40KN液压起重机三维建模及运动仿真
40KN液压起重机三维建模及运动仿真
利用UG建模模块对40KN液压起重机的各个结构进行相应的三维建模，采用UG装配模块通过装配约束将这些结构进行相应的组装。根据40KN液压起重机的安全工作载荷、起升高度、回转速度、回转半径，回转角度和变幅时间给定驱动参数，对40KN液压起重机进行仿真。通过其运行情况验证了模型的有效性。用Solidworks软件打开回转基座的三维图再导入CAD中，用CAD进行二维图的绘制。
关键词 液压起重机，UG，三维建模,运动仿真
1 绪论 1
1.1 起重机的未来发展趋势 1
1.2 三维建模的应用 1
1.3 运动仿真的运用 2
1.4 本文研究的内容 3
2 40KN液压起重机的总体设计方案 3
3 40KN液压起重机三维建模 6
3.1 40KN液压起重机立柱体的三维建模 6
3.2 40KN液压起重机回转基座的三维建模 16
4 40KN液压起重机的装配 22
4.1 立柱体的装配 22
4.2 回转基座的装配 23
4.3 总装配 25
5 40KN液压起重机的运动仿真 25
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
起重机是起重机械的一种，指用吊钩或其他取物装置吊挂重物，在空间进行升降与运移等循环性作业的机械。其一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。起重机按照驱动方式可分为手动起重机、电动起重机、液压起重机三类。本文研究是液压起重机。
1.1 起重机的未来发展趋势
作为水利、化工、核电、建筑等领域不可缺少的机械装备,几十年来,我国起重机一直存在整机自身重量大、耗能多、起升高度低等弱点。国内诸多起重机生产厂家,一直在进行研发创新,但大部分厂家把创新的焦点集中在主梁工艺的改进上,起重机结构庞大、制造成本和运行能耗高等缺陷仍难改变。由于起重机的产品特性和历史原因,长期以来人们只是从技术角度来衡量起重机的好坏而忽略了经济性。科学技术的飞速发展,推动了现代设计和制造能力的提高,“轻量化、节能化、智能化逐步成为起重机未来的发展趋势。“轻量化”其实就是结构优化，通过UG的等三维计算机辅助设计来更大利用钢材性能和节约材料。“节能化”就是响应国家可持续发展，利用新型的切割技术-水切割技术，这样更加环保、节能、成本更加低廉。“智能化”就是采用地面操控或者遥控方式,取消司机室,这样既可以减轻起重机重量又可以提高操作人员安全性。
在多元化社会的发展下,起重机的“轻量化、节能化、智能化、精细化”逐步成为未来的发展趋势。但要实现这一目标是一个庞大而艰巨的工程,需要统一认识,通过系统调研和反复论证,从根本上达到节能降耗的目的,以推动高效节能环保的绿色低碳经济的可持续性发展。
随着现代工业的迅速发展，计算机的广泛运用，大大加快了液压起重机的发展。目前人们对液压起重机的需求已不是简单的起重设备，而是包括了许多自动化、自动导向等功能的起重设备。这使得液压起重机的机构更加复杂多样化。随着市场需求增加，制造起重机企业在生产过程中需要更加优化设计方案。这就要求生产企业制造液压起重机时低成本和短的制造周期。现在从事液压起重机设计的人们采用三维建模和运动仿真来设计液压起重机。
1.2 三维建模的应用
