1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題 目： 地下鏟運機工作裝置的仿真</p><p>　　分析 </p><p>　　函 授 站： </p><p>　　年 級： 2009級 <

2、;/p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　姓 名： * * * </p><p>　　指導(dǎo)老師： * * * </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　

3、地下鏟運機工作裝置設(shè)計的合理性直接影響整機性能，對提高井下裝載效率及自動化程度具有重要的現(xiàn)實意義。本文在PRO/E軟件中建立了工作裝置的三維實體模型，并對工作裝置進行了虛擬裝配，三維可視化干涉檢查、運動軌跡和運動學(xué)分析本文在參考與之相關(guān)的眾多文獻資料后，主要做了以下的工作：</p><p>　　首先了解了虛擬樣機和地下鏟運機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹了虛擬樣機技術(shù)的基本理論，論述了將虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用于地下鏟運

4、機設(shè)計的必要性。</p><p>　　對ADAMS主要功能作了分析，并在介紹地下鏟運機工作裝置基本設(shè)計要求和ADAMS特點的基礎(chǔ)上，對通用地下鏟運機進行了實體建模，并在此基礎(chǔ)上進行了動態(tài)仿真，得出了在虛擬環(huán)境下地下鏟運機工作時的運動曲線、受力曲線。</p><p>　　結(jié)合地下鏟運機的有關(guān)知識對該地下鏟運機的設(shè)計進行評價，分析曲線中表現(xiàn)出的地下鏟運機運動時的受力特點，運動特點，從而針對動態(tài)

5、仿真時表現(xiàn)出來的受力和運動不合理的狀況對原來的設(shè)計進行必要的修正，有效地解決運動學(xué)及動力學(xué)問題，進而達到優(yōu)化設(shè)計的目的。</p><p>　　該課題的研究為地下鏟運機工作裝置的設(shè)計開發(fā)開拓了更加科學(xué)的方法，簡化了設(shè)計步驟，降低了設(shè)計成本，縮短了研發(fā)周期，從而提高設(shè)計質(zhì)量，是今后設(shè)計發(fā)展的方向。</p><p>　　關(guān)鍵詞 地下鏟運機；虛擬樣機；ADAMS；仿真；優(yōu)化</p>

6、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The rationality of the work equipment of the scraper will affect directly the performance of whole machine and it is very important to improve the efficiency.

7、</p><p>　　and the level of automatization of mining loading.The 3D modeling of the work equipment is accomplished in tire Pro.E software, the virtual assembly of the work equipment and 3D visualizationinte

8、rferential checking and the kinetic locus analysis are completed.</p><p>　　Based on the information from the large number of related documents, the following works are mainly completed:</p><p>　

9、　First of all, the research situation and the development trend of scraper and virtual prototype technology are reviewed and the virtual prototyping technology principles are introduced, then the necessity to put the vir

10、tual prototype technology into the design of the scraper dicussed.</p><p>　　The analysis to the ADAMS functions has been made.Based on the basic design requirements of working equipment of scraper and the fu

11、nctions of ADAMS, ADASM platform is used to establish the prototyping model of working equipment. In the process of building model,the function of model verify in ADAMS is used to text the model.</p><p>　　Th

12、e virtual prototyping model which we built is carries into simulation and analysis. Then the ADAMS/PostProcessor Module is used to describe the simulation results. According to the analysis of simulation results, the op

13、timized direction is determined.</p><p>　　On the basis of simulation results, the deficiencies of model is identified, and by combining optimization theory, the optimum goal is detemined, and the optimized s

14、olution is carried on using Matlab software.</p><p>　　A more scientific approach for designing scraper ’s working equipment has been set up in this research, combined with the design of woking parts, and sol

15、ves some kinematics and dynamics problems to improve design quality.</p><p>　　Key words scraper virtual prototyping ADAMS simulation optimization</p><p><b>　　目 錄</b></p>

16、<p>　　摘 要…………………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　第1章 緒論………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1課題的提出……………………………………………………

17、…………1</p><p>　　1.2地下鏟運機的綜述和其發(fā)展?fàn)顩r………………………………………2</p><p>　　1.2.1地下鏟運機的綜述………………………………………………2</p><p>　　1.2.2國內(nèi)外地下鏟運機的發(fā)展和研究狀況…………………………2</p><p>　　1.3 虛擬樣機技術(shù)…………………………………………

18、…………………5</p><p>　　1.3.1 虛擬樣機技術(shù)產(chǎn)生背景…………………………………………5</p><p>　　1.3.2 虛擬樣機技術(shù)的相關(guān)概念………………………………………6</p><p>　　1.3.3 虛擬樣機的特點…………………………………………………6</p><p>　　1.3.4 虛擬樣機與虛擬現(xiàn)實的區(qū)別………

