高空作業(yè)車機械綜合設(shè)計

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1、引言 2 1 選題背景 3 1.1 問題的提出 3 1.2 研究現(xiàn)狀 3 1.3 設(shè)計的技術(shù)要求及指標 3 1.3.1 我們的研究內(nèi)容： 3 1.3.2 我們預(yù)期達成的成果 4 2 機構(gòu)選型 5 2.1 設(shè)計方案的提出 5 2.2 設(shè)計方案的確定 8 3 尺度綜合 11 3.1 機構(gòu)關(guān)鍵尺寸計算 11 3.2 機構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化 13 4 受力分析 14 4.1 機構(gòu)動態(tài)靜力描述 14 4.2 機構(gòu)動態(tài)靜力變化曲線描述 15 5 機構(gòu)建模 15 5.1 機構(gòu)運動簡圖及尺寸標注 15 5.2

2、 機構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件建模過程 19 5.2.1 車架建模 19 5.2.2 車座建模 25 5.2.3 其余關(guān)鍵零件建模展示 28 5.2.4 標準零件建模如下： 34 5.3 機構(gòu)總體裝配過程 36 5.3.1 裝配過程 36 5.3.2 創(chuàng)建爆炸視圖 43 6 機構(gòu)仿真 47 6.1 SolidWorks 機構(gòu)仿真 48 6.1.1 機構(gòu)仿真配置 48 6.1.2 機構(gòu)仿真過程描述 48 6.1.3 仿真參數(shù)測量及分析 56 6.2 Adams 機構(gòu)仿真 66 6.2.1 機構(gòu)仿真配置 66 6.2.2 機

3、構(gòu)仿真過程描述 67 6.2.3 仿真參數(shù)測量及分析 72 6.2.4 仿真中存在的不足 74 7 有限元分析 75 7.1 載物臺有限元分析 75 7.1.1 載物臺的設(shè)置過程 75 7.1.2 分析報表內(nèi)容 78 7.1.3 材料優(yōu)化改進 81 7.2 支撐架靜應(yīng)力分析 82 7.2.1 支撐架的參數(shù)設(shè)置過程 82 7.2.2 修改后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 85 7.3 整車有限元分析 87 8 設(shè)計總結(jié) 97 9 收獲及體會 97 10 致謝 98 11 參考文獻 99 引言 在國家的生產(chǎn)建設(shè)中，大

4、型的工程機械是不能缺少的技術(shù)設(shè)備，它在城市建設(shè)、交 通運輸、農(nóng)田水利、廣告攝影、能源開發(fā)和國防建設(shè)等多個方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作 用。 高空作業(yè)車即是用來運送工作人員和工作設(shè)備到達指定高度進行作業(yè)的一種大型工 程機械設(shè)備。由于其本身擁有的降低勞動強度、提高工作效率、節(jié)省勞動力和費用的優(yōu) 勢，在多個領(lǐng)域扮演著重要的角色，有著廣闊的發(fā)展前景。 高空作業(yè)車作為一種工程車輛，其特殊性在于：一是載人高空作業(yè)，其作業(yè)安全性 要求比一般工程車輛高，即所謂“高安全性” ；二是施工場所環(huán)境的“非結(jié)構(gòu)性” ，即其 工作環(huán)境不可預(yù)知并且多變，因此要求對環(huán)境具有“高適應(yīng)性” ；三是其經(jīng)常用于搶修 作業(yè)

5、，并且多為室外或野外作業(yè)，作業(yè)環(huán)境條件差，所以要求其具有作業(yè)的“高效率” 。 我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚， 自 20 世紀 60 年代開始研制， 70年代才推出商業(yè) 化機樣，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，高空作業(yè)車在國內(nèi)的需求日益增多。國內(nèi)一些 廠商開始把高空作業(yè)車單獨作為一個模塊進行了研究，形成了一批知名企業(yè)，但與外國 相比，仍有一定的差距。 本次課程設(shè)計綜合運用了機械原理、機械設(shè)計等課程所學知識，參考現(xiàn)有產(chǎn)品及相 關(guān)資料，設(shè)計一個簡單的高空作業(yè)車，并利用 SolidWorks , Adam野軟件進行三維模型 的制作、機構(gòu)簡圖的繪制及零件渲染和運動仿真。 1 選題背景 1.1

6、問題的提出 高空作業(yè)車是指用來運送工作人員和工作設(shè)備到達指定高度進行作業(yè)的一種大型 工程機械設(shè)備，是一種先進的登高作業(yè)方式。隨著我國的經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，城市中 的高層和超高層建筑不斷涌現(xiàn)，高空作業(yè)和消防任務(wù)也日益突出，高空作業(yè)車由于其本 身擁有的降低勞動強度、提高工作效率、節(jié)省勞動力和費用的優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域扮演著 重要的角色，有著廣闊的發(fā)展前景。但由于我國此行業(yè)起步較晚，發(fā)展時間短暫，因此 相比于一些重工業(yè)發(fā)達的國家， 產(chǎn)品不夠成熟， 市場也不夠廣泛， 迫切需要重視和發(fā)展。 1.2 研究現(xiàn)狀 高空作業(yè)車，其發(fā)展與國民經(jīng)濟的發(fā)展水平密切相關(guān)，據(jù)國外高空作業(yè)機械專業(yè)媒 體雜志《

7、Access International 統(tǒng)計，經(jīng)濟越發(fā)達，需求量越大，并且單位 GD需求 量也越大。與發(fā)達國家和地區(qū)相比，我國不僅單位 GDPS求量小，而且單位 GDPS求量 與GDP勺比例也低，這說明高空作業(yè)車的市場需求量既與經(jīng)濟規(guī)模有關(guān)，又與經(jīng)濟發(fā)達 程度有關(guān)，這也恰恰表明高空作業(yè)車在我國有非常廣闊的發(fā)展前景。 我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚， 自 20 世紀 60 年代開始研制， 70年代才推出商業(yè)化 機樣，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，高空作業(yè)車在國內(nèi)的需求日益增多，逐漸引入國 外高新技術(shù)及其產(chǎn)品，但與外國相比，仍有一定的差距。目前我國高空作業(yè)車年銷售量 在 2 千臺左右，產(chǎn)品