计算机辅助设计是企业应用计算机辅助技术的基础。三维建模技术为生产设计和创新提供了一个非常好的平台。人们可以从三维概念和构思入手。UG NX是制造行业的高端软件之一。采用UG建模和装配建立三维模型。可以清晰的，直观的表现出产品的结构和外形。三维建模可分为线框建模、表面建模和实体建模。其中只有实体模型在计算机内部可以对几何物体进行唯一的无冲突的和完整的描述，我们在支架设计中应用实体建模。这样每一次有效的操作都可以产生一个有效的模型，将设计者从费时费力的几何一致性检查中摆脱出来，从而把精力放在创造性的工作上去。龙门起重机门架钢结构主要由主梁、刚性腿、柔性腿等组成。刚性腿通过焊接或高强度螺栓与主梁刚性连接，柔性腿通过柔性铰与主梁柔性连接。其结构件一般由钢板组焊而成，结构不规则、变化较大。在进行龙门起重机门架钢结构总体方案设计后，通过建立龙门起重机门架钢结构三维模型。能方便地检查龙门起重机门架钢结构的几何结构是否干涉，从而进行结构优化设计。吊式减震器一般由弹簧、定位板、壳体、拉杆、吊环组成。在吊式减震器设计中，我们可以用三维建模方法进行设计研究。用三维建模可以清晰地描述和形象逼真的表示吊式减震机的形体，以便更好的进行评价。在减震机的设计中使用三维建模还可以进行空间运动模拟和加工顺序仿真，检测干涉碰撞问题。
1.3运动仿真的应用
运动仿真用于建立运动机构模型，分析其运动规律。可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。运动仿真模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计（加长或缩短构件的力臂长度、修改凸缘形线、调整齿轮比等）或调整零件的材料。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品上，即在运动仿真中重新分析，一但确定优化的设计方案，设计更改即可直接反映到装配主模型中。折臂式随机起重机上装在载货汽车上的一种附加起重设备。折臂式随机起重机的变幅机构是折臂式随机起重机的一个重要组成部分。变幅机构由摆动液压缸组合实现变角。在折臂式随机起重机中，由于考虑到臂长、转角等诸多因素，传统的变幅机构都是从静态角度出发，很难考虑到复杂的变幅机构的运动状况。导致很多缺陷难以提前发现，造成变幅机构运动时发生干涉、这就导致生产成本提高，生产周期增加。因此，有必要采用计算机仿真技术对复杂的变幅机构运动进行全方面的仿真分析。先用UG建模模块画出变幅机构的零件图，通过UG装配模块把这些零件装配起来，形成折臂式起重机变幅机构的三维模型。利用UG仿真模块对此三维模型进行仿真。根据仿真结果，设计人员对折臂式随机起重机的变幅机构进行修改、完善。
1.4 本文研究的内容
利用UG建模模块绘制起重机的零件图，采用UG装配模块将画好的零件图通过装配约束装配起来。利用UG仿真模块对起重机三维模型进行仿真。根据仿真结果修改三维模型。
2 40KN液压起重机的总体设计方案
图2.1 液压起重机
本课题主要研究的是40KN液压起重机的立柱体、回转基座、回转支轴、油缸、活塞及其装配体，并对其仿真。技术要求
1、所有板材在加工前必须经喷丸处理，钢材出白达95%以上，立即涂以防锈底漆。
2、焊缝表面应成型均匀、致密、平滑的向母材过渡，无裂纹和过大的增高以及不应有的焊瘤、弧坑和咬边、焊接区的飞溅物等缺陷存在。
3、焊接要求可靠，焊接面要求符合GB999-82，焊后火工矫正，消除焊接应力，主要构件焊缝进行探伤检查，焊接应符合焊缝“通用技术条件”（JB/ZQ40000.3-86）的要求和船检规范的要求。
4、经检查焊缝如存在焊缝尺寸不足或咬边深度超过规定者，应进行补焊，对焊缝裂纹、未焊缝、夹渣和气体等局部铲除后补焊。
5、金属构件的焊接工人，必须经国家船检局颁布的“焊工考试规则”考核，并取得合格证书。
6、焊接材料应向船检部门认可的焊接材料制造厂订购船用焊接材料。
7、施工条件：当焊接必须在潮湿、多风和寒冷（-5℃）的露天位置进行时，应有适当的遮蔽和防护设施；在寒冷的气温下焊接时，应将工件预热，并防止急冷。
8、气割面质应符合GB3123-82的要求。
9、未注焊缝侧高均为10mm。
10、所有围焊的转角处必须连续施焊。
