摘 要

随着港口的高速发展，对门座起重机的要求越来越高。门座起重机属于大型复杂的机械设备，对于它的装配设计和维修拆装殊为不易。在此背景下，对门座起重机进行虚拟装配的研究，显得非常有必要。

本文以Visual Studio 2008为开发平台，以MQ4025门座起重机的起升机构为研究对象，结合 SolidWorks和3ds max，并利用OSG三维仿真引擎完成了对门座式起重机起升机构的虚拟装配仿真。在这个过程中，首先完成了对起升机构的设计计算，然后完成了起升机构三维模型的建立，最后完成起升机构人机交互式的虚拟拆卸。所实现的拆卸系统，允许操作在虚拟环境下起升机构的零件进行平移、缩放和旋转等操作，同时记录装配体的拆卸顺序，具有路径回放功能。

关键词：起升机构；虚拟装配；OSG

Abstract

With the rapid development of the port, the requirements of the portal crane is getting higher and higher. Portal crane is a large complex mechanical equipment, for its assembly design and maintenance disassembly is not easy. In this context, the portal assembly of the virtual assembly of the study, it is very necessary.

Based on Visual Studio 2008 as the development platform, this paper takes the hoisting mechanism of MQ4025 portal crane as the research object, combined with SolidWorks and 3ds max, and uses OSG 3D simulation engine to complete the virtual assembly simulation of the lifting mechanism of portal crane. In this process, the design calculation of the hoisting mechanism is completed first, then the three-dimensional model of the hoisting mechanism is completed, and finally the virtual demolition of the hoisting mechanism is completed. The realization of the demolition system allows the operation of the lifting mechanism in the virtual environment of the parts to pan, zoom and rotate operations, while recording the assembly of the demolition order, with the path playback function.

Key words: hoisting mechanism；virtual assembly；OSG

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 门座起重机发展现状及趋势 1

1.2.2 虚拟装配技术国内外研究现状 2

1.3 虚拟装配技术概述 2

1.4 本文研究的主要内容 3

1.5 本文组织结构 3

1.6 本章小结 4

第2章 起升机构设计计算 5

2.1 起升机构布置形式 5

2.1.1 卷绕系统 5

2.1.2 起升机构传动装置布置形式 5

2.1.3 卷筒组结构形式 6

2.2 设计计算过程 6

2.2.1 设计参数 6

2.2.2 钢丝绳选型计算 7

2.2.3 滑轮选型计算 8

2.2.4 卷筒几何尺寸计算 9

2.2.5 起升电机选型计算 11

2.2.6 减速器选型计算 13

2.2.7 制动器选型计算 15

2.2.8 联轴器选型 16

2.2.9 起动时间验算 17

2.2.10 制动时间和制动平均加速度验算 19

2.3 本章小结 20

第3章 起升机构三维建模 21

3.1 建模软件的选择 21

3.2 主要零部件模型的建立 21

3.2.1 建模过程 21

3.2.2 零件模型展示 22

3.3 起升机构模型的装配 24

3.3.1 装配过程 24

3.3.2 子部件装配 24

3.3.3 起升机构总装 25

3.4 工程图的输出 26

3.5 本章小结 27

第4章 起升机构虚拟拆卸的实现 28

4.1 OSG简介 28

4.2 虚拟场景的构建 29

4.3 osg实现虚拟拆卸的内部原理 30

4.4 起升机构人机交互虚拟拆卸系统的实现 31

4.4.1 场景节点的添加 31

4.4.2 键盘响应 32

4.4.3 创建动画实现虚拟拆卸 33

4.4.4路径回放 34

4.4.5 添加文字说明 35

4.5.6 鼠标拖拽响应简介 35

4.6 本章小结 35

第5章 环境影响及经济性分析 36

5.1 环境影响分析 36

5.2 经济性分析 36

第6章 总结与展望 37

6.1 全文总结 37

6.2 研究展望 37

参考文献 38

致 谢 39

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

在世界贸易日益增长，经济全球化愈演愈烈的今天，港口作为国家对外开放的窗口，资源物资的聚集地，其地位变得越来越重要，并得到了迅速的发展。门座起重机在港口发挥着重要的作用，主要用于完成装卸、搬运和堆码作业。

近些年来，科技不断进步，市场竞争已由区域竞争扩大为全球竞争，这对港口装卸机械设备提出了更高的要求。从设计制造方面来讲，我们需要缩短门座起重起重机的生产研发周期，同时提升其产品质量。然而，传统的设计方法靠的是设计者的经验和能力，同时对于硬件设备的依赖很大，想要从这方面来提升效率和质量难度很大，我们必须进行技术革新。统计资料表明，在产品的整个研发制造过程中，装配工时占据了很大的比重，可以说装配设计技术严重制约了产品市场响应能力，所以必须改进装配设计技术[^[1]]。

从维修方面来讲，门座起重机是大型的机械设备，它的内部构造复杂，具有众多的零部件，而且彼此之间的装配精度很高，这使得我们的维修拆卸很不方便。同时，如果我们不能正确的对其进行拆卸，还可能会对设备造成二次伤害，这样造成的直接损失和间接损失都是很大的。因此，需要维修人员对设备有足够的了解。传统的维修培训费时费力，而且效果不尽如人意，采用虚拟拆卸培训教学，可以解决维修困难，效率低等问题，同时能够让操作者完全沉浸在虚拟环境中，并与之进行交互，效果明显。目前，采用虚拟虚拟仿真进行教学培训已成为一种高效可靠的解决方案[^[2]]。