基于ProE的绞吸式挖泥船吸泥管和排泥管作业过程仿真毕设论文

1、 学号 0961010130 年级 朱成川 毕业设计论文基于pro/e的绞吸式挖泥船吸泥管和排泥管作业过程仿真 process simulation of suction pipe and exhaust pipe in suction dredger based on pro/e 专 业 机械工程及自动化 姓 名 朱成川 指导教师 许焕敏 评 阅 人 2013年6月中国 常州郑 重 声 明本人呈交的毕业设计(论文)，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本设计（论

2、文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘要绞吸式挖泥船是现代疏浚工程中应用最为广泛的工具之一，它集土质挖掘、沙水混合、泥浆输送等疏浚工序于一体，具有较高的施工效率和良好的适应性，主要应用于沿海、内河的港口航道建设与维护、临海工业区吹填工程、水利防洪清淤、环境保护与改善、海洋资源开发等方面。吸泥管和排泥管是绞吸式挖泥船的重要组成部分，在吸泥管和排泥管之间有一台或数台大功率离心泵，水下的沙石受到绞刀的剪切，然后由于离心泵的作用，使得沙石被从水底抽出，通过吸泥管道和排泥管道输送至预定地区，整个过程吸泥管和

3、排泥管都发挥了重要的作用。实际疏浚过程的工况复杂多变，吸泥管和排泥管中的泥浆特性也非常复杂，模拟出吸泥管和排泥管中泥浆的输送过程显得尤为重要。本文主要运用pro/e软件对绞吸式挖泥船吸泥管和排泥管的作业过程进行演示仿真，通过动画来演示绞吸式挖泥船吸泥和排泥的过程。关键词：绞吸式挖泥船；泥浆输送；演示仿真abstractcutter-suction dredger is one of the most widely used tool in modern dredging project , it combines the soil excavation, mixed sand water, s

4、lurry transportation dredging process at an organic whole,and has high construction efficiency and good adaptability,mainly used in coastal and inland river port channel construction and maintenance,seaside industrial park land reclamation project, flood control and clearing silt, environmental prot

5、ection and improvement, and development of marine resources, etc.suction pipe and the exhaust pipe is an important part of ground suction dredger.between the suction pipe and exhaust pipe has one or several powerful centrifugal pump, the sand and water cut by cutter, and then due to the role of the

6、centrifugal pump, made the sand from the bottom, through the suction pipe and dredge pipeline to reserve area, the whole process of suction pipe and exhaust pipe are play an important role.actual dredging process condition is complicated, the suction pipe and exhaust pipe mud properties are very com

7、plex, and simulate the mud in the suction pipe and exhaust pipe conveying process is particularly important. in this paper, using the pro/e software to demonstrate the simulation of suction dredger suction pipe and the exhaust pipe work process, through the animation demo suction dredger dredging .k

8、eywords: cutter-suction dredger; mud pump; demonstrate the simulation;目 录第一章 绪论61.1 绞吸式挖泥船61.1.1 课题研究背景61.1.2 绞吸式挖泥船的优点61.1.3世界绞吸式挖泥船发展现状71.2设计意义71.3本章小结8第二章 模拟仿真过程82.1分析绞吸式挖泥船82.1.1绞吸式挖泥船的施工工作原理82.1.2绞吸式挖泥船中的吸泥管与排泥管102.1.3绞吸式挖泥船的吸扬系统112.2设计思路13第三章 设计方法133.1 pro/engineer软件133.1.1 pro/engineer软件的介绍13

9、3.1.2常用模块介绍153.2 pro/e的操作界面163.3运用pro/e画出吸泥管、排泥管和泥泵203.3.1吸泥管203.3.2排泥管223.3.3泥泵223.3.4水流243.4零件的装配263.5本章小结27第四章 实现过程284.1疏浚仿真模拟284.1.1国内外疏浚仿真现状284.1.2疏浚仿真系统的分类与用途284.2演示仿真29第五章 结束语35参考文献36第一章 绪论1.1 绞吸式挖泥船1.1.1 课题研究背景 我国海岸线绵长，江河湖库众多，挖泥船作为一种通过使用机械设备进行水下泥沙等沉积物挖取的工程船舶，不仅应用于港口码头建设、航道疏浚，还广泛用在水利清淤、堤岸防护、建

10、筑取砂、围海造地、海底开沟回填和水域环保等多项领域。随着我国改革开放的不断加深，尤其是海岸线上沿海经济的高速发展，大量深水港口需要建造、大批围海造地工程需要疏浚，使得大中型挖泥船越来越受到青睐。内河小型挖泥船也在南水北调工程、京杭运河整治、内河水利工程逐渐受到重视的同时展现出了良好的发展前景。绞吸式挖泥船是现代疏浚工程中应用最为广泛的工程船舶之一，它集土质挖掘、沙水混合、泥浆输送等疏浚工序于一体，具有较高的施工效率和良好的适应性，主要应用于沿海、内河的港口航道建设与维护、临海工业区吹填工程、水利防洪清淤、环境保护与改善、海洋资源开发等方面。1.1.2 绞吸式挖泥船的优点绞吸式挖泥船具有以下优点