利用UG建模模块对40KN液压起重机的各个结构进行相应的三维建模，采用UG装配模块通过装配约束将这些结构进行相应的组装。根据40KN液压起重机的安全工作载荷、起升高度、回转速度、回转半径，回转角度和变幅时间给定驱动参数，对40KN液压起重机进行仿真。通过其运行情况验证了模型的有效性。用Solidworks软件打开回转基座的三维图再导入CAD中，用CAD进行二维图的绘制。
关键词 液压起重机，UG，三维建模,运动仿真
1 绪论 1
1.1 起重机的未来发展趋势 1
1.2 三维建模的应用 1
1.3 运动仿真的运用 2
1.4 本文研究的内容 3
2 40KN液压起重机的总体设计方案 3
3 40KN液压起重机三维建模 6
3.1 40KN液压起重机立柱体的三维建模 6
3.2 40KN液压起重机回转基座的三维建模 16
4 40KN液压起重机的装配 22
4.1 立柱体的装配 22
4.2 回转基座的装配 23
4.3 总装配 25
5 40KN液压起重机的运动仿真 25
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
起重机是起重机械的一种，指用吊钩或其他取物装置吊挂重物，在空间进行升降与运移等循环性作业的机械。其一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。起重机按照驱动方式可分为手动起重机、电动起重机、液压起重机三类。本文研究是液压起重机。
1.1 起重机的未来发展趋势
作为水利、化工、核电、建筑等领域不可缺少的机械装备,几十年来,我国起重机一直存在整机自身重量大、耗能多、起升高度低等弱点。国内诸多起重机生产厂家,一直在进行研发创新,但大部分厂家把创新的焦点集中在主梁工艺的改进上,起重机结构庞大、制造成本和运行能耗高等缺陷仍难改变。由于起重机的产品特性和历史原因,长期以来人们只是从技术角度来衡量起重机的好坏而忽略了经济性。科学技术的飞速发展,推动了现代设计和制造能力的提高,“轻量化、节能化、智能化逐步成为起重机未来的发展趋势。“轻量化”其实就是结构优化，通过UG的等三维计算机辅助设计来更大利用钢材性能和节约材料。“节能化”就是响应国家可持续发展，利用新型的切割技术-水切割技术，这样更加环保、节能、成本更加低廉。“智能化”就是采用地面操控或者遥控方式,取消司机室,这样既可以减轻起重机重量又可以提高操作人员安全性。
在多元化社会的发展下,起重机的“轻量化、节能化、智能化、精细化”逐步成为未来的发展趋势。但要实现这一目标是一个庞大而艰巨的工程,需要统一认识,通过系统调研和反复论证,从根本上达到节能降耗的目的,以推动高效节能环保的绿色低碳经济的可持续性发展。
随着现代工业的迅速发展，计算机的广泛运用，大大加快了液压起重机的发展。目前人们对液压起重机的需求已不是简单的起重设备，而是包括了许多自动化、自动导向等功能的起重设备。这使得液压起重机的机构更加复杂多样化。随着市场需求增加，制造起重机企业在生产过程中需要更加优化设计方案。这就要求生产企业制造液压起重机时低成本和短的制造周期。现在从事液压起重机设计的人们采用三维建模和运动仿真来设计液压起重机。
1.2 三维建模的应用
计算机辅助设计是企业应用计算机辅助技术的基础。三维建模技术为生产设计和创新提供了一个非常好的平台。人们可以从三维概念和构思入手。UG NX是制造行业的高端软件之一。采用UG建模和装配建立三维模型。可以清晰的，直观的表现出产品的结构和外形。三维建模可分为线框建模、表面建模和实体建模。其中只有实体模型在计算机内部可以对几何物体进行唯一的无冲突的和完整的描述，我们在支架设计中应用实体建模。这样每一次有效的操作都可以产生一个有效的模型，将设计者从费时费力的几何一致性检查中摆脱出来，从而把精力放在创造性的工作上去。