装载机工作装置开题报告

基于Solid Works的装载机工作装置的实体建模及运

动仿真

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课题概述

Solid Works在工业设计领域、机械设计领域以及教育领域都有重要应用。在工业设计领域，由于其有效地将艺术造型设计和机械工程设计融合，所以应用是较以往的同类软件性能更为优越。还有，它能广泛用于汽车、重工业、模具、离散制造、纺织机等设计中。

学习目的：通过毕业设计课题，进一步学习运用建模分析软件，掌握相关技术在产品设计中应用的思路，将机械零件设计和Solid Works软件结合起来，培养综合能力，达到掌握机械设计方法和理论，锻炼计算机在机械设计中的应用能力。[1]

一课题来源

本文课题来自于生产生活，面向于装载机的建模仿真研究分析。

二装载机概述

2.1综述[ 2]

小型化的土方工程施工机械施工必然替代人工的繁重劳动[14]，所以，装载机的重要性也日益凸显。装载机依行走装置分为轮式与履式。这两类除去行走装置不同外，其他系统和构造大体相似，而又因国内使用和生产的大多数是轮式装载机，所以特此说明本课题将把轮式装载机作为Solid Works建模仿真的研究对象。转载机用途广泛，趋向与自卸汽车配合作业；轮式装载机也逐向着大型化发展。在我国虽然它发展迅猛，但它是新的机械品种，生产使用的时间不算长，且结构复杂，种类繁多，所以这就给操作者带来了考验。当然，装载机的广泛应用

必将给社会的发展注入活力。

2.2装载机的结构类型及组成部分

按使用场合的不同装载机可分为露天用装载机和井下用装载机，按动力系统的不同可分为机械传动、液力机传动和全液压传动三类。按装卸方式可分为前卸式、侧卸式、回转式和后卸式。附带说一下，轮式装载机基本上是前卸式。按转向方式不同分为整体式和铰接式。轮式装载机主要有五大部分：发动机、底盘、工作装置——常见为正转六杆机构[15][5]、液压系统和电气系统。

1)动力系统

这一部分负责把发动机的动力传给行走系统，并可以实现速度变换以适应不同场合。这里着重说明铰接车价的全液压传动系统。由变量泵、定量高速液压马达、齿轮减速箱、传动抽、前桥后桥以及轮边减速器等。变量泵可直接装在发动机输出端；液压泵产生的压力油经油管引导到高速液压马达（完成了压力能向机械能的转化），再经一级圆柱齿轮减速，将动力传给前桥，经传动轴传给后桥，最后都经轮边减速器进一步减速增加扭矩以带动轮胎。

2)转向系及制动系

转向系是用来控制装载机的行驶方向的机构。一般采用液压动力转向系统。行车制动系是在车辆行驶中用来减速制动的系统。它的制动器装在四个车轮上，用脚踏板控制。其制动器的结构有三种，蹄片式、钳盘式、多片湿式。还用停车制动和紧急制动两种用途不同的制动系统。

2.3装载机工作装置

装载机工作装置是完成装卸作业带液压缸的空间多干机构。[5]的空间他有运动相互独立的两部分组成：连杆机构和动臂举升机构。主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。典型结构大致十种，两个尺度，一是三杆、四杆、五杆、六杆、八杆；二是按输入与输出杆的不同有正转和反转。

三国内外轮式装载机的发展状况

作为土方施工机械，装载机就已经上世纪二十年代出现。直到四十年代开始采用液压传动的工作装置。五十年代，液力机械传动得以应用。六十年代出现了铰接式装载机。而七十年代轮式装载机才得以迅猛发展；超大型化及超小型化发展。八十年代推出了挖掘型装载机，并运用了电子监控系统。[2]当然，我国的实现施工机械化起初主要得意于“引进”。如今我国装载机行业发展较快，质量也不断提高，但还欠缺。外国的装载机主要有几下几方面的优势：一是寿命期长、稳定性好，二是结构工艺性愈臻完善，三是性能指标参数进一步规定化，四是“以人为本”，考虑到人与机的协调合作。[13]

四论文的研究理论根据、方法和大致内容

4.1软件简介

Solid Works较CAD性能更为优越。[9]有“预装配及干涉检查工作”的性能，且能与其他软件配合使用，如VB 、VC，尤其是ADAMS。在三维图中对零件或部件所进行的修改，能对应反映到二维图中。这款软件具备在参数特征、曲面造型、装配、数控加工等方面的性能让人满意。[3]它本身提供的API函数，以及可嵌入VC++应用程序，所以对用户来讲它是一款有用的三维造型软件。随着科学技术的飞速发展，建模在生产和学习实践中越发重要了。传统的二维视图的设计方法，耗时且设计环节多易出错，而利用计算机造型技术则可以免除这些缺点；同时，在产品的介绍、销售过程中也可以运用三维动画。[8]

