無縫融入到 SolidWorks 的設計過程中。 SolidWorks Simulation 的仿真向?qū)?，包含以下顧問向?qū)В核憷檰枴⑿阅茴檰?、約束和載荷顧問、連接顧問、結果顧問。 主要分析功能： （ 1） 系統(tǒng)及部件級分析 以 FEA 為例， 為了實現(xiàn)有價值的分析，設計的幾何部件會需要不同的單元類型，實體、殼、梁、桿進行離散。而且需要充分考慮裝配體間的連接關系和接觸關系。 其中連接關系的處理尤其重要，涉及到螺栓連接、銷釘連接、彈簧、點焊、軸承等非常復雜的連接關系。 （ 2） 多領域的全面分析 任何一個產(chǎn)品決計不能僅考慮靜強度，必須考慮多領域的問題，比如靜強度、動強度、模態(tài)、疲勞、 參數(shù)優(yōu)化 等。圖 5 展示了在統(tǒng)一界面下產(chǎn)品的多領域分析。 （ 3） 面向設 計者的多場耦合 熱 -結構、流體 -結構、多體動力學 -結構等多場分析是目前分析中的一個重要發(fā)展方向，他可以解決非常復雜的工程問題。 （ 4） 特殊行業(yè)及領域的需求 面對很多行業(yè)有很多特殊需求，因此需要特殊的 CAE 模塊。例如面對壓力容器，需要符合 ASME 標準的壓力容器校核工具；面對電子和消費品領域，需要解決跌落分析的能力。 （ 5） 高級分析需求 面對日益復雜的使用環(huán)境，必須考慮復合材料、材料非線性、高級機械振動、非線性動力學等高級分析的需求。 SolidWorks Simulatio 是一個與 SolidWorks 完全集成的設計分析系統(tǒng)。 SolidWorks Simulation 提供了單一 屏幕 解決方案來進行應力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。 SolidWorks Simulation 憑借著快速解算器的強有力支持，使得您能夠使用 個人計算機 快速解決大型問題。 SolidWorks Simulation 提供了多種捆綁包，可滿足您的分析需要。 SolidWorks Simulation 節(jié)省了搜索最佳設計所需的時間和精力，可大大縮短產(chǎn)品上蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 27 市時間。 SolidWorks SimulationXpress 為 SolidWorks 用戶提供了一個容易使用的初步應力分析工具。 SimulationXpress 通過在計算機上測試您的設計而取代昂貴并費時的實地測試可幫助您降低成本及上市時間。 例如，您可能要檢查向水龍頭施加的力的效果。 SimulationXpress 仿真設計周期，并提供應力結果。它還會顯示水 龍頭的臨界區(qū)域以及各區(qū)域的安全級別。根據(jù)這些結果，您可以加強不安全區(qū)域，并去掉超安全標準設計區(qū)域的材料。 SimulationXpress 使用的 仿真技術 與 SolidWorks Simulation 用來進行應力分析的技術相同。 SolidWorks Simulation 的產(chǎn)品系列可 提供更多的 高級 仿真功能。SimulationXpress 的向?qū)Ы缑娌捎昧怂?Simulation 界面的內(nèi)容，可一步步指導您指定夾具、載荷、材料，進行分析和查看結果。結果的準確度取決于夾具、載荷和材料屬性。要使結果有效，指定的材料屬性必須準確描述零件材料，夾具與載荷也必須準確描述零件的工作條件。 SimulationXpress 支持對單實體的分析。但它不支持裝配體、多實體零件或曲面實體 。 4.5 吊臂靜態(tài)應力分析 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 28 圖 4.13 圖 4.14 圖 4.15 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 29 圖 4.16 圖 4.17 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 30 圖 4.18 圖 4.19 4.6 關于 solidworks motion 的簡介 SolidWorks Motion 在 SolidWorks 環(huán)境下輕松模擬液體和氣體的流動狀況 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 31 SolidWorks Motion 是一款強大的計算流體力學 (CFD) 工具。在那些液流、熱傳遞和流體力間的交互作用決定設計成敗的設計中，您可以使用該工具快速輕松地模擬這三種因素。 （ 1） 使用范圍廣泛的物理模型和功能： 分析零部件內(nèi)部的流動或零部件外部的流動，或者綜合分析內(nèi)部流動 和外部流動。 