履带起重机吊装过程的避障与仿真研究
《2024年履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真》范文
《履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真》篇一一、引言随着科技的进步和军事需求的日益增长，履带式特种车辆在各种复杂环境下的性能要求愈发严格。
为了更好地理解其运动特性、优化设计以及提高仿真精度，精细化动力学建模与仿真成为了研究的热点。
本文旨在探讨履带式特种车辆精细化动力学建模的关键技术和仿真方法，并验证其在实际应用中的效果。
二、动力学建模（一）模型假设与简化在进行动力学建模时，为简化问题，我们做出了以下假设和简化：1. 履带与地面接触视为刚体，不考虑变形；2. 车辆系统为刚体系统，忽略车辆内部的弹性变形；3. 仅考虑车辆直线行驶和转向运动。
（二）建模过程基于拉格朗日力学和刚体动力学原理，我们可以构建履带式特种车辆的动力学模型。
该模型主要包含以下部分：1. 履带与地面相互作用力模型；2. 车辆运动学模型，包括直线行驶和转向运动的数学描述；3. 车辆动力学模型，包括力矩、力以及它们对车辆运动的影响。
（三）模型验证通过与实际车辆进行对比实验，验证了所建立的动力学模型的准确性。
实验结果表明，该模型能够较好地反映履带式特种车辆在实际环境中的运动特性。
三、仿真与结果分析利用所建立的动力学模型，我们进行了仿真实验。
通过改变不同参数，如地面摩擦系数、车辆质量等，观察车辆的运动状态变化。
仿真结果与实际测试结果相吻合，证明了仿真方法的可行性。
四、结论本文通过对履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真的研究，为优化设计和提高仿真精度提供了有力支持。
未来，我们将继续深入该领域的研究，以提高履带式特种车辆在复杂环境下的性能。
五、致谢感谢所有参与本研究的同仁们，是你们的辛勤工作使得这项研究得以顺利进行。
摇臂式履带行走机构仿真研究的开题报告
摇臂式履带行走机构仿真研究的开题报告一、研究背景近年来，履带式行走机构得到了广泛应用，而摇臂式履带行走机构是其中的一种常见形式。
与其他行走机构相比，摇臂式履带行走机构具有重量轻、结构简单、起伏适应性好等优点，因此在农业机械、建筑机械、采矿机械等领域得到了广泛应用。
然而，随着科技的不断发展，如何提高摇臂式履带行走机构的效率和稳定性，成为了工程界研究的热点问题。
由于这种行走机构结构较为复杂，传统的基于经验的设计方法已经无法满足当今越来越复杂的需求，因此采用仿真研究的方法已经成为了不可或缺的手段。
二、研究目的本研究旨在通过建立摇臂式履带行走机构模型并通过仿真模拟分析其工作过程和性能表现，以期得到更加全面和深入的了解，并为后续的优化设计提供支持和指导。
具体研究目标为：1. 建立摇臂式履带行走机构的仿真模型。
2. 通过仿真分析其在不同路面条件下的工作效率和稳定性。
3. 优化设计摇臂式履带行走机构，并提供相应的计算结果和数据支持。
三、研究内容1. 摇臂式履带行走机构的结构分析和参数确定。
2. 利用SolidWorks等软件建立相关零件和装配体的三维模型，并结合Matlab等数值仿真工具建立相应的运动仿真模型。
3. 对仿真模型进行数据验证，比对实验数据，对仿真模型参数进行优化调整。
4. 建立对比模型，对比不同参数取值的模型效果和性能。
5. 分析和评估优化后的摇臂式履带行走机构的性能和效率，并提供相应的计算结果和数据支持。
四、研究方法本研究采用以下方法：1. 摇臂式履带行走机构结构分析方法。
2. SolidWorks等软件进行三维模型的建立。
3. Matlab等数值仿真工具进行运动仿真模型的建立和仿真分析。
4. 比对实验数据，对模型参数进行验证和优化调整。
5. 对比不同参数取值的模型效果和性能。
6. 分析和评估优化后的摇臂式履带行走机构的性能和效率。
五、研究意义本研究对于提高摇臂式履带行走机构的性能和效率具有重要意义。
履带吊安装主体吊装及装配施工方案
履带吊安装主体吊装及装配施工方案履带吊是一种用于吊装和装配工程中的重型机械设备，其具备稳定性和强大的承载能力。
在进行履带吊安装主体吊装及装配工程时，需要制定详细的施工方案，以确保施工过程安全高效。
本文将提供一份详实的方案，描述履带吊的主体吊装和装配过程。
1. 施工前的准备工作在履带吊安装主体吊装及装配施工开始之前，需要进行以下准备工作：1.1 确定吊装方案根据工程要求和设备特点，制定出适合的吊装方案。
考虑到工地环境和设备限制，选择合适的起重设备以及吊装点和吊装方式。
1.2 确定吊装计划根据吊装方案，制定吊装计划，并制作吊装顺序图。