龙门起重机门架钢结构主要由主梁、刚性腿、柔性腿等组成。刚性腿通过焊接或高强度螺栓与主梁刚性连接，柔性腿通过柔性铰与主梁柔性连接。其结构件一般由钢板组焊而成，结构不规则、变化较大。在进行龙门起重机门架钢结构总体方案设计后，通过建立龙门起重机门架钢结构三维模型。能方便地检查龙门起重机门架钢结构的几何结构是否干涉，从而进行结构优化设计。吊式减震器一般由弹簧、定位板、壳体、拉杆、吊环组成。在吊式减震器设计中，我们可以用三维建模方法进行设计研究。用三维建模可以清晰地描述和形象逼真的表示吊式减震机的形体，以便更好的进行评价。在减震机的设计中使用三维建模还可以进行空间运动模拟和加工顺序仿真，检测干涉碰撞问题。
1.3运动仿真的应用
运动仿真用于建立运动机构模型，分析其运动规律。可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。运动仿真模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计（加长或缩短构件的力臂长度、修改凸缘形线、调整齿轮比等）或调整零件的材料。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品上，即在运动仿真中重新分析，一但确定优化的设计方案，设计更改即可直接反映到装配主模型中。折臂式随机起重机上装在载货汽车上的一种附加起重设备。折臂式随机起重机的变幅机构是折臂式随机起重机的一个重要组成部分。变幅机构由摆动液压缸组合实现变角。在折臂式随机起重机中，由于考虑到臂长、转角等诸多因素，传统的变幅机构都是从静态角度出发，很难考虑到复杂的变幅机构的运动状况。导致很多缺陷难以提前发现，造成变幅机构运动时发生干涉、这就导致生产成本提高，生产周期增加。因此，有必要采用计算机仿真技术对复杂的变幅机构运动进行全方面的仿真分析。先用UG建模模块画出变幅机构的零件图，通过UG装配模块把这些零件装配起来，形成折臂式起重机变幅机构的三维模型。利用UG仿真模块对此三维模型进行仿真。根据仿真结果，设计人员对折臂式随机起重机的变幅机构进行修改、完善。
1.4 本文研究的内容
利用UG建模模块绘制起重机的零件图，采用UG装配模块将画好的零件图通过装配约束装配起来。利用UG仿真模块对起重机三维模型进行仿真。根据仿真结果修改三维模型。
2 40KN液压起重机的总体设计方案
图2.1 液压起重机
本课题主要研究的是40KN液压起重机的立柱体、回转基座、回转支轴、油缸、活塞及其装配体，并对其仿真。技术要求
1、所有板材在加工前必须经喷丸处理，钢材出白达95%以上，立即涂以防锈底漆。
2、焊缝表面应成型均匀、致密、平滑的向母材过渡，无裂纹和过大的增高以及不应有的焊瘤、弧坑和咬边、焊接区的飞溅物等缺陷存在。
3、焊接要求可靠，焊接面要求符合GB999-82，焊后火工矫正，消除焊接应力，主要构件焊缝进行探伤检查，焊接应符合焊缝“通用技术条件”（JB/ZQ40000.3-86）的要求和船检规范的要求。
4、经检查焊缝如存在焊缝尺寸不足或咬边深度超过规定者，应进行补焊，对焊缝裂纹、未焊缝、夹渣和气体等局部铲除后补焊。
5、金属构件的焊接工人，必须经国家船检局颁布的“焊工考试规则”考核，并取得合格证书。
6、焊接材料应向船检部门认可的焊接材料制造厂订购船用焊接材料。
7、施工条件：当焊接必须在潮湿、多风和寒冷（-5℃）的露天位置进行时，应有适当的遮蔽和防护设施；在寒冷的气温下焊接时，应将工件预热，并防止急冷。
8、气割面质应符合GB3123-82的要求。
9、未注焊缝侧高均为10mm。
10、所有围焊的转角处必须连续施焊。
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