8、技術(shù)水平差距較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一。市場銷售、使用及保有量最大 的車型還是折疊臂式，其他型式如伸縮臂式和混 合臂式占有的比重還很小，最大作業(yè)高度只有 3 5 m 。相對來說，國外產(chǎn)品技術(shù)成熟， 市場廣泛，平臺的載荷最大可以達到 500kg,作業(yè)高度也早已超過110ml具有多種安全 保護措施，作業(yè)場地適應(yīng)能力較強。 1.3 設(shè)計的技術(shù)要求及指標 1.3.1 我們的研究內(nèi)容： 1) 運動的實現(xiàn) 整個機構(gòu)整體的運動分析、運動臂運動分析、搖臂尺寸的優(yōu)化選擇。 2) 運動臂受力分析 3) 作業(yè)車整車受力分析、運動臂靜力力分析和動力分析、單個運動構(gòu)件的動力分析。 動力輸入及能量傳遞

9、整個高空作業(yè)車的運動效率、 運動臂動力傳遞方式選擇、增大效率的方式選擇。 4) 人機設(shè)計標準 人機工程學設(shè)計、安全性能設(shè)計、有限元分析。 5) 運動臂材料的選擇 構(gòu)件材料的選取、外形美觀設(shè)計等。 1.3.2 我們預(yù)期達成的成果 1) 運用 SolidWorks 繪制高空作業(yè)車各零件的零件圖、以及裝配圖。 2) 查閱相關(guān)文獻并結(jié)合機械原理所學對機構(gòu)的參數(shù)進行分析，并進行運動分析。 3) ) 學習adams運動分析軟件進行運動仿真。 4) 確定高空作業(yè)車的一些基本參數(shù)，比如尺寸、材料等。 5) 整理編寫機械設(shè)計說明書 2機構(gòu)選型 2.1設(shè)計方案的提出 我們分析了高空作業(yè)車

10、的各個分類 圖2.1.1各種高空作業(yè)車 對其運動規(guī)律進行了初步的分析，得出以下四種結(jié)構(gòu)示意圖: 表2.1結(jié)構(gòu)示意圖 說明 多組交叉連桿框架較 接成剪形。一般是通過 裝在連桿框架間的液 壓缸的伸縮來改變連 桿交叉的角度，從而改 變舉升機構(gòu)的升降高 度。這種垂直升降的剪 式舉升機構(gòu)，能完成較 低高度的作業(yè)，工作平 穩(wěn)，作業(yè)平穩(wěn)，作業(yè)平 臺較大，被廣泛地用于 飛機、船舶制造、室內(nèi) 維修、清潔電車線路維 修等作業(yè)場地。但是， 這種作業(yè)車越障能力 伸縮臂式 差、工作范圍小 由多節(jié)套裝、可伸縮的 箱型臂

11、構(gòu)成的。包括基 本臂、伸縮臂和液壓缸 等，在其末端裝有作業(yè) 斗或其他作業(yè)裝置，有 變幅液壓缸和伸縮液 壓缸，以實現(xiàn)臂架的變 幅和伸縮。伸縮臂節(jié)數(shù) 依據(jù)高空作業(yè)車的最 大作業(yè)高度而異，由于 伸縮臂式舉升機構(gòu)可 獲得較大的作業(yè)高度 和變幅，因此，被廣泛 地用于各種高空作業(yè) 車上。但是，這種作業(yè) 車的越障能力差 曲臂式高空作業(yè)車能 懸伸作業(yè)、跨越一定的 障礙或在一處升降可 進行多點作業(yè)；平臺載 重量大，可供兩人或多 人同時作業(yè)并可搭載 一定的設(shè)備；升降平臺 移動性好，轉(zhuǎn)移場地方 便；外型美觀，適于室 內(nèi)外作業(yè)和存放。適用 于車站、碼頭、商場、 體育場館、小區(qū)物業(yè)、 廠礦車間等大范圍作 業(yè)。

12、伸縮臂式和較接式的 結(jié)合，充分結(jié)合了兩種 作業(yè)車的優(yōu)點，解決了 原有的作業(yè)車功能單 一的問題，既可以在室 內(nèi)進行維護作業(yè)又可 以在室外進行拆裝作 業(yè)，減少了工作車的數(shù) 量工作性能最好，但相 對來說最為復(fù)雜。 如表2.1說明所示，各類高空作業(yè)車各有優(yōu)缺點，剪切式作業(yè)車越障能力差、工作 范圍??；伸縮臂式作業(yè)車越障能力差；而混合臂式對染工作性能做好，但其結(jié)構(gòu)相對來 說最為復(fù)雜。因此，在性能與條件的權(quán)衡下，經(jīng)過討論，我們得到如下圖所示初步方案: 圖2.1.2機構(gòu)示意圖（初步方案） 2.2設(shè)計方案的確定 改進方案機構(gòu)簡圖如圖2.2.1所示 圖2.2.1結(jié)構(gòu)示意圖（改進方案）

13、 在此方案中所用機構(gòu)如表2.2所示： 表2.2所用機構(gòu) 再經(jīng)過一些細節(jié)上的改進后，得到最終設(shè)計方案，如下圖所示: 機構(gòu)運動簡 圖哈? 圖中所標注的為機 枸運動基本尺寸, 其他非必要尺寸如 齒輪尺寸未標注 液壓 利用液壓原 理，把液壓能 轉(zhuǎn)換為機械 能，為系統(tǒng)提 供動力 圖2.2.2最終設(shè)計方案（附錄有大圖） 3尺度綜合 3.1 機構(gòu)關(guān)鍵尺寸計算 我們的一些