4.2技术方法

4.2.1方程式

如所设计的零件尺寸之间存在某种固有的数值关系或零部件之间存在某种数值的配合关系，可以通过方程式来实现其设计意图。[7]

4.2.2动态显示与运动仿真程序

仿真程序采用Turbo C（V2.0）和高级BASIC语言，通过Roland DXY-100

绘图仪的绘图指令，在微机上实现仿真[5]。主要技术功能如下：1）模拟全部工作过程，并将显示结果实时地输出到打印机和绘图仪上。2）可绘出装载机任一运动状态简图，且可进行运动状态的仿真计算。3）横梁安装可行域的CAD程序。在动臂上自动确定横梁安装可行域。4）铲斗模态分析、有限元计算与结构参数化设计程序，装载机工作装置主要结构有限元分析与计算微机程序，一些CAD程序；所有这些程序对优化装载机工作装置是有用的。因此，在本课题中，我认为它们就具有一定的意义，即在后阶段可以适当对“三维零部件”作出适当的修改；这与参数调制部分是紧密联系的。

4.3研究内容

1)完成三维零部件实体[12]建模，组装成完整的工作装置部件的三维实体图。需要进一步指定这些零部件与工作窗口中已有零件或装配体之间的正确位置和装配关系。本课题所用软件提供的配合关系有以下几种：重合、同轴心、垂直、平行、距离、相切以及指定角度等等。要求我们注意实际配合关系，选择适当的配合类型选项。当然，这得了先解整个工作装置实际结构和位置关系。[4]

2)组装装配体。在装配时一定要注意自由度。[10]其次，尽可能把一起运动的部分包含在一个装配单元里，以便后续的装配能快效。但当然，关于装配单元的划分依据，我希望在有关文献中查明、弄清。

3)运动仿真。

（1）仿真模型。建立装载机工作装置作业过程仿真的数学模型，即F（UG，U），其中UG为动臂位置角，U为铲斗位置角；或数学模型F’（S1,S2），其中S1为动臂举升缸行程，S2为转斗缸行程。[11]

（2）仿真程序。采用C语言，主要是循环语句和控制语句，可以模拟装载机工作装置的全部作业过程。[6]

（3）仿真结果。能反映装载机在典型工况时的工作运动状态，以及整个作业循环过程工作装置的杆系结构。

4.3.4，参数调制。要测量如卸载高度、卸载距离和铲斗的倾角等位置参数。对于不能达到设设计需要的参数,要认真分析。试行通过修改零件草图上的尺寸

或结构，让软件自动更新其零件库和装配模型，然后再模拟测量，直到各部分参数达到设计要求为止。

五、结束语

本课题所涉及的看似主要在Solid Works软件的学习和应用上，其实不然，因为开题报告开头就已明确指出是“机械设计与计算机技术的结合应用”，所以机械设计一块也是整个课题中的重点。希望在短时期内完成三维零部件实体的建模，这部分涉及机械原理与设计较多。

六论文工作进度安排

参考文献：

[1] 李润等《Solid Works软件的特点、应用与展望》，甘肃科技，2004年，第三期

[2] 潘科第、童仲良《装载机的构造、使用与维修》，机械工业出版社，1993年

[3] 杨伟平、舒嵘《三维实体造型技术在装载机工作装置设计中的应用》，矿山机械，

2005年，第六期

[4] 赵建国等《基于Solid Works装载机工作装置的征建模与三维动态仿真》，建筑机械，2005年10月

[5]王国彪等著，《装载机工作装置优化设计》，北京：机械工业出版社，1996年

[6]美国DS SolidWorks公司著，陈超祥等编译《Solid Works Motion运动仿真教程（2014版）》，机械工业出版社，2014年

[7]秦惠斌等《Solid Works应用技巧》，华北工学院机械工程系 CAD/CAM研究室

[8]沈芳《计算机的仿真技术的发展及其应用》，科技传播，2014年第三期

[9]任妙慧等《浅析三维建模技术--以Solid Works软件建模为例》,软件设计开发，2013年第4期

[10]刘佳《装载机驱动桥运动仿真及有限元分析》，长安大学专业硕士学位论文，2014年

[11]王国彪、杨力夫《装载机工作装置作业过程的运动仿真》，建筑机械，1996年

[12]孙亮波等《机构运动仿真的可行性与可行域研究》，机械设计与制造，2007年第八期

[13]柏专红《国外轮式装载机的发展趋势》，衡阳工程机械产

[14]李东芳《国内外挖掘装载机发展状况及发展趋势》，农业技术装备，2010年总第204期

[15]孙桓等《机械原理（第七版）》，高等教育出版社，2007年