随车起重运输车建模与仿真研究毕业设计

河北工业大学城市学院毕业设计说明书(论文) 专 业： 车辆工程 题 目： 随车起重运输车建模与仿真研究 随车起重运输车建模与仿真研究摘要： 随车起重运输车是一种利用液压元件的举升及伸缩来完成货物的升降、回转、吊运的专用汽车，广泛应用于交通运输、电力抢修、土木工程等行业。因此，随车起重运输车具有广阔的发展前景和应用价值。首先，对随车起重运输车的车架、货箱、起重节臂等主要部件进行了建模研究；其次，将其整车模型导入ADAMS中，完成了基本运动副和驱动的添加；再者，根据设计的实际运动的先后顺序对各个运动部分进行时间函数编程；最后，分别测量了关键部位的力、速度、加速度等设计参数的变化曲线。仿真结果表明，各项参数满足设计要求。关键词： 随车起重运输车 建模 仿真毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日河北工业大学城市学院2012届本科毕业设计说明书（论文）教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日毕业设计（论文）中文摘要III河北工业大学城市学院2012届本科毕业设计说明书（论文）毕业设计（论文）外文摘要Title The Modeling and Simulation Research of Lorry Loading CraneAbstractThe lorry loading crane is a kind of special purpose vehicle which is used hydraulic elements lifting and stretching to complete promotion, demotion, rotation and lifting of goods. It is widely used in the field of logistic,electrical repairing and construction engineering. And it has a broad development prospects and highly value of using.Firstly, The main components of the vehicle loading crane chassis, containers, lifting arm are modeled . Secondly , put the vehicle model into ADAMS .Thirdly , according to the order of the actual movement function the time programming the various moving parts .Finally, respective to measure the curve of the key parts of the force, velocity, acceleration, and other design parameters. The simulation results show that the parameters to meet design requirements.Keywords： lorry loading crane modeling simulation57河北工业大学城市学院2012届本科毕业设计说明书（论文）目 次1 引言111 课题的学术背景112 国内外研究现状和发展趋势413本课题的研究意义和主要内容72 随车起重运输车结构及工作原理82.1 随车起重运输车结构和分类82.2 随车起重运输车工作原理103 基于UG的整车模型建立103.1建模软件UG简介103.2 整车模型建立163.3 基于整车的模型装配213.4 整车模型的导出254 基于ADAMS的运动仿真264.1仿真软件ADAMS简介264.2 ADAMS软件模块简介334.3 整车模型仿真分析过程384.4 整车仿真结果分析42结 论49参 考 文 献50河北工业大学城市学院2012届本科毕业设计说明书（论文）1 引言随车起重运输车，指安装在汽车底盘或者车架上,在一定工作半径和工作高度范围内完成垂直吊起和水平搬运重物的多动作起重专用汽车，又称随车吊，属于搬运机械，它通过液压举升及电机驱动水平转动来实现货物的升降、回转、吊运的特种车，可以完成对货物的自装卸任务【1】。通常将其加载在货运汽车上并广泛应用于交通运输、电力、土木建筑等行业，特别是工业搬运行业和气体运输行业发挥了其无可替代的作用【1】【2】。