基于ProE的装载机工作装置的实体建模及运动仿真
摘 要：
装载机是一种应用广泛的工程机械。有其广泛的空间，但由于装载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作：
1． 介绍了装载机的发展历史及前景，装载机的种类，介绍了仿真技术产生的背景、在国内的发展状况以及仿真
技术的实际意义。
2． 对液压缸作出了合理的选择。
3． 简述了ProE软件在工程设计中的应用，利用ProE构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在ProE
环境下进行了装配干涉检验。
4． 在ProENIEER MECHANISM环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能曲线。 关键字：装载机 工作装置 液压缸 仿真技术 三维建模
Abstract：
Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is technology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.
2. To brief introduce the ProE software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used by
ProE software, which is built and interferential test of assembly in ProE environment is completed. 3. The simulated motion in ProE environment is completed, and the capability curve is reached. A rational choice for the technology, 3D modeling
1.
I 目 录
摘 要 ...................................................................................................................................................... I 1 前 言 ................................................................................................................................................... 1 1.1 装载机的简介 .............................................................................................................................. 1 1.1.1 装载机的发展历史及前景 ................................................................................................... 1 1.1.2 装载机的种类 ....................................................................................................................... 1 1.1.3 本章小结 ............................................................................................................................... 3 1.2 运动仿真技术简介 ...................................................................................................................... 4 1.2.1 运动仿真技术产生的背景 ................................................................................................... 4 1.2.2 运动仿真技术 ....................................................................................................................... 4 1.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况 .................................................................................... 4 1.2.4 发展运动仿真技术的重要意义 ........................................................................................... 4 1.2.5 总结 ....................................................................................................................................... 5 1.3 ProENGINEER软件在工程设计中的应用 ................................................................................. 5 1.3.1 ProENGINEER软件介绍 ..................................................................................................... 5 1.3.2 运动仿真技术对装载机设计理念的影响 ........................................................................... 6 1.4 本章小结 ...................................................................................................................................... 7 2 液压缸的选择 ..................................................................................................................................... 8 2.1 本章小结 ...................................................................................................................................... 8 3 装载机工作装置三维实体建模 ......................................................................................................... 9 3.1 工作装置零件建模 ...................................................................................................................... 9 3.1.1 动臂的生成 ........................................................................................................................... 9 3.1.2 铲斗的生成 ......................................................................................................................... 10 3.1.3 底座的生成 ......................................................................................................................... 11 3.1.4 连杆的生成 ......................................................................................................................... 11 3.1.5 摇臂的生成 ......................................................................................................................... 12 3.1.6 液压缸筒的生成 ................................................................................................................. 12 3.1.7 液压缸盖的生成 ................................................................................................................. 13 3.1.8 液压缸活塞的生成 ............................................................................................................. 13 3.1.9 连接销轴的生成 ................................................................................................................. 