結合流體分析和熱分析，同時包括自然對流和強制對流、傳導和輻射。 讓 SolidWorks Motion 確定最佳尺寸或滿足力、壓差或速度等目標的入口和出口條件。 包含孔隙、氣穴和濕度等復雜效果。 解決涉及非牛頓流體（例如，血液和塑料）的流動問題。 使用旋轉(zhuǎn)坐標系模擬葉輪的旋轉(zhuǎn)并研究流體在葉輪中如何流動。 （ 2）充分利用現(xiàn)實操作條件的無限組合： 應用入口速度、壓力、質(zhì)量流速或體積流速和風扇。如果涉及多種流體，還可以應用質(zhì)量比或體積比。 通過應用平面熱源或體積熱源、指定自然對流 或強制對流或加入太陽輻射，模擬溫度變化。 使用散熱器模擬程序研究散熱器對電子元件的影響。 跟蹤流體中懸浮顆粒的行為。 應用隨時間和坐標變化的邊界條件和熱源。 （ 3） 使用強大而且直觀的結果可視化工具，獲取有價值的分析信息： 使用剖面圖解研究結果數(shù)值的分布情況，包括速度、壓力、漩渦、溫度和質(zhì)量比。 使用點參數(shù)工具測量任何位置的結果。 按照任何 SolidWorks 草圖繪制不同的結果。 列出結果并自動將數(shù)據(jù)導出到 Microsoft Excel。 使用動態(tài)顯示條紋、 3D 箭頭、管道或球 面，以分析模型內(nèi)部或周圍的流動軌跡。 SolidWorks Motion 對零件和裝配體進行虛擬測試和分析模擬穩(wěn)態(tài)熱傳導和具有時變性輸入的瞬態(tài)熱傳導。 利用形狀優(yōu)化技術最大限度減少設計中使用的材料或所用材料的重量。 研究物體從不同高度及方向掉落時的應力、速度及加速度。 根據(jù)從測試或 SolidWorks Motion 中獲得的峰值載荷，估算關鍵零部件的壽命。 除了 SolidWorks Motion 軟件包含的設計模擬功能之外， SolidWorks Motion 還提供了可汽車起重機三維造型設計及運動仿真 32 以完成虛擬測試環(huán)境和優(yōu)化實證設計的工 具。 （ 2）研究并優(yōu)化各種大小的裝配體： 評估接觸零件之間的各種力和應力，包括摩擦力。 接合具有間隙或縫隙的零部件，無需進行修改。 應用軸承載荷、力、壓力及轉(zhuǎn)矩。 使用接頭或虛擬扣件對螺栓、銷釘、彈簧和軸承建模。 使用自定義網(wǎng)格診斷工具（包括網(wǎng)格過渡和局部網(wǎng)格控制）對零件和裝配體進行網(wǎng)格劃分 SolidWorks 根據(jù)要求自動細化和 /或粗糙化網(wǎng)格，以生成精確的解決方案。 （ 3）了解溫度變化對零件和裝配體的影響： 研究傳導、對流及輻射熱傳遞。 利用各向同性材料、正交各向異性材料及隨溫度 變化的材料的屬性。 模擬設計中的振動或扭曲： 分析振動的或不穩(wěn)定的模式如何縮短設備壽命并導致意外故障。 評估外部載荷導致的硬化對頻率響應或扭曲響應的影響。 （ 4） 優(yōu)化關鍵尺寸和概念設計特征： 自動優(yōu)化設計以實現(xiàn)最小的質(zhì)量或體積以及扭曲和頻率目標。 研究在靜態(tài)分析、熱分析、頻率分析或扭曲分析中所有的 SolidWorks 尺寸。 利用趨勢跟蹤器和設計洞察力圖解在工作時做出最優(yōu)更改。 （ 5）使用您的零件或裝配體模擬掉落測試： 孤立最不利方向，以支持物理測試。 觀察撞擊后裝配體中各個零件間的 交互作用。 研究循環(huán)荷載對產(chǎn)品壽命的影響。 觀察疲勞對零件或裝配體的影響，確定它持續(xù)的時間以及對設計進行哪些方面的更改可延長零件或裝配體的工作壽命： 檢查系統(tǒng)的預期壽命或在指定數(shù)量的周期后的累積損壞。 導入從真實物理測試獲得的載荷歷史數(shù)據(jù)，從而定義載荷事件。 （ 6）檢查壓力容器規(guī)范是否符合所需標準： 根據(jù)應用程序要求，對各種結構載荷和熱載荷進行組合。 線性化任何橫截面上的應力 SolidWorks Motion 提供了多款強大的工具，擴展了功能，讓您可以研究更多的零件和裝配體測試和運行環(huán)境。模擬 您的設計在現(xiàn)實條件中的反應變得更加容易。使用蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 33 SolidWorks Motion 中功能完備的工具套件，面對非線性和動態(tài)性占絕對主導地位的現(xiàn)實世界，您可以減少設計中的假設成分。 SolidWorks Motion 面向所有專業(yè)設計人員的綜合性模擬工具，研究涉及到大變形或?qū)d荷放置和方向的更改的非線性問題、模擬 O-環(huán)和密封等彈性體的響應、生成圖解，說明指定位置處由時變載荷引起的隨時間（動態(tài)響應）變化發(fā)生的轉(zhuǎn)換、驗證復合材料的性能，包括剛度和鋪層缺陷結果。 