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:萬方數據
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化、變量化以及自頂向下的CAD技術,根據集裝箱雙面吊整車總體結構和性能要求,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,為后續的詳細設計奠定了基礎。

近年來,隨著集裝箱運輸的迅猛發展,具有自裝卸功能的集裝箱運輸車輛在世界范圍內得到了廣泛應用。集裝箱自裝卸運輸車的裝卸方式分為順裝式、單側裝卸式和雙側裝卸式3種,功能逐次增強,結構漸趨復雜,集裝箱雙面吊就是一種能夠從車輛兩側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、新西蘭等國家發展較快、技術較為成熟。由于集裝箱雙面吊的結構較復雜,設計中利用三維機械設計軟件Solidworks的參數化、變量化和自頂向下的設計技術,在保證總體要求的前提下,完成產品的總布置設計,為后續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展起來的,目前主要包括參數化、變量化、自頂向下和自底向上等設計技術,在產品的實際設計過程中通常需要綜合運用上述技術。三維CAD技術在產品設計中的應用是通過三維設計軟件實現的,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應用廣泛。因此,本設計以該軟件為設計平臺。

    表1當前主流三維CAD軟件

總體布置是產品技術設計的重要環節,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程度和整車性能的高低。總布置設計基本流程如圖1所示。

    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,起重機構由前后2套完全相同的機構組成,牽引車采用汽車二類底盤,總體結構如圖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,起重機構的尺寸參數和布置受集裝箱尺寸參數、作業場地要求以及鐵路、公路運輸限界的制約,輔助支撐的尺寸參數和布置則受整車作業穩定性和相鄰2車作業間距的限制。因此,總布置設計時應重點考慮上述要求。

    圖2集裝箱雙面吊三維實體模型

根據裝備的總體要求以及所采用的結構和技術形式,確定總體布置時需要重點考慮的結構、零部件以及關鍵的尺寸參數,前后2套起重機構的結構形式和尺寸參數完全相同,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,起重機構和輔助支撐裝置展開后的尺寸可同時作為子系統骨架模型的關鍵尺寸,按照結構特點及所選參數,建立集裝箱雙面吊的整車骨架簡化模型如圖3所示,相關參數的含義見表2。

    圖3整車骨架模型

    表2整車骨架模型中相關參數的含義

3總布置模型的建立

根據建立的整車骨架模型,結合各子系統的結構形式,建立各子系統的骨架模型,以這些模型為基礎,利用三維CAD軟件的參數化、變量化技術和關聯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模型。

    3.1創建車架子系統模型

創建車架模型時重點考慮鵝頸部分的結構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收回后的支撐要求,保證行駛狀態下起重機構液壓缸不受力。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模型如圖4所示。

    圖4車架子系統模型

    3.2創建起重機構子系統模型

起重機構是該車的主要裝置,設計時要求其展開后的作業幅度應滿足集裝箱移位及為他車裝卸的作業要求;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。完成后的子系統模型如圖5a所示。為了保證起重機構完全展開后各段導軌能夠在同一水平面上,對連桿機構采用了關聯設計的方法,如圖5b所示。

    圖5起重機構子系統模型

    3.3創建輔助支撐裝置子系統模型

輔助支撐裝置用于保證裝卸作業時的整車穩定性,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合的形式,完成后的子系統模型如圖6所示。

    3.4創建總布置模型

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(起重機構和輔助支撐裝置均處于完全收攏狀態)。

為了便于產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,構成更完整的整車三維總布置模型,見圖2。

    4結束語

本文介紹了基于三維CAD技術進行產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品整體性能指標的實現,可有效縮短開發周期,降低設計成本,提升產品的設計質量。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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