基于proe的液压挖掘机三维建模与运动仿真..

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基于Pro／E的挖掘机虚拟样机建模及运动学仿真

图１
虚拟样机及伺服电机定义
圈
收稿日期：０２０ — ８２１— ４０
作者简介：徐素霞（９８）女，１８一，内蒙古乌海人，学生，硕士研究生，研究方向 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 研究方向为机构学与机械动力学。２２８
《装备制造技术｝０２２１年第７期
杆正转到一定位置，铲斗正转进行挖掘作业，待铲斗图２是挖掘机中间齿尖在ＷＣＳ坐标系关于时问的满载后，动臂反转，使铲斗抬升。同时斗杆和铲斗正位置、度、速加速度图像。转调整姿势防止洒土。然后转台反转至卸载位置，斗
挖掘机是我国经济建设中非常重要的工程机械之一。因此，挖掘机机械结构和工作过程做深入研对究，非常必要的。Ｐｏ是ｒＥ是一款全方位的三维产品／开发软件，整合了零件设计、品组装、产工程制图、造型设计、机构设计／分析与动态仿真等各种功能。借于此技术，工程设计人员可以在制造物理样机之前，建立虚拟样机模型，拟实际工况进行运动仿真。根模据仿真结果，各种设计方案进行对比，而确定关对从键的设计参数，预测产品的机械性能，以减少产品开发周期，节省设计费用，提高产品品质及性能。本文以某种挖掘机为样机，利用ＰｏｒＥ建立虚拟／样机模型，并对其进行运动仿真分析，通过数据分析来研究挖掘机的工作状况。
１挖掘机虚拟样机的建模

基于Proe的挖掘机分析

基于Pro/E的液压挖掘机设计集成与轻量化分析2009-11-19 20:18:37 作者：•本文分析了Pro/ENGINEER三维参数化设计流程，结合液压挖掘机的模型和组成特点，对其在参数化设计、装配与运动仿真、有限元分析与结构优化、轻量化设计等方面进行了深入剖析。

通过此流程，可以提高液压挖掘机的设计效率，降低设计时间。

文中完全摒弃了偏重参数化设计的思想，而是以液压挖掘机的实际问题为核心，该方案也适用于其他类似工程机械设备的研发。

一、前言液压挖掘机是土石方工程的主要施工机械，如图1所示。

全世界各种施工作业场约有65%～70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。

近年来，国内外液压挖掘机产量急剧上升，结构逐步完善，在工程建设和施工行业中占有很重要的位置。

液压挖掘机迅速发展的根本原因在于机械本身的优越性、通用性好和操纵轻便，也在于重视试验研究工作和计算机技术的引用。

在Bauma2008展会上展出的液压挖掘机中，传统型和通用型产品样机较少，多是一些有特殊构造、有特色的和多功能产品，这既体现了各厂家市场差异化的产品发展战略，又体现了各自的技术水平和实力。

这些变化大大扩展了液压挖掘机的功用，提高了产品的施工适用性，同时对设计手段和设计效率也提出了更高的要求。

液压挖掘机行业作为工程机械行业的重要分支，其设计方式正经历着革命性变化，计算机辅助设计技术的推广应用势在必行。

采用新结构和新材料，利用现代设计技术和先进制造技术，是保证和提高液压挖掘机性能的重要途径。

以前通过大量的样机和试验方式来验证产品可靠性和稳定性的方法，正在逐渐为虚拟样机和虚拟试验方式所取代。

这些技术既能缩短产品的设计和制造周期，同时又能提高产品的质量。

国外许多有实力的生产厂商、科研机构都已经针对挖掘机设计开发出一些专业软件，如美国卡特匹勒(C a t e r p i l l a r)、德国利勃海尔(L i e b he r r)、英国J B C和日本神钢(C K O B E L C O)等公司都进行了专业化的设计软件开发，但目前市场上可供选用的商品化应用软件却很少。

08116225倪宗道—基于PROE的挖掘机的设计与运动仿真

湖北文理学院毕业设计(论文)正文题目基于Pro/E的挖掘机的设计与运动仿真专业机械设计制造及其自动化班级机制0812班姓名倪宗道学号08116225指导教师张俊教授2012年 5月 16日基于Pro/E的挖掘机的设计与运动仿真摘要：挖掘机广泛应用于工程机械中，随着科学技术和制造业的发展,计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各个设计领域，为了缩短产品的设计周期、提高设计质量、降低设计成本，满足投资者和产品更新换代的需要。

根据挖掘机的工作原理和结构特点，利用三维建模软件Pro/Engineer建立了挖掘机各零件的三维模型，并在此基础上进行零件的装配、干涉检查、运动仿真分析等高级计算机辅助设计工作，将复杂的挖掘机形象地展现在用户面前，使设计者在设计阶段就能清楚地见到产品的最终结果，及时发现设计问题，既减轻了工作量又节省了资金，为新产品的开发奠定了基础，有助于增强企业的产品开发能力。

