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1、本科毕业设计开题报告课题名称 混凝土泵车臂架的参数化设计 学号 姓 名_专 业车辆工程 指导教师_评阅教师 开题时间 年3月8 日一、立论依据1. 本课题的目的和意义随着改革开放我国工业的迅速发展，我国将进一步加大水利、公路、铁路等基础设施建 设的投资，南水北调、西气东输、西电东送、青藏铁路等一批大战略性工程相继启动，同时 也进行大量的城市道路、城镇住宅的开发和和建设，这都需要大量的混凝土。根据国家产业 政策，到2006年，城市建设基本实现混凝土商品化，混凝土泵车的需求量将至少增长一倍。 因此，无论是现在，还是将来，混凝土泵车在我国都有很大的应用市场。混凝土泵车的臂架由许多节臂杆组成，对于大范
2、围作业的多节臂泵车，人工控制不仅要 求操作工人技术水平高，且劳动强度大。尤其实在高层建筑上或建筑底层基础的施工过程中， 泵车操作者往往无法看到施工现场，只能靠哨声或旗语等指挥，控制起来比较麻烦。在这些 混凝土施工现场，布料软管大距离移动由机械系统完成，小距离移动则需要23名工人拖动 布料管移动，移动起来非常费力，如果能够实现混凝土智能浇筑，则必将大大降低工人的劳 动强度，提高劳动生产率，有较高的经济效益和社会效益。我国混凝土泵车自主开发能力弱, 很多关键部件都依赖进口，这在很大程度上降低了我们产品的竞争力。有资料显示，但从数 量上看，我国从国外进口的混凝土泵车逐年上升，如果能够对臂架结构参数进
3、行优化，提高 泵车的使用寿命、减轻重量、减低臂架摆动，系统分析对泵车臂架结构进行动力学和运动学 分析，分析参数变化对臂架性能的影响，增强我们产品的竞争力，这必将扭转不利局面。因 此对泵车臂架的参数化设计有重大意义。混凝土泵车行业的蓬勃发展迫使国内各大泵车企业开发、研制符合国内工程要求的，具有 自己专利的产品，然而混凝土泵车结构复杂，如今还没有一套完整、全面的总体设计方法应 用于混凝土泵车设计中，作为当代大学生应该提高自身的创新能力，在总结归纳了国内外各 种混凝土泵车各种典型结构的基础上完成了混凝土泵车的参数划设计，主要包括:泵车的总 体结构优化；泵车的布料装置的选择；泵车的主要技术参数计算；泵
4、车臂架的稳定性 分析混凝土泵送的新技术，新设备和新型材料不断涌现,可以说这成为了混凝土泵车总体设 计中必不可少的一部分，这些产品不同程度的代表了混凝土泵送设备未来发展的趋势，也成 为设计，制造人员在设计混凝土泵车时必须考虑的问题。仿真技术是近年来发展起来的一种 计算机辅助设计方法。将计算机动画仿真应用于工程实际，将会使设计和分析工作变成直观、 实际的过程。该文给出了混凝土泵车布料机构计算机仿真方法，主要包括三方面的工作:泵 车布料机构的运动仿真；布料机构包络图仿真；混凝土泵车性能曲线仿真。布料机构计 算机仿真通过简化的模型的运动，来模拟机械部件的动作，能直观地显示机构运动是否发生 干涉，结构的
5、尺寸设计是否合理。然后将信息反馈回来，修改设计方案，再仿真直到结构设 计合理。性能仿真可预测机械的工作性能，事先进行修正，直到达到最优。二、文献综述1.国内外研究现状、发展动态混凝土泵车被列为商品混凝土施工的主要设备，它可以一次同时完成现场混凝土的输送 和布料作业，具有泵送性能好，布料范围大，机动灵活和转移方便等特点。混凝土商品化在国外发展很快，到20世纪80年代，在一些经济发达的国家，商品混凝 土已经在混凝土生产总量中占有绝对比重。例如，美国占84%,日本占78%，英国占57%。今 年来，在我国的北京、上海、广州、大连、厦门等大城市，商品混凝土的使用量较大，占这 些城市混凝土总用量的60-8