SolidWorks Motion 這些附加功能包括一套強大 的工具，可以模擬非線性和動態(tài)響應以及復合材料。利用 SolidWorks Motion 您可以自信地設計用于各種環(huán)境中的更好產(chǎn)品。 （ 7）捕獲大位移對您的設計的影響： 分析大的變形和更改對載荷與約束的影響。在線性模擬和非線性模擬之間輕松轉(zhuǎn)換。 研究非線性扭曲和翹曲事件。 （ 8）模擬使用非線性材料制造的產(chǎn)品： 利用橡膠、硅樹脂及其他彈性體等超彈性材料優(yōu)化設計。 進行彈塑性分析，以研究屈曲和塑料變形。 分析不同溫度下的蠕變效果及材料變化。 （ 9）對零件及裝配體進行動態(tài)分析： 模擬時間歷史記錄載荷、穩(wěn)態(tài)諧 波輸入和隨機振動激勵。 使用勻速運行系統(tǒng)和多點運動系統(tǒng)，對具有不均勻支撐激勵的結構進行建模。 輸入隨機振動分析中的力激勵曲線。 研究隨時間變化的應力、位移、速度及加速度，以及應力、位移、速度及加速度的 RMS 及 PSD 值。 （ 10）模擬復合材料： 通過模擬以充分利用這些為越來越多的產(chǎn)品（從消費品到高級航空結構件）所采用 的高級材料。 研究多層外殼實體，以分析每一層的各向同性或正交各向異性材料屬性、厚度和方向。 使用創(chuàng)新的界面，以直接在您的 SolidWorks 模型上動態(tài)地控制和 顯示鋪層角度。 使用夾層和石墨或碳素纖維復合材料（例如蜂窩型材料和多孔泡沫） 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 34 4.7 關于吊臂吊鉤的有限元分析 吊臂的分析 圖 4.20 吊臂的速度隨時間變化的曲線 圖 4.21 吊臂的線性位移隨時間變化的曲線 圖 4.22 吊臂的加速度隨時間變化的曲線 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 35 伸縮臂的分析 圖 4.23 伸縮臂線性位移隨時間變化的曲線 圖 4.24 伸縮臂的速度隨時間變化的曲線 圖 4.25 伸縮臂的加速度隨時間變化的曲線 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 36 吊鉤的分析 圖 4.26 吊鉤的線性位移隨時間變化的曲線 圖 4.27 吊鉤的速度隨時間 變化的曲線 圖 4.28 吊鉤的加速度隨時間變化的曲線 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 37 總 結 通過此次畢業(yè)設計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 畢業(yè)設計是我作為一名學生即將完成學業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學校所學知識的全面總結和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好開端，畢業(yè)設計是我對所學知識理論的檢驗與總結，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析和解決問題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的 角度來說，指導做畢業(yè)設計是老師對學生所做的最后一次執(zhí)手訓練。其次，畢業(yè)設計的指導是老師檢驗其教學效果，改進教學方法，提高教學質(zhì)量的絕好機會。 畢業(yè)的時間一天一天的臨近，畢業(yè)設計也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的大概總結，但是真的面對畢業(yè)設計時發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯誤的。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識太理論化了，面對單獨的課題的是感覺很茫然。自己要學習的東西還 太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提大學本科的學習生活即將結束。在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導過我的老師和關心過我的同學，他們在我成長過程中給予了我很大的幫助。 汽車起重機三維造型設計及運動仿真 38 致 謝 本次畢業(yè)設計歷時兩個多月，從選題、開題報告的撰寫到查閱相關資料、零件圖建模、裝配體的形成、完成說明書，其間每一過程都得到指導教師劉曉琴老師的悉心指導，劉老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從開題報告的撰寫到 查閱資料，設