关键词：挖掘机；虚拟装配；三维建模； Pro/E；运动仿真Structural Design and Motion Simulation of the Excavator Based onPro / EAbstract:With the development of science and technology and manufacturing excavators are widely used in construction machinery, computer-aided design technology becomes more widely used in various design fields, in order to shorten the design cycle, improve design quality, reduce design costs, meet the needs of investors and product replacement. According to the excavator working principle and structure characteristics, the use of three-dimensional modeling software Pro / Engineer part to establish a three-dimensional model of the excavator, and on this basis part of the assembly, interference detection, motion simulation and other advanced computer-aided design , the complexity of the image to show the excavator to the user, so that designers in the design phase can clearly see the results of the final product, to detect design problems. Not only reduces the workload but also saves money for the new foundation for the development of products to help enhance product development capabilities.Key word:Excavator; Virtual assembly; 3D Model; Pro / E; Motion Simulation目录1 绪论 (1)1.1本课题研究的背景 (1)1.2本课题研究的目的及意义 (3)1.3调研分析 (4)1. 4本章小结 (5)2 挖掘机的总体分析 (6)2.1目前挖掘机设计中存在的优缺点 (6)2.2颜色的拟定 (7)2.3挖掘机运动部件的分析 (8)2.4本章小结 (9)3 挖掘机零件的三维设计 (10)3.1 Pro/E设计概述 (10)3.2 挖掘机主要零件的三维设计 (12)3.3 挖掘机其他零件的三维设计 (16)3.4本章小结 (20)4挖掘机的装配设计 (21)4.1装配概述 (21)4.2挖掘机总体装配过程 (23)4.3本章小结 (33)5 挖掘机的运动仿真 (34)5.1运动仿真概述 (34)5.2挖掘机的运动分析及干涉检验 (35)5.3伺服电机的设定 (37)5.3.1车体（旋转台）轴的电动机设计 (37)5.3.2主臂油缸的电动机设计 (38)5.3.3前臂油缸的电动机设计 (38)5.3.4挖斗油缸的电动机设计 (39)5.3.5整车直线轨迹电动机设计 (40)5.3.6整车弧线轨迹电动机设计 (40)5.4挖掘机的运动仿真 (41)5.5本章小结 (44)6本文总结 (45)1 绪论1.1本课题研究的背景早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机,当时的抚顺重型机器厂(抚顺挖掘机厂前身)引进前苏联的机械式挖掘机W10012和W5012等国际20世纪30－40年代的产品。

基于proe的挖掘机的三维实体造型及装配设计

优秀设计07机制专业《三维设计技术》期末考核大作业——挖掘机的三维实体造型及装配班级：姓名：学号：挖掘机的装配（一）绘制挖掘机挖斗（1）创建新文件单击工具栏里的【新建文件】图标，出现对话框，在【类型】栏中选择【零件】，在【名称】文本框中输入dig_scratch，再在【子类型】栏中选择【实体】，单击【确定】按钮完成文件创建。

如图1-1所示。

图1-1（2）.绘制挖斗1.从特征操作按钮区中选取【拉伸】工具，单击显示区的【草绘】按钮，选取FRONT 平面作为绘图平面，接受参照基准和方向，单击【草绘】完成设置。

绘制如图1-2所示的草绘图，单击按钮区的【确定】完成草绘。

图1-22.选取双向拉伸，厚度均设为3.55，如图1-3所示。

图1-33.单击信息显示区的【完成】按钮，完成绘制。

完成后实体如图1-4所示。

图1-4（3）.绘制边缘1.选取【拉伸】工具，再单击【放置】、【定义】，选取FRONT作为绘图平面，单击【草绘】完成草绘设置。

2.选取【通过边创建图元】工具按钮，系统将自动弹出对话框，选取【单个】选取边，完成【关闭】。

如图1-5所示。

图1-53.采用双向拉伸，厚度均设定为３.９，最后单击信息栏右边的【完成】按钮如图1-6所示，完成边缘绘制。

图1-6（４）倒圆角在挖斗毛坯与突缘相交处绘制半径为０.１６的圆角，完成圆角后的模型如图1-7所示。

图1-7（５）抽壳从特征操作按钮区中选取【抽壳】工具按钮，在信息显示区中输入抽壳壁厚０.１２.如图1-8所示。

接着从模型中选取图所示的抽壳挖去曲面，最后单击显示区右边的【完成】按钮，完成抽壳后的实体效果图见（图1-9）。

图1-8 图1-9（6）创建挖齿1.绘制单个挖齿从特征操作按钮区中选取【拉伸】工具，再单击【定义】按钮，选取挖斗中的一个端面作为绘图平面，接受系统所默认的基准和方向，单击对话框中的【草绘】按钮完成绘图前的设置。

