王星　李治国　刘晓飞　郭伟军

【摘 要】为了分析缆绳挖泥装置的机械特性，运用SolidWorks软件建立缆绳挖泥装置的虚拟样机。利用外点惩罚函数法对抓斗结构参数进行优化，并在C++语言环境编写优化程序。建立缆绳挖泥装置各零部件模型，并进行组合装配，运动仿真，干涉检验机构不存在干涉。用SolidWorks simulation进行有限元分析，得出应力最大点集中在抓斗背部中间位置，最大应力为1474.4KN，许用应力为710000KN，经校核满足应力要求。为计算工作效率，仿真模拟真实运动过程，输出抓斗速度、加速度曲线。

【关键词】虚拟样机；机械优化；运动仿真；有限元分析

中图分类号： TH212 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）09-0238-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.116

Cable dredging based on SolidWorks Device Virtual Prototyping

WANG Xing LI Zhi-guo LIU Xiao-fei GUO Wei-jun

（College of Mechanical Engineering， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot， Inner Mongolia 010051， China）

【Abstract】In order to analyze the mechanical characteristics of the cable dredging device， SolidWorks software was used to establish the virtual prototype of the cable dredging device. The external point penalty function method is used to optimize the grab structure parameters， and an optimization program is written in the C++ language environment. The model of each part of the cable dredging device was established， and the assembly， motion simulation， and interference inspection agencies had no interference. The finite element analysis using SolidWorks simulation shows that the maximum stress is concentrated in the middle of the back of the grab. The maximum stress is 1474.4KN， the allowable stress is 710000KN， and the stress is checked to meet the stress requirement. To calculate the work efficiency， simulation simulates the real motion process and outputs the grab speed and acceleration curve.

【Key words】Virtual prototyping；Mechanical optimization；Motion simulation；Finite element analysis

0 引言

中国目前的疏浚能力位居全球第三，我国的疏浚市场也凸显着强大的生命力与市场前景[1]，潜力大且后劲足，挖泥船不断出厂，年疏浚能力超过53亿立方米[2]。我们本次研究的内容就是小型挖泥船的核心装置之一抓斗。抓斗作为一个简单机械，在我国的研究比较少，且结构各异，标准没有严格的统一。国内多家起重机械公司也仅仅是依据市场的需求自己设计一些抓斗，包括两爪式、三爪式、链式等等[3]。

依据我们所要抓取的对象——泥沙，既要考虑到保持效率，又考虑到泥沙的流动性特点，我们此次的设计采用两爪式抓斗。利用SolidWorks软件建立分析模型，之后对模型进行干涉检测、运动仿真、有限元分析等，并输出运动曲线等工作。

1 抓斗结构尺寸参数优化

抓斗涉及四个主要参数：单侧抓斗容量Q、抓斗宽B、以转动点为圆心到外廓的半径R、抓斗满角Φ[4-5]。……