该图应包括吊装顺序、吊装点位和吊装得分步骤。
1.3 调查施工现场详细了解工地环境和地形，确保施工现场平整稳固。
排除可能影响施工的地质隐患和障碍物。
1.4 确保施工安全对履带吊进行全面的安全检查，确保设备完好，并确定吊装操作人员具备相应的证书和经验。
同时，准备好所需的安全防护设备和施工材料。
2. 履带吊主体吊装过程在施工准备工作完成后，开始履带吊的主体吊装过程，以下是具体步骤：2.1 吊装设备移至施工现场将履带吊和配套设备运送至施工现场，并进行安全稳固的停放和固定。
2.2 安装起重设备根据吊装方案，安装起重设备并进行调试。
确保起重设备操作灵活且各项功能正常。
2.3 设备抬升使用履带吊的起重机构将整个设备抬升至设计高度，并保持稳定。
2.4 设备水平调整根据设计要求和设备本身特点，调整设备的水平位置，保证各部分水平垂直。
2.5 主体吊装根据吊装顺序图，进行主体吊装。
使用履带吊的起重机构，将主体模块吊装至相应位置，并进行固定。
2.6 安全检查在主体吊装完成后，进行设备的安全检查。
确保设备稳定、吊装点固定可靠，并对吊装过程进行全面检查。
3. 装配施工过程履带吊主体吊装完成后，进行设备的装配工作。
以下是装配施工的具体步骤：3.1 分解主体吊装设备根据施工方案，将主体吊装设备进行适当的分解，便于进行后续的装配工作。
80t履带起重机臂架设计研究(本科毕业论文设计)
摘要履带起重机是工程起重机行业的一个重要门类，是现代工程建设施工中不可缺少的大型设备之一。
臂架作为履带起重机的主要承载结构件，尤其是在大吨位履带起重机中，其设计和制造质量直接关系着起重机的整机安全性。
长臂架刚度小，起臂工况下，二次变形易引起结构失稳而导致起臂失败，造成臂架损坏的严重后果，因此合理的对臂架结构进行设计是成功的对履带式起重机设计的关键。
履带起重机是用于起重作业的流动式起重机，可用于物料起重运输、设备及厂房安装等作业。
履带起重机由于接地比压小，转弯半径小，爬坡能力大，能适应恶劣地面，具有起重能力大、臂长组合多、起重性能好、作业幅度大、吊重作业不需要打支腿、可吊载行驶等特点，使它具有其它类型起重机所无法比拟的优势。
但由于其作用工况复杂，更需要合理的设计及仿真。
本课题主要对80t履带起重机臂架进行合理的设计计算，并按照设计所得的尺寸对臂架建模，利用ansys软件对模型进行有限元分析，模态分析等。
关键词：履带式起重机，臂架系统，静态分析，模态分析ABSTRACTCrawler crane is one of the necessary equipments and weightily type in project construction at hoist industry. As main bearing weight structure of the crawler crane, the design and manufacture quality for boom system are important to the safety of the whole machine, especially for the great tonnage cranes. The failure of the boom raised and damage to the boom result from the little rigidity of the long boom. The auxiliary bracing is a vital factor in the boom system. The deflection and the bearing weight condition can be improved obviously.Crawler crane is a mobile crane for lifting operation, lifting can be used to transport materials, equipment and installation of plant and other operations. Crawler crane has low grounding pressure, small turning radius and large climbing ability. It also can adapt to poor ground. Crawler crane has a large lifting capacity, kinds of combination for the length of the arm and large