11 课题的学术背景专用汽车（special purpose motor vehicle），顾名思义是指那些装有专用设备，这里所提到的专用设备是指那些为了完成预定的特种作业，诸如吊运、园林修剪、电力抢险、工程维修等作业，而在汽车底盘等位置特殊安装专用设备，比如专用车厢、专用货灌等专用装备，去完成预定的特殊任务的汽车。随着社会分工的详细，和经济社会的快速发展，专用汽车也得到了飞速的发展，其的种类和数量都大大增多。经常使用的专用汽车有400余种，在工业水平发达的国家和地区其种类可达到数千种。为了大规模生产和设计，可以将平时使用的公路运货汽车进行一定的结构改装，加载一些特殊的装备，比如货箱，安全架，运输罐等，就可以达到专用车的目的。其中，根据运输的车厢的形式，可以简单的分类如下，罐式、箱式、自卸式、格栅式和架式等型式；又根据运输的性质和运输货物的物理状态分为液态灌装、气态灌装和散装粉状或颗粒状固态等货物；根据运输的特殊条件，分为保温、保鲜、冷冻、易燃、剧毒冷藏等【3】。同时，在轿车需求大的国家中，在高速公路上常常能见到运往各地汽车4S店的大型运输轿车的双层架式车厢。在我国，较为常见的专用车包括如垃圾车、环境保护监测车、水泥搅拌车、清扫车、汽车起重机、警车、消防车、飞机牵引车、加油车、充电车、救护车、图书车、电视转播车、邮政电讯车等。 目前，虽然专用汽车在国民经济中的作用越来越突出，地位也越来越高，但是针对“专用汽车”术语世界各国还没有统一的标准和规定，对其理解和解释也不尽相同。其中在美国和英国的汽车材料中所定义的特种汽车（Special Type of Vehicle），它包含着客车、平头货车、市政送货车、三轮、大轮货车、柴油货车等，也有称为专用汽车（Special Type of Vehicle），在应用的场合主要包括机场、特殊公路等；在汽车水平发达的日本，根据其自己的工业标准，把在汽车上装有专用设备，完成专门工作，诸如泄运、消防、建筑、环卫、农耕等的汽车称为专用汽车【4】。我国根据本国的工业结构和产业特色对“专用汽车”进行了自己的标准定义，并规范于ZBT50004-89中，定义如下：“装配有专用设备，具备有专用功能，承担有特殊任务的汽车或者汽车列车” 【5】。在ZBT50004-89标准中，我们较为常见和易于理解的专用车包括仓栅汽车、厢式汽车、专用自卸汽车、罐式汽车、超重举升汽车和特种结构汽车。其中厢式汽车是和其他没有太多关联的，相对独立的；超重举升汽车，它的结构多种多样，起重汽车根据货箱的不同形式可以分为仓笼式、栅栏式车厢，根据运输的货物的性质不同可以分为一般货物，特种危险货物；所谓特种结构汽车，其结构特殊化是其中一个显著的特点，平板结构、桁架形结构使其最著名的结构；罐式汽车顾名思义装有特殊用途的灌，同时配有工作油缸完成液压的举升容器，可以用于运输液体、气体等特殊用途和特殊作业的专用汽车；对于仓栅汽车，其车厢和驾驶室是连城一体的，并不是相对独立的，和厢式汽车有着很大的区别，同时装备有专用设备，用于载运货物或用于专门作业的专用汽车；专用自卸汽，所具有的独特特点是自身有自驱动系统，靠其完成液压作业，可以是车厢向下倾斜一定角度，便于货物依靠自重从而自行卸下的专用汽车【6】。国民经济的发展依靠重工业，重工业的发展依靠汽车行业，因此汽车工业发展的快慢程度决定了整个经济社会的发展程度，而其中重中之重是而表现在汽车使用和市场流通等多个中间环节，能否大规模、高效率的利用汽车，利用专用汽车就变的极其重要。能源危机的加深，行业分工的精细，使得社会对汽车的运输效率和燃油经济性，以及各种性能的要求也逐渐增高，因此使汽车运输工具向专用化发展成为必然趋势【7】。经济全球化，区域一体化，带动的的世界各个国家和地区的分工也越来越细，其专用汽车(包括各种改装车)在汽车工业中都占有举足轻重的地位。从保有量来看，各国对专用汽车的占有量逐年增加，同时生产厂家在专用汽车的研发、生产和销售环节也大大资金投入，这不仅对实现专业化运输和作业方面做了极大的贡献，而且有利于整个行业大幅度地提高运输效率、降低运输成本、缩短开发周期、扩大专用汽车的应用领域等方面都带来了深远的影响【8】。 首先，随车起重运输车的投入使用，结合了普通运输的运输功能和起重吊车的吊运功能，虽然是仅仅是二者的有机结合，但是恰恰能体现功能的互补，和资源的有效利用，同时伴随着提高了运输效率，在人力方面也大大减少，自然和方面的成本得到了有效扼控制和削减。据统计，一台载货量为5吨的集合运输车与同吨位单独载货汽车相比，燃油消耗减少25%，整车损耗减少10%，缩短工时15%，综合评定效率减少 30%【7】【8】。其次，在减少汽车运输途中的故障、天气因素、安全性方面专用汽车有着显著优势。在日常的运输过程中，往往会遇到些特殊的货物，比如易燃、易爆、易碎等方面的货物，或者剧毒、腐蚀性等对运输 有着特殊要求的，这时为了满足预期的目的，需要装配有其专用容器、装备、敏感震等装置的专用汽车进行运输传送。粮食危机已经持续危机了整个地球，在这样一个运输发达的条件下，能否合格、高质量、无浪费同时又能最大限度的保鲜的完成任务成为了全世界人民关注的焦点，在这种情况下，专用汽车变发挥了它无可替代的作用【9】。