基于ProE的装载机工作装置的实体建模及运动仿真
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大臂.dwg
摇臂.dwg
装载机装配总图.dwg
铲斗.dwg
基于Pro/E的装载机工作装置的实体建模及运动仿真
摘 要：
装载机是一种应用广泛的工程机械。有其广泛的空间，但由于装载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作：
1． 介绍了装载机的发展历史及前景，装载机的种类，介绍了仿真技术产生的背景、在国内的发展状况以及仿真技术的实际意义。
2． 对液压缸作出了合理的选择。
3． 简述了Pro/E软件在工程设计中的应用，利用Pro/E构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在Pro/E环境下进行了装配干涉检验。
4． 在Pro/ENIEER MECHANISM环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能曲线。
关键字：装载机 工作装置 液压缸 仿真技术 三维建模
Abstract：
Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which has wildely space, Aim to the problems that exist in traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is high and the performance test is complex etc, this paper leads virtual prototype technology into research of loader. The following research works are completed:
1. The development foreground, the category and loader’s history is introduced, also the background of simulation technology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.
2. To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used by Pro/E software, which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed.
3. The simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached.
4. A rational choice for the hydraulic actuating cylinder.
Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling
目 录
摘 要 I
1 前 言 1
1.1 装载机的简介 1
1.1.1 装载机的发展历史及前景 1
1.1.2 装载机的种类 1
1.1.3 本章小结 3
1.2 运动仿真技术简介 4
1.2.1 运动仿真技术产生的背景 4
1.2.2 运动仿真技术 4
1.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况 4
1.2.4 发展运动仿真技术的重要意义 4
1.2.5 总结 5
1.3 Pro/ENGINEER软件在工程设计中的应用 5
1.3.1 Pro/ENGINEER软件介绍 5
1.3.2 运动仿真技术对装载机设计理念的影响 6
1.4 本章小结 7
2 液压缸的选择 8
2.1 本章小结 8
3 装载机工作装置三维实体建模 9
3.1 工作装置零件建模 9
3.1.1 动臂的生成 9
3.1.2 铲斗的生成 10
3.1.3 底座的生成 11
3.1.4 连杆的生成 11
3.1.5 摇臂的生成 12
3.1.6 液压缸筒的生成 12
3.1.7 液压缸盖的生成 13
3.1.8 液压缸活塞的生成 13
3.1.9 连接销轴的生成 13
3.2 工作装置装配模型建模 14
3.2.1 底座模型装配 15
3.2.2 动臂模型装配 15
3.2.3 铲斗模型装配 16
3.2.4 液压缸体模型装配 16
3.2.5 摇杆模型的装配连接 17
3.2.6 连杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接 17
3.2.7 销钉模型的连接 17
3.2.8 本章小结 20
4 装载机工作装置运动仿真 21
4.1 概述 21
4.2 创建装载机工作装置的机械运动仿真 21
4.2.1 连接轴设置 21
4.2.2 创建快照 22
4.2.3 定义伺服电动机 22
4.2.4 运行运动 25
4.2.5 结果回放动态干涉检查与制作播放文件 26
4.2.6 测量 28
5 结 论 31
6 致 谢 32
7 主要参考文献 33
8 附 表 34
1 前 言
装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，同时也成为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。
1.1 装载机的简介
1.1.1 装载机的发展历史及前景