11、：a. 挖掘范围广，从淤泥到高塑粘土，甚至一些软弱岩石，它都能挖掘；b. 生产过程连续，产量高；c. 作业时操作人员较少；d. 大多数绞吸式挖泥船只包含有限的设备（如浮筒、泥泵、绞车等），因此操作维修方便。正是由于绞吸式挖泥船具有上述优点，许多疏浚工程项目都是由绞吸式挖泥船来完成的。1.1.3世界绞吸式挖泥船发展现状世界疏浚行业随着港口的发展经历了从繁荣到萧条的变化，绞吸式挖泥船的状况亦发生了深刻的变化。七十年代末、八十年代初大型绞吸式挖泥船得到迅速的发展，由于中东深水港的建设需要开挖大量坚硬的土质和岩石，且疏浚区域大都在无掩护的海区，常规的小型绞吸式挖泥船不能开挖这些土质，因此满足生产能力高

12、、绞刀功率大、结构强度高的大型自航式绞吸式挖泥船得到迅速发展。近年来，绞吸式挖泥船的挖泥机得到不断改进，从而改善了挖泥船的性能，提高了挖泥效率。并且绞吸式挖泥船的自动化程度不断提高，绞吸式挖泥船自动化控制系统首先于1980年安装在我局进口的“海狸4g00”型挖泥船上，而后又于1983年在“noordzee”号和“hearlem”两艘挖泥船上安装新式的自动化控制系统。目前大中型绞吸式挖泥船普遍装有电子计算机控制的自动控制系统。据我国资料介绍，挖泥船实现自动化后，对绞吸式挖泥船生产率可提高5-15%。随着疏浚领域扩大、工程要求的提高，新型、小型挖泥船有了很大的发展。特别是在目前世界疏浚市场萧条的状

13、况下，步移式自升平台型、半潜式绞吸式挖泥船的出现，使挖泥船的作业区域由内河、沿海港湾向外海发展提供了可能，小型、组合型绞吸式挖泥船发挥了它调遣灵活、费用低等优点，满足了狭窄运河、沟渠、池塘、湖泊等疏浚需要。1.2设计意义从上世纪90年代初起，我国的疏浚工业开始步入了一个以高新技术为目标的快速发展时期。一大批高新技术含量的现代船舶相继投入使用，并在不同的工作岗位上，发挥着越来越重要的作用，目前世界上绝大多数的疏浚工程都是有绞吸式挖泥船工作来完成的。绞吸式挖泥船具有连续的挖掘和输送泥浆的特点，因而具有广泛的实用性和较高的经济性。在生产实践中，水下土质的差异及河道的环境有所不同，使得挖泥船在实际操作

14、过程中的疏浚工况和疏浚作业比较复杂，而且大型的疏浚设备成本较高、价格昂贵，这就要求操作人员事先应该接受专业的岗位培训和操作指导，了解绞吸式挖泥船的工作原理和工作过程，熟悉疏浚设备的基本特性，为正确操控绞吸式挖泥船，实现安全高效疏浚提供技术保证。所以模拟仿真绞吸式挖泥船的操作过程在技术人员岗位培训中发挥重要作用，在疏浚工业发达的荷兰、美国、日本等国家，绞吸式挖泥船疏浚仿真一直是研究的重点，我国疏浚仿真研究相对比较薄弱，所以在高等教育过程中对以该方面为课题，进行模拟或者研究显得尤为重要。本次毕业设计我的课题是基于pro/e的绞吸式挖泥船吸泥管和排泥管过程模拟仿真，也就是绞吸式挖泥船的吸扬系统，主要

15、模拟演示吸泥和排泥的过程。1.3本章小结本章主要论述了本次毕业设计的课题研究背景和绞吸式挖泥船的发展历史和现状，以及绞吸式挖泥船在江河湖海疏浚过程中的重要性。对有关绞吸式挖泥船的文献进行了综述和概括，并对本次毕业设计的意义进行了总结和探讨，叙述了本次毕业论文的主要内容第二章 模拟仿真过程2.1分析绞吸式挖泥船2.1.1绞吸式挖泥船的施工工作原理绞吸式挖泥船的施工工作原理是挖泥船就位后，采用钢桩定位横挖施工法进行疏浚吹填施工，它是以一根落在挖槽中心线上的主定位桩作为船体旋转中心，依靠横移的作用使绞刀在挖槽宽度内作左右横向往返摆动，使绞刀分层切削开挖断面土层的施工方法。调整左右横移绞车，收放横移缆

16、的快慢与停止，使绞刀移动速度改变及改变绞刀在断面上不同的切削位置。然后通过泥浆泵吸入经排泥管线把泥水混和物输送到指定的吹填区。绞吸式挖泥船利用挖泥等机械设备根据河湖设计疏浚区要求开挖，并将疏浚弃土通过排泥管道水力输送到堤身背水侧结合填塘压浸；它既有利于扩大行洪断面，又有利于防止基础管涌破坏。图2.1 绞吸式挖泥船三维图图2.2绞吸式挖泥船结构图在正常的施工作业过程中，挖泥船的作业动作一般如下：在当前开挖断面的挖槽中心线上将绞刀下放至适当深度，横移绞车在锚与主定位桩的配合下，通过缆索使绞刀与船体一起以主定位桩为中心从挖槽中心线以弧形轨迹运动，绞刀以一定速度连续转动并切削接触到的泥层，同时通过泥泵