operating range.It also performs well in lifting. Just because of all this characters it has,crawler crane has the incomparable advantages which other types of cranes do not have.However, because it always works in the complicated situation, the reasonable design and simulation is necessary.This essay mainly talks about how to make a rational design for the boom of 80t crawlar crane and to creat the model of the boom with the designing size,then using ansys software to make finite element analysis and modal analysis for the model of the boom.Key words：Crawler Crane; Boom System;Static Analysis;Modal Analysis目录中文摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1 履带式起重机发展概述 (1)1.1.1国外履带式起重机发展现状 (1)1.1.2国内履带式起重机发展现状 (3)1.1.3履带式起重机发展趋势 (4)1.2起重机现代设计方法概述 (5)1.3课题的提出与意义 (8)1.3.1课题的提出 (8)1.3.2课题的意义 (8)2 履带式起重机及其臂架系统 (10)2.1履带式起重机简介 (10)2.2履带式起重机臂架组合方式与工作原理 (12)2.3起重机计算工况 (13)2.4臂架有限元分析 (14)2.4.1结构简化 (14)2.4.2有限元离散 (14)2.4.3载荷处理 (15)2.5本章小结 (17)3 有限元法及ANSYS分析系统 (18)3.1 有限元法 (18)3.1.1有限元法的基本思想 (18)3.1.2有限元法的基本要素 (18)3.1.3有限元法的典型分析步骤 (18)3.1.4有限元法的特点 (19)3.2 ANSYS有限元分析软件 (19)3.2.1 ANSYS分析软件 (19)3.2.2 ANSYS的主要功能 (20)3.2.3 ANSYS的主要技术特点 (20)3.2.4有限元分析流程 (21)3.3本章小结 (23)4 80t履带式起重机臂架的设计计算 (24)4.1选择臂架材料 (24)4.1.1垂直载荷Q (24)4.1.2起升绳拉力S (26)4.1.3图解法求轴向力P (27)4.1.4校核臂架截面积 (27)4.2臂架截面积的计算 (29)4.2.1臂架的计算长度l cx与l cy的计算 (29)4.2.2臂架的回转半径 (31)4.2.3臂架的截面尺寸计算 (33)4.3校核构件长细比λh (33)4.4本章小结 (34)5臂架模型的建立及有限元结构分析 (35)5.1模型的建立 (35)5.1.1确定建模方法 (35)5.1.2建立模型 (37)5.2选择单元类型 (39)5.3网格划分 (41)5.4约束及载荷处理 (42)5.5求解及计算结果分析 (46)5.6本章小结 (48)6模态分析 (49)6.1模态分析介绍 (49)6.2有限元模态分析的基础 (50)6.3模态分析的步骤 (50)6.4臂架模态分析 (52)6.5臂架模态计算结果分析 (56)6.6本章小结 (56)7结论与展望 (57)致谢 (58)参考文献 (59)1 绪论1.1履带起重机发展概述履带起重机以其起重量大、作业空间大、带载行走、接地比压小并可借助附加装置实现一机多用等独特的优势逐渐从众多起重机中脱颖而出，成为工程建设中的佼佼者。
履带吊
谢谢观看
设计外包
定义
分类 开发流程
履带吊设计外包服务：是指企业客户聘请专业的履带吊设计服务商，为企业客户提供全方位的CMD技术服务， 来增强企业技术优势、降低开发成本的行为。
开发性设计 ：应用成熟设计经验或具有可行的新技术，设计新型履带吊，主要包括功能设计和机构设计。
升级性设计：根据使用经验和技术发展对已有的履带吊设计更新升级，以提高性能、降低制造成本或减少运 行费用。
履带吊
履带式起重机
Hale Waihona Puke 01 简介03 组成
目录
02 优缺点 04 设计外包