同时发展专用汽车可以扩大汽车生产线，合并成产条件，共用动力总成等多方面的节约优势。近些年来，我国专用车生产和销售势头迅猛，同时专用车产品品种日益丰富，具有无限的升值潜力。今后一段时间专用汽车产品主要发展方向是重点优化产业结构，保持品牌化的同时大力发展自主技术，力争保持同行业领先地位。同时加大国际技术交流和人才交流，争取掌握底盘制造技术，同时加大和完善GPS定位、集成技术、安全监控及半挂汽车设计应用【10】。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们不仅仅在性能上对特种汽车有了要求，同时还在追求驾驶时的感受。在这种背景下，许多专用车生产厂家开始向这方面转型，开始注重汽车的外观，包括尺寸的合适与否；乘坐和驾驶的舒适性，是否因为货运质量的不均匀而带来过多的颠簸；在内饰方面，设计的也不像往常那么僵硬灰暗，色调以暖色为主，凸显人性化、个性化服务，同时加大科技化、运动化的设计理念。此外随着汽车保有量的增加，环境污染和能源匮乏的问题日益严峻，针对各国家排放标准要求越来越严格，汽车厂家为了满足消费者对专燃油经济性指标的关注，逐渐加大开发节能专用车。这方面，一些国内专用车主要生产厂家广泛采用先合资后引进的战略，积极研制新型发动机，高性能发动机，无时无刻把环保放在首位。从所有的扼趋势和经济社会的发展可以看出专用车生产逐步趋向于专业化、技术化，即在功能、结构、外观上提出了更高，更严格，更科学化，更人性化的的设计方向【10】【11】。12 国内外研究现状和发展趋势1.2.1 随车起重运输车简介随车起重运输车，是一种通过安装在吊臂处的液压缸完成货物的吊运，并依靠安装在汽车底盘上的电机完成货物水平移动的特种车。【1】。在普通货运卡车的基础上，动过加装一些特殊设备，可以完成一些预定的特殊作业，包括电力抢修、土木建筑、货运吊运等，特别是工业搬运行业中发挥了其无可替代的作用【3】。此外，对于一些变形产品，作业范围囊括了消防抢险、军队运输、开挖作煤矿等领域，兼有起重和运输的功能，这样的专用汽车有广阔发展前景和巨大的应用价值的。主要原因有二：首先，随车起重运输车是结合了运输车和汽车吊车的各方面功能，各方面的费用包括养路费，折旧费用，维修费等等可以省去一大笔开销；其次，随车起重车更加节能环保，其自重非常的轻，同时使用变量液压泵，时时刻刻保证发动机的燃油消耗保持最低水平，减少温室气体和有害气体的排放【2】。1.2.2 随车起重运输车国际现状近年来，随着经济的发展，人民生活水平的提高，国际上交通运输行业有着飞速的发展，其中重型运输业也得到了空前的发展。随车起重运输车因为其有着诸多的优点，在日本、意大利、美国、德国等国家的几十家公司生产了几十种规模和型号的随车起重机。不得不提的是欧洲，欧洲自古以来就是重型工业的发祥地，在 20世纪4050年代，随车起重机就得到了发展，其中主要厂商有HIAB（瑞典公司）、FERRARI（意大利公司）、PALFINGER（奥地利公司）、TIRRE（德国公司）等；日本，这个东方唯一的一个发达国家，其汽车产业自然高举世界的顶尖水平，因此亚洲生产随车起重机厂商主要是日本的厂商，包括加藤、吉野科、村和等大型专用车生产商。上面所提到的各个国家的著名企业都是生产随车吊的著名公司，各公司都形成了产品功能多元化、品种型号系列化、机电液控制一体化的体系。其中，瑞典，北欧的文明国家，世界福利水平最好的国家之一，在生产随车吊方面也做到了世界最早 ，位于瑞典城的希亚伯（HIAB）生产厂，是近六十年来居世界居龙头地位的、最富有想象力和创造力的随车起重机制造公司。它早在1947年便已经生产了世界上第一台随车起重运输车，同时该公司的海外业务拓展方面也做的非常的精通，欧洲的一些主要国家包括荷兰、西班牙、丹麦都设有其分厂，并在世界范围内的60多个国家和地区建立了完备的销售和服务体系网络；HIAB公司生产的随车起重运输车以其多种的运用形式和工作状态而闻名于世界，其中多用途臂式随车起重机更是家喻户晓。此外，HIAB公司还生其他各个专用作业的工具用车，包括园林修剪方面的林伐木随车起重机、码头卸载船用起重机、铁路轨道车随车起重机。在一些小的方面，公司的设计同样人性化，根据不同的吊物形式和重量生产了多种抓斗、吊篮、节臂、液压缸、机械臂、钻头等，使随车起重机除起重作业外还可完成诸如零散物料装卸、高空作业、建筑装卸等多项工作。意大利，作为世界闻名的发源地之一，很早就开始使用随车起重运输车，由于应用的广泛，是现在世界拥有随车起重运输车制造企业最多的国家，共有FEARI、PESCCI、COPRMACH、HEILA等十多家生产厂，且各厂均有自己较完善的系列产品，其生产的产品以吊产量大而闻名。日本，亚洲的汽车工业的佼佼者，随车吊方面建立了对世界该行业有着深入按意义的新概念和标准，从而更好的评价随车吊的性能。