我国装载机始于1960年末，发展至今它经历了3个发展阶段，即60年代仿制摸索阶段；70年代自力更生研制阶段；80年代至90年代技术引进、合资合作发展阶段。自1958年，上海港口机械厂首先测绘并试制了67KW（90hp）、斗容量为1 的装载机——我国自己制造的第一台装载机之后。全国装载机产品从1976年的446台发展到1996年的18310台，二十年内增长41.1倍。同时国民经济的发展与国家基建规模及资金投入的增大，更促进了我国装载机行业的迅速发展。生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8~10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。自此装载机在全国机械产品中，成为重要代表产品，令世人瞩目。
随着我国经济的持续、健康、高速发展，对工程机械的需求将增长，这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场需求。我国“九五”期间土石方、路基路面、基础及建筑施工工作量预计比“八五”要大一倍以上，工程机械的总需求量亦将为“八五”期间的二倍，推土机、装载机、轮式起重机、叉车、路面机械、凿岩钻车及挖掘机械等7类主要工程机械“九五”末的年需求量可在11万台以上。而轮式装载机2000年时年需求达27000～30000台以上，这就为我国轮式装载机行业的发展提供了一个良好的市场前景，为制订战略发展宏伟目标提供科学决策依据。
综观国外装载机的发展特点及外部环境，专家预测未来装载机的主要发展趋势是：
（1） 开发节能、高效、可靠、环保型产品，并研制无泄漏装载机。
（2） 微电子及机电液仪一体化技术将获得越来越广泛的应用。
（3） 安全性及舒适性是产品发展的重要目标。
（4） 大型化与微型化仍是产品系列化的两极方向。
（5） 技术进步、人才培养和售后服务将成为企业生存的三大关键内在因素。
（6） 集团化、社会化与国际化是企业生存与发展的必由之路。
5 结 论
近年来，液压传动在工程机械行驶驱动上的应用得到了长足的进步，但把发动机、液压传动系统和负载看成一个负荷驱动系统来研究其功率匹配特性，对采用行驶液压驱动系统的工程机械来说具有重要意义。
仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。使设计师可在计算机上方便地确定、修改设计进程，逐步优化设计方案。通过运动仿真试验，还可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快地确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。这样，可大大缩短设备研发周期，降低研制成本，提高设计质量和效率，为产品赢得了竞争优势。
本文介绍了装载机的发展及前景，重点叙述了小型装载机运动仿真设计的全过程。详细说明了从零件建模到装配建模以及最终的运动仿真的过程。并且配有插图，使设计过程一目了然。文中内容基本完成了本次设计要求，达到了预期目的：
? 对装载机液压缸进行合理的选取。
? 设计确定装载机工作装置结构和零部件的基本结构
? 对装载机工作装置主要零部件进行静力学分析和强度分析
? 在Pro/ENGINEER 软件中对装载机工作装置零件进行三维实体建模
? 在Pro/ENGINEER软件中实现装载机工作装置工作过程的运动仿真，并且对工作装置运动构件在运动过程中的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查等问题进行分析，并输出结果
6 致 谢
经过几个多月的努力，我的毕业设计终于顺利完成,在这个令人充满兴奋和感激的时刻，四年大学求学生活即将结束了，而我又要开始新的征程了。这四年的生活将是我人生中一段难忘的经历，在这个过程中，有许多可亲可敬的人给了我最真诚的帮助，让我感激不已
本论文是在敬爱的悉心指导下完成的，其中渗透了陈老师大量的心血。与陈老师相处的一年中，我被陈老师渊博的知识、丰富的科研经验、严谨的工作态度深深感动了，陈老师一丝不苟的工作作风将使我终生难忘。
在此,向老师致以我崇高的敬意，同时衷心的感谢陈老师对我的信任，关怀和帮助，另外我要感谢我的学弟唐新军给我工作的环境。
感谢四年来各位恩师对我的辛勤栽培，同时感谢各位同窗，兄弟对我的关心和帮助；感谢我的父母和所有亲人多年来对我求学的支持与帮助。
另外，由于本文作者的经验和知识水平有限，文中难免存在着错误和不足，敬请各位专家和老师批评指正，本人不胜的激。
几个月的毕业设计生活，使我深深的认识到了自己的不足，看到了自己薄弱的一面，也使我懂得了许多，明白了许多。这些都将激励着我以后的生活和工作。
7 主要参考文献
[1].李世国 ，李强，《Pro/ENGINEER Wildfire中文范例教程》，机械工业出版社，2005.7.1
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[4].方建军、刘仕良，《机械动态仿真与工程分析——Pro/ENGINEER Wildfire工程应用》,化学工业出版社
[5].于硕、闫涵，装载机工作装置的机构分析，《工程机械》2001年第8期
[6]. 熊光明、龚建伟、陆际联、徐正飞，《机械设计》2003年12期
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[11] ．李军，孟红， 张洪康， 谷中丽，汽车悬架参数对操纵稳定性影响的仿真分析研究，车辆与动力技术 ，2001年04期
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[15]同济大学、重庆建筑工程学院、西安冶金建筑学院，《铲土运输机械》， 中国建筑工业出版社
[16]中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会，《中国机械设计大典 5》，江西科技出版社，2002
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