設(shè)計(jì)一種裝卸作業(yè)裝備，其起升機(jī)構(gòu)需要用到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，但因要求承重，故在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上多加一條支撐桿;對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)行基于pro/e的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，分析其運(yùn)動(dòng)特性，進(jìn)行靜態(tài)分析，為該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了重要參考和保證。

　　為鐵運(yùn)公司設(shè)計(jì)從倉(cāng)庫(kù)到車的裝卸作業(yè)裝備，需要用到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為起升機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只能在圖紙上進(jìn)行靜態(tài)的修改，數(shù)學(xué)運(yùn)算等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，或者應(yīng)用物理模型進(jìn)行仿真。這是一種以靜態(tài)分析、近似計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、人工勞動(dòng)為特征的設(shè)計(jì)，需要耗費(fèi)人力、物力，卻又效果不佳的方法。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的三維設(shè)計(jì)軟件出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)或產(chǎn)品的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真，并且具有和與其它功能強(qiáng)大的分析軟件的交互接口，在分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題只需進(jìn)行參數(shù)修改即可，這樣可以替代很多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的手段，減少產(chǎn)品和機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)品質(zhì)。本文通過(guò)對(duì)裝卸裝置的起升機(jī)構(gòu)在pro/e軟件中進(jìn)行三維建模、裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，設(shè)計(jì)出合理的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，應(yīng)用在裝卸裝置中，能夠滿足其使用要求。

1、起升結(jié)構(gòu)與工作原理

　　裝卸裝置整體機(jī)構(gòu)大概可以分為三部分:鏈傳動(dòng)部分、滑輪組部分以及起升與移動(dòng)部分，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1所示。傳動(dòng)鏈上的鏈板放置重物，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可將重物上下傳送;滑輪組部分通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，拉緊繩子，改變兩支架角度，將框架右端升高到所需的高度;整體機(jī)構(gòu)用四個(gè)輪子支撐，后輪上兩個(gè)支架與后輪連接為鉸接，支架1與框架為鉸接，支架2與框架之間為滑動(dòng)連接，兩支架間夾角可變化。通過(guò)動(dòng)力牽引該裝卸裝置的四輪運(yùn)動(dòng)即可移動(dòng)到所需位置。本文重點(diǎn)分析起升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)。

圖1 起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2、起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模型建立

　　根據(jù)起升機(jī)構(gòu)各零件的連接和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，分析其特征組成，建立起升高部分各零件的三維模型，為了方便使用連接仿真時(shí)必須用到的基礎(chǔ)元件和某些軸線，所以不用其裝配時(shí)的實(shí)際零件三維模型，而是簡(jiǎn)化其具體結(jié)構(gòu)，建立只是體現(xiàn)各零件之間的連接和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的三維模型，然后進(jìn)行連接和運(yùn)動(dòng)仿真，其機(jī)構(gòu)原理為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

　　2.1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的裝配

　　首先裝配基礎(chǔ)元件，因重物裝至鏈板上以后，后輪位置基本不變，故以后輪固定于地面且前輪做滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以建立的基礎(chǔ)元件模型包括地面、地面上的固定塊(后輪)和前輪做滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的軸線(圖2中的桿)如圖2所示。進(jìn)入裝配界面，用放置下拉菜單中的坐標(biāo)系將基礎(chǔ)元件固定，基礎(chǔ)元件就連接完成。

　　其次裝配曲柄、搖桿和滑塊，如圖3所示。因?yàn)榍拜喸诘孛嬉苿?dòng)，簡(jiǎn)化為滑塊1;桿1為曲柄，框架為搖桿。用滑動(dòng)桿(SLIDER)約束將滑塊1連接于基礎(chǔ)元件中的桿上，用銷釘(PIN)約束將桿1與基礎(chǔ)元件中的固定塊3上的銷孔連接，框架與桿1和滑塊1的連接都用銷釘約束，簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就可連接完成。

1—桿;2—地面;3—固地塊

圖2 基礎(chǔ)元件模型

　　2.2、桿2的裝配

　　機(jī)構(gòu)升高需要通過(guò)兩桿的之間的夾角變化，所以，需要裝入桿2進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，桿2裝入時(shí)一端與基礎(chǔ)元件中的固定塊和桿1都是銷釘連接;另外一端要沿著框架滑動(dòng)，故設(shè)置滑塊2與框架之間有相對(duì)移動(dòng)關(guān)系�；瑝K2與桿2是銷釘連接，與框架的連接本應(yīng)是滑動(dòng)桿連接(SLIDER)，但是因?yàn)榕c桿2已經(jīng)是銷釘連接，限制了其沿某個(gè)面滑動(dòng)的自由度，所以，滑塊2與框架的連接應(yīng)該是圓柱連接(CYLINDER)，不能再用滑動(dòng)桿連接滑塊(SLIDER)約束，這樣才能正確定義連接，否則自由度過(guò)多限制，出現(xiàn)冗余約束，會(huì)導(dǎo)致連接失敗。在定義連接時(shí)，因?yàn)榭蚣芪恢霉潭�，滑塊同時(shí)連接桿2和框架，所以容易出現(xiàn)連接正確而組件安裝失敗的提示，那么很可能就是桿2放在不能安裝的位置，此時(shí)，點(diǎn)擊桿2“編輯定義”，在“移動(dòng)”面板選擇“旋轉(zhuǎn)”，拖動(dòng)桿2會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)到正確的安裝位置。連接好的機(jī)構(gòu)如圖3所示。

1—基礎(chǔ)元件;2—滑塊;3—框架;4—桿1;5—桿2;6—滑塊2

圖3 連接好的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模型

4、結(jié)論

　　利用pro/e可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，可以直觀清楚的看到某些復(fù)雜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，而且可以方便的進(jìn)行參數(shù)修改，滿足機(jī)構(gòu)各方面的運(yùn)動(dòng)和使用要求。本例中通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了該起升機(jī)構(gòu)的可行性，并估算了作用在滑輪組上的作用力，為機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核和電動(dòng)機(jī)的選擇提供了參考。因上述機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，本文基于pro/e的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真方法對(duì)于各種機(jī)械產(chǎn)品機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的研究意義。