基本信息
- 项目名称：
- 起重机运行机构的动态仿真
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 综合应用机械现代设计方法和机械创新设计理念利用三维设计软件和运动分析软件对起重机的起升机构和小车运行机构建立三维模型及运动分析的数学模型，从而对其整机和各个部件运动的速度、加速度以及因运动引起的载荷进行分析，模拟各种运动的运动规律、运动合成及运动轨迹。从而实现起重机运行情况的仿真，为起重机的设计提供可靠的参考依据。 关键词：起重机、运行机构、动态仿真。
- 详细介绍：
- 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。桥式起重机运行机构采用有轨运行，它的负荷能力大，运行阻力小。 对起重机模拟仿真，可以在建造物理样机之前，通过建立机械系统的物理模型（及虚拟样机）进行仿真分析，并用图形显示该系统在真实起重机工做条件下的运动特性，辅助修改并优化设计方案。仿真技术设计多体系统运动学、动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术等综合应用技术。因此，使图样设计、样机制造、样机检测等在计算机上完成，一尽可能减少制造和检测实物样机的次数，一节约资源，降低成本。仿真可以为从起重机设计初始至最终获得成品的全过程提供一个重要的工具。制造之前，仿真是检查设计规划和开展情况的有效的可视化手段，支持可行性分析、形状确定、装配和人机工程的研究等。产品制造时候，仿真可以进行起重机的效能分析、可靠性分析、可靠性验证，在设计制造的全过程 发挥重要的作用。如设计起重机时，可以根据用户的要求，利用虚拟模型技术确定工作装置的参数，在早期阶段完成优化设计。早起阶段的仿真结果也可以作为零件设计的参考，用来指导零件的强度设计。 进行起重机的模拟用到三维CAD系统。在三维CAD系统中，用参数化约束所设计的零部件的尺寸关系，使得所设计的产品更容易变更和修改，管理起来也较二维设计方便。在装配体设计中，除了在定义零部件之间的关系时需要参数化、变量化设计外，为了更好第表述设计者的构思意图，也需要参数化和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特征形状和尺寸之间的关系，使得当其中的某个零部件的形状和尺寸发生变化时，其他零部件的结构与尺寸也随之变化。 三维CAD系统中，由于使用同一的数据库，可以借助于三维实体模型及完整的造型结构，齐全的尺寸和几何约束，充分的可以参数驱动的数据，一边完成设计的修改和调整、零部件的装配、力学分析、运动分析、模拟仿真、数控加工等。 利用Cosmosmotion建立运动机构模型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析桥式起重机运行机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用动画、图形、表格等多种形式输出结果，其分析结果可指导修改零件的结构设计或调整零件的材料。设计的更改可以反映到装配模型中，再重新进行分析，一旦确定优化的设计方案，设计的更改就可直接反映到装配模型中。此外还可将零部件在复杂运动情况下的载荷情况下直接输出到主流有限元分析软件中以作出正确的强度和结构分析。 在对起重机的运行机构进行运动仿真的同时还可以生成动画，进行动画演示。动画演示形象、直观，能表达文字或者叙述不宜讲解清楚的起重机复杂的内部结构，模拟起重机的工作情况，达到与非专业人士交流设计思想的目的。在对运行机构的各项性能分析之后，可以改进其性能不理想的地方，从而达到对运行机构优化的目的
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在大型起重机的设计和制造之前，运用三维建模，模拟运行状况，对其运动进行分析和模拟，从而提高其设计水平及可靠性。 基本思路：进行起重机的运行机构进行分析和初步计算——根据初步计算建立相应的三维模型——在仿真软件对各个部件添加相应的约束和设置相应的参数进行运动仿真查看仿真结果，对模型进行优化设计，再次仿真再次优化，直到得到满意结果。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：所作的三维模型是根据起重机的实际尺寸建立，输出结果更加真实可靠。 先进性： 1、二维设计转变为三维设计更直观。 2、通过装配可直接观察干涉情况。 3、通过运动模拟可得到多机构的速度和加速度。 独特之处：根据掌握资料和初步了解情况，国内尚无对起重机进行运动模拟的报道，本次研究采用计算机软件对起重机的运行机构和起升机构建立合理的三维模型，进行动态仿真，当属首次。
应用价值和现实意义
- 本作品所作研究可用于大型起重机的设计和制造，模拟器运行状况，对其运动进行分析和模拟可提高设计水平及可靠性
学术论文摘要
- 综合应用机械现代设计方法和机械创新设计理念利用三维设计软件和运动分析软件对起重机的起升机构和小车运行机构建立三维模型及运动分析的数学模型，从而对其整机和各个部件运动的速度、加速度以及因运动引起的载荷进行分析，模拟各种运动的运动规律、运动合成及运动轨迹。从而实现起重机运行情况的仿真，为起重机的设计提供可靠的参考依据。
获奖情况
- 此作品为山西省省级大学生创新性实验项目，还没有发表。
鉴定结果
- 根据掌握资料和初步了解，国内对起重机进行运动模拟的研究较少，该项研究采用计算机软件对起重机的运行机构和起升机构建立合理的三维模型，进行动态仿真，对大型起重机的设计制造及优化设计有一定的参考价值。
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 根据掌握资料和初步了解情况，国内尚无对起重机进行运动模拟的报道，本次研究采用计算机软件对起重机的运行机构和起升机构建立合理的三维模型，进行动态仿真，当属首次 有对机器人叉、车门架做动态仿真动态放真的，对简单的机构进行动态仿真的，但是还没有对起重机的运行机构和起升机构建立合理的三维模型，进行动态仿真的。对机械的运动仿真正处在研究和发展阶段。