19、……………………………7</p><p>　　1.3.5 虛擬樣機技術(shù)在工程機械領(lǐng)域中的應(yīng)用………………………8</p><p>　　1.4國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和存在的問題………………………………………9</p><p>　　1.5課題研究的主要內(nèi)容……………………………………………………11</p><p>　　第2章 地下鏟運機工作裝置的分

20、類、組成及運動原理…………………………12</p><p>　　2.1工作裝置轉(zhuǎn)斗連桿機構(gòu)的類型…………………………………………12</p><p>　　2.2工作裝置的基本組成及工作原理………………………………………15</p><p>　　2.3工作裝置的工作過程……………………………………………………16</p><p>　　2.4工作

21、裝置的基本要求……………………………………………………16</p><p>　　2.5本章小結(jié)…………………………………………………………………17</p><p>　　第3章 基于ADAMS工作裝置動力學(xué)仿真 ………………………………………18</p><p>　　3.1 ADAMS軟件的功能分析…………………………………………………18</p>

22、<p>　　3.1.1 ADAMS簡介………………………………………………………18</p><p>　　3.1.2 ADAMS特點及應(yīng)用………………………………………………18</p><p>　　3.1.3 ADAMS主要功能概述……………………………………………20</p><p>　　3.2 ADAMS環(huán)境中工作裝置模型的建立……………………………

23、………21</p><p>　　3.2.1建模的步驟……………………………………………………21</p><p>　　3.2.2工作裝置虛擬樣機的建立……………………………………23</p><p>　　3.2.3樣機模型的創(chuàng)建………………………………………………23</p><p>　　3.3本章小結(jié)……………………………………………………

24、…………37</p><p>　　第4章 裝載機工作裝置的虛擬樣機分析………………………………………39</p><p>　　4.1多剛體系統(tǒng)動力學(xué)…………………………………………………39</p><p>　　4.2 仿真…………………………………………………………………40</p><p>　　4.2.1 仿真前的處理………………………

25、…………………………40</p><p>　　4.2.2 仿真工具………………………………………………………43</p><p>　　4.2.3 交互式仿真分析和試驗………………………………………45</p><p>　　4.3 仿真結(jié)果處理……………………………………………………46</p><p>　　4.3.1 后結(jié)果處理程序……………

26、…………………………………46</p><p>　　4.3.2 地下鏟運機虛擬樣機設(shè)計要求分析…………………………49</p><p>　　4.3.3機構(gòu)速度特性分析……………………………………………52</p><p>　　4.3.4機構(gòu)受力特性分析……………………………………………54</p><p>　　4.4本章小結(jié)………………………

27、………………………………………57</p><p>　　結(jié) 論………………………………………………………………………………59</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………………61</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………62</p><p>　　附錄1………

28、………………………………………………………………………63</p><p>　　附錄2………………………………………………………………………………69</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題的提出</b></p><p>　　在當(dāng)今日趨激烈的全球

29、化的市場競爭中，地下鏟運機生產(chǎn)企業(yè)要想求得生存與發(fā)展也必須滿足市場所提出的T、Q、C、S要求，即以短的開發(fā)周期(Time)，高品質(zhì)的產(chǎn)品(Quality)，較低的成本(Cost)和優(yōu)良的服務(wù)(Service)來贏得用戶。針對變幻不定的市場需求，企業(yè)必須具有對市場變化作出快速反應(yīng)的能力，作為產(chǎn)品開發(fā)重中之重的設(shè)計階段也必須具備高時效性的特點。</p><p>　　地下鏟運機在產(chǎn)品生命周期內(nèi)存在著投入期、成長期、成熟

30、期和衰退期等幾個階段。在投入期，地下鏟運機設(shè)計還沒有完全定型，生產(chǎn)工藝也不夠成熟，因此質(zhì)量和性能不太穩(wěn)定，生產(chǎn)的批量較小，一般是單件或小批生產(chǎn)；在成長期中，地下鏟運機轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)和擴大銷售的階段，這時設(shè)計、工藝成熟，市場需求日趨旺盛；在成熟期，其壽命周期的黃金時代，給企業(yè)帶來巨額利潤的時期，但同時是競爭激烈的時期，固定用戶群已形成，銷量達到頂峰，該型號市場需求趨向飽和，需考慮開發(fā)新產(chǎn)品；進入衰退期后，產(chǎn)品逐漸退出市場。</p>