机械业与建筑产业的繁荣，促使日本国内对于随车起重机的大幅度需求。其中加藤、吉野科、村和三家公司是日本随车起重机最著名的企业。三家企业中，村和生产的直臂式、折臂式两种随车起重机，占据了本国和世界的大部分汽车市场。以六边形断面特点的直臂式随车起重运输车，采用全液压缸伸缩结构，电机转台以3支点方式固定在底盘上，此种支撑方式，大大降低了来自路面的载荷和不必要的动载荷，还配备了柱塞式液压缸起升机构，能保证顺利安全起吊货物，可以是整车在各种路面上进行作业【12】。对世界随车起重运输也启动深远影响的是日本企业率先根据当今的市场需求建立了对随车起重机产品综合性能评价的新指标，即美观、安全、舒适、简单。这样的标准也在不同程度上影响了其他汽车方面。在美观方面，村和随车吊的外观设计，达到了与城市景观相协调呼应的效果，外观采用了带圆角的造型，与外部环境和谐一致，以减轻人们过去对起重机的紧压感。在安全方面，村和随车起重机的安全装置基本上是按照与载货汽车相同而配置的，最近该公司又推出一种整机稳定性报警装置，考虑到在装载吊运货物的时候由于支腿承受的力过大而导致压溃的危险情况，可以自行测定出油缸的内腔压力，然后智能化的修改参数和伸缩速度，调整起重压力角，当出现倾翻危险时，发出声光或语言报警【12】。在其他的创新方面，村和又开发了自动收钩装置，当随车起重运输车水平直线行驶时，吊钩水平收紧易于影响驾驶员的视野，带来行驶安全隐患，采用了创新设计的随车吊在行驶时，吊钩和绳索不会妨碍驾驶员的视线，对于全天候工作的起重车，还可大大减少油水飞溅到驾驶室的玻璃上，提高了行驶的安全性【12】。舒适性方面，村和随车起重机的全部操作，都可以应用位于整车地盘上的安全拉杆完成，操作极其轻便，不会使操作人员感到疲劳。为了缠身温馨的工作环境和宽松的作业环境，所对应的各个按钮操作诸如升降、伸缩、回转等，均贴有明显的形象化图形动画标记，而且在回转手柄上切有细槽，方便了夜间工作；选配装置中无线遥也是很人性化的，操作者可一手拿按钮，另一只手扶重物，最大限度安全准确地进行起重作业。美国，作为世界上唯一超级大国，经济发展自当当仁不让，起中交通运输业更是在世界汽车业中占有重要的地位。其大型汽车公司同样重视随车起重机的研发和生产 。GROVE闻名于世，他所生产的轮式起重机占据了世界市场的60%以上；而NATIONALCRANE则是GROVE专门生产随车起重机的子公司，世界范围内的直臂式随车起重机以NATIONALCRANE著称，他在近几年又重点研发和生产了了铰接式折臂式起重机；该公司独特的设计风格充分体现在直臂式随车起重机，因为其是为后置式，在对货箱的充分利用方面有着自己的见解，它采用了一种全液压高支点弧线摆出式斜伸支腿，摆出后成A字形，可以完成极其大的工作半径跨距，并能在全时路况内完成作业【12】【13】。1.2.3 随车起重运输车国内现状我国随车起重机的生产起步较晚，到70年代，全国生产的随车起重机产品种类单一，规模很小。到80年代，随车起重机产品的种类及产量均呈增长趋势，特别是近几年来，随着工业化程度的提高，以及经济的快速增长，随车起重机在国内市场的产销总量增长势头更加迅猛。全国生产随车起重机的厂家约有10多家，主要企业有石家庄煤矿机械厂、徐州随车起重机公司、武汉汽车起重机厂、山西长治清华机械厂、湖南专用汽车制造厂等。其中，石家庄煤矿机械有限公司是我国第一个研发和生产随车吊的企业。另外，近年泰安东岳重工机械有限公司（原泰安起重机厂）与日本古河UNIC机械金属株式会社合资成立了泰安古河机械有限公司；常林股份有限公司与奥地利的PALFINGER公司也将开始合作生产随车起重机。徐州随车起重机公司组建于2001年9月，在消化吸收国外先进技术的基础上生产SQ系列伸缩臂式、折叠臂式随车起重机，并由航天部定点生产国防工程专用随车起重运输装填车、雷达车等产品，其产品曾批量出口伊拉克等国家【12】。近两年来，依靠技术的不断革新，产品取得了较快发展。武汉汽车起重机厂是较早生产随车起重机的厂家，其产品为直臂式卷扬起重机，与东风、解放及黄河汽车配套，可在汽车底盘的尾部又加装了10t液压绞盘，特别适合于电业部门抢险与施工需要。湖南专用汽车制造厂始建于1950年，系湖南省机械行业重点企业，是国家计委、国家经贸委和机械工业部在全国唯一定点的随车起重运输车生产基地。主要产品有随车起重运输车、自卸车、厢式车、运输加油车、后装压缩式垃圾车等【12】。 1.2.4随车起重运输车现状的不足及发展趋势随车起重机在中国，从20世纪70年代开始，世界各地的国家充分发展后，我国和他们无论从技术还是发展速度方面还有不小的差距。