履带吊是履带式起重机的俗称，是指具有履带行走装置的全回转动臂架式起重机。起重量大，可以吊重行走。 具有较强的吊装能力。拆装麻烦，适合大型工厂，在厂区内工作。
简介
履带吊是履带起重机的简称，是一种下车地盘是履带行走机构，靠履带行走的吊车。起重量大，可以吊重行 走。具有较强的吊装能力。拆装麻烦，适合大型工厂，在厂区内工作。英文名crawler crane。一般履带吊根据 操作结构可划分为履带行走(travel)，回转盘(slewing),提升(hoist),变幅(luffing)几个功能，履带吊场地 作业性能好，超出汽车吊，影响其主要安全的危险因素是地基的稳定性,是否超载或突发阵风等，其安全装置要求 具备力矩限制器,重量限制器，吊钩高度或深度限制器等。
二、初步方案设计。根据需求分析，进行方案制定，包括功能及参数设定、基础计算、绘制初步三维总等工 作，进而与客户进行初步审查。
三、详细方案设计。听取初审意见，实施方案设计。修改细化三维模型总图，绘制零件三维图，对结构部件 进行有限元分析及动态模拟。进而与客户进行二次审查。
大型汽车吊吊装仿真技术研究的开题报告
大型汽车吊吊装仿真技术研究的开题报告一、研究背景和意义随着近年来工程建筑的不断发展，大型汽车吊作为一种重要的吊装设备，在工地吊装中发挥着越来越重要的作用。
然而，在吊装过程中的安全和准确性最为关键，一旦吊装失误会造成极大的损失，甚至危及生命安全，因此，对大型汽车吊的吊装过程进行仿真技术研究，提高吊装作业的安全性和精确性，具有重要的意义。
二、研究内容和方案1. 研究内容：本研究主要是针对大型汽车吊在吊装过程中的吊装行为以及吊装控制等方面进行仿真研究。
具体而言，研究内容包括以下几个方面：（1）大型汽车吊吊装系统的模型建立通过对大型汽车吊整个吊装系统进行建模，包括吊臂、车辆、钩组、吊装绳等细节，将整个吊装过程模拟在计算机环境中，从而进行仿真研究。
（2）吊装作业仿真根据大型汽车吊吊装系统的建模，使用仿真软件进行吊装作业仿真，进行吊装的模拟、计算和分析，掌握吊装过程中各变量之间的相互影响规律；仿真结果的输出可作为吊装方案的重要参考。
（3）吊装控制仿真针对大型汽车吊吊装控制系统，实现数值仿真模拟，以保证吊装过程的安全性和准确性。
通过调整参数，观测仿真结果，以确定最佳的吊装方案。
2. 研究方案：本研究的研究方案包括以下几个步骤：（1）大型汽车吊吊装系统的建模选择适宜的建模工具，对大型汽车吊吊装系统进行建模，包括吊臂、车辆、钩组、吊装绳等细节。
通过对各个模块的运动学、动力学等性质评估，制定模拟方案。
（2）仿真模拟使用数字仿真技术，将各个模块的数据进行整合、计算和分析，对吊装过程进行数字模拟，确定吊装方案。
并对仿真结果进行分析和评估，使其更加符合实际操作。
（3）数据分析和评估针对不同的仿真模拟结果，进行数据分析和评估，包括运动学与力学特性的分析和分布、变量调整对模拟结果的影响等。
评估指标包括吊装效率、安全性、精度等。
三、研究进度安排根据研究方案，研究进度安排如下：第一、二个月：文献综述和研究方案制定；第三至六个月：大型汽车吊吊装系统建模和仿真模拟；第七至九个月：数据分析和评估；第十个月：研究成果的撰写和总结。
P072-履带车辆多体动力学仿真与试验验证
( x0 , y0 , z0 )T 和车身联体坐标系相对固定 ( 0 , 0 , 0 )T 。 一旦通过动力学方程
-1图 1 履带车辆整车多体动力学模型
系转动的欧拉角 0
2006 年 MSC.Software 中国用户论文集
0 和 求得 r0 , r r 0 以及 0 ， 0 和 0 ，便可据此计算出车身上任意一点的位移、速度和加速度。
2006 年 MSC.Software 中国用户论文集
履带车辆多体动力学仿真分析与试验验证 MULTI-BODY DYNAMIC SIMULATION AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF HIGH-SPEED TRACKED VEHICLE
芮强 王红岩 （北京装甲兵工程学院）
-3-
