【導(dǎo)讀】消耗于這一工序的勞動(dòng)量占循環(huán)時(shí)間的30%-40%。正因?yàn)槿绱?，國外許多的國家十分重視裝載機(jī)械的開發(fā)推廣與使用。自身帶有動(dòng)力的裝載機(jī)，是在1920年初出現(xiàn)的，其鏟斗安裝在兩根垂直。立柱上，鏟斗的舉升和下落是用鋼繩來操縱的。從1930年開始，裝載機(jī)的機(jī)構(gòu)得到較大。年，開始用液壓代替鋼繩控鏟斗。插入運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)因插入阻力大而熄火。1960年出現(xiàn)了第一臺(tái)鉸接式裝載機(jī)，這使裝。載機(jī)轉(zhuǎn)向性能大大改善，增加了它的機(jī)動(dòng)性能性和縱向穩(wěn)定性。是裝載機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)新的突破，它進(jìn)一步增加了裝載機(jī)的使用范圍。今后裝載機(jī)的發(fā)展趨。勢(shì)是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸的增加和機(jī)構(gòu)的改進(jìn)進(jìn)一步增加了生成力。我國“九五”期間土石方、路。掘機(jī)械等7類主要工程機(jī)械“九五”末的年需求量可在11萬臺(tái)以上。停止等各動(dòng)作進(jìn)行控制。性好，裝載寬度受限制小，鏟斗還可兼做活動(dòng)平臺(tái)，用于安裝錨桿或挑頂?shù)?。最后作出連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際特性曲線，根據(jù)實(shí)際特性曲線和近似特性曲線之間

　　

【正文】 ， IBM 公司的 CADAM和 CATIA, Prime公司的 CADDS和 Medusa，麥道公司的 UG一 11, SDRC公司的 IDEAS以及法國的 MAI, R 公司的 Euclid 等。 Pro/Engineer 軟件有如下特點(diǎn)： 1)單一數(shù)據(jù)庫 :Pro/Engi eer 是建立在統(tǒng)一基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變， NC(數(shù)控 )工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新 。組裝工程圖若有任何變動(dòng)，也完全同樣遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使對(duì)一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)綜合為一體，從而使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好 地推向市揚(yáng)，價(jià)格也更便宜。 2)行為建模能力 :行為建模技術(shù)是從 Pro/Engineer 2021i 開始推廣的新技術(shù)。這種行為建模技術(shù)被業(yè)界作為第五代 CAD 技術(shù)。它通過把導(dǎo)出值 (比如容積 )包含到參數(shù) .特征中，再反過來使用它們生成和控制其它模型的幾何圖形。使用行為建模技術(shù)，用戶首先要定義一個(gè)工程分析模型，其中包括名稱、類型和定義。接著，他們要建立“操作” — 定義和引用一類用在分析模型中的新特征，比如體積，然后為分析模型設(shè)置約束條件，包括目標(biāo)值、一個(gè)參數(shù)的最小和最大值。系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)解決方案的圖表，協(xié)助用戶設(shè)計(jì)選擇 最優(yōu)方案。利用行為建模技術(shù)的自動(dòng)求解能在最短的時(shí)間內(nèi)，找到能滿足工程標(biāo)準(zhǔn)的最佳設(shè)計(jì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的手工反復(fù)操作的方法，行為建模的全自動(dòng)處理有很多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于簡(jiǎn)單的問題可以方便的求解，復(fù)雜的問題則可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成尋找解決方案的任務(wù)。有了這個(gè)強(qiáng)大的功能，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新才會(huì)更快更好。用戶可以建立非幾何的行為特征，如反射率、容積和質(zhì)心，它們比傳統(tǒng)形式的特征具有更高的智能。這些“自適應(yīng)過程特征”可滿足特定的工程需求，能被用來捕捉高標(biāo)準(zhǔn)的原始設(shè)計(jì)意圖，并驅(qū)動(dòng)最優(yōu)模型設(shè)計(jì)。一旦特征確定下來，就可以使用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法 來約束和分析模型。然后，行為建模器會(huì)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)以自適應(yīng)的形式重建，以滿足所有行為目標(biāo)。 4)特征靈活性 :因?yàn)樵诋?dāng)今的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，為了滿足客戶的要求，適應(yīng)市場(chǎng)的變化，更改設(shè)計(jì)是司空見慣的事。而如何縮短更改周期就成了需要研究的問題。在 Pro/Engineer中，增加了一種稱為意向參考 (Intent Manager)的新功能。