中小吨位汽车起重机起重臂自动化设计系统的研究

摘要

随着社会的发展和技术的进步，工程机械市场的竞争日趋激烈。不断研发新产品、改进现有产品性能以快速响应瞬息万变的市场需求，成为生产企业拓展市场份额的重要手段，而现代设计方法的引入已成为企业提升产品研发水平的首要选择。汽车起重机由于其使用灵活、转场迅速而广泛用于建筑施工、设备安装、安全救援等诸多领域。作为一种起吊较大载荷的起重设备，其结构设计是保证整机正常工作的关键要素。而起重吊臂作为汽车起重机主要承载构件，其设计的优劣对整机工作性能乃至整机成本都有重要影响。
　　随着汽车起重机大型化发展，系列化成为此类产品的主要特征。基于参数化的虚拟设计和有限元分析手段恰能与之相适应，可以有效避免重复性劳动、提高设计效率和设计质量、缩短产品研发周期。本文基于这一产品研发理念，将参数化虚拟设计和结构有限元分析引入中小吨位汽车起重机起重臂的设计过程中。在查阅国内外相关文献的基础上，通过下厂调研，对中小吨位汽车起重机起重臂的实际结构特征参数、载荷及工况参数等进行提取，并以某一特定吨位的六边形汽车起重机起重臂为研究对象，依据起重臂实际工作状态，对不同的起重臂结构有限元建模方法做了比较研究，并对相应的有限元模型进行分析，找出在起重臂结构分析中方法简单、结果精度高、易于实现程序化的有限元建模及分析方法。以此为核心，本文将参数化设计思想与之融合用于起重臂的结构分析与设计，依据起重机设计规范(GB/T3811-2008)，对不同臂形的汽车起重机起重臂的结构尺寸、载荷、材料属性、网格大小等参数进行变量参数化，借助ANSYS的APDL语言编制程序，实现起重臂结构的参数化建模、分析、结果输出。
　　最后，以VB为平台，编制接口文件，通过对SolidWorks宏文件的二次开发，实现了对起重臂三维模型的虚拟设计，形成了以汽车起重臂参数化虚拟设计和有限元分析为核心的起重臂自动化设计系统，并以QY16六边形臂和QY25U形臂作为工程应用实例，验证其可用性。实用过程表明，该系统以其参数输入界面直观、人机对话便捷、建模分析后台运行的使用方式使得设计人员无需掌握较深的虚拟设计和结构有限元理论，从而降低了使用技术难度、拓展了实用范围，对提升汽车起重机生产企业的产品研发水平具有推动作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景意义

1．2 课题的研究状况

1．2．1 CAD／CAE技术进展

1．2．2 目前相关课题的研究现状

1．3 课题研究内容及路线

第二章 起重臂自动设计系统平台的建构

2．1 VB编程语言及其特性

2．2 自动化设计系统的功能

2．3 设计系统的模块结构

2．4 模块功能的实现机理

2．5 设计系统界面的设计

2．5．1 自动化设计系统主界面设计

2．5．2 输入模块设计

2．5．3 输出界面设计

2．5．4 虚拟设计界面

2．6 本章小结

第三章 起重臂有限元分析的对比研究

3．1 分析方法概述

3．2 起重臂有限元模型建立

3．2．1 实体建模

3．2．2 单元选取及网格划分

3．2．3 边界条件的处理

3．3 载荷计算及约束施加

3．4 结果分析与理论校验

3．4．1 有限元分析结果

3．4．2 起重臂的力学计算

3．5 三伸臂的优化设计

3．5．1 ANSYS优化设计基本理论

3．5．2 优化设计过程

3．5．3 求解、提取状态变量和目标变量

3．5．4 结论

3．6 本章小结

第四章 起重臂的模型参数化

4．1 参数化的相关技术与方法

4．1．1 参数化设计技术概述

4．1．2 ANSYS参数化设计语言

4．3 起重臂有限元模型的参数化

4．3．1 起重臂的结构形式

4．3．2 起重臂有限元模型的简化

4．3．3 主要性能参数的提取

4．3．4 起重臂的结构参数提取

4．3．5 起重臂参数化过程

4．3．6 参数化模块文件

4．4 起重臂三维模型的参数化

4．4．1 SolidWorks二次开发方法

4．4．2 起重臂零件虚拟设计

4．5 本章小结

第五章 系统工程实例应用

5．1 实例概述

5．2 系统运行

第六章 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录A 汽车起重机起重性能表

附录B 起重臂结构参数及数值列表

附录C 起重臂部分参数化命令流

作者简介

致谢