三維CAD技術的集裝箱雙面吊總布置設計

2013-05-15 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

詹雋青孟祥德李立順熊國慶來源:萬方數(shù)據(jù)
關鍵字:集裝箱雙面吊三維CAD 總布置設計
基于三維軟件的參數(shù)化、變量化以及自頂向下的CAD技術,根據(jù)集裝箱雙面吊整車總體結(jié)構(gòu)和性能要求,建立了總布置的骨架模型。以該模型為基礎,完成了集裝箱雙面吊的總布置設計,為后續(xù)的詳細設計奠定了基礎。

近年來,隨著集裝箱運輸?shù)难该桶l(fā)展,具有自裝卸功能的集裝箱運輸車輛在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用。集裝箱自裝卸運輸車的裝卸方式分為順裝式、單側(cè)裝卸式和雙側(cè)裝卸式3種,功能逐次增強,結(jié)構(gòu)漸趨復雜,集裝箱雙面吊就是一種能夠從車輛兩側(cè)實施自裝卸并能夠為其他車輛或裝備裝卸集裝箱的專用運輸車輛,目前在德國、瑞典、新西蘭等國家發(fā)展較快、技術較為成熟。由于集裝箱雙面吊的結(jié)構(gòu)較復雜,設計中利用三維機械設計軟件Solidworks的參數(shù)化、變量化和自頂向下的設計技術,在保證總體要求的前提下,完成產(chǎn)品的總布置設計,為后續(xù)的詳細設計奠定了基礎。

1三維CAD技術

三維CAD技術是在計算機圖形學的基礎上發(fā)展起來的,目前主要包括參數(shù)化、變量化、自頂向下和自底向上等設計技術,在產(chǎn)品的實際設計過程中通常需要綜合運用上述技術。三維CAD技術在產(chǎn)品設計中的應用是通過三維設計軟件實現(xiàn)的,目前主流的三維設計軟件如表l所示。其中,Solidworks是基于Windows開發(fā)的三維機械設計軟件,其功能完全滿足一般的設計要求,目前在我國的機械設計與制造及相關行業(yè)應用廣泛。因此,本設計以該軟件為設計平臺。

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表1當前主流三維CAD軟件

總體布置是產(chǎn)品技術設計的重要環(huán)節(jié),具有承上啟下的作用。總體布置是否合理,在很大程度上決定了總體要求的實現(xiàn)程度和整車性能的高低?？偛贾迷O計基本流程如圖1所示。

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圖1總布置設計的一般流程

2整車骨架模型的建立

集裝箱雙面吊采用半掛車的形式,主支撐采用邊梁式車架,以4個液壓支腿作為輔助支撐,起重機構(gòu)由前后2套完全相同的機構(gòu)組成,牽引車采用汽車二類底盤,總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。牽引車可從不同形式的汽車二類底盤中選用,半掛車前部用于附屬裝置的布置,起重機構(gòu)的尺寸參數(shù)和布置受集裝箱尺寸參數(shù)、作業(yè)場地要求以及鐵路、公路運輸限界的制約,輔助支撐的尺寸參數(shù)和布置則受整車作業(yè)穩(wěn)定性和相鄰2車作業(yè)間距的限制。因此,總布置設計時應重點考慮上述要求。

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圖2集裝箱雙面吊三維實體模型

根據(jù)裝備的總體要求以及所采用的結(jié)構(gòu)和技術形式,確定總體布置時需要重點考慮的結(jié)構(gòu)、零部件以及關鍵的尺寸參數(shù),前后2套起重機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和尺寸參數(shù)完全相同,4個支腿也完全相同,因此只分別標注其中的1套裝置,其中,起重機構(gòu)和輔助支撐裝置展開后的尺寸可同時作為子系統(tǒng)骨架模型的關鍵尺寸,按照結(jié)構(gòu)特點及所選參數(shù),建立集裝箱雙面吊的整車骨架簡化模型如圖3所示,相關參數(shù)的含義見表2。

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圖3整車骨架模型

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表2整車骨架模型中相關參數(shù)的含義

3總布置模型的建立

根據(jù)建立的整車骨架模型,結(jié)合各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,建立各子系統(tǒng)的骨架模型,以這些模型為基礎,利用三維CAD軟件的參數(shù)化、變量化技術和關聯(lián)設計方法對各零部件建模并進行裝配,建立整車的三維總布置模型。子系統(tǒng)骨架模型的建立方法與整車骨架模型相似,本文直接給出裝配后的子系統(tǒng)模型。

3.1創(chuàng)建車架子系統(tǒng)模型

創(chuàng)建車架模型時重點考慮鵝頸部分的結(jié)構(gòu)尺寸滿足附屬裝置的布置要求,輔助支撐裝置的箱體尺寸滿足其上平面對起重機構(gòu)收回后的支撐要求,保證行駛狀態(tài)下起重機構(gòu)液壓缸不受力。在骨架模型的基礎上對零部件進行建模,完成布置的車架子系統(tǒng)模型如圖4所示。

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圖4車架子系統(tǒng)模型

3.2創(chuàng)建起重機構(gòu)子系統(tǒng)模型

起重機構(gòu)是該車的主要裝置,設計時要求其展開后的作業(yè)幅度應滿足集裝箱移位及為他車裝卸的作業(yè)要求;收攏后下端應支撐在輔助支撐裝置的箱體上,保證行走時液壓缸不受力。完成后的子系統(tǒng)模型如圖5a所示。為了保證起重機構(gòu)完全展開后各段導軌能夠在同一水平面上,對連桿機構(gòu)采用了關聯(lián)設計的方法,如圖5b所示。

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圖5起重機構(gòu)子系統(tǒng)模型

3.3創(chuàng)建輔助支撐裝置子系統(tǒng)模型

輔助支撐裝置用于保證裝卸作業(yè)時的整車穩(wěn)定性,設計時要求展開后跨距盡可能大,同時要便于伸人鄰車車體下方,保證較小的車距,收攏后應不增加整車寬度,不影響離地間隙,為此,采用了水平伸縮活動支腿和向下展開的擺腿相結(jié)合的形式,完成后的子系統(tǒng)模型如圖6所示。

3.4創(chuàng)建總布置模型

將各子裝配體按照正確的位置關系和運動關系進行裝配,并加入車橋和車輪,得到掛車的三維總布置模型如圖7所示(起重機構(gòu)和輔助支撐裝置均處于完全收攏狀態(tài))。

為了便于產(chǎn)品展示以及進行必要的運動學和動力學分析,可選擇1種典型的牽引車和標準集裝箱進行簡化建模,構(gòu)成更完整的整車三維總布置模型,見圖2。

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4結(jié)束語

本文介紹了基于三維CAD技術進行產(chǎn)品總布置設計的一般流程和方法,利用三維設計軟件完成了集裝箱雙面吊的總布置設計,為后續(xù)的詳細設計奠定了良好基礎,所采用的設計方法有利于保證產(chǎn)品整體性能指標的實現(xiàn),可有效縮短開發(fā)周期,降低設計成本,提升產(chǎn)品的設計質(zhì)量。該方法對于其他同類裝備的設計有一定的借鑒和參考價值,具有良好的應用前景。

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