这些具体表现在：技术水平不高，做的随车起重运输车起重额力矩很小，不能完成大载荷的吊运工作，比如我国自产的随车起重机臂绞车主要是受到其自有品牌的汽车底盘的限制，起重力矩等性能指标普遍大大低于国外先进产品水平；产品吨位小，范围狭窄，产能和供销做的不够完善，尚未形成大，小完整的系列产品；漂亮的形状是国外先进的生产厂家的主打的销售理念，然而随车起重机是在我国的设计单调，着色很一般，没有显现出人文关怀、个性化服务以及体现人与社会和谐发展的设计理念；不完整的安全装置，操作不具有足够的灵活性，起重高度限制和平衡阀，安全阀是仅有的安全保障装置，然而至于其他一般安全设备，仅有手动操作设备，随车起重运输车的发展较快的国家已广泛使用电子技术的随车起重机；伴随着以上这些我国随车起重运输车的发展状态和不足可以看到未来该领域的研究方向和大体趋势：在研发方面加大资金和技术的投入，特别是政府部门的大力支持；积极引进先进技术和科学化创新方法，完善我国生产专用车的产品系列；大胆采用高科技零部件，加强在随车起重运输车安全和舒适性方面的改进。13 本课题的研究意义和主要内容1.3.1 本课题的研究意义伴随着国民经济的快速发展以及经济全球化、区域一体化的不段深入，各行各业对自己部门的专用工具也要求越来越高。其中，交通运输业更是尤为突出。运输车的运输，吊车的调运，二者的完美结合孕育了随车起重运输车：首先，花费包括养路费，折旧费用，维修费用等等可以省去一大笔开销；其次，随车起重车更加环保，其自重非常的轻，在运输过程中消耗更少的燃油，同时使用变量泵系统，时刻保证发动机的燃油消耗保持最低水平，减少二氧化碳和有害气体的排放。因此，研究好、生产好随车起重运输车对于我国交通运输行业的振兴，乃至国民经济的快速发展有着不可忽视的意义。1.3.2 本课题的主要内容本次毕业设计主要是通过广泛查阅国内外相关资料，了解随车起重运输车的基本结构，工作原理以及应用范围。根据任务书给定的数据和要求，应用UG建模软件完成对整车的建模工作。此后，将总装的UG模型导入到仿真软件ADAMS里，完成运动仿真，并对其中测试出的曲线加以说明和分析，最终得出整车可行性的结论。2 随车起重运输车结构及工作原理2.1 随车起重运输车结构和分类2.1.1 随车起重运输车的基本结构随车起重运输车的主要组成： 图2.1 随车起重运输车主要组成1-吊钩组；2-起重臂；3-变幅油缸II；4-主臂；5-变幅油缸；6-立柱；7-回转机构；8-基座；9-控制系统；10-支腿机构；11-油箱和安全保护装置2.1.2 随车起重运输车的分类机械式和液压式随车起重运输车是市面上比较常见的、大家公认的分类方式，是根据随车起重机的结构类型分类的。因为液压式随车吊具有结构紧凑，方便操作，回转灵活，质量小的优点，所以它在随车起重运输方面得到了极大的认可。随车起重运输车的起重节臂的位置有多种多样，而货箱的位置只能位于车体后部，驾驶室的位置位于其前部，因此，根据二者的相对位置可将其分为前置、中置和后置三种形式。图2.2 前置式起重车前置式随车起重运输车的节臂安装在汽车驾驶室和货箱之间(如图2.2)。这种型式可因为其液压缸安装在距离发动机较近的位置，各方面的效率，诸如传动效率有着很大的提高。同时前置式的随车起重运输车的优势是能充分发挥货箱面积大并可以保证起重节臂在最大的伸出长度内能达到货箱的所有工作位置，所以这种节臂布置型式得到了最为广泛的使用。图2.3 中置式起重车中置式随车起重运输车的节臂安装在汽车货箱中间(如图2.3)。这种位置型式的特点是可基本保持原车的重心位置不变，不会因为所吊重物的不同质量而发生质心位置的变化，同时它起重节臂较其他形式短，轴荷、整车载荷分配易于满足设计要求，唯一不足的是体现在货箱中部，因为节臂在此处安装，使货箱对于面积的利用率大大降低，故实际应用不多。图2.4 后置式起重车后置式随车起重运输车的调运节臂安装在汽车货箱后部(如图2.4)。这种布置对于要求货箱利用率大得场合尤为合适，同时在对于后部附加了需要的挂车的货运车辆，可以完成很好的组合，即组合式卡车、吊车等。它的起重臂能完成多种作业形式，诸如在挂车和汽车之间的装卸。不足的地方是节臂靠后的安装形式，影响了整车的在大运量下的扭矩和载荷的分配，从而带来了辆操纵性变差的缺点【2】。所以这种型式应用得也不是很多。2.2 随车起重运输车工作原理随车起重运输车的基本工作原理是将汽车发动机的机械能转化为液压能，依靠液压装置完成起重运输的多项作业内容。其中，支腿伸缩油缸、支腿油缸实现可靠的地面支撑；变幅油缸I、变幅油缸II、伸缩油缸和回转机构等完成起重臂(主臂和伸缩臂)升降、伸缩臂伸缩和起重臂回转等动作，实现载荷的升降目的【2】。3 基于UG的整车模型建立随着科技的不断进步和信息业的飞速发展，计算机软件业的产品更新和设计也越来越趋向科技化、人性化，计算机辅助设计软件营运而生。这些高科技软件为广大设计研发人员提供了更完善的机械设计途径，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建立。3.1 建模软件UG简介3.1.1 UG技术特点 西门子公司是德国著名的电子产品制造商，其世界著名产品包括西门子手机，西门子家电等。