14、尺寸由1:87的模型多次測量之后再經(jīng)過在網(wǎng)上的查詢得到， 然后利用機 械原理所學知識進行相關(guān)尺寸坐標的計算，如下所示： 圖3.1最終方案結(jié)構(gòu)示意圖 如圖3.1所示，設(shè)。點坐標為(Xo，y0),建立直角坐標系。以下將對各點靜止時 刻坐標進行分析: (1)求C點坐標：對于C點，設(shè)液壓缸1長度為I。,(可變)，COX 一則可 列出方程組 Xc Xo l oc cos 1 Vc yo locSin 1 (2)求B點坐標：同理，，對于B點，有 2 Xb XO 2 XC XB yB yc 2 yo 2 Vb IOB2 Ibc2 ，其中, Iob 80

15、1,Ibc 2180 1 Vd Vc Vd Vb (3) 求D點坐標：由幾何關(guān)系，可列出方程 Xd Xc Xd 2 Xb XD Xc yD yc 艮中 , 2 l 2 l CD (4) (5) (6) (8) (9) (10) . 2 Icd =4350 Xe Xd Ve yD 求E、F點坐標：由幾何關(guān)系 xF Xd Vf Ide =562, Idf =1310, l ef =994 求A坐標：設(shè)液壓缸2長度為lAE 知 Iaf =3090 求G坐標，求法同 Vg Vf Xg Xf XG XF Vg Va

16、 Xg Xa 2 yG Xe Xf Vd Vf Ve 2 DE 2 EF ,其中，已知 l DF Xa Xa Xf Va Xe Va 2 Vf 2 Ve 2 AF2,其中已 AE D,利用幾何關(guān)系，可列出方程組 2 Vf Igf2 ，其中, lGF =3700 Vi Vf 求I坐標：同上，有 XI XF Xg Xi yi Va Xi Xa 2 yG Vi 2 l IG 求H坐標：設(shè)液壓缸3的長度為Ihg （可變），則有 其中，Iih =870 ，其中, l ig =3000 求J坐標：設(shè)液壓缸4的長度

17、為Ijh （可變），則有 2 Xj Xi 2 Xj Xh 求K坐標: Vj Vj Vk 2 Vi Vh Vj Xk Xj Xh Vi Xi Vh Xh Xg llH 2 Vh 2 .2 yG l HG ljI2 2 ljH2 Vk Vi Xk Xi 2 Xk Xi Vk ，其中, Iji =3260 Vi ，其中 Iki =7260 2 KI

18、 4受力分析 (11) 求M坐標:設(shè)液壓缸5的長度為l MK (可變)，有 yM yK ? Ym yi Xm Xk Xm Xi 2 XM XK yM 1 2 Yk Imk2 1 2 Yl ,其中 1lm=1090 2 l LM yj Yk yj yi (12)求L坐標：同上，有 Xj Xk Xj Xi 2 Xm Xl Ym (13)求N坐標：設(shè)液壓缸6的長度為Imn由幾何關(guān)系，有 Xl Xn Yl Yn 1910 2 2 2 XM XN yM yN 1 MN 3.2 機構(gòu)關(guān)鍵

19、尺寸優(yōu)化 我們的機構(gòu)中大量使用了連桿和液壓系統(tǒng)，為保證正常工作，需要使各連桿機構(gòu)的 長度能做到既滿足實際使用需求又能互相高效率配合，避免不必要的互相影響，同時也 要考慮到液壓系統(tǒng)帶來的額外影響，綜合考慮之后對尺寸進行優(yōu)化處理。優(yōu)化的最終結(jié) 果如上文所示，在這里不再單獨進行解釋。 最終的尺寸是經(jīng)過多次修改確定下來的，確定與優(yōu)化都是在裝配時進行過多次修 改，詳見后文裝配環(huán)節(jié)，另外在有限元分析中也會出現(xiàn)各種干涉，對非必要干涉可以忽 略，但大部分要修正尺寸以滿足分析仿真要求，從而求出最優(yōu)解。 4.1機構(gòu)動態(tài)靜力描述 圖4.1 靜力受力圖 如上圖所示，由系統(tǒng)的靜力受力示意圖可知，各轉(zhuǎn)動副處有沿

20、連桿方向的力，液壓 系統(tǒng)提供沿其徑向的驅(qū)動力。下面將對工作時的情形為例進行靜力分析： Xl Xn yN yL 2 , 2 設(shè)L、N中點為O,則由上述所得數(shù)據(jù)，可知?！c坐標為 假設(shè)一個質(zhì)量為m （單位為KG的工作人員站在工作臺上，在液壓系統(tǒng)未工作時，可估 算出此時O點所受扭矩： 2 2 T G L mg Xo xo yo yo’ 另外還有各連桿、各液壓系統(tǒng)的重力及各處的摩擦力，具體見有限元分析，在此不再進行一一 描述。 4.2 機構(gòu)動態(tài)靜力變化曲線描述 我們在有限元章節(jié)中對各部分構(gòu)件的靜力學進行了詳細的研究， 機構(gòu)動態(tài)靜力變化 圖表具體見有限元分析。 5 機

21、構(gòu)建模 5.1 機構(gòu)運動簡圖及尺寸標注 機構(gòu)運動簡圖主要運用 Microsoft Visio2010 繪制， 生成 vsd 文件， 運用 Microsoft Visio2010 打開，具體屬性如下 繪制過程如下: 圖5.1.1運動簡圖文件屬性 1.新建工程，選擇部件和工程模板 Kgl另為 港打開 「0 -JM- ■J 信息 最近所用文件 新建 Yi—J ■ X— ?> 1 -3^ 4 "jr 幫助 國選瞋 同退出 管道利儀表設(shè)有普 * G主頁卜工程 TA