使用這種功能，設(shè)計(jì)者可以定義特征建立的方式，利用這種定義方式，可以靈活地構(gòu)建特征，并且在特征發(fā)生更改時(shí)仍然保持原來的設(shè)計(jì)意圖，從而把設(shè)計(jì)人員從繁瑣的設(shè)計(jì)更改中解脫出來。 3)自動(dòng)約束 功能 :在二維截面的繪制中，圖形自動(dòng)約束功能大大提高了設(shè)計(jì)效率。這樣的約束主要有以下幾種 :水平、豎直、平行、垂直、共線、同心、相切 (包括圓與圓、圓與圓弧、圓弧與圓弧、直線與圓、直線與圓弧的相切 )、對(duì)稱、等長 (等徑 )、角度、距離等等。 Pro/Engineer 具有的這些特點(diǎn)，使其非常適合于機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用其參數(shù)化功能方便地進(jìn)行系列化產(chǎn)品的開發(fā)。 石志勇 ：側(cè)卸 式鏟斗裝載 機(jī) 總體設(shè)計(jì)和工作 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 裝載 機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 建模過程 ZCY60 型側(cè)卸 裝載 機(jī)是 執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，它是 裝載 機(jī)的主要系統(tǒng)，由兩大部分組成。 動(dòng)臂升降機(jī)構(gòu) :由提升油缸和動(dòng)臂組成。動(dòng)臂的 一端鉸接在車架上，由動(dòng)臂油缸的活塞桿伸縮而完成 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的提升與下降動(dòng)作。 裝載 、側(cè)卸機(jī)構(gòu) :由轉(zhuǎn)斗油缸、側(cè)卸油缸和鏟斗組成。轉(zhuǎn)斗油缸控制鏟掘動(dòng)作，側(cè)卸缸控制側(cè)向卸料。 生成實(shí)體模型有不同方法， 下 圖為生成示意圖， a)為拉伸法， (b)為旋轉(zhuǎn)法， (c)為布爾運(yùn)算法。 圖 41用不同方法生成實(shí)體模型 Fig41 Different method creat entity model 根據(jù)布爾運(yùn)算法建立零件模型 ： 鏟斗總成三維視圖見圖 42 圖 42 鏟斗三維視圖 Fig42 Tridimensional views of bucket 鏟斗座三維視圖見圖 43 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 43鏟斗座三維視圖 Fig43 Tridimensional views of bucket seat 工作裝置總成設(shè)計(jì)流程圖見圖 44. 圖 44 工作裝置設(shè)計(jì)流程圖 Fig44 Flow chart design for working device 石志勇 ：側(cè)卸 式鏟斗裝載 機(jī) 總體設(shè)計(jì)和工作 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 36 工作裝置總 成見 圖 45 圖 45 工作裝置總成 Fig45 Working device unit assemblage Pro/Engineer 的 數(shù)據(jù)庫 是 單一 的 ，建模初始方案確定后，對(duì)任意零件如動(dòng)臂的修改，都會(huì)影響相應(yīng)組件和工程圖的變化，因而 有利于團(tuán)隊(duì)協(xié)同作業(yè) ，而且 避免了重復(fù)性勞動(dòng) ，這是大型集成化系統(tǒng)開發(fā)很好的解決方案，也是未來機(jī)械 CAD/CAE 行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 裝載 機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)仿真 運(yùn)動(dòng)仿真概述 系統(tǒng)仿真可以理解為對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在或尚不存在但正在開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)特性研究的綜合科學(xué)。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)不存在或己經(jīng)存在但無法在現(xiàn)有系統(tǒng)上直接進(jìn)行研究的情況，只能設(shè)法構(gòu)造既能反映系統(tǒng) 特征又能符合系統(tǒng)研究要求的系統(tǒng)模型，并在該系統(tǒng)模型上進(jìn)行所關(guān)心的問題研究，揭示已有系統(tǒng)和未來系統(tǒng)的內(nèi)在特性、運(yùn)行規(guī)律、分系統(tǒng)之間的關(guān)系并預(yù)測(cè)未來 。 側(cè)卸 裝載 機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)仿真 對(duì)側(cè)卸式 裝載 機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和動(dòng)態(tài)顯示以及鏟斗齒尖、動(dòng)臂末端等軌跡的計(jì)算機(jī)輔助生成作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，越來越受到人們的重視。一方面，新的設(shè)計(jì)方案通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真與工作裝置的動(dòng)態(tài)顯示，可以檢驗(yàn)方案設(shè)計(jì)合理性，檢驗(yàn)工作裝置各構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生干涉，機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否最優(yōu)。