17、将被切削土壤和水的混合物吸入泥浆管道并输送到预定处理场所。当完成一层土壤的切削后，将绞刀继续下放一定深度，然后开始下一层作业。当绞刀切削完了一个断面的所有泥层后，通过台车液压缸使船体沿当前挖槽开挖中心线前进一个步长，继续开挖下一断面。当台车液压缸达到其伸出极限长度时，收回台车液压缸，提起斗桥和绞刀，通过协调操作主、辅定位桩和台车液压缸，使定位桩和船体一起沿当前挖槽开挖中心线前进一个较大的步长。然后在新的位置继续作业。当挖泥船经过几次进桩后，若原来的锚位已不利于挖泥操作时，则应利用锚机、吊锚杆等装置将锚吊起，再抛至新的位置，以便继续作业。2.1.2绞吸式挖泥船中的吸泥管与排泥管在这次毕业设计中，

18、我主要负责的是绞吸式挖泥船吸泥管与排泥管的动作过程模拟仿真，吸泥管与排泥管属于挖泥船的泥浆管道输送系统，我查阅了相关资料，对泥浆管道输送系统有了一个全面的了解。 吸泥管:安装在绞刀桥架内部，在泥泵产生的真空作用下，完成自吸泥口至泥泵的泥浆输送任务。为适应绞刀桥架以与船体铰接耳轴为圆心的旋转下落，吸泥管后半部中有长1.5m左右的胶管，其余为焊接钢管。排泥管:指船体上的一段，均为钢管，前段连接泥泵，在船尾部通过一个可转动的活动接头(称为鹅颈管)与水上排泥管线相连。泥浆管道输送系统由吸泥管、泥泵、柴油机和排泥管等多个部分构成，是水力疏浚式挖泥船中最复杂和最关键的部分，其能耗占整个疏浚系统总能耗的80

19、以上，所以为了提高疏浚施工效率，增加收益，就必须想办法提高泥浆管道输送系统的效率。由于实际疏浚作业过程输送的物质构成十分复杂，对管道的物料输送机理研究得又不够深入透彻，泥浆的浓度控制和流速控制比较复杂困难，还没有比较准确可靠的挖泥船泥浆管道输送系统运行状态评价方法，所以在实际疏浚施工过程中泥浆管道输送系统的效率比理论效率要低得多。另外，泥浆管道输送系统又是疏浚施工最为薄弱的环节，最容易出现诸如管道堵塞、泥泵气蚀或卡堵、爆管裂管等故障，处理起来也比较麻烦，根据现场统计，疏浚作业过程中90以上的故障都与泥浆管道输送系统有密切的关系，处理各种故障占用了至少5以上的有效作业时间，为了降低泥浆管道输送系

20、统的故障率，实际施工过程中都是以牺牲一定的效率为代价，采用比较保守可靠的工况点输送泥浆，因此实际疏浚过程中泥浆管道输送系统的效率较低。 还有，挖泥船泥浆管道输送作业自动化程度较低，目前绝大多数泥浆输送还是以手动操作为主，由于操作人员的施工经验和操作水平参差不齐，容易受到工作疲劳等因素的影响，这也是导致泥浆管道输送系统效率偏低的主要原因之一。总之，由于挖泥船泥浆管道输送系统影响因素多，相互关系非常复杂，自动化程度低，操作人员的经验和理论水平有限，导致系统故障频发，泥浆管道输送系统效率低下。因此，挖泥船泥浆管道输送系统具有较大的效率优化空间。2.1.3绞吸式挖泥船的吸扬系统 图2.2 绞吸式挖泥船

21、吸扬系统典型的绞吸式挖泥船吸扬系统上图1.3所示，主要由绞刀及其电力拖动系统、吸泥管、泥泵及柴油机驱动系统、减速齿轮箱、排泥管线、各类测量仪表和传感器(真空度传感器、压力传感器、超声波流量计和伽马射线泥浆浓度计等)构成。吸扬系统的主要任务有绞刀切削土壤、被切削土层在吸入管和水混合形成固液两相流、泥泵吸入口负压吸入泥浆、泥浆经泥泵加压克服管道阻力被输送至排泥区等。做出绞吸式挖泥船吸泥管与排泥管作业模拟仿真，首先要知道管道的管路特性：管路特性与输送的土质（密度）、泥浆的流速（或管径）、管路排距与排高 以及各种阻力损失有关，包括管路长度上的沿程阻力损失，吸泥头、软管、弯头、阀件等处 的局部阻力损失。

22、浆体管道输送过程大都属于两相流体系，而且一般都在紊流状态下输送。在给定管径和已知混合物构成时，混合物在管道中的流动有均匀悬浮流、全部颗粒悬浮的非均匀流、动床流和定床流四种状态。在实际管道输送过程当中这些流态交互存在，没有明显的界限。在模拟过程中，泥浆的浓度会对模拟过程产生很大的影响，对此，我设计了三种泥浆浓度来模拟吸泥管和拍你管的作业过程：分别是20%的泥浆、30%的泥浆和50%的泥浆。泥浆的临界流速是维持泥管中泥浆流动的最小速度，如果水流速度过小，低于临界流速， 水流以层流或紊动程度较弱的方式流动，就掀不起泥管中的泥砂。同时泥砂在适当的紊动作用下被掀起后，紊动强度减弱的话，管道中的泥砂就会逐