22、 圖5.1.2新建工程 2.選擇合適的繪圖工具，并繪制草繪簡圖 圖5.1.3草圖繪制 3.繪制尺寸及其尺寸數(shù)據(jù)的編輯，并添加文字說明 h - 1 4.1 ? 也向地演⑶ 圖5.1.4繪制、編輯尺寸并文字說明

23、 4.最終完成并保存 J I: 圖中所標注的為機 構(gòu)運動基本尺寸， 其他非必要尺寸如 尚輪尺寸未標注 機構(gòu)運動簡 圖… 圖5.1.5最終所得機構(gòu)運動簡圖 圖5.1.6保存機構(gòu)簡圖 5.2 機構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件建模過程 零件的三維建模主要是運用三維建模軟件 Solid Works繪制，由于零件比較多，主 要選取部分關(guān)鍵部件的零件進行介紹，另外也詳見經(jīng)典建模過程的繪制視頻一載物臺。 5.2.1 車架建模 使用SolidWorks進行車架建

24、模，首先進行整體的空間布置構(gòu)思，進行零件的繪制 步驟分析，然后繪制底盤草圖 .qam 息 MTfu 圖5.2.2拉伸 頓時5 Fe 時用. 7：,e : Ge Ml，”?*$：l 圖5.2.1繪制地盤草圖 繪制好草圖后進行凸臺拉伸操作o 添加車架其他特征，以配合輪胎使用，具體如下圖。首先選定好基準面，繪制拉伸草圖 貴 SOL ZD WORKS 文件回扁

25、蚩回視圖心瓶人團 TMCD 助選Wlew3他窗口出超 衿征 一一盤* (?: / 一 。W & - - ， XQ ◎ 華 口 弓］昌匿網(wǎng)實體 嬴雷"""釜電圖陣列 體（EI體引用 能^ "" F-工國口 ’」 - - &移動實體 顯丁明. 除幾…T 三回 蛤IE嚕卜亍丙 , I/ 隰鹿聯(lián)2 面認工■默認,宙水狀志工可 …畫歷史記錄 …回傳鱷告 國㈤注解 ?=材函 / 主指定〉 小前照住面 0上f恒勝面 - A右視基準固 h1+原點 + ?顯凸臺-拉伸1 中，覆凸占-拉伸2 :??題赤間］ I，-眸凄同2 %通拒受7 由■圾凸告力伸，

26、:…總黑曰—1匚 | 口 iniXpeit | /15^ZL具 圖5.2.4編輯拉伸特征數(shù)據(jù) 圖5.2.3繪制拉伸草圖 編輯拉伸特征數(shù)據(jù) i ~ / *曲 通■帖?邸-3 □

27、5MM Q也 ，?聲曰1?小亞|襄?解皿國 圖 5.2.6添加其他特征并底部抽殼 就國叵 * dwi 華辛: 蘭舉二 2名事蠢 那， H J11七7.中 9 L 1$&._??:■.:.. ■ - r *j;:「；iLJ:i? ; phi-!」1，：>:■:_ :: :;"! 圖5.2.5鏡像編輯 然后繼續(xù)添加其他特征，進行底部抽殼工作，如下圖所示: U 7 -TE Olffljtpfft | BjlTH SOLtO^ORKS 因尸 卜,忌媒之敘認u U黑認』品， 繪

28、制耳朵特征編輯，并鏡像，如下圖 阮I(lǐng)片豆口 L 1 iS 二⑤感迪里酒」調(diào)= ……劇加打——u.fi.u 圖5.2.8添加車架車座配合部位特征 圖5.2.7繪制耳朵特性并鏡像 添加車架與車座的配合部位的特征，如下圖 哀 V隼后軍 王127-E55忡 意酒國打出0鼓工Q哩虺皆na四四跑 繪制拉伸切除特征以配合輪胎，如下圖所示 □ lMILXp#lt SOi.JDZi QF^「4號 斤日 H「也 ; -I 1 r.ft2 . n 期 qMF - r t 也@LAJ卷儂0Las唱wffig無聃物顯屆聃. 圖5.2.10最終繪制效果

29、 圖5.2.9繪制拉伸切除特征以配合輪胎 最終繪制效果如下圖所示 鼻型」富以一廿 ?典卻 ［三TTfi *雪82卜 《上玨” 7pMiK ■金"受2 -如M 事總 爾 毛丁 S&E登七 白=出事 目■也事 里KFT m *IF 肅Fl” 辿—二■ 上一寸 5.2.2車座建模 首先繪制整體的拉伸特征供后面進行切除特征，如下圖所示 圖5.2.11繪制整體的拉伸特征 然后進行拉伸切除特征編輯并進行圓角特征編輯，如下圖所示 圖5.2.12 拉伸切除特征并編輯圓角 進行拉伸切除特征編輯，做出可供支撐架運動的空間，如下圖所示:

30、 圖5.2.14 車底部抽殼并切除不必要的部分 科古［DimXpert | 洛中工與 SOLICWCWKSWt | ?丘石!（：-三品 憶麻？睡 1K注解 13 15幣5 > ??0臺五語 ,?電二可至皿 ?電3H 二L臺 i 舊 j= I?t1 色日如: -口酒應(yīng)城： ■同埒密立質(zhì)5 史 I-. 埼11 三醫(yī) ，秘匹髓.|、漫交E民 圖5.2.13 拉伸切除特征編輯 進行車底部抽殼工作，并且切除不必要的部分，如下圖所示 尊臣

31、1度I T^l 由 TT $諄警以幫4五三枚志1邛 |；囪歷主正衰 .山帕？ M 也國哥 才三打d一小』 .0Ek逗隹工 卷t上啦也黑■ ：0臺期筋，可 i- L夙痛 ii施號?亡阿 a嗯1g-耳性1 f- - I：噸陪-加上3 : 曲面曲三件5 I：回隆由他 &?喧 tute-m和 l| W =ii*l] 然后進行倒圓角編輯，如下圖所示 圖5.2.16最終效果 *E 標一| 口eye 缸[^ ]35im .，乖? 三X | 儂』皿足暗0陋061!足用『射 7 .二-』&&)的國a w_rassaefte 1 Ft I I f i !4

