包络图绘制

在工程机械领域，分析工作装置的工作路径和范围是设计中的一项重要内容，挖掘机挖掘包络图就是一个典型的例子。

在以往的设计中，挖掘机挖掘包络图（以下简称包络图）大多是通过把挖掘机工作装置（以下简称工作装置）数学化，找出各个构件之间的数学关系，通过绘图得到铲斗斗齿所能到达的极限位置，得到数学上的约束关系，最后通过编程绘出包络图。

这种方法比较繁琐耗时，有待改进。

本文运用Ｍａｌｔａｂ中的ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ，只需知道３个油缸的行程（即动臂、斗杆、铲斗的绝对转角），就可得到包络图。

该方法工作量小，简单快捷。

1　模型建立及参数设置如图１所示，一般挖掘机通用的工作装置由动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、摇杆、　铲斗和铲斗油缸组成。

各个结构之间的铰接为转动副。

对应各个油缸在各个铰接点分别加１个运动激励，作为动力源。

另外各自添加了１个传感器，用于检测各自结构的转动角度。

基于ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ的三关节工作装置仿真模型如图２所示。

图２中ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ仿真模块主要由１个地模块、３个铰点激励模块、３个转动关节模块、３个刚体模块和检测模块组成。

转动关节Ｒｅｖｏｌｕｔｅ１、Ｒｅｖｏｌｕｔｅ２、Ｒｅｖｏｌｕｔｅ３表示工作装置相应的铰接点，刚体ｂｏｏｍ、ｓｔｉｃｋ、ｂｕｃｋｅｔ对应着动臂、斗杆、铲斗。

地（Ｇｒｏｕｎｄ）表示固定的机体。

对３个转动关节分别用３个铰点激励进行挖掘机挖掘包络图的快速绘制方法A new method to get excavator digging envelope diagram rapidly韩　涛，邓　斌，韩旭萍HAN Tao ，DENG Bin ，HAN Xu-ping（西南交通大学　机械工程学院，四川　成都　６１００３１）应用Ｍａｔｌａｂ软件中的ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ，介绍一种快速得到挖掘机挖掘包络图的方法。

通过实例可以看出，该方法工作量小，简单快捷。

挖掘机；包络图；Ｍａｔｌａｂ；ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ；应用［摘　要］［关键词］图1　一般挖掘机工程装置结构简图　１－动臂；２－斗杆；３－铲斗；４－铰接点；５－机体；６－行走装置图2　在SimMechanics 中建立的三关节工作装置仿真模型运动驱动。

简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩1)简支梁的内力包络图在设计承受移动荷载的结构时,通常需要求出结构中所有截面的最大、最小内力,连接各截面的最大、最小内力的图形称为内力包络图。

内力包络图反映了结构承受移动荷载作用时,所有截面内力的极值,是结构设计的重要依据,在吊车梁、楼盖的连续梁和桥梁的设计中都要用到。

下面以一实例来说明简支梁的弯矩包络图和剪力包络图的绘制方法。

如图17.20(a)所示为一跨度为12m的吊车梁,承受图中所示的吊车荷载作用。

首先将梁沿其轴线分为若干等分,本例分为十等分。

然后利用影响线逐一求出各等分截面上的最大弯矩和最小弯矩。

其中最小弯矩是梁在恒载作用下各个截面的弯矩。

对于吊车梁来讲,恒载所引起的弯矩比活载所引起的弯矩要小得多,设计中通常将它略去。

因此,本例只考虑活载即移动荷载所引起的弯矩,那么各截面的最小弯矩均为零。

最后根据计算结果,将各截面的最大弯矩以相同的比例画出,并用光滑曲线相连,即得到弯矩包络图,如图17.20(b)所示。

图17.20同理,可求出梁上所有截面的最大和最小剪力,画出剪力包络图,如图17.20(c)所示。

由于每个截面都会产生最大剪力和最小剪力,因此剪力包络图有两条曲线。

由上可以看出,内力包络图是针对某种移动荷载而言的,同一结构在不同的移动荷载作用下,其内力包络图也不相同。

2)简支梁的绝对最大弯矩由前面的讲述我们知道,简支梁的弯矩包络图反映了所有截面弯矩的最大值,其中的最大竖标值是所有截面最大弯矩中的最大值,称为绝对最大弯矩,用Mmax表示。