23、步地沉淀到管底，严重时可能会导致堵管或断流。因此泥管中泥浆的流速必须超过泥浆的临界流速。所以操作人员必须控制泥泵转速，使管路中的水流维持必要的流速，从而保证水流会产生必要的紊动。在确定排泥管管径时，首先要考虑的是管道内不同的泥浆流速使管道的扬程损失不同。 泥浆流速愈高，管道扬程损失愈大。为了降低管道扬程损失，就必须降低管道内泥浆流速。但流速过低，泥沙会在管道中淤积因而最低流速应以不淤泥为原则 在泥浆浓度一定的情况下，管道内的不淤流速即为临界流速。实践证明，当泥浆浓度为10%时管道内的不淤流速应不小于2m/s ；当泥浆浓度大于10 %时，不淤流速也随之相应提高。 要降低排泥管道内泥浆流速，在泥泵

24、扬程不变的情况下，就只有扩大输泥管径。我们对 输泥管径选择的原则是：以不淤泥为原则，扩大管径，降低泥浆流速，以延长输泥排距。即尽量减少输泥管道摩擦阻力，以增加输泥能力。2.2设计思路 思路：学习是一个由了解到认识到熟悉的过程，当然做毕业设计也是这样，首先我要查阅大量的相关资料，并对它们进行整理和综述，熟悉和认识有关我课题的内容，制定一套适合自己的设计方案，因为我的课题是建立在pro/e软件的基础之上的，所以深入学习pro/e软件，对其绘图和动画仿真功能熟练掌握显得尤为重要。本章小结：本章主要涉及到本次毕业设计的系统框架，包括在设计过程中所想出的方案、设计的流程、思路和技术路线等。在做毕业设计时

25、，拿到自己的课题，就要在自己的脑海中构思一个计划。要在第一时间给自己拿出一份方案甚至几分方案，对自己做的设计要有一个总的把握，理清思路，制定一份详细的计划书，按部就班，这样可以有条不紊的进行我的毕设任务，不至于手忙脚乱，定期向知道老师汇报自己的进展，记录下老师给的指导。第三章 设计方法3.1 pro/engineer软件3.1.1 pro/engineer软件的介绍 pro/engineer操作软件是美国参数技术公司（ptc)旗下的cad/cam/cae一体化的三维软件。pro/engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前三维造型软件 领域中占有着重要地位，pro/eng

26、ineer作为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的cad/cam/cae软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。pro/e软件自1998年问世以来，十余年间已成为全世界及大中国地区最普及的三维cad/cam系统，pro/e在今日俨然成为三维cad/cam系统的标准软件，广泛运用与3c产品、汽车电子、通信、机械、模具、工业设计、机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。pro/e可谓是一个全方位的三维产品开发软件，整合了零件设计、零件装配、产品设计、塑料模具设计、钣金设计、冲压模具设计、工程图制作、公差分析、造型设计、nc加工、机构设计/分析、

27、动态仿真、动画制作、铸造件设计、逆向工程、自动量测、结构分析、热流分析、简易模流分析、产品数据库管理、协同设计开发等功能与一体，其模块众多，且学习殊为不易。pro/e采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。（1）参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以理解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。 （2）基于特征建模 pro/e是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒

28、角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。（3）单一数据库（全相关）pro/engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的cad/cam系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，nc（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产

29、品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。3.1.2常用模块介绍pro/designier 是工业设计模块的一个概念设计工具，能够使产品开发人员快速、容易的创建、评价和修改产品的多种设计概念。可以生成高精度的曲面几何模型，并能够直接传送到机械设计和/或原型制造中。 pro/network animtor 通过把动画中的帧页分散给网络中的多个处理器来进行渲染，大大的加快了动画的产生过程。 pro/perspecta-sketch 能够使产品的设计人员从图纸、照片、透视图或者任何其它二维图象中快速的生成一个三维模型。 pro/photorende

30、r 能够很容易的创建产品模型的逼真图象，这些图象可以用来评估设计质量，生成图片。 pro/assembly 构造和管理大型复杂的模型，这些模型包含的零件数目不受限制。装配体可以按不同的详细程度来表示，从而使工程人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究，同时在整个产品中使设计意图保持不变。附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计，有效的支持工程数据重用（edu）。 pro/detail 由于具有广泛的标注尺寸、公差和产生视图的能力，因而扩大了pro/engineer生成设计图纸，这些图纸遵守anai、iso、din和jis标准。 pro/feature 允许产品设计人员创建高级特征（例如高级的

