桥式起重机运动模拟

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时间／ｓ
图５大车沿Ｚ轴方向角动量曲线 ５结论
应用ｉ维设计软件建立桥式起重机零部件模型和装配样 机，应用运动模拟软件进行各种运动模拟，可检查运动干涉情 况、模拟真实运动情况，获得运动零部件的物理性能数据，进一 步修改和完善设计参数，提高设计水平与质量。
律和运动轨迹，从而实现起重机运行情况的模拟，为起重机的设计提供可靠的参考依据。
关键词：桥式起重机；运行机构；运动模拟
中图分类号：ＴＨ２１５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—６４２９（２００９）０６—０１４６－０３
桥式起重机是广泛用于车间、仓库、码头等场合的起重设 备，主要南桥架、起升机构、小车运行机构、大车运行机构和电气 控制系统等部分组成。起重机的运动有起升机构的升降运动、整 机沿大车轨道的运动、起重小车沿桥架上的小车轨道的运动。通 过起升机构的升降运动、小车运行机构和大车运行机构的水平 运动三个工作机构的组合运动，实现在三维空间内完成物料搬 运作业。小车运行机构为多集中驱动白行式结构，大车运行机构 按传动形式不同分为集中驱动和分别驱动两类。目前起重机设 计的结构性能和力学性能已有许多较为成熟的理论和方法，能 设计出符合工程实际的设备；同时对其运动学性能也提出愈来 愈高的要求，需提高设计水平和可靠性。采用机械现代设计方法 和机械创新设计理念，利用三维设计软件和运动分析软件对起 重机的起升机构和小车运行机构建立三维模型及运动分析的数 学模型，从而对其运动的速度、加速度以及因运动引起的载荷进 行分析，模拟各种运动的运动规律、运动合成及运动轨迹，实现 起重机的运行模拟，为起重机的设计提供可靠的参考依据。 １方案确定
参考文献 ［１］张质文，虞和谦，等．起重机设计手册［Ｍ］．北京：中国铁道出
版社．１９９８． ［２］ 江洪，陆利峰．等．ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ动画演示与运动分析实例
及解析［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６． ［３］张晋西，郭学琴．ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ及ＣＯＳＭＯＳＭｏｔｉｏｎ机械仿真设
计［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００７． ［４］石立辉．基于ｓｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２００７隔膜泵的特征建模与三维动
４１６ １２９
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时间，ｓ
图４大车运行动能曲线
１８２
３运动模拟
图２桥式起重机虚拟样机模型
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（上接第１４７页）
Ｍｏｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｒａｎｅｓ
Ｎｉｕ Ｘｉａｏｍｉｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｌｉａｎｇｙｏｕ，Ｎｉｎｇ Ｓｈａｏｈｕｉ，Ｚｈａｎｇ Ｚｈｅ
运行时沿ｚ轴方向的角动量曲线。
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图３大车运行加速度曲线
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同、机关招待所等，这类建筑只需计量该建筑的总用热量，同时 对房间舒适度要求又可以根据使用性质一次锁定。 ２．６只增加热计量装置
该方案只对原系统增设蒸发式热表和入口计量装置。对分 户和整个建筑用热量加以精确计量。
该系统无任何节能与调节功能，用户舒适度也无任何改善。 但计量系统完备，收费依据准确，由于不增设跨越管，无温控阀， 改造Ｉ：程简单，干扰用户少，造价最低。该系统仅适用要求有分 户计量收费的住宅。 ３结束语
分析零部件的构造、组成及装配关系，根据基于特征的ｉ维 模型建立的思想，规划零部件特征，对零部件模型进行适当简化 处理，将主特征反映出来，忽略辅特征和次要特征。桥架由主梁 和端梁连接而成，确定主梁和端梁截面尺寸后分别建模进行装 配，然后安装起重小车轨道：为使结构紧凑，简化模型建立。减少 计算复杂度，大车运行机构采用“ｉ合一”驱动，减速器直接套装 在主动车轮轴上；小车运行机构采用集中驱动，由浮动轴与主动 车轮联接；起重小车的车架、电动机、减速器、联轴器等采用简易 模型。桥架及大车运行机构模型如图１所示。
中可生成ＡＶＩ动画。
４结果
Байду номын сангаас模拟完成后，在各个零部件的快捷菜单中选择“绘制曲线”
可输出起重机各个零部件在模拟实际的丁作环境中的质心角动
量曲线、平动加速度曲线、平动动能曲线、平动动量曲线、平动速
度曲线、总动能曲线等，可对起重机零部件运动性能进行分析验
证。图３、图４为大车运行的加速度曲线和动能曲线，图５为大车
总之，对已有系统进行改造应根据建筑物的性质及使用功 能和供热形式等具体情况，选用不同的改造方案，以简单、实用、 节约为基本原则，才能达到预期的目的。
Ｂｒｉｅｆ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｐｌａｎ ｏｆ Ｈｅａｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
Ｚｈａｎｇ Ｈｕｉｑｉｎ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ Ｂｏｒｎｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ ｏｆ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｈｅａｔｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍｓ． ７
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｅｎｅｒｇｙ蚰ｖｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ；ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｃｈａｒｇｅｉｎｇ；ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｈｅａｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ
山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
●应用技术
桥式起重机运动模拟