绝对最大弯矩无疑是考虑移动荷载作用时结构分析、设计的重要依据。

可以通过作出弯矩包络图来得到绝对最大弯矩,但这种方法计算量大,而且精度也不高,因此一般不采用此方法来计算绝对最大弯矩。

下面介绍一种较为简便的方法。

由于简支梁在移动荷载作用下,其上任一截面都有最大弯矩,其值可以通过确定该截面弯矩的最不利荷载位置,并计算该荷载位置时的弯矩而得到。

反铲挖掘机工作装置设计说明书目录1. 设计任务 (1)2. 工作装置主要部件的参数设计 (1)2.1 反铲工作装置结构方案的确定 (1)2.1.1 确定动臂结构形式和动臂油缸的布置方案 (2)2.1.2 确定斗杆和斗杆油缸的布置 (2)2.1.3 确定铲斗连杆机构的结构形式 (2)2.2 铲斗结构参数的确定 (2)2.3 动臂机构设计 (3)2.3.1 动臂机构设计的主要内容 (3)2.3.2 具体的设计步骤 (3)2.4 斗杆机构的设计 (7)2.4.1 反铲斗杆机构设计的主要内容 (7)2.4.2 斗杆具体设计步骤 (7)2.5 反铲铲斗连杆机构的设计 (8)3. 反铲工作装置的运动分析及坐标计算 (9)3.1 符号约定与坐标系的建立 (9)3.2 反铲工作装置工况的选定 (10)3.3 回转平台的运动分析及坐标计算 (10)3.4 动臂的运动分析及坐标计算 (11)3.5 斗杆的运动分析及坐标计算 (12)3.6 连杆及铲斗的运动分析及坐标计算 (14)4. 反铲工作装置作业参数计算 (16)4.1 最大挖掘深度1h 计算 (16)4.2最大挖掘高度2h 计算 (17)r计算 (17)4.3最大挖掘半径1r (17)4.4 停机面上的最大挖掘半径h (18)4.5 最大卸载高度34.6 最大垂直挖掘深度4h (18)4.7 水平底面为2.5m时的最大挖掘深度5h (19)4.8 计算结果对比 (19)5. 某工况下铰点K、Q的受力分析 (20)5.1 工况选定 (20)5.2 铰点K、Q的受力分析 (20)6. 工作装置主要部件的三维建模 (22)6.1 零部件的三维建模 (22)6.2 整体三维模型 (25)7. 包络图的绘制 (25)7.1 ADAMS软件简介 (25)7.2 Solidworks模型导入ADAMS步骤 (26)7.3反铲工作装置的ADAMS挖掘包络图绘制步骤 (26)反铲挖掘机工作装置设计说明书1. 设计任务1)设计一款反铲挖掘机的工作装置，完成其工作装置的参数设计；2)选定某个工况，进行工作装置的运动分析并且完成该工况下的铰接点坐标计算；3)反铲工作装置的主要作业参数计算；4)选定某个工况，完成该工况下某几个铰接点的受力分析；5)运用三维建模软件，完成工作装置的三维建模工作；6)运动动力学仿真软件ADAMS，画出工作装置的挖掘包络图。