绘制如图1-10所示，草绘完成后单击【确定】。

液压挖掘机工作装置的建模与仿真分析

～6]
。
纵观我国液压挖掘机 30 余年的发展历史，大致可以分成以下几个阶段： (1)开发阶段(1967 年—1977 年)。以测绘仿制为主的开发，通过多年坚持不懈的努力，克服一个一个的困难，有少量几种规格的液压挖掘机终于获得初步成功，为我国挖掘机行业的形成和发展迈出了重要的一步。 (2)液压挖掘机发展、提高并全面替代机械挖掘机阶段(1978~1986 年)。这个阶段通过各主机生产厂引进技术(主要是德国挖掘机制造技术)的消化、吸收和移植，使我国液压挖掘机产品的性能指标全面提高到国际 70 年代末 80 年代初期的水平。全国液压挖掘机平均年产量达到 1230 台。 (3)液压挖掘机生产企业数量增加，新加入挖掘机行业的国有大、中型企业以技贸结合，合作生产方式联合引进日本挖掘机制造技术(1987 年～1993 年)。由于国内对挖掘机需求量的不断提高，新加入挖掘机行业的企业通过开发和引进挖掘机制造技术，其产品批量或小批量的投放国内市场或出口，打破了多年来主要由六大家挖掘机生产企业垄断国内挖掘机市场的局面，引进了有益于提高产品质量、性能和产量的良性竞争。这个期间国内液压挖掘机的年均产量提高到 2000 余台。 (4)国内液压挖掘机供需矛盾日益扩大，广大用户为了提高施工质量和按期完成施工任务，对使用高质量、高水平、高效率挖掘机的兴趣日趋浓厚。国外各著名挖掘机制造厂商纷纷前来中国创办合资、独资挖掘机生产企业。从 1994 年开始，特别到 1995 年在我国挖掘机行业掀起了一股不小的合资浪潮. 其中美国卡特彼勒公司率先在徐州金山桥开发区建立了生产液压挖掘机的合资企业，随后日本小松制作所、日立建机株式会社、神户制钢所、韩国大宇重工业、现代重工业以及德国利勃海尔公司等都相继在中国建立了合资、独资挖掘机生产企业，生产具有世界先进水平的多种型号和规格的液压挖掘机[7]。

毕业设计--挖掘机三维建模及运动仿真[管理资料]

教研室主任（签名）系主任（签名）
1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求
主要内容：运用Pro/E基于特征的参数化建模功能建立玉柴小型液压挖掘机各组成零部件的三维数字化虚拟模型，使用模型组装的方法创建机构连接，进行虚拟装配，通过驱动器给机构添加运动动力，完成挖掘机的运动仿真分析和动力学仿真分析。
基本要求：通过对挖掘机的结构分析掌握挖掘机的工作原理及运动规律。利用Pro/E软件创建挖掘机的三维数字化虚拟模型，对装配体进行运动仿真分析和动力学仿真分析，模拟机构在特定环境中的工作状况，分析其运动规律，并对其做动态的判断，以便尽早发现设计中的缺陷和潜在的不合理之处，及时修改设计方案。
关键词：挖掘机；建模；装配；运动分析
ABSTRACT
Pro / E in excavator design of three-dimensional modeling and motion simulation of the main steps: parametric solid modeling, assembly structure, institutional analysis and generate engineering drawings. Design, applied to the main Pro / E three modules: The first argument of the three-dimensional solid modeling module, the second component assembly module and the third is institutional analysis module.
毕业设计（论文）
挖掘机三维建模及运动仿真
学生：

基于proe的液压挖掘机三维建模与运动仿真

****************学校毕业设计说明书设计题目：基于Pro/E的液压挖掘机三维建模与运动仿真系部：******专业：******班级：******学生姓名：******学号：******指导教师：**********年**月**日摘要工作装置是液压挖掘机的重要组成部分，为研究工作装置在挖掘机整个作业循环时间里的运动情况，运用Pro/E软件的运动仿真模块对挖掘机工作装置进行运动仿真。

采用传统的运动分析方法存在工作量大、不精确和不直观等缺点。

利用Pro/E对液压挖掘机反铲工作装置进行建模和装配,首先分析了挖掘机的运动过程和各工况位置,然后用Pro/ E中的Mechanism模块进行了机构运动学仿真,通过对挖掘机各连接轴的设置,找到挖掘机动臂、斗杆和铲斗的各极限位置，以及确定各部件的运动关系和时间安排。