2.1 悬挂系统模型的建立 履带车辆的悬挂系统是指连接车体和推进系统的所有零部件的总称，主要包括弹性元件、阻尼元件、 限制器以及导向装置等。ADAMS 软件提供了平动弹簧阻尼驱动器（TSDA）和转动弹簧阻尼驱动器（RSDA） 等力单元来模拟各种不同结构形式的悬挂系统。 虽然扭杆弹簧本身刚度是线性的， 但是由于有导向机构 （平 衡肘）的缘故，整车的悬挂刚度是非线性的。 2.2 行驶系统模型的建立 行驶系由履带、负重轮、主动轮和诱导轮构成。负重轮通过履带及履带自身与地面接触承受地面的作 用力。这种力是履带车辆地面力学区别于其它车辆的重要特征。在整个行驶系中，履带直接与地面接触并 承受地面接触力，负重轮则通过履带间接承受地面接触力。 2.2.1 负重轮和履带、地面之间的作用力 考虑地面与履带、履带与负重轮间的相互约束关系，建立了负重轮、履带及地面之间相互作用模型。 地面对履带同时施加法向力和切向力，履带将这些力传递给负重轮。本论文中为了简化问题需要，我们假 设地面为硬地面。 履带和地面接触时， 地面对履带的反作用力分解为法向分量 P 和切向分量 S ， 我们假设法向分量 P 可 以表示成沉陷量和沉陷速度的函数，切向分量 S 可以表示成法向分量和履带滑移速度的函数：
履带吊的吊装原理与计算方法
履带吊的吊装原理与计算方法履带吊是一种重型工程机械设备，常用于各种建筑工地的起重作业。
它具有牢固的履带底盘和强大的起重能力，能够应对各种复杂的施工环境。
本文将着重介绍履带吊的吊装原理和计算方法，以便更好地理解和应用这项技术。
一、履带吊的吊装原理履带吊的吊装原理是基于机械平衡和物理原理的基础上进行设计和操作的。
它通过起重臂、托臂等部件来实现物体的吊装和悬挂，同时利用履带底盘的稳定性来保证操作的安全性。
在吊装过程中，履带吊需要考虑以下原理：1. 重力平衡原理：履带吊在起吊重物的同时，需要保持整机的平衡。
通过合理调整臂架伸缩和倾斜角度，使得重物的重力与履带吊的反重力产生平衡，以确保稳定的吊装过程。
2. 压力平衡原理：履带吊的履带底盘承受的是很大的压力，特别是在起吊重物的时候。
通过对履带底盘的支撑力和工作范围的计算，可以保证底盘受力均衡，避免过大的压力导致事故的发生。
3. 力学平衡原理：吊装过程中，履带吊需要根据重物的质量和重心位置，计算合适的摆臂长度和工作半径，以保持力矩的平衡。
这样可以防止起重物偏离平衡状态，提高吊装的精度和安全性。
二、履带吊的吊装计算方法履带吊的吊装计算是为了确定合适的吊装参数和工作环境，以便安全地进行起重作业。
以下是履带吊吊装计算的几个关键要点：1. 起重量计算：根据实际需求和物体质量，计算所需的起重量。
考虑到重心位置、载荷变化等因素，确保设备的起重能力满足实际需求。
2. 工作半径计算：根据起重物的位置和施工条件，计算合适的工作半径。
这可以通过力矩平衡的原理和相关公式进行计算，以确定必要的臂架伸缩和倾斜角度。
3. 底盘支撑力计算：根据起吊重物的重量和位置，计算底盘支撑力以确保底盘的平衡。
这需要考虑到地面承载能力、履带吊重心、工作半径等因素。
4. 安全系数计算：在计算过程中，需要考虑安全系数，以防止吊装过程中的意外情况。
通常，建议在计算结果的基础上增加一定的安全裕度，确保吊装操作的安全性。
履带起重机行走机构的建模及运动仿真
大、 不需 支腿 、 带载行 驶 、 作业 稳 定 性好 以及桁 架组 合
高 度可 自由更 换等优 点 ， 是基础 设施 建设 的首选 机型 。
ｌ 履 带起 重 机行走 装置 １ １ 履 带起 重机行 走机 构 ．
行 动态模 拟 ， 带板传 动 机 构 的特 点 是 多 自由度 且 复 履
１ ２ 履 带行 走 机构 的基本 工作 原理 ．
连 接 限制链 环 或 链 节 的 自由度 。 由 于高 副 自由 度 较
多， 因此 采用销 钉 连接 以简化运 动模型 。 在 Ｐ ｏ Ｅ ５ ０中建 立 运 动 模 型 的 步 骤 如 图 ｌ所 ｒ／ ．
示。
创建机 构文件
履 带行走 装 置 中驱 动链 轮 与链 轨相 啮合 ， 同链 传
收 稿 日期 ；２ １ 一 １１ ｌ修 回 日期 ：２ １— ２ １ ０ ｌ １— ６ ０ １１ —０
‘
给机构 指定初始条件
图 １ 建 立 运 动 模 型 的 步 骤
作 者 简 介 ：张 君 （ ９ ６） １ ８ 一，女 ， 山西 太 原 人 ，在 读硕 士 研 究 生 ，主要 研 究 方 向为 履 带起 重 机 行 走 机 构 及 驱 动 。
在履 带行走 机构 中， 时需 要 对履 带 行 走装 置进 有
履带起 重 机 是 以履 带 为 运 行 底 架 的 流 动 式 起 重 机， 其将起 重作 业部 分安装 在履 带底盘 上 ， 可以配备 立 柱或 塔架 ， 在带载 或空 载的情 况下沿 无轨路 面运 动 。 能
具 有起重 能力 强 、 地 比压小 、 弯 半 径 小 、 坡 能 力 接 转 爬
关键 词 ： 履 带 起 重机 ；Ｐｏ Ｅ，运 动 仿 真 ；行 走 机 构 ｒ／ 中 图分 类 号 ：ＴＨ２ ３７： Ｐ ９ ． １． Ｔ ３ １９ 文 献标 识 码 ：Ａ
履带起重机吊装施工方案
履带起重机吊装施工方案1. 引言履带起重机作为一种常用的吊装设备，广泛应用于建筑工地、港口、码头等场所的货物吊装工作。