另一方面，在遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 工作裝置交互 設(shè)計(jì)中，通過仿真和動(dòng)態(tài)顯示，可為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供約束范圍和為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù) 。 在 Pro/Engineer 的“機(jī)械 (Mechanism)”模塊中，可進(jìn)行一個(gè)裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真 并可以將其結(jié)果輸入到 Pro/MECHANICA 中，以便于進(jìn)一步進(jìn)行力學(xué)分析，也可以將“機(jī)械模型”帶入到“設(shè)計(jì)動(dòng)畫”中來創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)畫序列 。 側(cè)卸 裝載 機(jī)各零件的三維建模和運(yùn)動(dòng)共同體的裝配工作在上一章己經(jīng)完成，若要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)，則在對(duì)產(chǎn)品的各部件組裝時(shí)不能采用傳統(tǒng)的裝配模式，即完全約束 (fully constraint)將每個(gè)零件硬性 的“死”裝在整個(gè)組件上。而應(yīng)采取裝配連接形式 (pletely connection)，它更注重各零件或組件在整個(gè)機(jī)構(gòu)上發(fā)揮的作用及職能 (自由度 )和具有的真實(shí)運(yùn)動(dòng)及限制條件，“活”連接在部件中。應(yīng)用 Pro/Engineer 軟件的機(jī)械 (Mechanism)模塊實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真，需要具備兩個(gè)過程 :一是裝配連接并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，二是給每一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的零件施加驅(qū)動(dòng)。 應(yīng)用 Pro/Engineer 軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真流程如圖 46： 圖 46機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真流程圖 Fig46 Thelootor simulation flow chart for mechanism 1） 連接 在 Pro/Engineer 軟件中，連接也叫機(jī)械連接，用于定義兩個(gè)元件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。石志勇 ：側(cè)卸 式鏟斗裝載 機(jī) 總體設(shè)計(jì)和工作 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 Pro/Engineer 中的連接類型 有銷釘 、 圓柱 、 滑動(dòng)桿 、 平面 、 球等 它們各自有不同的旋轉(zhuǎn)自由度和平移自由度 ， 需要定義的約束也都不同 。如下圖： 圖 47連接方式圖 Fig47 Mode of connection chart 根據(jù) ZCY60 型側(cè)卸 裝載 機(jī)的實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況，工作裝置各鉸點(diǎn)及油缸處情況的連接見表 41: 表 41 ZCY60型側(cè)卸 裝載 機(jī)各鉸點(diǎn)連接定義 Tab 41 The hinge joint definition for ZCY60 sides dump Mucker 位置 連接 元件 附著元件 運(yùn)動(dòng)情況 選擇連接 鉸點(diǎn) A 機(jī)架 動(dòng)臂油缸 缸體缸體繞 A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng) ， 無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) B 機(jī)架 動(dòng)臂 動(dòng)臂繞 B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) C 機(jī)架 轉(zhuǎn)斗油缸 缸體繞 C點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) D 動(dòng)臂油缸活塞 動(dòng)臂 動(dòng)臂繞 D點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) E 轉(zhuǎn)斗油缸活塞 鏟斗座 鏟斗座繞 E點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) F 動(dòng)臂 鏟斗座 鏟斗座繞 F點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) G 側(cè)卸缸 活塞 鏟斗 鏟斗繞 G點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 鉸點(diǎn) H 鏟斗座 側(cè)卸缸缸體 側(cè)卸缸缸體繞 H點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，無平移 銷接頭 