31、扫描和轮廓混合）利用简便的设计工具，在很短的时间内就可以实现。 pro/notebook 以“自顶向下”的方式对产品的开发过程进行管理，同时对复杂产品设计过程中涉及的多项任务自动分配，来增强工程的生产效率。 pro/scan-tools 满足工业上使用物理模型作为新设计起点的需求。把模型数字化，它的形状和曲面就可以以点数据的形式输入到pro/scan-tools中，因此能产生高质量的与物理原型非常匹配的模型。 pro/surface 能够使设计人员和工程人员直接对pro/engineer的任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效的开发，或者开发整个的曲面模型。 pro/weldingt

32、m 参数化的定义焊接装配体中的对接要求，使用户很容易的确认焊接点，避免装配零件与焊接点之间发生干涉，在文件编制和制造中消除错误成本。 功能仿真模块 pro/fem-post 用户无须离开pro/engineer环境，就能够显示高级解算器计算的有限元结果，还鼓励在产品开发早期对设计进行验证。 pro/mechanica custom loads 用户可以把自定义载荷输入，清楚的编辑和连接到pro/machanica motion的图形用户界面上。 pro/machanica equations 允许系统分析员或者控制工程师把pro/machanica motion模型连接到第三方或者专有的仿真程

33、序中。 pro/machanica motion 使机械工程师在指定环境下创建和评价装配体的运动。对设计进行优化，决定哪些参数应该修改以便更好的满足工程和性能的要求。3.2 pro/e的操作界面当创建新零件或打开旧零件时，画面显示如图3.2所示，此画面主要含有下列区域：1. 零件显示区为pro/e的主窗口，用以显示零件的三维造型。2. 特征图标区主窗口的右侧有常用特征的图标，以让用户进行特征创建。3. 浏览区主窗口的左侧为浏览区，用以显示零件的模型树、零件的图层、各个文件夹档案、个人偏好的文件夹等。4. 下拉式菜单位于画面的最上方，含有数个类型的命令，如文件、编辑、视图、插入、分析、信息、应用

34、程序、工具、窗口、帮助等，让用户在进行零件设计时能控制pro/e的整体设计环境。5. 工具栏图标位于下拉式菜单的下方，将下拉式菜单中常用的功能以图标显示出来。6. 图标版创建特征时，特征的各种信息、各个选项及其图标会显示在主窗口上方的图标板。7. 动作提示区当进行零件设计时，在图标板的上方会提示用户该做的动作，或要求用户输入必要的资料，并响应命令执行的情形。图3.1 pro/e的操作界面图3.2 pro/e零件图按工具栏创建新文件夹的图标后，会出现如下图3.3所示的对话框，此对话框显示出pro/e的主要模块，包括：（1）零件（含实体零件设计、造型曲面设计、钣金设计等），扩展名为.prt、（2）

35、组件，扩展名为.asm、（3）制造（含模具设计、nc加工程序制作等），扩展名为.mfg、（4）绘图，扩展名为.drw，以上就是pro/e常用的系统模块。图3.3 pro/e新建菜单 草绘的操作界面如3.4图所示图3.4 pro/e草绘模块绘制草图是基本流程如下：1. 画线条：图所示为画各种线条的图标，各个图标的用法不一一讲解，挑几个常有的讲解。（1）：画直线，操作步骤：以鼠标左键点选两个点，即可产生一条直线，以鼠标滚轮终止直线的绘制。（2）：画矩形，操作步骤：以鼠标左键点选矩形的斜对角，即可产生矩形。（3）：以圆心及圆周画圆，操作步骤：以鼠标左键决定圆心，然后移动光标，以鼠标左键定出圆周上的点

36、即可产生圆。（4）：以三点画圆弧，操作步骤：以鼠标左键定出圆弧的起点和终点，然后移动光标，以鼠标左键定出圆弧上的点。（5）：倒圆角，操作步骤：以鼠标左键点选两个图元（可为直线、圆、圆弧或者曲线），即可产生圆弧形的圆角。（6）：产生点，操作步骤：以鼠标左键选取点的位置，即可产生一个点。画完线条时，可对线条进行修剪、镜像、移动等编辑工作，各个图标的用法如下：（7） ：动态修剪线条，操作步骤：按着鼠标左键描出曲线，和该曲线相交的线条即被删除。（8） ：修剪或延伸线条，操作步骤：选取两条线，则系统自动修剪或者延伸两条线。（9） ：分割线条，操作步骤：选取两条线的交点，则两条线分别在交点处被切成两段。（

37、10）：镜像线条，操作步骤：选取线条（若要选取一条以上的线条，则需按住键盘上的ctrl键）按选取中心线，则所选的线条即被镜像至中心线另一侧。2. 确认尺寸：画完线条后，pro/e系统会自动标注尺寸，若所标注的只存恰好为我们所需的尺寸，则按，更改尺寸为我们所需的数值；否则按标注尺寸（以鼠标左键选线条，按下鼠标滚轮标注尺寸），再按修改尺寸数值；此外，亦可按设置约束条件，各个约束条件的用法如下（1） ：选一条斜的直线，使其变为铅直线；或点选两个点，使两个点铅直对齐。（2） ：选一条斜的直线，使其变为水平线；或选两个点，使两个点水平对齐。（3） ：选两条线条，使其互相垂直。（4） ：选两条线条，使其相