本文将为您介绍履带起重机吊装施工方案，包括施工前准备、吊装方案设计、安全措施等内容。
2. 施工前准备在进行履带起重机吊装施工前，需要进行以下准备工作：2.1 施工现场勘查施工前需要对吊装的货物、工地周围环境进行勘查，了解吊装物体的重量、体积、重心位置等信息，以及工地周围的地形、道路状况、施工空间等情况，为吊装方案的设计提供准确的数据支持。
2.2 施工计划编制根据吊装物体的特点和施工现场情况，编制详细的施工计划。
计划包括吊装方案设计、安全措施、工作进度等内容，以确保施工过程的顺利进行。
2.3 设备检查与维护在施工前，需要对履带起重机进行全面检查和维护。
检查包括起重机各部位的机械结构是否正常、液压系统是否正常、电气系统是否正常等，确保设备工作正常、安全可靠。
3. 吊装方案设计根据施工现场的实际情况和货物的特点，设计合理的吊装方案，确保吊装过程安全、高效。
3.1 吊装点确定根据货物的重心位置和施工现场的空间限制，确定吊装点的位置。
吊装点的选择应考虑起重机的工作半径、吊具的尺寸和型号等因素，以确保吊装过程的稳定性和安全性。
3.2 吊装方向确定吊装方向的确定需要考虑施工现场的地形和空间限制，以及货物的重心位置。
确保吊装方向与货物的重心方向一致，以提高吊装的稳定性。
3.3 吊装工艺确定根据货物的重量、体积和吊装高度，确定吊装工艺。
吊装工艺包括吊装起重机的工作位置、起重机的吊装高度、起重机的行驶路线等内容，以确保吊装过程的安全和高效。
4. 安全措施在履行起重机吊装施工时，必须严格遵守相关的安全规定和操作规程，采取必要的安全措施以保障施工人员的人身安全和设备的正常运行。
4.1 安全交底在施工前，组织吊装队伍进行安全交底，明确工作责任和安全注意事项。
确保吊装人员具备必要的安全意识和操作技能。
4.2 安全警示标志在施工现场设置必要的安全警示标志，提示作业人员和周围人员注意安全，禁止闯入施工区域，确保施工现场的安全环境。
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第８卷第ｌ３期２００８年７月 １６７１—１８１９（２００８）１３—３６０６—０４ 科学技术与工程
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．８ Ｎｏ．１３ Ｊｕｌｙ ２００８
＠２００８ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
仪表技术 履带起重机吊装过程的避障与仿真研究
施志强章青 （海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５２；天津大学 ，天津３０００７２）
摘要从对吊装过程进行理论建模、优化选择并确定起重机的工作参数出发，研究了履带起重机吊装过程避障与仿真技术 研究。利用计算机软件对吊装过程进行运动干涉检验和仿真，防止重物与障碍物的碰撞，软件采用通用数据库技术，系统具 有开放性和可扩展性，有普遍的意义。 关键词履带起重机 仿真 吊装 干涉 中图法分类号ＴＨ２１３．７； 文献标志码Ａ
履带起重机是海洋工程施工的一个重要工具。 随着技术的发展，履带起重机的调重能力从几十吨 发展到一千余吨。对其吊装过程的分析研究越来 越重要，目前，主要依靠各类图表、数据和现场经 验，对于复杂工况，很难保证及时、准确地处理大量 的施工信息资料来获得优化的施工方案，对整个施 工过程带来了安全隐患。将计算机仿真技术引入 复杂的吊装过程，在实际施工之前，在计算机中实 现仿真和模拟施工，在前期就能及时发现施工过程 中的一些不可靠因素，提高吊装过程的可行性、经 济性及安全性。 １起重机及其工作参数的确定 对于一次吊装任务，有多台起重机可供选择， 对于每台起重机又有多种工作参数。根据现场情 况合理地确定起重机及其工作参数是整个仿真系 统中非常关键的问题。履带起重机属于大起重量 起重机，主要用于吊装重件货物，安全性是一个首 ２００８年３月１７日收到 第一作者简介：施志强（１９７５一），男，研究方向：为机电一体化。 ’通信作者简介：章青（１９６４一），男，天津大学机械工程学院副教 授，研究方向：数控技术、机电一体化开发。 要问题。在建立模型时，主要考虑影响安全性的多 种因素（如载荷、起重机的变幅范围和各种安全裕 量等），同时对起重机的工作参数进行合理的设计， 确定适合具体工况的起重设备及工作参数。图１所 示为起重机计算参数简图。 １．１初选起重机 在起重机的最初选择阶段，主要是以吊装过程 中最基本的性能参数作为判断依据。 ｆＱ≥ｗ ，１、 ＩⅣ，≥Ⅳ
