三维CAD技术的集装箱双面吊总布置设计

2013-05-15 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

詹隽青孟祥德李立顺熊国庆来源:万方数据
关键字:集装箱双面吊三维CAD 总布置设计
基于三维软件的参数化、变量化以及自顶向下的CAD技术,根据集装箱双面吊整车总体结构和性能要求,建立了总布置的骨架模型。以该模型为基础,完成了集装箱双面吊的总布置设计,为后续的详细设计奠定了基础。

近年来,随着集装箱运输的迅猛发展,具有自装卸功能的集装箱运输车辆在世界范围内得到了广泛应用。集装箱自装卸运输车的装卸方式分为顺装式、单侧装卸式和双侧装卸式3种,功能逐次增强,结构渐趋复杂,集装箱双面吊就是一种能够从车辆两侧实施自装卸并能够为其他车辆或装备装卸集装箱的专用运输车辆,目前在德国、瑞典、新西兰等国家发展较快、技术较为成熟。由于集装箱双面吊的结构较复杂,设计中利用三维机械设计软件Solidworks的参数化、变量化和自顶向下的设计技术,在保证总体要求的前提下,完成产品的总布置设计,为后续的详细设计奠定了基础。

1三维CAD技术

三维CAD技术是在计算机图形学的基础上发展起来的,目前主要包括参数化、变量化、自顶向下和自底向上等设计技术,在产品的实际设计过程中通常需要综合运用上述技术。三维CAD技术在产品设计中的应用是通过三维设计软件实现的,目前主流的三维设计软件如表l所示。其中,Solidworks是基于Windows开发的三维机械设计软件,其功能完全满足一般的设计要求,目前在我国的机械设计与制造及相关行业应用广泛。因此,本设计以该软件为设计平台。

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表1当前主流三维CAD软件

总体布置是产品技术设计的重要环节,具有承上启下的作用。总体布置是否合理,在很大程度上决定了总体要求的实现程度和整车性能的高低。总布置设计基本流程如图1所示。

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图1总布置设计的一般流程

2整车骨架模型的建立

集装箱双面吊采用半挂车的形式,主支撑采用边梁式车架,以4个液压支腿作为辅助支撑,起重机构由前后2套完全相同的机构组成,牵引车采用汽车二类底盘,总体结构如图2所示。牵引车可从不同形式的汽车二类底盘中选用,半挂车前部用于附属装置的布置,起重机构的尺寸参数和布置受集装箱尺寸参数、作业场地要求以及铁路、公路运输限界的制约,辅助支撑的尺寸参数和布置则受整车作业稳定性和相邻2车作业间距的限制。因此,总布置设计时应重点考虑上述要求。

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图2集装箱双面吊三维实体模型

根据装备的总体要求以及所采用的结构和技术形式,确定总体布置时需要重点考虑的结构、零部件以及关键的尺寸参数,前后2套起重机构的结构形式和尺寸参数完全相同,4个支腿也完全相同,因此只分别标注其中的1套装置,其中,起重机构和辅助支撑装置展开后的尺寸可同时作为子系统骨架模型的关键尺寸,按照结构特点及所选参数,建立集装箱双面吊的整车骨架简化模型如图3所示,相关参数的含义见表2。

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图3整车骨架模型

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表2整车骨架模型中相关参数的含义

3总布置模型的建立

根据建立的整车骨架模型,结合各子系统的结构形式,建立各子系统的骨架模型,以这些模型为基础,利用三维CAD软件的参数化、变量化技术和关联设计方法对各零部件建模并进行装配,建立整车的三维总布置模型。子系统骨架模型的建立方法与整车骨架模型相似,本文直接给出装配后的子系统模型。

3.1创建车架子系统模型

创建车架模型时重点考虑鹅颈部分的结构尺寸满足附属装置的布置要求,辅助支撑装置的箱体尺寸满足其上平面对起重机构收回后的支撑要求,保证行驶状态下起重机构液压缸不受力。在骨架模型的基础上对零部件进行建模,完成布置的车架子系统模型如图4所示。

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图4车架子系统模型

3.2创建起重机构子系统模型

起重机构是该车的主要装置,设计时要求其展开后的作业幅度应满足集装箱移位及为他车装卸的作业要求;收拢后下端应支撑在辅助支撑装置的箱体上,保证行走时液压缸不受力。完成后的子系统模型如图5a所示。为了保证起重机构完全展开后各段导轨能够在同一水平面上,对连杆机构采用了关联设计的方法,如图5b所示。

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图5起重机构子系统模型

3.3创建辅助支撑装置子系统模型

辅助支撑装置用于保证装卸作业时的整车稳定性,设计时要求展开后跨距尽可能大,同时要便于伸人邻车车体下方,保证较小的车距,收拢后应不增加整车宽度,不影响离地间隙,为此,采用了水平伸缩活动支腿和向下展开的摆腿相结合的形式,完成后的子系统模型如图6所示。

3.4创建总布置模型

将各子装配体按照正确的位置关系和运动关系进行装配,并加入车桥和车轮,得到挂车的三维总布置模型如图7所示(起重机构和辅助支撑装置均处于完全收拢状态)。

为了便于产品展示以及进行必要的运动学和动力学分析,可选择1种典型的牵引车和标准集装箱进行简化建模,构成更完整的整车三维总布置模型,见图2。

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4结束语

本文介绍了基于三维CAD技术进行产品总布置设计的一般流程和方法,利用三维设计软件完成了集装箱双面吊的总布置设计,为后续的详细设计奠定了良好基础,所采用的设计方法有利于保证产品整体性能指标的实现,可有效缩短开发周期,降低设计成本,提升产品的设计质量。该方法对于其他同类装备的设计有一定的借鉴和参考价值,具有良好的应用前景。

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