6、0%左右，已接近或达到发达国家的水平。国内外实践表明，采用 混凝土一般可以提高劳动生产率一倍以上，节约水泥1015%，降低工程成本5%左右。伴随 着商品混凝土的迅速发展，混凝土输送机械、搅拌输送机械及混凝土施工技术也都迅速发展。目前国内生产的混凝土布料杆有手动和机动两种。在20世纪80年代中期手动机械式布 料杆问世，它的布料半径10m，臂架采用两节臂水平折叠式，能作360度回转1989年至1991 年我国研制成功了 HG28型独立式船用液压布料杆。该布料杆半径28m，折叠方式为四节臂卷 绕式，有手动电动和有线遥控三种操作方式，其技术水平基本达到国外同类产品80年代出的 水平。1991年至199
7、2年研制了 HG30型独立式塔布料杆，采用液压驱动，布料范围大，适用 大跨度的厂房和电站。20世纪90年代，我国出现了内爬式布料杆，按传动方式可分为机械 式和液压式两种。1996年7月建设部北京建筑机械综合研究所开发了 HGY10型全液压式混凝 土布料机。它的优点是结构紧凑，移动灵活，操作方便。现代混凝土泵车臂架向智能化发展 在结构上用有限元分析的方法进行优化设计。国外泵车发展趋势:泵车在操纵，臂架结构，支腿型式，电控、以及其他细节上进行技术 改进，反映泵车臂架在方便实用，臂架展开方式灵活，在智能化方向上了迈2上新的台阶。 30m级别的混凝土泵车仍然受市场欢迎，臂架展开方式灵活，泵车支腿设计呈
8、现出多样化、 个性化的特点，并且开发了功能泵车或特殊功能的泵送产品。混凝土泵车在获取动力的技术 方面，国外已经研发了多种型式。综上所述国外混凝土泵车向智能化、多功能化、大型兼小 型化方向发展，对布料杆操作采用新技术，无限遥控技术，计算机控制技术，电液比例技术, 负荷传感技术。在国外，混凝土泵车设计制造技术已发展到很高的水平，产品已形成系列化。如施维英 公司生产的混凝土泵车臂架的垂直高度1662m共13个品种，其混凝土的输送量很大，臂架 节数二节，三节，最多有四节。普茨迈斯特公司生产的混凝土泵车臂架的长度也有13个品种， 臂架的垂直高度16-62m，臂架节数最多为5节，国外混凝土泵车的发展，主要
9、得益于汽车工 业和机械工业的发展，特别是大型泵车所使用的底盘驱动型式，汽车的发展促使超长臂大型 泵车的形成。2. 所阅文献的查阅范围及手段査阅范围：混凝土泵车，Solidworks，机器人机构设计，液压传动，运动学仿真。网络资源：东北大学图书馆-超星数字图书数据库；东北大学图书馆-万方学位论文数据库东北大学图书馆-中国优秀博硕士学位论文全文数据库东北大学图书馆-中国期刊全文数据库；东北大学图书馆一Elsevier Science数据库Baidu和google搜索引擎图书资源东北大学图书馆参考文献1 张国忠.现代混凝土泵车及施工应用技术M,北京：中国建材工业出版社，20042 郭立新泵车布料机构
10、机器人化若干问题的研究D,沈阳：东北大学，19993 Tel F, Toth E. Stereo image processing and virtual reality in an intelligent robot control system J ， Journal of Intelligent and Robotic Systems, 2000， 27 (2): 113 1344 张艳伟混凝土泵车臂架系统优化及仿真J,武汉理工大学学报，2002，26(2):246245 张国忠.现代设计方法在汽车设计中的应用M，沈阳：东北大学出版社,2002.42606 郭立新，张国中，郭咏梅混凝土泵