至于软件开发方面，西门子公司同时结合了其自动化部门和其驱动集团的一部分分支机构，共同开发了一款大型绘图建模软件：UG，Unigraphics的缩写。UG可以根据用户的实际需求和个性化需求提供多方面的产品支持，包括数字化造型建模驱动支持，验证准确性实际性支持等。它开发始于20世纪90年代年，当时随着计算机编程的普及和开发，C语言得到大范围应用，UG正是在这种环境下诞生的。最初它仅仅应用在大型系统工作站当中，但是随后的十年中，个人计算机业务和应用的大面积普及，也是的UG在个人计算机应用领域取得的空前的发展，目前已经成为模具行业建模设计的一个主要应用【13】【14】。在计算机制造建模分析领域，它是应用最为广泛也是最先进的计算机辅助软件，功能非常的强大，不仅包括涵盖了产品生产的各个环节，诸如概念思维、功能分析、工程监理、加工制造到产品发布等过程。同时在其他大型的产品制造业当中，也有着至关重要的应用。其中，对于国民经济发展起着举足轻重的汽车航空、通用机械、造船、电子等行业领域尤为突出。应用的范围如此之广，是因为该软甲主推实体建模，这对于设计是十分重要的。此外，曲面的构造方法和选项可以完成较为复杂的模型设计也是UG的特色；对于建模软件建模的后续包括出图的性能、模具的加工选择还有装配功能等操作也是大型建模软件交互式CAD/CAM系统所能够实现的复杂实体及造型的建构【15】。当今的世界是数字化世界，是信息化占据了高科技领域通讯和交流平台的主导，UG恰恰利用数字化模型系统来开发的，因此可以帮助生产开发企业轻松实现缩短产品生产周期，向科学化经营管理模型的转化。在UG建模中应用最广泛，流传最普遍的是其产品设计模块，它在世界范围内的应用足以证明其有很高的产品设计建造和绘图功能，这些都可以为后续的制造和生产提供科学性、准确性和直观性，从而满足市场的新需求。对于普通的设计建模软件，往往在某些方面诸如钣金模块、外观造型设计、专用塑料件设计模块等是空白的，或者仅仅是部分的设计，但是UG优于这些设计工具，因为它不仅提供了上述功能，还别出心裁的创新了线路设计系统、运动仿真和模型处理等专业应用程序。其主要客户包括：雷诺汽车，通用电气，大众汽车，波音公司，洛克希德，宝马汽车以及美国、英国、俄罗斯军方等政府部门。可以看出几乎所有的大型发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，这无不例外的说明了其他的建模软件在各个方面的劣势，从侧面反映了大家对UG功能的满意和信任，尤其在高端工程领域，特别是军工领域的特殊性能【15】。下面对UG中的一系列的功能模块做一定的简介： 模具设计:之所以在当今这个信息时代独占鳌头、击败了其他的模型设计软的UG，毫无疑问是当今较为流行模具设计软件，原因是多方面的，功能强大，应用范围广等诸多特色。流程对于磨具设计来说至关重要，是决定模具能否完成既定的任务和功能的关键所在，步骤尤为关键，重中之重则是分模。分模有两种：一种是自动添加的，另一种是手动添加。自动分模的过程如下：确定产品定位，分析位置，使Z轴方向与模型的法平面一致；拉出分型面；使之成为一个整片体；重新设置颜色；做箱体包裹整个产品，用片体分割等【16】。所有的诀窍和特色充分体现在手动分模上，不仅效率高，而且此外的其他的分模方式不能充分的发挥位移坐标等多方面命令的计算。风格造型和工业设计:若想拥有独一无二的创造性和产品开发革新的多方面经验，UG可以帮助完成工业设计师所必须具备的多方面知识和专业技能。利用建模，工业设计师能够迅速地映射模型，改进完善复杂的产品形状，此外得天独厚的渲染和工具可视化、信息化也在最大程度上满足设计理念的审美要求。产品设计:最UG所有的功能和应用中，利用最全面和广泛创新的是产品设计模块。为制造设计提供了准确性和直观性，就要求其具有高性能的产品开发设计和绘图功能，可以满足客户设计任何复杂产品的需要，同时其它建模的软件所欠缺的钣金模块、专用塑料件设计模块在UG中也可以进行深层次的应用。仿真和优化:对于建造模型之后的设计，为了避免设计投产的验证而大大增加无谓的浪费，在UG模块内可以完成数字化、智能化的仿真分析，包括运动和动力分析模块，从而确认和优化产品避免人力和物理的浪费。越早的数字化利用仿真模块，产品制造和开发商可以改善产品质量，对于可行性有了充足的把握，最大程度的减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建。下面再对UG集成环境与计算机辅助设计技术直接相关的四个主要的应用模块及功能做简单的介绍。基本环境（Gateway）：其他任何工作模块的正常运行首先是在基本环境之上建立的。它是启动UG后第一个模块。如果系统暂时处于其他应用模块中，可以随时通过选择“开始-基本环境”返回到该模块。