動(dòng)臂油缸缸 動(dòng)臂油 動(dòng)臂油 活塞沿軸線相對(duì)缸體移動(dòng) 滑動(dòng)接頭 體與活塞 缸缸體 缸活塞 轉(zhuǎn)斗油缸缸 轉(zhuǎn)斗油 轉(zhuǎn)斗油 活塞沿軸線相對(duì)缸體移動(dòng) 滑動(dòng)接頭 體與活塞 缸缸體 缸活塞 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 側(cè)卸油缸缸 側(cè)卸油 側(cè)卸油 活塞沿軸線相 對(duì)缸體移動(dòng) 滑動(dòng)接頭 體與活塞 缸缸體 缸活塞 2） 動(dòng)力添加、分析定義 選好連接形式后，需進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置限制運(yùn)動(dòng)范圍，為使其能自由運(yùn)動(dòng)需為各鉸點(diǎn)或零件添加動(dòng)力，即定義伺服電動(dòng)機(jī)。 伺服電動(dòng)機(jī)是以單一自由度在兩個(gè)主體之間強(qiáng)加特殊運(yùn)動(dòng)。向模型中添加伺服電動(dòng)機(jī)，是為運(yùn)動(dòng)運(yùn)行做準(zhǔn)備。伺服電動(dòng)機(jī)通過將位置、速度或加速度制定為時(shí)間的函數(shù)來形成運(yùn)動(dòng)輪廓，主要有以下這些函數(shù)。 常量 :y=A, A=常量 。該類型用于定義恒定運(yùn)動(dòng)。 斜插入 :y=A+B *t，其中 A=常量， B=斜率 。該類型用于定義恒定運(yùn)動(dòng)或隨時(shí)成線性變化的運(yùn)動(dòng)。 余弦 :y=A*cos(2*Pi*t/T 十 B)+C, A=振幅， B=相位， C=偏移量， T=周期 。該類型用于定義振蕩往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 擺線 :y=I*t/T*L*sin(2*Pi*t/T)/2*Pi, L=總上升數(shù)， T=周期 。該類型用于模擬一個(gè)凸輪輪廓輸出。 表 :通過輸入一個(gè)表來定義位置、速度或加速度與時(shí)間的關(guān)系，表文件的擴(kuò)展名為 .tab，可以在任何文本編輯器創(chuàng)建或打開。文件采用兩欄格式，第一欄為時(shí)間，該欄中的時(shí)間值必須從第一 行到最后一行按升序排列 。第二欄是速度、加速度或位置。 可以在連接軸或幾何圖元 (如零件、基準(zhǔn)平面或點(diǎn) )上放置伺服電動(dòng)機(jī)。對(duì)于一個(gè)圖元，可以定義任意多個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。但是為了避免過于約束模型，要確保進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析之前，己關(guān)閉所有沖突的或多余的伺服電動(dòng)機(jī)。例如，如果沿同一方向創(chuàng)建一個(gè)連接軸旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)和一個(gè)平面一平面旋轉(zhuǎn)角度伺服電動(dòng)機(jī)，則在同一個(gè)運(yùn)動(dòng)運(yùn)行內(nèi)不要同時(shí)打開這兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。可以在每個(gè)運(yùn)動(dòng)運(yùn)行的定義中，打開和關(guān)閉伺服電動(dòng)機(jī)?？梢允褂孟铝蓄愋偷乃欧妱?dòng)機(jī)。 連接軸伺服電動(dòng)機(jī) — 用于創(chuàng)建沿某一方向明確定義的運(yùn)動(dòng) 。 幾何伺服電動(dòng)機(jī) — 通過下列簡(jiǎn)單四個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)的組合，可以創(chuàng)建復(fù)雜的三維運(yùn)動(dòng)，如螺旋和其 .他的空間曲線。 本論文中，側(cè)卸 裝載 機(jī)工作裝置的工作情況為 :鏟斗鏟掘后翻斗、動(dòng)臂舉升、鏟斗卸料、鏟斗歸位 、 動(dòng)臂下降到鏟掘位置 、 鏟斗放平。這 6 個(gè)工況共需 6 種伺服電動(dòng)機(jī)，并把石志勇 ：側(cè)卸 式鏟斗裝載 機(jī) 總體設(shè)計(jì)和工作 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 40 6 種伺服電動(dòng)機(jī)分別設(shè)置到動(dòng)臂 油缸的滑動(dòng)接頭、轉(zhuǎn)斗油缸的滑動(dòng)接頭、側(cè)卸油缸與鏟斗座的鉸接點(diǎn)上。 定義好伺服電動(dòng)機(jī)后，按一定的規(guī)律安排各伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行順序、運(yùn)行時(shí)間就可以定義一個(gè)分析過程。本論文定義 一 個(gè)分析過程 AnalysisDefinition 1。AnalysisDefinition l模擬 裝載 機(jī)一個(gè)工作循環(huán)，即從鏟斗鏟掘開始到動(dòng)臂回落鏟斗放平時(shí)止，就需要用到定義的 6個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，各個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的順序及時(shí)間設(shè)置見表 43. 表 42 AnalysisDefinitionl伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)置 Tab 42 The analysisDefinitionl setting of s