结果表明该方法简单、可靠、为挖掘机整机设计及性能评估提供一定的理论依据。

关键字：液压挖掘机；Pro/E；运动仿真ABSTRACTThe work device is an important part of a hydraulic excavator.To start the motion process of hydraulic excavator work device in the whole operation cycle time, Pro/E sofortware is used to simulat. The traditional design methods to draw the envelope diagram have many shortcomings, such as the heavy workload,imprecision and less intuition. Pro/ E software was used to model and assemble for backhoe working equipment of the hydraulic excavator. Above all , the excavator movement process and work conditions were analyzed. Then mechanism kinematics simulation was carried on by Mechanism module in the Pro/ E software. The limit positionsof movable arm, bucket arm and bucket were found through setting joint shafts of the excavator.Keywords：excavator；Pro/E；dynamic simulation目录摘要 (Ⅰ)第1章绪论 (1)1.1液压挖掘机在工程应用中的重要性 (1)1.2液压挖掘机的简介 (1)1.2.1 液压挖掘机的组成 (2)1.2.2 液压挖掘机的工作循环过程 (3)1.3 Pro/E软件的介绍 (3)第2章基于Pro/E的挖掘机参数化建模 (5)2.1动臂的建模 (5)2.2 斗杆的建模 (7)2.3 挖斗的建模 (8)2.4 驾驶舱的建模 (10)2.5动臂液压元件 (12)2.6挖斗液压元件 (13)2.7连接片的建模 (14)第3章液压挖掘机的装配设计 (16)3.1 装配概述 (16)3.2 机座的装配 (17)3.3 机身的装配 (18)3.4 动臂液压元件的装配 (19)3.5 斗杆液压元件的装配 (20)3.6挖斗液压元件的装配 (21)3.7挖掘机的总体装配 (21)第4章液压挖掘机的运动仿真模拟 (23)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)第1章绪论1.1液压挖掘机在工程应用中的重要性液压挖掘机作为一种重要的工程机械使用在土石方施工和矿山采掘工业中，它有别于其他机械设备，它的工作环境恶劣，常工作在地质情况复杂、载荷情况多变、大气条件差的条件下。

挖掘机液压系统建模与仿真课件

选择仿真软件
实现仿真模型
根据仿真目标和数学模型，选择适合的仿真软件，如MATLAB/Simulink、ANSYS等。
将数学模型转化为仿真模型，进行参数设置和模型搭建，确保仿真模型的正确性和可行性。
仿真实验与分析
01
02
03
设计仿真实验
根据仿真目标，设计相应的仿真实验，包括实验条件、实验步骤、实验数据采集等。
工作原理
挖掘机液压系统的工作原理是利用液压泵将动力源的机械能转化为液体的压力能，然后通过液压缸将液体的压力能转化为机械能，从而实现挖掘机的各种动作。
挖掘机液压系统的特点与优势
特点
挖掘机液压系统具有体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、控制精度高等特点。
优势
挖掘机液压系统具有结构简单、维护方便、可靠性高、成本低等优势。
液压系统在挖掘机中的关键作用
02
挖掘机液压系统是实现其各种动作的核心部分，对于挖掘机的
性能有着重要影响。
建模与仿真技术在机械系统中的价值
03
通过建立模型和进行仿真，可以更好地理解系统的运行机制，
为优化设计提供依据。
研究现状与发展
挖掘机液压系统研究现状
国内外学者针对挖掘机液压系统进行了大量研究，包括系统设计、性能分析、故障诊断等方面。
通过调整模型参数，优化系统的性能指标，如能耗、效率、速度等。
在保证系统稳定性和可靠性的前提下，实现挖掘机液压系统性能的最优化。
04 挖掘机液压系统仿真
仿真模型的建立与实现
确定仿真目标
建立数学模型
针对挖掘机液压系统的特定功能或性能进行仿真，如挖掘、旋转、行走等。
根据挖掘机液压系统的原理和结构，建立相应的数学模型，包括液压缸、液压泵、液压阀等组件的数学模型。

基于ProE的液压支架三维建模及分析

基于ProE的液压支架三维建模及分析摘要：介绍了三维建模软件Pro/E的主要功能及特点，并以两柱掩护式液压支架为例，分析讨论了应用Pro/E对液压支架进行三维建模的基本方法与技巧。

结果表明应用本方法可更好的获得液压支架的建模过程及相关的参数。

关键词：液压支架三维建模Pr o/E1前言液压支架作为综采工作面三大配套设备之一，具有较高的自动化程度，可实现支撑、切顶、移架、推溜等一整套工序，能够可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和输送机。

本文以两柱掩护式液压支架为例，利用Pro/E软件对其进行三维建模。

Pro/E是由美国参数技术公司(PTC)推出的一款集CAD ／CAE／CAM于一身的全方位三维设计软件，该软件的主要功能包括零件设计、产品装配、曲面造型、模具设计、钣金设计、机构运动及仿真等。