（１）式中：ｐ一起重机最大起重量； 一实际起重量； Ⅳ＿实际所需起重高度； Ⅳ’一起重机的有效起重高度。 其中，起重高度与重物吊耳的位置、吊索的选择以 及现场障碍物高度等有关，具体计算公式如下： Ｈ＝ｈｌ＋ｈ２＋ｈ３＋ｈ４ （２） （２）式中： 。一构件高度；ｈ２一索具高度；ｈ３一起吊 后应留的高度裕量；ｈ４一基础面与障碍物高度的最 大值。 １．２确定起重机及其工作参数 在确定起重机的过程中，将最大和最小工作半 径以及在整个吊装过程中应考虑的各种安全裕量 作为约束。最大工作半径ｒ 由起重载荷和起重机 自身的特性决定，在考虑载荷安全系数ｋ 和环境安
维普资讯 http://www.cqvip.com １３期 施志强，等：履带起重机吊装过程的避障与仿真研究 、、
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图１起重机参数计算简图 全系数ｋ：的前提下定出最大工作半径。最小工作 半径ｒｍｉ 根据吊装过程不碰卡起重臂为条件求 出 。约束如下：
： ｃ。ｓ ≥（ 一 ２一ｃ）ｔａｎ ＋Ｒ＋ｓ（３）
ｒ ｉ ＝Ｌｃｏｓｏｌ＋ｄ （３）式中：ｋ。一载荷安全系数；ｋ２一环境安全系数； 卜起重机主臂长； 一起重臂的仰角； 一重物起吊 中心线至重物边缘的最远距离；ｃ一起重臂下轴心至 地平面的高度；ｓ一吊装过程中起重臂与重物边缘之 间应留的水平裕量； 起重机旋转轴至起重臂下 轴中心的距离。 （３）式中其他参数如式（１）、式（２）中所述。 从可靠性的角度考虑，变幅速度高，工作循环 时间短，作业效率高；变幅机构驱动的臂架系统，自 重基本平衡且运动质量不大，驱动功率小，动载荷 小，可靠性高。所以，吊装过程中尽量采用变幅与 回转运动的组合实现物品的运动，而不采用起重机 运行与回转运动的组合 Ｊ。另一方面，由于履带起 重机的特殊性，使得起重机在相同幅度的条件下， 起重臂回转一周（３６０。），其额定载荷不一定相同。 因此，在吊装过程中还必须适当考虑吊车的位置的 变化。
２运动干涉检验 在确定起重机及其工作参数后，用碰撞检测方 法 来判断重物在运动中是否与场景中障碍物发 生干涉。 吊装过程中的运动干涉检验属于三维空间的 碰撞检测。当虚拟环境中两个物体所占据的虚拟 空间试图相互穿透时，仿真系统将认为这两个物体 发生了碰撞，这就是虚拟现实系统常用的碰撞检测 标准 。对该标准可作如表１的形式化描述。
表１标准描述
设 如果 则 Ａ＝｛物体 包含的所有点 Ｂ＝｛物体Ｂ包含的所有点 ｎＢ≠击 与Ｂ碰撞
通过计算机系统，将重物与障碍物在二维坐标 面内投影，使三维碰撞检测问题转化为二维平面碰 撞检测。只有当两个物体在三个二维坐标系内的 投影都有重叠的部分时，两个物体才真正发生干 涉。在计算时还应考虑安全距离。图２为运动干涉 检验方法的示意图，假设Ａ是障碍物，Ｂ是重物。显 然，图中重物与障碍物并未发生干涉。其中，图ａ） 是吊装现场重物与障碍物位置的三维效果示意图。 图ｂ）是图ａ）在 —Ｙ坐标系内的投影；图ｃ）是图ａ）
ｚ Ｄ
ｙ 匝／ ｙ Ｚ
ｙ Ｄ
Ｄ ｂ】
图２运动物体干涉检验
维普资讯 http://www.cqvip.com ３６０８ 科学技术与工程 ８卷 在Ｙ—ｚ坐标系内的投影；图ｄ）是图ａ）在 一 坐标 系内的投影。
３数据的管理 ３．１数据库系统 吊装过程用的数据都采用数据库管理。数据 库系统主要包括三部分：起重机信息库、吊索信息 库及工况参数信息库。具体信息如下。 ３．１．１起重机信息库 ①起重机性能参数信息（型号、操纵形式、车身 回转角度、起重机总重、起重臂长、最大工作载荷、 有效起升高度、最大和最小工作半径等）。 ②起重机结构参数信息（外形尺寸、履带参数、 起重臂下轴心至地平面的高度、起重机旋转轴至起 重臂下轴中心的距离等）。 ３．１．２吊索信息库 ①吊索基本信息（型号、吊扣编号、吊索类型、 数量、产地、检验日期、检验证书号等）。 ②吊索性能参数信息（吊索长度、最小破断载 荷等）。 ３．１．３工况参数信息库 自然环境参数信息。 ３．２数据流 数据库系统中的数据主要用于起重机及其工 作参数的确定，数据流如图３所示。
４软件开发 图３起重机选择过程数据流图 仿真系统是在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ平台下用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓ— ｉｃ６．０开发完成的。用ＡＤＯ作为数据访问接口来管 理数据库。系统共由三部分组成：系统输入输出接 口、功能模块和数据库模块。系统体系结构如图４ 所不。 系统的输入输出接口实现人机交互工能；仿真 系统的主体部分由数据库模块和功能模块两部分 组成。功能模块主要根据建立的模型进行数据处 理、计算和分析判断等，实现了起重机及其工作参 数的确定以及重物运动过程中的干涉检验；数据库 模块存储程序中用到的数据信息，便于用户进行信
