无动力集装箱吊具操纵机构虚拟设计及动态仿真

摘要

随着国际工业性集装箱运输系统在沿海各港口普及，全国各中小港口、公路和铁路的内陆中转站的集装箱运输业也突飞猛进的发展起来。这无疑使得设备设计与制造投资少，运行、维修简易的无动力集装箱吊具获得了广泛的应用前景与领域。
　　 无动力集装箱吊具是除起重机起升动力外不通过液压控制系统或其它主动装置驱动旋锁件转动，而是借助于四根起吊绳汇集点处吊钩的起升运动作为驱动动力，通过繁杂的传动机构驱动旋锁完成闭、开锁的。可以看出是将吊钩的间歇性上下运动转化成旋锁件的闭、开锁转动，主、从动部分的运动分别在互相垂直的两个平面内，这就不可避免要利用不常见的空间机构来满足主、从动件的运动要求。可见，这种高度繁乱抽象的空间机构，是整个集装箱吊具操纵机构的关键所在，而其空间运动轨迹难于实现。本文利用连杆机构中空间的正置RSSR机构实现两个构件分别在互相垂直的两个面内运动，这一稳定的机构完全符合无动力集装箱吊具的运动轨迹要求，且不存在上述间隙性运动，在安全性、可靠性等方面更符合其设计、制造与工作的准则。
　　 随着虚拟样机技术在工程实际中应用广泛，本文采用虚拟样机技术对整套操纵机构进行设计、装配及分析。基于CAD/CAE主流软件，不仅提供良好的人机交流交互式工作界面，而且在输入各项参数后用户根据需要可以自行调整或处理系统分析结果。避免诸多人为因素，这样提高了设计分析的可靠性和效率，这不但大大降低人为在设计方面的工作量，而且大幅度缩短产品研发周期和削减了设计与制造的成本。
　　 本文主要内容如下：
　　 1)通过对集装箱吊具整个运动过程分析，设计出一套能实现功能需求的无动力集装箱吊具的机构。
　　 2)利用当量平面机构法对机构涉及到的极其复杂的空间连杆机构进行设计分析，并利用数学软件MATLAB输出理论分析结果。
　　 3)利用机械系统动力学ADAMS软件对空间连杆机构进行运动学分析与后处理(PostProcessor)，同时验证是否达到设计目的。
　　 4)运用三维建模软件Pro/Engineer对操纵机构进行建模，利用其Mechanism模块对机构模型进行机构运动分析。
　　 5)借助专业的公差分析系统CETOL6σ软件，对无动力集装箱吊具操纵机构设计中的复杂公差分配问题进行了公差分析。