它的主要特点是参数化设计、基于特征建模、单一数据库以及全相关性。

本文系统地讨论了应用Pro/E对液压支架建模过程中的一些方法和技巧，分析了一些常见问题及解决方法。

2液压支架的三维建模两柱掩护式液压支架主要由顶梁、掩护梁、底座、立柱、前后连杆、伸缩梁、一二级护帮板及各类千斤顶等部件组成。

本文针对其结构复杂的特点，采用自下而上的方法进行建模，即先将各部件单独建模成零件再按照连接及约束关系进行装配。

2.1各部件的三维建模对于同一零件的造型方法可以有很多种，不同的造型方法生成文件的大小各不相同，造型速度也会有很大差别。

因此，选择科学合理的造型方法不仅能提高工作效率，而且能够节约计算机磁盘空间、加快软件的分析速度等。

整体液压支架的三维建模是在Pro/E的零件模块和组件模块中完成的。

建模之前，根据支架的组成将其分为顶梁、掩护梁、底座、立柱、前后连杆、伸缩梁等部件，首先对这些部件进行建模。

对部件建模时，需要注意的是：立柱、千斤顶作为单个部件需要实现伸缩运动，即组成它们的零件之间有相对运动关系，建模时需要先分别创建出各个零件，再按照其运动形式在组件模块中进行装配，其余部件如顶梁、掩护梁等为组焊件，单个部件中各部分之间无相对运动，所以可以直接在零件模块中创建。

Get格雅基于ProE挖掘机三维造型设及仿真设计4982822

基于ProE挖掘机三维造型设及仿真设计4982822科技学院毕业设计〔论文〕题目基于Pro/E挖掘机三维造型设及仿真学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要奉献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承当。

作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保存并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或局部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。

2、不保密√。

作者签名： 2021 年月日导师签名： 2021 年月日目录摘要 (1)前言 (2)1．挖掘机简介 (3) (3) (3) (3) (4)2．挖掘机的开展概况及运动原理 (5) (5) (6) (7)3．挖掘机各部件的造型设计 (8)支架的造型设计 (8)履带轮的造型设计 (11)上部回转体的造型设计 (12)挖掘机的前臂连接架的造型设计 (22)...............................................................2 4 (28) (29)………………………………………………………3 2 …………………………………………………3 4 ………………………………………………………3 4 ………………………………………………………3 5 4．挖掘机运动仿真…………………………………………………………………3 5的装配 (35)挖掘机下部行走体的装配 (36)挖掘机上部回转体的装配 (37)挖掘机前臂的的装配 (37)挖掘机铲斗的装配 (40)创立伺服电机 (42) (44)及动画 (45)5．生成挖掘机工程图 (46)...............................................................4 6 (47)总结……………………………………………………………………………………48 参考文献……………………………………………………………………………49 致谢 (50)基于Pro/E的挖掘机三维造型设计及运动仿真学生：朱文武指导老师：史永芳三峡大学科技学院摘要:挖掘机是目前广泛使用的工程机械之一，传统方法是设计-样机制造-试验，不但设计周期长、本钱搞，且试验破坏性较大，利用三维实体建模与动态仿真技术相结合，预先建立实体仿真模型，模拟其动态特性，设计者能及早发现问题并及时修改和优化，这样既能缩短产品的设计周期，提高产品的可靠性，又能实现产品的优化设计。

基于PRO／E的液压挖掘机工作装置系统仿真与分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ３ＤｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅＰＲＯ／Ｅ，ｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｆｏｒａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗａｓ
ＶＯＩ．１０Ｎ０．４Ｄｅｃ．２０１３
文章编号：１６７２ — ７０１０（２０１３）０４ — ００３４ — ０６
Hale Waihona Puke 基于ＰＲＯ／Ｅ的液压挖掘机工作装置系统仿真与分析
张桂菊，肖才远
（邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳４２２０００）
第１Ｏ卷第４期２０１３年９月
邵阳学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｏｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ｍｏｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｍａｄｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｏｆＰＲＯ／Ｅａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇｗｏｒｋｉｎｇｓｃｏｐｅｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗａｓｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｉｆｎｉｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｅｘａｍｉｎｅｄｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｃａｎｓａｔｉｓｆｙｄｅｍａｎｄｓｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌ￣ｒｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌ，Ｐｒｏ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡｓｏｆｔｗａｒｅｒｅａｌｉｚｅｓｅａｍｌｅｓｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｔｏＰＲＯ／Ｅ，ｅｖｅｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｏｍｐｌｅｘｐａｒｔｓ．

基于Pro_E的液压支架三维实体建模与运动仿真

3D Parameter Solid Modeling and Simulation of Hydraulic Support with Pro E
MA Xi- qing1 , JIAO Guang- yin2, LI Qiu- sheng1, MA Yue- jun1 ( 1. Hebei University of Eng ineering, Handan 056038, China;
74
第 28 卷第 1 期基于 Pro E 的液压支架三维实体建模与运动仿真
不同。只有当被装配件处于完全约束时, 被装配件才可能具有确定的运动, 联接!才会有效。
完成支架所有部件的装配后, 进行干涉检查, 确认无误后, 保存文件。完成装配的 ZF24 17 2000B 放顶煤液压支架三维实体模型如图 4 所示。
在对液压支架某部件的结构形状进行正确分析的基础上, 将复杂的部件分解为若干个简单构件, 如肋板、弯板或圆管等, 并分析它们的形状、位置及相互关系。在不影响实质问题的情况下, 为了简化建模, 均舍去了部件中的焊缝、螺纹、管线等细部结构, 以提高系统的处理速度。
图 1 底座
根据构件的形状和尺寸, 在 Pro E 软件的零件模块中利用拉伸、旋转、扫描等特征创建方式建立各个构件。在建模过程中, 一定要充分利用各构件之间的位置关系和连接关系, 选择合适的草绘平面、参照平面及特征的生成方式, 即通过合理地设定各构件间的父子关系, 以尽量减少部件上的定位尺寸, 方便特征的修改和重定义, 提高设计效率。
参考文献: [ 1] 李富柱. 矿用防爆装载机工作装置虚拟样机研究[ D] . 2005.
[ 2] 刘小平, 郑建荣, 等. 虚拟样机及其相关研究和实践[ J] . 机械科学与技术, 2003( 11) : 235- 238.