维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ３期 施志强，等：履带起重机吊装过程的避障与仿真研究 ３６０９ 息管理，如输入新的信息、对已有的信息进行编辑／ 推广使用价值。 修改、删除、查找等。 参考文献
５结束语 通过对履带起重机吊装的计算机仿真技术研 究，确定了吊装过程中的起重设备及工作参数并运 用了运动干涉检验等技术，使整个吊装过程可以在 计算机上进行模拟，可及时有效地发现吊装过程中 一些潜在的不安全因素，防止实际吊装设计过程中 人为的影响因素，提高吊装过程的安全性。软件系 统采用了通用数据库技术，系统具有开放性和可扩 展性，进一步开发后，将有较大的工程使用意义和
ｌ ２ ３
４ ５ ６
杨长骥．起重机械．北京：机械工业出版社，１９８２ 杨文渊．起重吊装技术手册上册．北京：人民交通出版社，１９８１ 顾必冲，黎启飞．起重运输机械可靠性．北京：人民交通出版 社．１９９３ ［美］罗杰斯．Ｄ．Ｆ．计算机图形学的算法基础．梁友栋，石教英， 彭群生，译．北京：机械工业出版社，２００２ Ｍ００ｒｅ Ｍ，Ｗｉｌｈｅｌｍｓ Ｊ，Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｉｍａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，１９８８；２２（４）：２８９—．２９８ 王兆其．虚拟环境中物体运动逼真性的研究．北京：北京航空航 天大学博士论文．１９９９
Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｌｉｆｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ Ｃｒａｗｌｅｒ－ｔｙｐｅ Ｃｒａｎｅ ＳＨＩ Ｚｈｉ．ｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｏｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５２， Ｒ．Ｃｈｉｎａ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｐ Ｒ Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｏｆ ａｖｏｉｄｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｂｊｅｃｔ ｌｉｆｔｅｄ ｕｐ ａｎｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｂｙ ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｓｐｅｃｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｈｏｏｋ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｗｈｉｌｅ ａ ｃｒａｗｌｅｒ—ｔｙｐｅ ｃｒａｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔａｓｋ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｌｉｆｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｗｌｅｒ ｃｒａｎｅ ａｒｅ ｆｉｘｅｄ ｏｎ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｌ ｄａｔａｂａｓｅ ｈａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｄｉｂｉｌｉｔｙ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｃｒａｗｌｅｒ—ｔｙｐｅ ｃｒａｎｅ ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｌｉｆｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
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