32、i-11. A Ju- —ruI i I H s-1.1一好 I 好 I 艷 " m I" A，5i, 1- 一精北 圖 5.2.15 進行倒圓角編輯 京 MN8mhe iSlL- 二0工5時溫二型 牝如 DpnApert ■ a I 最終效果如下圖 尊 南岸（Ht—■冊跳市1- -毛虺總* -3.特信■ ，⑷+H 桂<7k 三可五， 飆友?.白t金耳 溫!Mm：rsi 魯石叫R -L手不 喃小片-fi*Q 面用#位-L 電工

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34、壓缸組件如下圖所示： 圖5.2.19液壓缸組件 圖5.2.20液壓缸組件 氣缸配合小部件如下: 圖5.2.21氣缸配合小部件 載物臺建模如下圖所示:

35、 圖5.2.23支撐架部件1 圖5.2.22載物臺建模 支撐架部件1如下圖所示: 支撐架部件2如下圖所示: 圖5.2.25支撐架部件3 「.JJI“E=八出把3一} qsK./ul) 0 r: . — iI Li InIf 1 4&IATI LTI Lll^ r ，通Iff * 三M *?*亙建“ n3M 產(chǎn)工反ts &f_s--ecs 麻肆 6

36、6 !fi*l 與力包0 圖5.2.24支撐架部件2 支撐架部件3如下圖所示: 支撐架小部件1如下圖所示: 圖5.2.27小部件2 圖5.2.26小部件1 支撐架小部件2如下圖所示: 士蚱F] 通曝El IPEXI 凡Q 工 1Hlm ztwiewg *DrvMi 總通網(wǎng) 》 0 0Ge 0 貴fOL叵"？即苒 小憶 55 口.工^~~| P1M加總[苴軍工口 事I&I惶I 3 產(chǎn) I T -一一1 務(wù)|定科5架上ifeg ■:皿IE ]

37、 E三比之初 :皿。3 i，Lj- -tis. i= fs ■.去指定x &仃蟲后生到 &上皿=也=1 ，小七福◎總J L百點 T0配合后伸之 值金1 *。g 福 *1 . 輪胎建模如下圖所示: 圖5.2.29標準零彳^建模1 5.2.28輪胎 5.2.4標準零件建模如下： 插入tool零件庫： 信件 茬世播伸 SSf

38、J 上次加成 盯同 CircuutWdriiS ZHtW電內(nèi)口「時 日 SOUDWCFtKS IPremiLillli 陸桂 。第俗餐<符起①皆祿口 LJUI/— — 閉門回回LILIILJn 5CUDViirCRKS 匚祈 2 nWO RKS M M io巧 SOLrDWCPKg [Rigutmq StOUDWORKS Sinulotion SOLLDl\CRKS la IBs SCUD WORKS TotI&om Browser 5LiCWhKS Ufrlm^S 5CUDWOWS Wtjirwor&tip TOM 2015 roi Analyst n M

39、JLIDWCRKS wn □畫回口閉閉一 a ;導(dǎo) 。 ii9 F的 Design Libras U rauting ,—* 1- --jlj pipngi Fcclbcnr 戰(zhàn)十焊 J _

40、嗝汽 十字酗六盧晶1獴度Ge/T29L2-19W F延”理 GB/ra2.Z-19SB 圖5.2.31標準零彳^建模3 圖5.2.30標準零彳^建模2 設(shè)定參數(shù)完成標準件的建模: 5.3機構(gòu)總體裝配過程 5.3.1 裝配過程 本次裝配主要運用的 SolidWorks中的裝配體命令，在前面的步驟中我們已經(jīng)繪制 好了單一的零件，然后理清好零部件之間的配合關(guān)系，然

41、后進行總成裝配，具體裝配過 程如下。 新建裝配體文件： 圖5.3.1新建裝配體文件 選擇插入零部件，選擇之前完成的建模零件，并調(diào)整好視圖方向后插入: 5 X 3 5.3.2選擇插入零部件 選擇配合類型，添加相應(yīng)約束，如下圖所示 1垂直科 )ism @司通心*“ m io 30g穿 0 mno J,[ 11 預(yù)誕：i|X L

42、 圖5.3.4添加相應(yīng)約束 選擇好配合類型: 圖5.3.5添加相應(yīng)配合 完成總成裝配圖，調(diào)整視圖，為下步渲染做準備: 圖5.3.7 插入photoview 插件 O 圖5.3.6總裝配圖 插入photoview插件，選擇合適的材料并添加顏色 上次打蓑

43、時間 日 SCUDWCRK5 IPremiLim S# CircurtWarts PtotoV €W 360 trieikei SOLDWORKS Motion &OLLDWCRKS Routing SOLlDWCRKS Si inulotion 50 LZOWCRK? Toolbox 5OUDWGRK5 utimes R SGUDWCRCS 1?熊 n囹口匚回|7]【 Autotra:e SOLIDWORKS Eoip”。 SOLIDWOFKS Electrical SOLIDWORKS Fl^ Smulrtion 3C15 SOLIDWCratSfarurr

44、 SOLIDWCRKS ]n 5 pert ion H口口nnrjrl L M71 外亂布曷和貼圉 苣蛆 J Gl箴包圉象 me 要求肓拳者i -選取要應(yīng)用外班的y. ■e:卦！.平；3手3,>:」：！尹B-.… u 1 a 4r 默認作猊募色 圖5.3.8選擇合適的材料并添加顏色 插入光源和相機，并調(diào)整。 0汴1 丁?菖 ■= -：. 產(chǎn)**1* F HEftfl 仍 ■E5右 T*WU 近?3 史1啟*U -足>優(yōu)

45、RM值 京 TH*Md MMa?卡 ■<:>* ，■』■■ 11二1 ■■ M M里2E .盧.出.鼻 叮. ■廿|, hiwi - W ＞「＞.一＞小~.穌 * -| /》 txfOfjpci ■tzltiMi Wl 1J1 H Q S!=fcW***l 31 ■i j e f e ■ e J d j三包r?DC就?孑餐日 . b - I l ?