挖掘机三维建模及运动仿真()学士学位论文

2．指定查阅的主要参考文献及说明
①数字化设计与制造,苏春主编,机械工业出版社,2006
②虚拟设计，陈定芳，罗亚波等著，机械工业出版社，2002
③Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0机械设计专家指导教程，金鑫等编著，机械工业出版社，2007
④计算机辅助设计与制造，姚英学，蔡颖主编，高等教育出版社，2002
学生：李泓兵指导教师：王东
接受任务时间2011.3.1
教研室主任（签名）系主任（签名）
1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求
主要内容：运用Pro/E基于特征的参数化建模功能建立玉柴小型液压挖掘机各组成零部件的三维数字化虚拟模型，使用模型组装的方法创建机构连接，进行虚拟装配，通过驱动器给机构添加运动动力，完成挖掘机的运动仿真分析和动力学仿真分析。
起止日期
1
收集资料,撰写开题报告。学习掌握Pro/ENGINGEER三维建模方法。
2011.3.03～2011.3.18
2
建立挖掘机各组成零部件三维数字化虚拟模型，虚拟装配。
2011.3.19～2011.4.21
3
挖掘机装配体各零部件的干涉分析，运动学分析。
2011.4.22～2011.5.05
4
挖掘机各组成零部件及装配体的工程图设计。
Parametric three-dimensional solid modeling stage is to use Pro / E, excavator parts drawing window to draw out the three-dimensional solid modeling of the components. When drawing attention to three-dimensional solid Parts datum plane and the choice of reference axis, a reasonable choice to work in the subsequent assembly connection and analysis rather smoothly. Different parts can also be drawn with different colors. Component parts for the connection the connection does not require detailed design, just have to determine the connecting shaft, the connection location and connection.

基于Proe的玩具挖掘机设计与仿真.

1 绪论21世纪，节约型、可持续型的产品成为了当代主流，那么制造业必然要成为改造的对象，产品从研发到制造成型都需要探究最科学的试验与生产方法。

三维软件的诞生就符合了现代化社会的高效率、低碳生产方式。

三维软件帮助研发人员更快地体现他们的研究成果，使得有些产品可以通过计算机绘制出来，进行一些简单的仿真与分析，极大的节约了开发成本。

Pro/E是现代化产品设计的主流软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，以它为设计工具不仅因为其强大的功能，更是由于它符合大众、适应市场需求。

利用Pro/E建模、装配仿真和优化设计等这些特有的功能可以找到最优的设计方法。

现在不管是在生产厂商、学校、研究院等都有它的应用，所以设计一个玩具利用Pro/E 再合适不过。

这次毕业设计课题不但跟上了时代的发展方向，又锻炼了自己的实战能力。

中国的人口达到了全球的五分之一，儿童市场的需求必然广泛。

生产出符合中国儿童的玩具必不可少，Pro/E软件给出了一个很好的平台，它可以使我们构思出来的模型表现出来，这不但很有趣也很有意义。

2 基于Pro/E的设计研究方案2．1 Pro/E软件的简介Pro/E是基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念的基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件。

它可以将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，节约了生产时间，及时优化产品、增加创新力度并提高质量，从而满足设计制造需求。

单一数据库 Pro/E是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统CAD/CAM系统建立在多个数据库上。

所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。

换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

下面就Pro/E的几个重要特点做简单介绍。

2.1.1 全相关性Pro/E的所有模块都是全相关的。

这就意味着在产品开发过程中某一处进行修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。

基于 Pro／E 多姿态挖掘机虚拟样机建模及仿真分析

基于 Pro／E 多姿态挖掘机虚拟样机建模及仿真分析张稳;罗金良;张亚龙【摘要】利用Pro/E软件设计了具有良好路况适应能力，能在复杂、恶劣条件下正常作业的挖掘机虚拟样机。