13 3.2 工作装置装配模型建模 ............................................................................................................ 14 3.2.1 底座模型装配 ..................................................................................................................... 15 3.2.2 动臂模型装配 ..................................................................................................................... 15 3.2.3 铲斗模型装配 ..................................................................................................................... 16 3.2.4 液压缸体模型装配 ............................................................................................................. 16 3.2.5 摇杆模型的装配连接 ......................................................................................................... 17 3.2.6 连杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接 ................................................................. 17 3.2.7 销钉模型的连接 ................................................................................................................. 17 3.2.8 本章小结 ............................................................................................................................. 20 4 装载机工作装置运动仿真 ................................................................................................................... 21
4.1 概述 ............................................................................................................................................ 21 4.2 创建装载机工作装置的机械运动仿真 .................................................................................... 21 4.2.1 连接轴设置 ......................................................................................................................... 21 4.2.2 创建快照 ............................................................................................................................. 22 4.2.3 定义伺服电动机 ................................................................................................................. 22 4.2.4 运行运动 ............................................................................................................................. 25 4.2.5 结果回放动态干涉检查与制作播放文件 ......................................................................... 26
4.2.6 测量 ..................................................................................................................................... 28
5 结 论 ......................................................................................................................................................... 31 6 致 谢 ......................................................................................................................................................... 32 7 主要参考文献 ........................................................................................................................................... 33 8 附 表 ......................................................................................................................................................... 34
1 前 言
装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，同时也成为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。
1.1 装载机的简介
1.1.1 装载机的发展历史及前景
我国装载机始于1960年末，发展至今它经历了3个发展阶段，即60年代仿制摸索阶段；70年代自力更生研制阶段；80年代至90年代技术引进、合资合作发展阶段。自1958年，上海港口机械厂首先测绘并试制了67KW（90hp）、斗容量为1m的装载机——我国自己制造的第一台装载机之后。全国装载机产品从1976年的446台发展到1996年的18310台，二十年内增长41.1倍。同时国民经济的发展与国家基建规模及资金投入的增大，更促进了我国装载机行业的迅速发展。生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8~10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。自此装载机在全国机械产品中，成为重要代表产品，令世人瞩目。
随着我国经济的持续、健康、高速发展，对工程机械的需求将增长，这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场需求。我国“九五”期间土石方、路基路面、基础及建筑施工工作量预计比“八五”要大一倍以上，工程机械的总需求量亦将为“八五”期间的二倍，推土机、装载机、轮式起重机、叉车、路面机械、凿岩钻车及挖掘机械等7类主要工程机械“九五”末的年需求量可在11万台以上。而轮式装载机2000年时年需求达27000～30000台以上，这就为我国轮式装载机行业的发展提供了一个良好的市场前景，为制订战略发展宏伟目标提供科学决策依据。
综观国外装载机的发展特点及外部环境，专家预测未来装载机的主要发展趋势是： （1） 开发节能、高效、可靠、环保型产品，并研制无泄漏装载机。 （2） 微电子及机电液仪一体化技术将获得越来越广泛的应用。 （3） 安全性及舒适性是产品发展的重要目标。 （4） 大型化与微型化仍是产品系列化的两极方向。
（5） 技术进步、人才培养和售后服务将成为企业生存的三大关键内在因素。 （6） 集团化、社会化与国际化是企业生存与发展的必由之路。
1.1.2 装载机的种类
目前，装载机的国际市场分为两类：一类是发达国家市场，二类是发展中国家市场。发达国家市场的产品技术水平和质量要求很高，竞争异常激烈。由于我国装载机产品档次低，不易开拓此类市场，而应重点巩固与继续发展二类市场。二类市场主要包括东南亚、中东、非洲和南美洲四大区域市场，主要由发展中国家组成，与我国有良好的外交关系，往来密切，也是我国装载机出口量最多的地区。因此，发展中国家市场是目前我国装载机进入国际市场的主攻方面。由于受东南亚经济危机持续时间加长、印尼国内动乱及一些国家货币贬值等诸多外部因素的影响，导致了我国装载机
3 出口难度的增加，也给国外装载机及其关键部件的进口创造了外部条件。
因此，有关生产装载机企业（包括合资企业）要积极准备，把握时机，迎接挑战，扎实搞好“三大战役”，务求在品种、质量、交货期和售后服务等方面有一个更大的发展。在有限的时间内，集中力量解决目前存在的以下三个问题：相当一批产品水平较低，高科技含量少，可靠性较差；中小型号生产厂家多而杂，产量过剩；产品结构不合理，多数企业形不成规模效益。
总的来说，常用的单斗装载机，按行走装置，发动机功率，传动形式，行走系结构，装载方式的不同进行分类。
1、行走装置的不同： 装载机分为轮胎式和履带式两种。
轮胎式装开机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成，其结构简单图如图2所示。轮胎式装载机采用柴油机为动力装置，液力变矩、动力换档变速箱、双桥驱动等组成的液力机械式传动系统（小型轮胎式装载机有的采用液压传动或机械传动），液压操纵，铰接式车架转向，反转杆机构的工作装置。
履带式装载机以专用底盘或工业拖拉机为基础车，装上工作装置并配装相就原操纵系统而构成，如图1所示。履带式装载机的动力装置也是柴油机，机械式传动系统则采用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。
图1轮胎式装载机