46、 圖5.3.9插入光源和相機 n 1** >^ 卬1 * 品一二上1二一 圖5.3.10 調(diào)整 7 .編輯外觀結(jié)束后預(yù)覽裝配體 輛描外宜贏溪汴普希編畝昭 觀 觀 觀 景 圉 霓 的 整合預(yù)預(yù)覽窗最締宣選文桂意i 3回上 克 口染 染 次渲染 圖5.3.11預(yù)覽裝配體 8 .完成渲染過程 Aim； j :：I SOJOW 刪：財」I 聞’： ㈤%皿.色. HI .庵-J湛1*，案竄 同等 l*J -"uMMlMtl

47、O* “等T清序營33 - - Ilf鼎.P曰三Ml T*虞X li 0 □ 0 一■ A 〔」33 *1* rJt ?唏國落后旬才加班一 廠同H %Bo2薛小仁上 國《 郭豪富?，?斷入… -節(jié)-冕宏2工才>/必工上 A -…工?”47做44，上 ：|略「-［」號勺.的(B認?d …礴(-］$fKz^g-5-cl> 圣 ■V 二產(chǎn)三二二-入n、 川：-豆昭電匚1二〔■*1 m Q「碇署瞳桿式… hi /『1皿哲九1*甫汕0 由鼎-：說〒支由Sr 』& -|，>3*twH= |黑苗」, hi%(-)SEE3OT*

48、 片庵［T港總支排5sBFRTv】 圖5.3.14渲染3 5.3.2創(chuàng)建爆炸視圖 在裝配完成的配合體重創(chuàng)建爆炸視圖 蟲Ia陽嗎 :麗冰3 匚基cw白錄*整手郃件 最終完成爆炸視圖 自主設(shè)計爆炸方向并逐一爆炸 圖5.3.15創(chuàng)建爆炸視圖 圖5.3.16完成爆炸視圖  項目號 零件號 說明 數(shù)量 1 扇Wg架1 1 2 液壓支撐架2 3 3 液壓支

49、撐架3 3 4 支撐架2 : 1 5 小部件 4 6 支撐框架1 1 7 1 8 扇1 B 2 1 9 底板2 1 10 輪胎2 4 11 液壓支撐架5 1 12 支撐框架2 1 13 支撐架3 1 14 支撐架伸縮桿 1 15 載物臺2 1 16 液壓支撐架4 1 17 液壓支撐架1 1 18 支撐架 1 19 液壓支撐5SLDPRT 1 表5.3.16爆炸零件視圖 I國 I點擊第一個動畫向?qū)О粹o選擇爆炸動畫，電腦自動創(chuàng)

50、建成 創(chuàng)建爆炸動畫，點擊 功。  I尚⑥什陷圜I 圖5.3.17創(chuàng)建爆炸動畫 調(diào)整視向和相機，自主設(shè)計選擇視頻方向，以便直觀的展示裝配體的裝配過程。 *三電baorha （默認默認_^手狀態(tài)- 三 I 視向及廁視目 Photo View 360 光源 田處SOLTDWORKS光源 1|?。?）底板2w工生[默。蘭默 +1遑 卜）輪胎ZmIn〔熟認.■默認: ; 曝 H $E2<2> CK認”默認: TI險 2 的西2e （默認.勒認: “哺（-）蛇胎”4n （默認”默認二 氤嘔（-]E20 Ott認父m默認」 圖5.3.18調(diào)整視向和相機 調(diào)整視頻幀數(shù)和高寬比例并

51、保存文件。具體文件見附件 圖5.3.19調(diào)整視頻幀數(shù)和高寬比例并保存文件 6機構(gòu)仿真 在完成建模以及裝配后，我們選用了兩種軟件進行仿真分析， adams軟件側(cè)重于機 構(gòu)運動簡圖的運動學分析，能夠得出相對比較理想的數(shù)據(jù)處理結(jié)果,SolidWorks軟件中 的motion分析插件能夠綜合模型得出運動學和動力學仿真分析結(jié)果。我們分工合作， 趙延壘負責SolidWorks的仿真分析，林嚴負責adams軟件的學習和分析，金瀟負責尺 寸數(shù)據(jù)的整合和分析，并盡可能的提出改進方案。 6.1 SolidWorks 機構(gòu)仿真 6.1.1 機構(gòu)仿真配置 運用SolidWorks軟件分析首

52、先要插入 motion分析插件，具體方法類比tool和 photoview插件的插入方法，然后選擇新建運動算例，左下角選擇 motion分析。 Motion 分析 Motion分折 圖 6.1.1 motion 分析 6.1.2 機構(gòu)仿真過程描述 首先對我們所完成的裝配體進行了干涉檢查，共發(fā)現(xiàn) 5處干涉，其中有兩初位置我 們對零件進行了小細節(jié)的修正，另外三處并影響裝配體的仿真結(jié)果，對其進行了忽略 闌干涉檢查 9 X 所選等部件 究 總De51DA5 M ［計算（G ］ 口雄除的重部性 等 結(jié)果（同 總 旺盛干沙1 ?74,38nlM7 |翻千涉2 .熱窕mmy &［闡

53、 干涉3 -I二7nlm八3 19忽略的干涉 忽略「 O竟制鍬圖［3 圖6.1.2干涉檢查圖 然后我們在載人臺添加了力，考慮到工程工作需要，我們選擇了兩個成年人的體重 為標準，設(shè)定了載人重量的受力函數(shù)。 代方/滕 / X * 圖6.1.3仿真圖1 在液壓缸部位添加工作線性馬達，進行仿真處理 國電 T X * ，30-1丸「熱A_5急 一 。駟質(zhì)國禮癖 圖6.1.4仿真圖2 在后面的仿真分析中我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果偏離太大，由于我們所學的液壓缸的運動規(guī)律方 程受限，對工作的馬達位置進行了修正，在懸臂梁處添加了旋轉(zhuǎn)馬達進行仿真，這樣就 忽略了液壓缸運動的先后順序?qū)φ麄€