运用Pro/E软件中的机构模块对虚拟样机的行走机构中的一个分支进行运动仿真分析，获得其运动轨迹及运动包络，为机构的进一步优化奠定基础。

%Virtual excavator has been designed by Pro/E software, which can work normally in bad and complicated situation, has high quality in adapting road conditions .Using mechanism model in Pro/E to analyze one walking structure of virtual exca-vator, the movement orbits and motion envelope diagram are obtained, which can lay the foundation for the further improve-ment of walking structure.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P63-65)【关键词】多姿态;虚拟样机;运动学分析【作者】张稳;罗金良;张亚龙【作者单位】南华大学，机械工程学院，湖南衡阳 421001;南华大学，机械工程学院，湖南衡阳 421001;南华大学，机械工程学院，湖南衡阳 421001【正文语种】中文【中图分类】TH121 前言液压挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、水力、矿山、市政工程等土石方施工中均占有重要位置，是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工设备，是国民经济建设迫切需要的装备。

液压挖掘机的三维实体造型以及运动学仿真

第6期(总第163期)2010年12月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G &　AU T O M A T IO N N o.6Dec.文章编号:1672-6413(2010)06-0072-02液压挖掘机的三维实体造型以及运动学仿真李　琴(攀枝花学院先进制造技术研究所,四川　攀枝花　617000)摘要:通过P ro /E 建立了液压挖掘机工作装置的三维实体模型,并用专用接口M echpro 2005将模型导入A DA M S 中进行运动学仿真,得到了挖掘机空载时关键位置点的位移、速度和加速度,为挖掘机的优化设计以及性能分析提供了参考。

关键词:虚拟样机;液压挖掘机;运动仿真中图分类号:T U 621∶T P391.9 文献标识码:A收稿日期:2010-05-10;修回日期:2010-07-23作者简介:李琴(1977-),女,四川成都人,讲师,硕士。

0　引言液压挖掘机作为工程机械的主要机种之一,广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、矿山采掘等机械化施工中。

而对液压挖掘机的设计,传统方法是设计-样机制造-试验,不但设计周期长、成本高,且试验破坏性较大,有时甚至可能会造成重大事故。

利用三维实体建模与动态仿真技术相结合,预先建立起实体仿真模型,模拟其动态特性,让设计者尽早发现问题并及时修改和优化,这样既能缩短产品的设计周期、提高产品的可靠性,又能实现产品的优化设计。

1　挖掘机三维实体模型的建立本文以某单斗反铲液压挖掘机为例,建立实体模型。

在建立液压挖掘机虚拟样机时,根据研究对象、研究目的的不同可对系统的仿真模型进行简化处理,但机械系统和液压系统的仿真模型必不可少[1]。

按照是否存在相对运动(暂不考虑行走运动)将挖掘机划分为上部转台、下车、动臂、斗杆、铲斗、铲斗摇杆、铲斗连杆、动臂液压缸、动臂液压活塞杆、斗杆液压缸、斗杆液压活塞杆、铲斗液压缸、铲斗液压活塞杆共13个大运动部件。

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采用传统的运动分析方法存在工作量大、不精确和不直观等缺点。

结果表明该方法简单、可靠、为挖掘机整机设计及性能评估提供一定的理论依据。

因此，其可靠性备受关注，特别是它的工作装置部分，由于要承受巨大载荷以及频繁的载荷变化，其结构安全性更要进行严格验证。

近年来，随着电子计算机的快速发展，有限元分析技术和虚拟样机技术在挖掘机的设计和开发过程中得到了广泛使用，国内外的研究人员对此也做了大量的研究工作与探索。

挖掘机是一种常用的、重要的工程机械，在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利水电工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中，对减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度，按时完成工期，提高劳动生产率都起着非常重要的作用。

据统计，一般工程施工中约有65%—70%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量都是用挖掘机完成的。

液压挖掘机作为工程机械的产品代表，它具有重量轻、结构紧凑、挖掘力大、传动平稳、操纵简便、易实现无级变速和自动控制等系列有点，被广泛用于水利水电工程、建筑工程、市政工程、矿山采掘以及国防等工程的施工中。

它具有很高的生产效率和可靠的安全稳定性，对于保证工程质量、加快建设速度有着重要作用。

据建设部门统计，一台斗容为1.0m³的液压挖掘机挖掘Ⅰ—Ⅳ级土壤时，每班生产率大约相当于300—400个工人一天的作业量。

因此使得挖掘机在现代“挖土改水”的建设中发挥着越来越重要的作用。

随着计算机辅助设计技术的日益推广，机械设计及制造技术发生了革命性的变化，而作为一个重要分支的液压挖掘机行业，应用现代计算机辅助设计技术势在必行。

1.2液压挖掘机工作简介液压挖掘机实在机械系统传统挖掘机的基础上发展起来的一种周期作业的土方机械，液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作。

如图1—1为挖掘机实际图片。

图1—1 挖掘机1.2.1液压挖掘机的组成液压挖掘机的总体结构包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等，液压挖掘机结构简图如图1—2所示。

图1—2 液压挖掘机的基本组成简图1-动臂；2-斗杆；3-挖斗；4-连接片；5-动臂液压缸；6-斗杆液压缸；7-挖斗液压缸；11-回转装置；111-行走装置；工作装置各运动部件之间采用销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下铰点转动实现动臂的升降。