31、;<p>　　地下鏟運機具有普通機械產(chǎn)品生產(chǎn)必須滿足市場所提出要求的共性。所以要縮短以設(shè)計、試制為主要內(nèi)容的投入期，節(jié)省投入成本，盡快進入利潤豐厚的成熟期。此外由于傳統(tǒng)物理樣機開發(fā)模式在人力、物力和時間上的巨大浪費往往與產(chǎn)品的復(fù)雜程度成正比，因此作為復(fù)雜工程機械的特殊性，對開發(fā)的時效性要求更高。在現(xiàn)有產(chǎn)品進入衰退期之前，就應(yīng)考慮現(xiàn)有產(chǎn)品的改進或新產(chǎn)品的開發(fā)。虛擬樣機技術(shù)在地下鏟運機設(shè)計、制造的全過程都可發(fā)揮重要的作用，參與

32、從初始概念設(shè)計直至最終成品制造的全過程。在制造之前，虛擬樣機技術(shù)可用來確定其外形，檢查設(shè)計規(guī)劃和工作進程，支持方案可行性分析、進行裝配和人體工程學(xué)的研究。在開發(fā)的投入期，應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)能縮短設(shè)計周期，節(jié)約設(shè)計經(jīng)費。在產(chǎn)品制成之后又可以進行虛擬樣機仿真實驗，代替物理樣機實驗進行子系統(tǒng)及參數(shù)的優(yōu)化。地下鏟運機進入衰退期，利用原有的數(shù)字虛擬樣機可以修改原型，實現(xiàn)產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計。</p><p>　　1.2 地下鏟運

33、機的綜述和其發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.2.1 地下鏟運機的綜述</p><p>　　“地下鏟運機”一詞是參考英文“LHD unit"即裝由運卸設(shè)備演繹而來[1]。地下鏟運機是以柴油機或以電動機為原動機的卸載設(shè)備。它靠液壓或液力來完成機械傳動，靠輪胎行走。主要用于地下礦山和隧道工程。它與地面或露天礦使用的裝載機有許多相似之處，其主要區(qū)別是地下鏟運機機身低矮、駕駛室橫向布置、

34、采用光面或半光面地下耐用切割工程輪胎且以柴油機為原動機的鏟運機還裝有柴油尾氣凈化裝置。圖1-1是鏟運機的全景圖。</p><p>　　圖1-1鏟運機的全景圖</p><p>　　1、工作裝置;2、前車架;3、司機室;4、后車架;5、前輪;6、后輪</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)外地下鏟運機的發(fā)展和研究狀況</p><p>　　自20世紀(jì)

35、六十年代以來，世界采礦業(yè)的國際競爭日益加劇，各發(fā)達國家紛紛將先進的露天礦開采技術(shù)運用到地下礦的生產(chǎn)中，使地下礦勞動生產(chǎn)率成倍甚至十幾倍的提高，礦石成本大幅度下降。從而出現(xiàn)了所謂的“地下露天采礦”其特點主要表現(xiàn)在：地下運輸為地下公路運輸；地下采礦方法為大孔和深孔鑿巖；地下采掘設(shè)備為無軌化、大型化、液壓化、節(jié)能化和自動化。地下鏟運機就是在這種背景下，由露天礦前端式裝載機演變發(fā)展起來的一種新型高效地下無軌裝運卸設(shè)備。下面，作者將分別對國內(nèi)外地

36、下鏟運機的發(fā)展?fàn)顩r作詳細(xì)的敘述。</p><p>　?。?）國外地下鏟運機的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　國外發(fā)達國家地下鏟運機發(fā)展的總體特點是：基礎(chǔ)好、起步早、發(fā)展全面、技術(shù)成熟。其發(fā)展大致經(jīng)歷了如下幾個階段：</p><p>　　1) 初始研發(fā)階段(60年代初)</p><p>　　自1963年，美國瓦格納(Wagner)公司在Grand

37、view礦試驗成功了第一臺ST-5型鏟運機以來，地下鏟運機得到了迅速的發(fā)展，相應(yīng)地也加速了地下礦山無軌鑿巖、運輸、裝藥、噴錨支護、手撬及輔助作業(yè)設(shè)備的發(fā)展，從而形成了以地下鏟運機為主體的無軌化采礦技術(shù)。</p><p>　　2) 發(fā)展和推廣的年代(20世紀(jì)60、70年代)</p><p>　　在地下礦山的苛刻作業(yè)環(huán)境中，山于鏟運機具有高效、靈活、機動、多用和生產(chǎn)費用低等突出優(yōu)點，隨著無軌化