38、切。（5） ：选一个点及一条直线，使点位于直线中央。（6） ：选两条线或点，使其对齐。（7） ：选中心线及两个点，使两个点对中心线对称。（8） ：选两条直线，使其长度相等；或者选两个圆弧/圆/椭圆，使其半径相等。（9） ：选两条直线，使其平行。3.3运用pro/e画出吸泥管、排泥管和泥泵我就开始构思我的毕业设计所需要画的图形，我在图纸上简单的画出了我所画零件的二位图形，在构思三维图的过程当中，我把它分成四个部分：3.3.1吸泥管画绞吸式挖泥船吸泥管主要运用了proe的拉伸实体特征和扫描特征： 选择插入菜单扫面伸出项草绘轨迹平面选择草绘平面正向缺省，然后在草绘的环境下画出草绘轨迹，然后画出截面，

39、我所选择管道截面外径为120mm,内径为100mm,在扫描完成后，我在管道的一段拉伸出内径100mm，外径110mm的管道，便于吸泥管和泥泵的装配。“扫描”是将二维截面沿着一条轨迹线扫描出实体或者曲面。以扫描的方式创建实体或曲面时，用户首先由现有零件选取一个适当的平面来绘制二维轨迹线，然后pro/e系统将零件转为与轨迹线垂直的平面，用户在此平面上绘制二维截面，系统即会将此截面沿着轨迹线扫描出实体或者曲面，操作步骤如下：1. 欲创建实体：选取下拉式菜单下的扫描伸出项。2. 选草绘轨迹。3. 由现有的零件选取一个平面，作为二维截面的草绘平面，并决定绘制二维截面的视图方向，然后再选取另一个平面，作为

40、设置方向的参照平面，以将零件转为二维视图，且系统自动进入二维草绘的模式。4. 绘制扫描的轨迹线（一条曲线，也就是吸泥管的轴线）。5. 选择扫描的属性：增加内部因素或者无内部因素。（1） 增加内部因素：将一个非封闭的截面沿着轨迹线扫描出“没有封闭”的曲面，然后系统自动在两端加入曲面，成为封闭几何。（2） 无内部因素：将一个截面沿着轨迹线直接扫描出实体或者曲面。6.系统再次进入二维草绘的模式用户绘制扫描的截面（一个直径为100mm和直径为120mm的同心圆）。7.在特征对话框中选确定，以完成吸泥管的创建。图3.5 pro/e画出的吸泥管3.3.2排泥管与绘制吸泥管的过程相似，绘制排泥管的过程同样运

41、用了proe的拉伸和扫描特征。选择插入菜单扫描伸出项草绘轨迹平面正向缺省，然后绘制出草绘轨迹和截面，这里我便于装配，管道的内径和外径所取的值和吸泥管相同，在现实的绞吸式挖泥船中，二者的尺寸是不同的，所画的排泥管如下：图3.6 pro/e画出的排泥管同样为了便于和泥泵的装配，我在排泥管的一段拉伸出内径100mm,外径110mm的管道。3.3.3泥泵泥泵的画法较为复杂，因为本次毕业设计泥泵有专门的人进行绘制，所以，我大体的画了泥泵的样子，包括外壳和叶轮。单击旋转工具按钮选择front作为草绘平面画出叶轮的中心，选择插入命令扫描曲面草绘轨迹选择top面作为草绘平面正向缺省绘制出扫描轨迹曲线，注意是两

42、条曲线，绘制完成后确定，该叶片就现实出来了。然后单击复制按钮，单击选择性粘贴按钮，出现对话框后二者全部打勾，单击旋转变换按钮，进入变换上滑面板，在模型中选择a-1轴，输入旋转角度为60度，打勾，然后单击阵列工具按钮，选择轴选项，在模型中选择a-1轴，输入阵列成员数为5，成员间的角度为60度，单击旋转工具按钮，单击曲面按钮，选择front作为草绘平面，进入草绘模式，修剪叶片，去除多余的叶片。选择叶片，点击编辑加厚命令，对叶片进行加厚，然后对叶片进行倒圆角，这样，叶片大致就画好了。图3.7 pro/e画出的叶轮然后就是画出泥泵的外壳了，画外壳的过程相对比较简单，运用了拉伸特征、抽壳打孔倒圆角等工具

43、拉伸是在完成二维截面的草图绘制后，垂直此截面长出的实体或者截面。以拉伸的方式创建实体或者曲面的操作步骤如下：1. 选取一个平面作为草图的草绘平面。2. 按主窗口右侧的草绘工具图标，则pro/e系统会自动决定参照平面及其方向（或由用户自行指定之）。3. 按草绘对话框的，则系统自动进入二维草绘的模式用户绘制拉伸特征的二维截面的草图（长为450mm、宽为400mm的正方形），然后按对号。4. 按主窗口右侧拉伸工具的图标，即可在画面上预览拉伸实体的几何形状（若欲创建曲面，则按图标板拉伸为曲面的图标）。5. 输入拉伸的深度（400mm）。6. 按图标板右侧的，即完成箱体的创建。图3.8 pro/e画出的