斗杆铰接于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动臂的相对角度。

当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点转动。

铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。

为增大铲斗的转角，通过采用摇臂连杆机构来和铲斗连接。

1.2.2液压挖掘机的工作循环过程液压挖掘机的工作循环过程的仿真是进行液压挖掘机虚拟样机研究必不可少的一个过程。

液压挖掘机的工作装置动作以及机身的回转和行走都有液压传动系统实现，原动机驱动双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀，通过司机的操作，将压力油单独或同时送往液压执行元件（液压马达和液压油缸）驱动执行机构（工作装置）工作。

其工作过程如下：先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆与铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸除土壤，然后再回转至工作位置开始下一次作业循环。

动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤。

斗杆挖掘可以获得较大的行程，但挖掘力要小一些。

铲斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束的时候装满土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般是由铲斗液压缸实现的。

1.3 Pro/E软件介绍PRO/E是美国PTC参数技术公司推出，是国际上最先进也是最成熟使用参数化特征造型技术的大型CAD/CAM/CAEA集成软件。

PRO/E包括三维实体造型，装配模拟，加工仿真NC自动编程，板金设计，电路布线，装配管路设计等专有模块，ID反求工程，CE并行工程等先进的设计方法和模式。

其主要特点是参数化的牲造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中的相应图形和数据也会自动更新。

它的性能优良，功能强大，是一套可以应用于工业设计，机械设计，功能仿真，制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。

PRO/E自动化自问世以来，多年来已成为全世界最普及的3DCAD/CAM系统的标准软件，PRO/E在今日俨然已成为3DCAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子，机械，模具，工业设计，汽车，自行车，航天，家电，玩具等各行各业。

PRO/E 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化，基于特征的实体造型系统，并且具有单一的数据库功能。

PRO/ENGINEER是世界领先的机械设计自动化解决方案，专门用于机械计算机辅助设计。

它是一个适用于产品、模具等产品设计并具有基于单一数据库、参数化设计、行为建模能力、特征造型、全相关性等特性的CAD/CAE/CAM软件系统。

第2章基于PRO/E的液压挖掘机参数化建模本文主要的研究内容是液压挖掘机工作装置的参数化建模，包括动臂、斗杆，挖斗、液压支柱等需详细建模，而除工作装置以外的部件，在建模时则尽量简化，比如回转平台、行走装置等只是勾画出外部形状，而内部细节并未详细绘制。

参数化建模是指在参数化造型过程中记录建模过程和其中的变量以及用户执行的CAD/CAM/CAE功能操作。

因此，参数化建模通过捕捉模型中的参数化关系记录了设计过程。

其本质就是设计过程的记录和回放。

这种记录过程与次序有关。

同时，它利用一系列定义好的参数对模型进行顺序计算。

参数化建模的优势在于其速度快，其缺点是用户必须提供几何元素的全部尺寸、位置信息，即只有完全定义前一元素，才能定义下一个元素。

对液压挖掘机反铲工作装置的零件进行三维实体造型几乎要用到Pro/ E中所有的常用操作方法,如拉伸、旋转、切割、倒角、以及圆角等常用操作命令。

例如绘制动臂先绘制草绘图,用到[直线]、[圆弧]、[相切]和[修剪]等操作,再拉伸，镜像得到动臂的主体。

接下来主要用[拉伸]操作依次绘制连接柱、连接片,最后用[圆角]工具对零件进行倒圆角休整。

2.1 动臂的建模动臂的建模主要采用拉伸，镜像命令来实现。

首先拉伸出侧板，然后拉伸内肋板与上下板，最后用镜像命令完成动臂的建模。

图2-1 动臂侧板的建模图2-2 动臂上下板与内筋板的建模图2-3 动臂上耳座支座的建模图2-4 动臂侧筋板的建模图2-5 动臂最终建模2.2 斗杆的建模斗杆的建模过程和动臂相似，同样采用拉伸，镜像命令来完成。

图2-6 斗杆侧板的建模图2-7 斗杆上下板与内筋板的建模图2-8 斗杆上耳座支座的建模图2-9 斗杆侧筋板的建模图2-10斗杆最终建模2.3挖斗的建模图2-11 挖斗草绘图图2-12 抽壳图2-13 挖齿草绘图图2-14 挖齿沿挖斗边方向阵列，距离158，阵列数目6图2-15 挖斗最终建模2.4驾驶舱的建模第一步：拉伸实体，去除材料第二步：做倒角，然后抽壳第三步：拉伸去除材料图2-182.5动臂液压元件图2-19 动臂液压缸图2-20 动臂液压柱2.6挖斗液压元件图2-21 挖斗液压缸图2-22挖斗液压柱2.7连接片的建模图2-23 连接片的草绘图图2-24 连接片的最终建模第3章液压挖掘机的装配设计3.1装配概述机构的装配过程主要分为两大类：以约束条件装配固定不动的原件和以连接条件装配可移动的原件。