54、仿真結(jié)果的影響， 為了補償其實際過程中產(chǎn)生的誤 差故在其馬達位置添加了阻尼 *馬達 5上凈t 一品 圖6.1.5改進后的馬達仿真圖 / X 更賽送項（UI-. 圖6.1.6改進后的阻尼添加圖 總共添加了五個旋轉(zhuǎn)馬達，一個重力，五個阻尼, 如下圖所示 圖6.1.7仿真設(shè)置示意圖 由于液壓缸的運動速度需要四個精確控制， 我們編寫了旋轉(zhuǎn)馬達的相應(yīng)運動方程以 滿足高空作業(yè)車的整車運動規(guī)律要求，具體的運動規(guī)律如下圖所示 =3AH; |盯旬由i ? 必黑 圖6.1.8旋轉(zhuǎn)馬達1運動規(guī)律

55、 圖6.1.9旋轉(zhuǎn)馬達2.3.4.運動規(guī)律 圖6.1.10旋轉(zhuǎn)馬達5運動規(guī)律 設(shè)置完成后添加實體接觸，防止裝配體各零件鍵產(chǎn)生交叉，一般選擇實體接觸，如 下圖所示。 圖6.1.11接觸按鈕圖 圖6.1.12接觸設(shè)置圖 添加引力參數(shù)設(shè)置，如下圖所示。 Y ⑥T f 一――― , 治

56、算制考加弓力, 翩甘、睨金叵|嗎I趨|好取。 |8W , |109 |12 ( 圖6.1.13引力按鈕設(shè)置圖 圖6.1.14引力參數(shù)設(shè)置圖 設(shè)置完成后，點擊計算，完成 motion分析的運動仿真過程，時間較長，中間盡量不 要中斷，有錯誤在計算完成之后進行更改。 - wjjcwjac , 一 | ；咽傳神計宜— ：由??因注斛 計算運前萼倒， I由也J實體⑵ ]/ ，L ? ， Motion 分析▼ | 圖 l> A 圖6.1.15計算按鈕圖 最終生成下圖所示的六秒的運動仿真動畫， 由于時間較短，我設(shè)置了 0.1倍速播放, 并生成了仿真動畫視頻，具體見附件。 1對

57、口tlun為析 ▼ | 起用〉 同 宣1遍障火電 * (3%總0.典口就認顯示狀超1>： 機向及槍譏雙圖 + - Jl PhotoVieiA 363 無源 if ??-四]SOUDWORK%g 司達” 頷財^達冊 S蛔馬達的 尊赳馬達加 |■?微3馬達n 下昌紿4馬達25 二…鼠實體接鞋?5 圖6.1.16仿真動畫圖 6.1.3仿真參數(shù)測量及分析 (1)載物臺運動參數(shù)分析 ① 高空作業(yè)車最重要的是保證作業(yè)人員的安全， 所以我們首先對整體進行了仿真分 析，設(shè)置參數(shù)為載物臺的跟蹤路徑，具體如下圖所示 圖6.1.17跟蹤路徑圖 由圖中可以看出，作業(yè)車的上

58、升和下落軌跡為同一條曲線，基本符合實際情況， 說明配合關(guān)系和接觸的設(shè)置是正確的。 ② 我們對載物臺的質(zhì)量中心進行了仿真分析，分別得到了 x分量、y分量、z分量 的數(shù)據(jù)曲線圖。 95 Y -- E &-版 圖6.1.18載物臺質(zhì)量中心x分量 一南婦々蒜聯(lián) 時司 圖6.1.19載物臺質(zhì)量中心y分量 1.26 1 舶 2,E2 11S 爐白 4# 時間l>H I 圖6.1.24載物臺線性位移z分量 圖6.1.20載物臺質(zhì)量中心z分量 由圖像可以看出，載物臺的質(zhì)量中心在三個方向上的運動規(guī)律都類似于三角函數(shù) 曲線，符合人機工程學要求。 ③ 載物臺的線性

59、位移類似于質(zhì)量中心位移，由于圖像類似我們只選取了 y分量的位 移數(shù)據(jù)進行研究。  由圖像可以看出，載物臺的位移為一條圓滑的曲線，可以保證工程車上工作人員 的安全，不會產(chǎn)生危險，說明所設(shè)計的高空作業(yè)車符合人機工程學和安全性能的 要求。 ④ 對載物臺的線性速度進行了仿真分析，得出以下數(shù)據(jù)圖表。 依煙占生心速皮⑶量型 k* 由圖表可以看出，初始速度為0,隨著時間的上升速度逐漸升快，然后再下降，符 合作業(yè)過程中初始速度慢，中間速度可以加快以便節(jié)約時間，接近工作高度時候速度下 降的實際要求。說明我們所設(shè)計的高空作業(yè)車滿足工程作業(yè)的要求。 ⑤ 我們對載物臺的線

60、性加速度進行了數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如下。 FIBS宅F(xiàn)福用后 L&3 244 3.K M.ffi 4.77 時回 4.3 5.4fl 包加 圖6.1.25載物臺線性加速度x分量 由于三個方向的加速度基本一致，我們之、只對載物臺線性加速度的 x分量進行分 析。 由圖像可以看出在6s之前的加速度基本為平滑曲線，在中間是由于從最高處開始 下降，加速度有個突變，而在圖中紅線以后加速度呈現(xiàn)無規(guī)律跳動，主要是由于我們只 設(shè)置了 6s的馬達運動規(guī)律，6s后馬達停止，加速度突變，而且此時載物臺處于最低處, 此處的圖像為偶然誤差，主要是由于未設(shè)置載物臺與地面的實體接觸（地面為默