包络图的原理与应用1. 什么是包络图包络图是一种用来描述多变量之间关系的图形表示方法。

它通过将多个变量的取值用点或其他形式的图形表示，并以连线或曲线的方式将它们连接起来，从而形成一个区域或者曲面，这个区域或者曲面就是包络图。

2. 包络图的原理包络图的原理主要基于以下两个关键概念：变量和关系。

2.1 变量变量是指在研究中所观察或测量的特定属性或特征。

在包络图中，每个变量被赋予一个数值，这个数值表示该变量在特定条件下的取值。

2.2 关系关系指的是变量之间的联系或相互作用。

包络图通过在变量之间建立连接，展示它们之间的关系。

这些连接可能是直线、曲线或者其他特定的图形元素。

3. 包络图的应用3.1 数据分析包络图在数据分析中起着重要的作用。

通过绘制包络图，我们可以清晰地看到不同变量之间的联系，并能够更好地理解数据集中的模式和趋势。

3.2 运筹学在运筹学中，包络图常被用于优化问题的解决。

它可以帮助研究人员确定最优解的边界，并找到最优解所对应的趋势。

3.3 工程建模在工程建模中，包络图可用于分析和优化复杂系统的性能。

通过建立多个变量和它们之间的关系，可以对系统的性能进行评估和改进。

3.4 金融分析包络图可以用于金融分析中的风险管理。

通过绘制包络图，可以评估不同投资组合的风险和回报之间的关系，并为投资决策提供参考。

3.5 市场调研在市场调研中，包络图可以被用来分析消费者需求和市场竞争情况。

通过绘制包络图，可以比较不同产品或品牌的优劣，并帮助企业制定市场策略。

4. 使用Markdown编写包络图使用Markdown编写包络图可以使文档更加清晰和易读。

以下是一个使用Markdown方式绘制包络图的示例：•变量A–取值1–取值2–取值3•变量B–取值1–取值2–取值3•变量C–取值1–取值2–取值35. 总结包络图是一种描述多变量之间关系的图形表示方法。

它能够帮助研究人员更好地理解数据集中的模式和趋势，并在各个领域中发挥重要作用。

弯矩包络图定义梁在恒载（即永久荷载，不变的，包括一期恒载和二期恒载）和活载（即基本可变荷载，如汽车自重及产生的离心力，冲击力，人群履带车，挂车等）的作用下，即各种截面组合效应下产生的弯矩图。

然后将这些弯矩图叠画同一坐标上，其外包线即为弯矩包络图。

简而言之由构件各个截面的弯矩最大值和最小值分别连接成的围线就是弯矩包络图。

绘制条件根据a+b的荷载作用情况，AB跨的最大正弯矩图，可以按AB跨上作用有恒载g和活载,支座B作用有负弯矩的简支梁画出。

绘图方法根据a+c的荷载作用情况，AB跨的最小弯矩图(亦称最大负弯矩图)，可以按AB跨上仅作用有恒载g，支座B作用有负弯矩kN·m的简支梁画出。

根据a+d的荷载作用情况，即在伸臂BC段上作用有恒载g和活载，可按悬臂梁画出BC段的最大负弯矩图。

按比例将AB跨中最大正弯矩图画在梁下面，将支座B左右的最大负弯矩图画在梁的上面，即为该梁的弯矩包络图，如图所示。

弯矩包络图实验及其原理弯矩包络图实验工程结构所承受的荷载可分为永久荷载与可变荷载两类，永久荷载的大小和作用位置都是固定不变的，而可变荷载的大小和作用位置却具有随机性。

因此，结构在永久荷载可变荷载共同作用下个截面的内力大小和方向也具有随机性。

工程结构设计的前提是确定结构在实际工作时各截面可能出现内力（如弯矩等）的最大值和最小值，也就是需要作出内力包络图（如弯矩包络）。

而目前工科各专业的力学课程在这方面的训练比较少。

通过本实验，对启发学生的思维，培养动手能力是很有益的。

为了减少加载次数，使学生在有限的课时内完成实验，本实验模拟主次梁结构中主梁的受力状态，即永久荷载（主梁自重忽略不计）与可变荷载均为集中力，且作用位置不变，但可变荷载的大小可从零到其最大值之间变化（按最不利原则，实验加载时取最大值）。

弯矩包络图实验原理在材料线弹性和小变形的前提下，根据叠加原理与截面应变、应力和弯矩之间的关系，求出永久荷载与可变荷载共同作用下各截面实测弯矩的最大值和最小值，作出实测弯矩包络图，并与理论值进行比较。