２００９年第６期１１月２０日出版
牛晓明１，张亮有１，宁少慧１，张 拮２
（１．太原科技大学，山西太原，０３００２４；２．西北农林科技大学，陕西杨陵，７１２０００）
摘要：桥式起重机是应用最为广泛的起重机械，文章综合应用现代设计手段和方法，在桥架、 起升机构、小车运行机构和大车运行机构的基础上，建立三维运动分析的数学模型，从而 对整机和各部件的运动速度、加速度以及因运动引起的载荷进行分析，模拟各种运动规
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｅｌ＇０Ｘｌｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｌｉｆｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｉｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｂａｓｅｄ ０１１ ｉｔｓ ｂｒｉｄｇｅ，ｌｉｆｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｒａｂ ａｎｄ ｔｒｏｌｌｅｙ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｂｕｉｌｄｓ ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ— ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｆｒｏｍ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ，ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｒｕｌｅｓ ａｎｄ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒａｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｂｅ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
因为不对每组散热器进行计量，所以在居民节能意识不高的 情况下，不适应居民住宅。该系统适用于宾馆、写字楼和出租公 寓等舒适度要求较高而无需对各个房间进行单独计量的建筑。 ２．５增设跨越管、温控阀（恒温无调节功能）
该方案与上述方案不同之处只在于取消用户设定室温的功 能，室内温控阀根据房间功能和用途由物业部门预先设定温度值。
态仿真［Ｊ］．有色矿冶，２００８（６）． ［５］王静，李青．ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三维建模技术探讨［Ｊ］．科技信
息．２００９（３）． （英文摘要下转第１５ｌ页）
万方数据
·１４７·
张慧琴：对已有建筑实现供热计量收费的方案简介
２００９年第６期１１月２０日出版
投资降低，室内各房间不做分户热计量，只对建筑物整体在供热 入口处设热量计加以总计置。
ｃｒａｎｅｓ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｂｒｉｄｇｅ ｃｒａｎｅ；ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
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加约束进行装配，建成大车桥架及大车运行机构，如图２所示；
牛晓明，等：桥式起重机运动模拟
２００９年第６期１１月２０日出版
（２）以小车架作为基础零件，根据实际的装配关系建立小车 装配体模型；
（３）以大车车架作为基础零件，依次插入大车车轮、小车架 和小车车轮，根据实际的装配关系添加装配约束，建立完整的虚 拟样机，如图２所示。
在ＣＯＳＭＯＳＭｏｔｉｏｎ环境中，将大车的轨道设为静止，其他部
件都设置为运动部件，将大车与大车轨道、小车与小车轨道约束
为平面副；在智能运动构建器中将力的单位设为Ｎ，时间单位设
为ｓ，重力加速度设为９．８Ｎ／ｓｚ，动画时间为２０ ｓ及动俩帧数为默
认值。
给定大车与大车轨道、小车与小车轨道这两个运动副的速
度或加速度，进行运动模拟，同时在ＣＯＳＭＯＳＭｏｔｉｏｎｓｄｅ输出结果
２．２虚拟样机
图１ 桥架及大车运行机构模型
为确保运动模拟方案的可行性，可用快速设计法建立简单
框架的三维模型．模拟大车和小车的运行情况，检查干涉情况，
添加必要的约束条件．然后进行真实装配。
虚拟样机装配方法及顺序：
（１）新建装配体文件，以大车一端梁作为基础件，依次插入
两根主梁、“ｉ合一”驱动装置和右端梁，按照时间装配关系，添
进行桥式起重机运动模拟，首先需确定起重机类型和主要 性能参数。以电动双梁桥式起重机为例，给定起重量Ｇ、起升高 度日、跨度Ｓ、起升速度％、大车运行速度“、小车运行速度ｎ 和起重机丁作级别等进行起重机的设计计算及零部件选用。根 据设计结果，应用三维设计造型软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ进行主要零部 件三维造型，进行零部件装配．建立虚拟样机。利用ＣＯＳ－ ＭＯＳＭｏｔｉｏｎ对装配体模型进行运动学和动力学分析，包括建立起 升机构、小车运行机构、大车运行机构的运动模型，进行运动干 涉检查分析，跟踪运动轨迹，分析运行机构中零部件的速度、加
该系统的温控阀依然具有节能效果，只是由于取消用户设 定功能，使用户的舒适度有所下降。但和传统的单管系统相比， 用户的舒适度仍是有所提高的，每组散热器上蒸发式热表的取 消。使改造Ｔ．程的复杂程度和造价有所下降，但这样就无法对分 户进行单独热量计量，只能对该栋建筑总体用热量进行总计量。
该系统适用于机关办公楼、学校教学楼及学生宿舍楼、幼儿
（上接第１４９页）
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ
Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅｓ
Ｎｉｕ Ｙｕｈｕｉ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎ— ｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅｎｅｒｇｙ～ｓａｖｉｎｇ；ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ
作者简介：１）牛晓明，男。１９８５年１月出生，现就读于太原科 技大学机械设计制造及其自动化专业。０３００２４，山西省太原市
收稿日期：２００９一１０一１０ 大学生创新性实验项目（ＵＩｒＩ＇）（项目编号：２００９００２Ｓ）
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万方数据
速度、作用力、反作用力和力矩等．用动画、图形、表格等形式输 出结果。根据分析结果修改调整零件的结构参数或材料，修改后 反馈到装配模型中，再重新进行分析，直至达到满意的设计结果。 ２建立三维模型 ２．１零部件模型