基于虚拟样机技术的吊管机工作装置的设计与仿真

摘要

吊管机是重要的管道铺设装备，在当今社会有着广阔的市场前景。工作装置是吊管机的核心部件，其设计水平的高低直接影响到整机的性能。本文采用虚拟样机技术，对大吨位吊管机的工作装置进行了总体设计，并对工作装置中的关键部分—配重机构进行了仿真分析。
　　论文首先确定了吊管机工作装置的总体布置方案，并运用Pro/E软件建立了整机的三维模型。通过 Mech/Pro模块，实现了Pro/E与 Adams间的无缝数据传递。
　　对初步设计的配重机构进行了动力学仿真，得到了与产品性能和可靠性密切相关的重要参数。为验证各参数的正确性，通过 MATLAB软件编写了计算程序，对仿真结果进行了解析法验证。结果不仅证明了各参数的正确，而且说明了虚拟样机技术的简单、可靠。
　　以液压缸最大驱动力最小为目标函数，对配重机构进行了结构优化。优化的结果不仅使液压缸的最大驱动力降低了24.9％，而且满足了初始举升力约束、传动角约束等条件，使机构启动更平稳，传动质量更高。
　　利用ANSYS软件生成了连杆和外摆架的模态中性文件，并将其导入了Adams软件中，对配重机构进行了刚-柔耦合的联合仿真，得到了连杆和外摆架的动态应力应变。
　　对配重机构的液压系统进行了设计，利用Adams/Hydraulics模块建立了液压模型，并进行了机-液耦合的联合仿真，得到了液压系统的压力、流量等曲线，获得了机械系统与液压系统共同作用下机构的相关参数，为液压系统的性能评价提供了依据，并为液压元件的选型提供了参考。

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第一章 绪论

1．1 管道铺设装备在当今社会的重要作用

1．2 吊管机的发展现状

1．3 虚拟样机技术简介

1.4 课题主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 基于 Pro/E 的吊管机工作装置的设计

2.1 CAD 技术的发展及 Pro/E 软件的介绍

2.2 吊管机工作装置的设计

2.3 本章小结

第三章 配重机构的多刚体动力学分析及结构优化

3.1 Adams 软件简介

3.2 Pro/E 和 Adams 间的数据传递

3.3 配重机构的运动学和动力学仿真

3.4 吊管机配重机构的结构优化

3.5 本章小结

第四章 配重机构的刚-柔耦合仿真分析

4.1 柔性体模型的生成

4.2 Adams 中柔性体模型的读入及验证

4.3 刚柔耦合仿真结果的查看

4.4 本章小结

第五章 配重机构的机-液耦合仿真分析

5.1 液压系统虚拟样机

5.2 配重机构液压系统的设计

5.3 配重机构机-液耦合仿真模型的建立

5.4 配重机构机-液耦合的联合仿真分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在读硕士期间参加课题和发表论文