在该模块可以完成多种可能的设计操作，诸如改变显示部分，分析部分，启动在线帮助，输出图纸，执行外部程序等。建模（Modeling）：建模是设计师将自己脑中的设计思维通过图纸的形式表现出来，完成由虚拟向实际转化的关键步骤，在UG中利用建模模块，可以更好的完成设计师自身思维的表达，无论从实体建模、自由建模还是特征建模，设计师可以充分发挥创造性思维。此外，UG软件所擅长的曲线功能和曲面功能对于人性化的设计环境可以大大帮助设计师将主要精力放在产品设计上减少用于熟悉软件的时间。装配：在完成了所有零件的建模工作后，设计人员需要将这些杂乱无章的零件进行装配，从而更加清晰的看出设计中的错误和失误，以及不能完全表达的部分。这起重向虚拟装配发挥了无可替代的作用。利用该模块可以完成平行的、自上而下和自下而上的产品开发过程。在装配过程中，还可以随时进行零部件的设计和编辑审查。在装配过程中各个部件的参数化可以充分反映配对关系。体系结构可以决定这种体系结构可以体现产品结构，并在各个设计组之间共享。通过选择“开始-建模”进入该模块。制图：制图是制作平面工程图的过程，是虚拟转化为现实的位移途径。利用该模块可以实现工程图绘制的所有功能。三维图向二维图的转化对于设计人员参考实体至关重要，因为三维图的直观是很重要的参考。这其中必须并保证工程图中的尺寸和相关视图在实体模型改变时，系统能同步更新改变，减少因为三维模型的改变更新二维工程图所需要的时间；自动视图布局功能可以快速全面布局二维图，无论是正交投影图反应投影关系，还是轴测视图、剖视图、辅助视图等。另外，UG还提供了一套基本的标注工具，利用模型数据，可以自动沿用尺寸和公差，大大节省了标注所带来的时间【16】。如ANSI/ASMW、ISO、DIN、JSIS 和我国的GB等各项绘图标准，UG工程图模块可以总动完成并更新，U它也可发挥其曲线功能直接绘制平面工程图。通过选择“开始-制图”进入该模块。3.1.2 UG操作界面简介UG NX6.0的主要界面沿用了UG先前版本一贯的图形用户界面，在此基础上增加了一些新的特色，总体来说，它的界面在设计上简单易懂，用户只要了解各部分的位置和用途，就可以充分运用系统的操作功能，给自己的设计工作带来方便。在Win7平台上选择“开始-所有程序”命令即进入欢迎界面。图3.2 不同工作模块选择之后，点击“新建”按钮，可以进行多种模块的选择，包括模型、装配、外观造型设计等。如图3.2所示。导航条标题栏工作区工具栏菜单栏坐标系资源条图3.3 界面布置介绍点击“模型-确定”进入建模模块，如图3.3所示。该工作界面主要包括：标题栏、菜单栏、工具栏、坐标系、工作区等。下面介绍它们的主要功能。标题栏：标题栏显示软件名称及其版本号，当前正在操作的部件文件名称。如果对部件已经做了修改，但还没有进行保存，其后面还会显示修改提示信息。菜单栏：菜单栏包含了该软件的主要功能，系统所有的命令和设置选项都归属到不同的菜单栏下，他们分别是：文件菜单，编辑菜单，视图菜单，插入菜单，格式菜单，工具菜单，装配菜单，信息菜单，分析菜单，首选项菜单，窗口菜单和帮助菜单。当单击任何一个菜单时候，系统都会展开一个下拉式菜单，菜单中包含所有与该功能有关的命令响应。工具条:工具条中的按钮都对应着不同的命令，而且工具条中的命令都可以以图标的方式形象表示命令的功能，这样可以免去用户在菜单中的查找命令的繁琐工作，方便用户使用。提示栏：提示栏固定在工作面的左上方，主要用来提示用户如何操作。状态栏：状态栏固定在提示栏的右方，主要用来显示系统或图元状态。坐标系：坐标系表示建模的方为。工作区：工作区就是工作的主要区域，又称为图形窗口。资源区：资源条为用户提供一种快捷的操作导航工具，它包含了装配导航器、部件导航器、重用库、历史记录、系统资料、加工向导等导航器，用户通过导航条可以方便的进行操作。3.2 整车模型建立对于一个复杂机构，特别是像随车起重运输车这种整车结构，其模型建立的的方法一般是先创建多个零件，然后将这些零件装配在一起，最后形成整车。综合全面运用UG的各种建模功能进行随车起重运输车工作装置的零部件建模。同时建模时采用参数化建模, 这样便于模型的修改。底架和支腿不是本次课题的主要研究对象，因此只是简单建模，表达出了其基本形状即可。其他零部件严格按照任务书中的课题要求（包括原始数据、技术要求、工作要求和最终成果等）和实际工作及随车起重运输车工作装置的工程图的尺寸建立三维模型。3.2.1简单模型建模举例针对一般的建模软件所欠缺的参数化建模相比，UG具有很高的这方面的优越性，充分体现在其可变的设置方面。在分析建模、运算过程中，为了更加智能方便的修改模型，只需要将变换参数值即可。而且还可以由程序自行根据预先设置的可变参数函数，自动快速的地进行一系列的仿真分析。 由于随车起重运输车工作装置的零部件较复杂，现特举一个比较简单但涵盖建模功能较为全面的部件，说明各个零部件的具体建模过程。第一步：打开UG NX 6.0，即可进入UG NX 6.0微机版的欢迎界面。