11、车布料机构系统有限元建模及其动态分析建工机械， 1999， 127 冯升华混凝土泵车布料机仿真与有限元分析D，沈阳：东北大学，1997.张国忠8 颜浩混凝土泵车发展概况和选型J，建筑机械，1999，(3)： 21-259 岳利明，曾宗宪等混凝土泵及布料装置的比例控制J，工程机械，1993，(9)： 7-910 吴之乃，郑念中.我国混凝土工程技术的现状及发展J，混凝土，2000, (11)： 4-611 Tushar Hdani,Rajit Gadh.Creation of concept shape designs via a virtual reality int erfaceJ,Comp
12、ut er-Aided Design,1997,29(8):555-56312 Sheldon Brown.Real art andvir tu alreal ity .Comp uter GraphicsJ,1997,31(4):36-3913 郑红混凝土泵车的稳定性分析本溪冶金高等专科学校学报第三卷第三期2001年9 月14 郭立新泵车布料机构机器人化的若干问题的研究D,沈阳：东北大学机械工程与自动 化学院，1999.1215 李洪人。液压控制系统M,北京：国防工业出版社，1981.616 姜雪梅混凝土泵车总体设计及CAD系统开发D,沈阳：东北大学，2003.3三、研究内容1.课题的构想与
13、思路本课题对泵车臂架进行运动学和动力学分析、参数设计及结构构优化，改善泵车的结构 和功能，提高泵车的使用寿命、减轻重量、减低臂架摆动、疲劳寿命，分析参数变化对臂架 性能的影响。在此基础上进行整体优化达到如下目的：1臂架的应力分布更合理，承载能力提高。2重量降低臂架工作更平稳，动作更灵巧。3臂架抗疲劳能力加强，寿命提高，保证了泵车工作的可靠性。2 主要设计内容1采用运动学和动力学的知识对泵车臂架运动学和动力学分析。2在上述分析的基础上进行参数化设计，为泵车臂架选择合理的臂长和转角。3对系统的结构进行优化。4用SOILDWOKS把所设计的泵车臂架尺寸转化成泵车臂架实体。5用程序进行实体仿真。6整理
14、上述内容书写论文。3 .拟解决的关键技术1运动学分析（泵车臂架运动学分析的主要任务就是为臂架运动和控制提供分析的手段 和方法）2动力学分析（为臂架运动控制提供动力学依据，改善臂架动力特性，为动态仿真提供 数学模型）3 参数化设计（对泵车臂节的长度转角及相应的功能进行优化设计）4 结构优化（对泵车的总体结果进行优化以增强泵车的功能）4. 总体设计方案1搜集材料，查阅文献，对泵车及主要设计对象臂架有总体的认识。2再此基础上结合自己的设计目标，选择臂架的材料，对臂架进行动力学和运动学分析, 对臂长及转角等参数选择。3进行校核分析，确定选择是否合理，优化结构。4确定选择合理后，分解各零件，画零件图。5
15、. 画装配图，调试设计结果。6书写论文。五、工作计划序号阶段及内容工作量估计 （时数）起止日期阶段成果形式1搜集材料，整理笔记。112小时3月7日-3月21日对泵车总体结构 有总体认识，对 臂架有深入的了 解。2对SOILDWORKS软件的学习。112小时3 月 22 日-4 月5日能够基本掌握这 种软件的画图方 法。3对臂架进行运动学和动力学分析及 参数化设计。80小时4月6 日-4月16日臂架总体结构数 据已经确定。4画零件图。80小时4月17日-5 月1日完成零件图5画装配图。80小时5月8 日-5月18日完成装配图6书写论文，进行结构优化，系统仿 真。160小时5月9 日-6月19日完成毕业设计合计工作量：624小时完成对泵车臂架的运动学和动力学分析和参数化设计及结构优化，系 统仿真。