44、箱体3.3.4水流我查阅了相关的资料，在pro/e环境中，塑造水流模型相对较为困难，并且pro/e不是进行模拟仿真最好的工具，我做的是绞吸式挖泥船吸泥管和排泥管运动过程，重要的是显示这个过程，所以，我用6个小球代表我的水流，两个直径40mm的小球代表低浓度的泥浆，两个直径50mm的小球代表中等浓度的泥浆，两个直径60mm的小球代表高浓度的泥浆，这样我的仿真模型就初步建立好了，绘制小球主要运用了proe的旋转特征，其步骤如下：以旋转的方式创建小球的操作步骤如下：1. 选取一个平面作为草图的草绘平面。2. 按主窗口右侧草绘工具图标，则pro/e系统会自动决定参照平面及其方向。3. 按草绘对话框中的

45、，则系统自动进入二维草绘模式用户绘制旋转特征的二维截面的草图（直径分别为40mm、50mm、60mm的半圆），然后按对号。4. 按主窗口右侧旋转工具的图标，即可在画面上预览旋转实体的几何形状（若欲创建曲面，则按图标板拉伸为曲面的图标）。5. 输入二维截面的旋转角度，默认为360度。6. 按图标板的，即可完成小球的创建。图3.9 pro/e画出的小球3.4零件的装配所有的零件绘制好之后就是零件的装配了，下面就对零件的装配做一个简单的介绍：进入零件装配的首要工作是进入“组件模块”，其操作步骤是：按工具栏创建新文件的图标，在类型中选择组件，输入组件名称，然后按确定，系统会自动设置好组件的设计环境。进

46、入组件模块后，按如下的步骤进行零件的装配：(1)按主窗口右侧增加元件至组件的图标，选取欲装配的元件，按打开后元件出现在主窗口内，在图标版中将装配的约束条件设为缺省，再按图标版右侧的打勾符号，则元件会被装配到默认的位置上。(2)在按主窗口右侧增加元件至组件的图标，选取欲装配的元件，按打开后元件出现在主窗口内，若此元件的位置或者角度不佳，则可按住键盘的ctrl及alt键，以鼠标滚轮旋转元件，或以鼠标右键移动元件。(3)在现有的组件及欲装配的元件上点选点、线、面等几何图元，pro/e系统即会在图标板上显示约束条件，持续点选几何图元，知道图标板显示出装配约束条件已充足的信息：状态：完全约束，再按图标板

47、右侧的打勾符号，及完成元件的装配。(4)若需要再进行其他元件的装配，则重复上述2、3步骤。(5)所有的元件皆装配完毕后，可选下拉菜单视图底下的分解分解视图将所有元件爆炸开来，若要恢复原始、为爆炸开的组件，则选下拉式菜单视图底下的分解取消分解视图。下图即是我装配完的图形（注：只有叶轮的装配约束条件为销钉，其它的皆为默认的装配约束条件）图3.10 装配图3.5本章小结本章主要阐述了我的设计方法，怎样用pro/e对绞吸式挖泥船吸泥管和排泥管进行模拟仿真，对pro/e各个特征模块功能进行介绍和演示，怎样用pro/e是排泥管和吸泥管在排泥和吸泥的过程中产生动画效果等。经过一段时间自己对pro/e的学习，

48、不仅增强了我对pro/e软件软件的操作技能，更重要的是让我体会到了学习pro/e的重要性。pro/e作为三维图形绘制的软件，它是三维建模软件的领头羊之一。pro/e具有在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。对于我们学机械专业的学生，可见pro/e学习的重要性。第四章 实现过程4.1疏浚仿真模拟4.1.1国内外疏浚仿真现状国际上，目前在美国、荷兰、日本等国，疏浚仿真系统得到较好的发展和研究。据资料显示，美国第一代1疏浚仿真器于 1994年的dacs 公司开发，并于 1999 年进行了硬件和软件升级。荷兰 ihc 公司开发了两种类型的疏浚

49、仿真器。一种是小型疏浚仿真器，由一台计算机、两台显示器和一个控制面板组成。该系统可以仿真绞吸式挖泥船、斗轮式挖泥船、斗链式挖泥船和耙吸式挖泥船的疏浚作业过程；另一种是大型疏浚仿真器，它可以根据用户需求定制成为全仿真式挖泥船仿真器，该仿真器的控制面板上安装了操作开关和指示仪表，另外配置一台能够显示并切换多幅疏浚画面的显示器。国内，我国挖泥船疏浚仿真系统的研制起步较晚，2001年武汉理工大学开发了1750方绞吸式挖泥船疏浚仿真器。该仿真器以1750方绞吸式挖泥船为原型，按照11的比例制造出面板，对泥泵、管路系统及相关控制系统进行仿真。教育部河海大学疏浚研究工程中心于2006 年开发了绞吸式挖泥船疏

50、浚仿真系统，该系统能够实现对船舶施工过程的全程模拟仿真，通过11的虚拟视景系统给操作者一个身临其境的环境。4.1.2疏浚仿真系统的分类与用途目前国内外挖泥船疏浚仿真系统按大小和复杂程度可以分为小型疏浚仿真器和大型疏浚仿真器，按其用途又可分为训练、教学、研究、产量预测和疏浚设备辅助设计等几类。疏浚仿真系统广泛应用在在疏浚作业的各方面。在训练方面，疏浚作业人员通过使用疏浚仿真系统能够熟悉新型挖泥船的控制盘台和所要操作运行的工作项目，根据挖泥船的工作原理掌握不同工况的作业方法，通过了解疏浚作业的制约条件，掌握优化作业的原理与方法，观察疏浚作业系统的故障现象、判断故障原因、掌握排除故障的方法；在教学方