建立一个新文件，系统进入基础环境模块。该模块是其他应用模块的基础平台，通过点击“起始”下拉菜单中的“建模“命令，系统进入建模模块。第二步：绘制草图草图（Sketch）是与实体模型相关联的二维图形，若想清楚、快捷的构件一个三维模型，草图是重中之重，是三维图能否建造成功的基础。选择草图功能，可以再哎任何的指定平面内完成草图的绘制。在草图中有 “约束”的概念，顾名思义是通过添加尺寸和位置约束实现与特征建模模块同样的尺寸，达到参数化建模的需求。应用草图工具，用户可以首先绘制近似的曲线轮廓，而后再添加精确的约束定义后，可以完成表达设计的意图。如图3.4所示，首先建立基本的草图。图3.4 草图绘制效果界面建立的草图后可用实体造型工具对草图进行拉伸、扫描、旋转等操作，生成与草图相关联的实体模型。完成简单的拉伸，出现模型的大体结构，为后续建模做好准备。而后考虑到模型可以关于中间的一个虚拟平面做对称，从而大大简化建模过程，因此可以根据距离建一个参考平面，最后用“镜像“命令完成镜像操作。具体步骤如下：（1）单击“成型特征”工具栏中的“拉伸”图标，自动弹出“拉伸”对话框，在下拉列表中选择“特征曲线”，选中曲线，输入拉伸数值和拉伸方向，单击“确定”，完成操作。（2）考虑到镜像需要一个中间平面，即基准平面。根据实际尺寸，计算虚拟面距离，单击图标，输入平面的距离，建立基准平面，此基准平面是镜像体的中间平面。单击镜像体图标，自动跳出菜单如图3.5，根据提示， 图3.5 镜像体选择首先选择需要镜像的整个实体，然后选着镜像平面，单击“应用”，完成本次操作。效果如图3.6所示。图3.6 基准平面的建立（3）布尔求和，目的是为了将各个相对位置关系不动的或本属于一个实体但分开建模过程的部件进行布尔求和，减少零件数量，构成同统一的实体，和实际相符合。完整而全面的对实体进行布尔求和，对之后的ADAMS仿真研究提供很大的便捷。因为在仿真过程中若是部件数太多，而相对位置又是固定的，有可能造成添加约束繁冗，最终可能使得部件因为过约束而无法运动，是整个设计失败。完成剩余部分的建模，最后单击按钮，根据系统提示，选择两个实体，单击“确定”按钮，实现布尔求和运算，效果如图3.7所示。图3.7 局部模型效果图3.2.2 主要建模模型展示随车起重运输车的大体组成包括，车架，货箱，折臂，伸缩臂，回转装置，液压缸，支腿等几大部分组成，利用UG 的建模模块建立三维实体模型。几大部分建立模型如下：货箱 图3.8 货箱回转底座 图3.9 回转底座吊钩臂 图3.10 吊钩臂 回转体 图3.11 回转体支腿 图3.12 支腿3.3 基于整车的模型装配装配模块是在集成环境中的一个重要的应用模块。所谓装配，就是将之前的所有的零件模型部件进行组装和定位操作的一个过程。具体是通过部件和部件间的建立的相对位置和约束来时实现的。UG装配模块不仅可以参照其它部件进行部件和部件关联性设计，对于间隙分析、重量管理等重要操作快速组装零部件成为产品，而且在装配中可以显示具体的位置和实际关系或者是否发生干涉。应用很广泛的爆炸图，也是在完成装配后才能实现的。若想使装配的零部件进行正确的定位和快捷的配，同时始终保持相对的位置关系和关联性，UG同样可以满足这些要求。往往会由于改变了零件图而不能及时自动的变更装配图，但是在UG这种问题不会出现，因为它可以随时解决这种不同步的零件设计编辑问题。通过修改参数模型、相对位置或零件间表达式从而达到设计方案中预期的模型。装配模块不仅可以是趋于复杂的零件盒部件变为一体，实现整体化、一体化，向更高一级的产品总装迈进和过度，同时可以逆向思维。所谓逆向思维就是根据总的产品装配体拆装成子装配体或者单个零件，便于直接加工。在错综复杂的装配关系中有三种最为常用：自顶向下装配，是指首先完成设计任务进行预期的装配，其次在装配体区思考零部件，构件零部件，创建所需要的零部件模型，最后再拆成便于加工的子零件和单个可以直接加工的部件模型；自底向上装配，是最为常见的装配方法，也是正向思维所要求的，是在完全符合建模思路的装配过程，最后生成装配部件的装配方法；混合装配，混合装配是集结了上述两种装配方法的特点和优势，既可以自上向下进行，也可以自下向上进行的方法，关键是先创建几个主要零部件模型，再将其装配在一起，然后变装配变设计其他可能的零部件，即为混和装配【15】【16】。UG软件采用的装配模式是链接关系，一种较其他软件真实的虚拟装配模式，即装配件中的零件与原零件之间是是一对一的索引和针对链接关系，对原零件的修改会自动反映到装配件中，也是上面重点突出的虚拟化、自动化最高的原则【16】。运用UG这种虚拟程度很高但却不失真实性的装配建模，对于检查装配干涉和尺寸冲突有很大的便利之处，为将来实际物理装配的顺利进行提供可靠依据。3.3.1 装配模型展示车架总装图3.13 车架总装回转装置总装 图3.14 回转装置总装节臂总装图3.15 节臂总装