61、認的原 點與xy軸所在平面，地面不是實體模型，無法設(shè)置）所產(chǎn)生的，可以忽略，總體看加 速度符合高空作業(yè)車的作業(yè)規(guī)律，說明模型主體功能設(shè)計成功，但此處的跳動誤差應(yīng)該 設(shè)置避免掉，下次考慮把地面設(shè)置成平面模型，從而添加實體接觸。 ⑥ 載物臺角速度曲線類似于載物臺的線速度曲線，在次不加贅述  ⑦ 載物臺相對于車底盤的俯仰角度，如下圖所示 圖6.1.27俯仰角度圖 由圖像可以看出，載物臺的俯仰角度呈現(xiàn)正選規(guī)律，總體符合設(shè)計要求 ⑧載物臺動力學分析 圖6.1.28反作用力圖 圖6.1.29反力矩圖 由圖像可以看出載物臺與其配合的支撐臂 3氣缸間的反作用力和飯力矩初始狀態(tài)很 低，

62、可規(guī)定為零值，在極限位置（即最高處）時所受到的力和力矩都為最大值，滿足實 際作業(yè)要求。 （2）支撐架運動參數(shù)分析（以靠近車架的支臂梁為例） 支撐架運動參數(shù)在所設(shè)計的高空作業(yè)車中占有很大比重， 所以我們選擇了第一個支 臂梁作為我們的研究對象，具體過程如下。 ① 我們首先對支臂梁的線性位移進行了數(shù)據(jù)分析，得到了線性位移 x分量、y分量、z 分量的數(shù)據(jù)圖表。 0.00 0.61 1.22 I 2 M 305 365 42， 4Bfl 口指］(xu 圖6.1.30線性位移圖1 T給 J 44 3的 a部 4 27 E中間neo 4.船 Z3仃104 rE1)

63、曷^名川一客 >■ ID 圖6.1.31線性位移圖2 圖6.1.32線性位移圖3 通過以上的圖表可以看出，支臂梁的線性位移呈現(xiàn)三角函數(shù)曲線關(guān)系，基本符合高 空作業(yè)車的工程實際要求，另外在運動過程中，我們設(shè)定的是 xyz三個方向同時運動以 滿足實際作業(yè)要求，有x分量的位移曲線可以看出，當高空作業(yè)車上升到最高處時， x 分量位移瞬時不變，以滿足加速度突變的過程，從而減低危險性，符合人機工程學的系 統(tǒng)要求。 ②支臂梁線性速度分析 -u35/lmJ】lrlL 他儀 時汨i” ? 圖6.1.33速度圖1 圖6.1.34速度圖2 克m密曲速度聲星 圖6.1.

64、35速度圖3 由上圖三個方向上的線性速度曲線可以看出，支撐臂的速度近似為三角函數(shù)曲線， 滿足啟動時速度較低。在途中運動是速度加快，在接近臨界位置時速度為 0,然而支撐 臂的運動曲線和載物臺的運動曲線有所差距，比較兩者的圖像我們得出結(jié)論，整體的運 動不僅僅是部分運動的集合，還是不同組件運動參數(shù)的交匯綜合。在支撐架運動參數(shù)的 結(jié)果中可以看出，還是有小部分的誤差，雖然不影響整體的運動參數(shù)，但不容忽視。 ③支臂梁線性加速度分析 圖6.1.36加速度圖 在分析線性加速度時，我們可以發(fā)現(xiàn)總體的線性加速度類似于線性直線，但紅線之 后依舊出現(xiàn)了不規(guī)則的抖動，此處的無規(guī)律跳動類似于載物臺的線

65、性加速度的后期跳 動。在之前的分析中，我們可以發(fā)現(xiàn)，在 6s之后的跳動主要原因還是由于 6s時五個馬 達停止，加速度出現(xiàn)突變，而此時的作業(yè)車載物臺處于最低位置， 6s后由于慣性，載物 臺會沖向地面，沒有在地面位置與載物臺添加實體約束，從而導(dǎo)致無規(guī)律的跳動，但此 時的線性速度沒有出現(xiàn)跳動，位移也沒有異?，F(xiàn)象，從而對實際的不會產(chǎn)生影響，并且 在實際的作業(yè)過程中，馬達被氣缸所代替，不會產(chǎn)生如圖所示的加速度抖動，安全性能 從而得到保障。 ④ 支臂梁的角位移角速度和角加速度分析。 支一秣金學增量 yf ia" J m空四e 聿的 5*9 a 10 DO O.ei 122 1S3 3.05

66、3 08 I寸同(MO) 圖6.1.37角位移圖1 S B Q G 營需當由p;使用 圖6.1.38角位移圖2  圖6.1.39角位移圖3 由圖像可以看出，支撐臂的位移曲線類似于線性位移曲線，而角速度與載物臺的角 速度圖像類似，角加速度與載物臺的線性加速度曲線類似，說明整體的運動與部分的運 動有著共通的關(guān)系，再次不加贅述。 ⑤支撐臂的俯仰角度。 冬 爾 初 s owns 圖6.1.40俯仰角度圖 由圖像可以看出，支撐臂的俯仰角度呈現(xiàn)正旋變化，但有圖像縱坐標的數(shù)字為負值 可以看出初始設(shè)置的零點出現(xiàn)問題，在以后的工作中要盡量避免。圖像總體上呈現(xiàn)出的 規(guī)律性證明我們設(shè)計的高空作業(yè)車的支臂梁運動符合實際，證明裝配和設(shè)計的正確。 ⑥支撐臂動力學分析 6.1.41 反作用力圖 圖 6.1.42 反力矩圖 由圖像可以看出，受力曲線類似于載物臺但斜率比其高，這是因為載物臺上需要載 人，不能有太高的斜率，而支撐臂斜率較大，但由于主要起著