51、面，学生可以获得对疏浚过程及动态特性的感性认识，也可以用其分析疏浚系统的工作原理，加深理解；在研究方面，泥泵、管路和绞刀等设备的工作特性的研究也需要疏浚仿真系统作为主要的工具和手段；在产量预测方面，通过疏浚仿真系统在不同工况下的疏浚方量估算最终的开挖量；在疏浚设备辅助设计方面，使用疏浚仿真系统的数学模型对系统的绞刀、泥泵等设备进行模拟，能够在短期内经济有效地分析比较设备的不同设计方案，预测实际物理系统的工作过程，具有输出参数调整容易和输出结果简明清晰等优点。4.2演示仿真使用pro/e进行仿真的首要工作是辨认整个组件产品中那些是固定不动的元件、哪些是可动的元件，可动元件的自由度为何、可动元件之

52、间如何连接，以及可动元件的运动方式。装配的过程已经完成了，下一步就是动画演示了，于是也就到了工程量最大的过程了，对于pro/e的动画制作还是很陌生的，于是我上网查阅了相关视屏资料、教程，并结合了自己的课题，举一反三制作了绞吸式挖泥船吸泥管与排泥管动作过程动画，下面就我如何做的动画做一个简单的介绍。第1、 我用六个小球分别代表了不同浓度的泥浆，众所周知，泥浆的浓度在不同的情况下是不同的，并且随着泥浆浓度的不同，泥浆的流速是不同的，低浓度泥浆由于受到的重力比较小，运动速度较为快些，高浓度泥浆由于受到的重力大，相对来说运动的速度要稍慢些，我用大中小球分别代表了高中低浓度的泥浆，来演示我所需要的动画过

53、程。第2、 将六个小球装备的管道的外部，并右击鼠标，编辑定义放置，将约束已启用前的勾取消，这样小球就可以在中心面上自由移动了，然后单击拖动元件按钮，将六个小球拖到原始状态，也就是即将进入吸泥管时的状态，然后单击快照里面的照相机按钮，拍下照片1，然后在将6个小球拖到第二个位置，单击快照里面的照相机按钮，拍下照片2，以此类推拍下数张小球运动的轨迹照片，这里要注意小球的运动方式有线性和平滑，所以所拍的照片要能客观的显示小球的运动轨迹，照片越多，动画显示的也就越漂亮。图4.1 拖动菜单下的拍照图4.2 小球的拖动第3、 所有的照片拍摄完毕之后，单击pro/e中的应用程序菜单，单击里面的动画按钮，在左边

54、的工具栏中会显示一系列的工具按钮，点击第四个按钮（关键帧序列），将拍的照片添加进去，并设定上一张照片和下一张照片之间的运动时间，在设定时间的过程中，精良让小球运动的速度平滑一点，速速可以瞬时的变化，但不要过于剧烈，这样所做的动画也能漂亮一点，所有的照片添加完毕之后，选择线性，单击确定。图4.3 关键正序列第4、 我们知道，叶轮的转动是由电动机带动的，所以我们要在叶轮的转轴上添加一个电动机，并设置电动机的运动参数，给叶轮施加转矩，让其转动。单击右侧工具栏中的伺服电动机按钮，在装配图中选择运动轴，然后点击轮廓，把位置改成速度，并设置转速，然后确定，这样电动机就设置好了。图4.4 伺服电动机的定义第

55、5、 在进行正式的动画仿真之前，可按工具栏的图标（拖动元件）进行特定的元件拖拽，使元件平移或者旋转，以测试元件的装配是否正确，是否合乎预期。第6、 单击工具菜单，单击时间域，设计动画时间，注意动画时间要比关键帧序列中添加照片的时间长，要不然动画可能不完整。图4.5 动画时域的设置第7、 单击右侧工具栏中的倒数第三个按钮，也就是启动按钮，可以观察的动画过程。单击倒数第二个按钮（回放按钮），进行动画的捕获，并做成最终的视频。这样，动画过程就做好了。图4.6 动画的捕获对于本次毕业设计的最终成果，我已经做成视频，视频上记录了吸泥管、排泥管、泥泵、箱体的装配图形，并且我用大小不等的小球分别代表20%、30%、50%不同浓度的泥浆，让他们的输泥管线中流动，并且使他们在输送的过程中拥有不同的速度，记录下它们被水泵从吸泥管吸入到从排泥管排出的过程。我用不同的颜色代表了不同的零件，蓝色代表的是吸泥管，黄色代表的是排泥管，红色代表的是水泵的外部箱体，绿色代表的是叶轮，我把它们设置成透明，这样便于观察小球在管道中的流动。而且每一个小球在管道中流动时的速率不是一成不变的，因为在实际的吸泥和排泥过程中，每一个质点的速率十分复杂，它受到周围环境的影响，可