38、采礦技術(shù)的推廣，而得到了廣泛的應(yīng)用。進入20世紀(jì)70年代，國外地下鏟運機技術(shù)已漸趨成熟，形成了系列化產(chǎn)品。但是當(dāng)時鏟運機幾乎都是柴油機驅(qū)動的內(nèi)燃鏟運機，與以往的有軌或風(fēng)動輪胎式鏟運機械相比，雖然具有無可置疑的優(yōu)越性，但柴油機所排出的廢氣、煙霧、熱輻射及噪音卻嚴(yán)重地污染了地下礦山的作業(yè)環(huán)境。為了解決內(nèi)燃鏟運機排氣污染問題，早在60年代人們就開始探索電動鏟運機的可行性問題。1973年月1月在多姆(Dome)金礦試驗成功。</p>

39、<p>　　3)迅速發(fā)展和技術(shù)進步的年代(20世紀(jì)80、90年代)</p><p>　　80年代，由于世界礦業(yè)不景氣，礦山機械產(chǎn)品的市場競爭更趨激烈。許多采礦與工程設(shè)備制造公司進行了兼并或聯(lián)合，優(yōu)化資源組合，以增強市場競爭力。其中的一個典型的例子就是:美國瓦格納(Wagner)公司并入瑞典阿特拉斯·柯普柯(Atlas Copco)公司。這一段時期的主要技術(shù)成果可歸納如下：</p>

40、;<p>　　電動鏟運機取得突破性進展；</p><p>　　向大型化發(fā)展的同時，也向窄機身、微型化方向發(fā)展；</p><p>　　動力機出現(xiàn)了重大的變革；</p><p><b>　　多用化、組合化；</b></p><p>　　變速箱采用電/液換擋和電子控制技術(shù)；</p><p>

41、;　　驅(qū)動橋采用防滑差速器、全封閉濕式多盤制動器和光面耐切割輪胎；</p><p>　　液壓系統(tǒng)不斷完善提高；</p><p><b>　　注重環(huán)保和安全；</b></p><p>　　發(fā)展遙控鏟運機(視距遙控)；</p><p>　　重視和發(fā)展自動化技術(shù)。</p><p><b>　　

42、4) 成熟發(fā)展階段</b></p><p>　　目前，已進入21世紀(jì)第四年，國外地下鏟運機在經(jīng)歷了將近40年的發(fā)展和</p><p>　　技術(shù)進步之后，己經(jīng)進入成熟發(fā)展階段。據(jù)90年代初統(tǒng)計，世界鏟運機擁有量</p><p>　　超過15000臺。10年之后，目前的世界鏟運機擁有量應(yīng)該更多。在經(jīng)歷了激烈的競爭和兼并、聯(lián)合等變動之后，目前世界鏟運機主要生產(chǎn)

43、廠家有:</p><p>　　山特維克·湯姆洛克(Sandvik Tamrock)公司；</p><p>　　阿特拉斯·科普科·瓦格納(Atlas Copco Wagner)公司；</p><p>　　G. H. H公司；</p><p>　　法德洛瑪(FADROMA)公司(原BUMAR公司)；</p>

44、;<p>　　紹普夫(Schop}公司；</p><p><b>　　其它廠家。</b></p><p>　　如約翰克拉克(John Clark INC)公司以及俄羅斯的地下鏟運機生產(chǎn)廠家。</p><p>　　（2）國內(nèi)地下鏟運機的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　我國地下礦山使用鏟運機始于1975年，由壽王

45、墳銅礦使用從波蘭引進的LK-1型、地下內(nèi)燃鏟運機開始。由于它顯示出的優(yōu)越性，很快在全國許多礦山推廣，揭開了我國礦山無軌化開采發(fā)展的序幕[2]。</p><p>　　我國自行研制地下鏟運機始于70年代中期，由長沙礦山研究院分別與廈門工程機械廠和柳州工程機械廠(天津工程機械研究所)合作，在ZL40型和ZL5型地面裝載機基礎(chǔ)上，改型研制成功了DZL40型和DZL50型地下內(nèi)燃鏟運機[3]。</p><

46、;p>　　隨后，從70年代后期到90年代初，在對引進的鏟運機進行消化，對國外鏟運機核心技術(shù)深入理解和掌握的基礎(chǔ)上，長沙礦山研究院、北京礦冶研究總院、馬鞍山礦山研究院、南昌礦山研究所等院所與國內(nèi)制造廠家合作，先后研制了約30余種型號的地下鏟運機 (包括中外合作生產(chǎn)的型號)。其中，國內(nèi)研制的機型大多數(shù)通過鑒定，中外合作生產(chǎn)的機型均已通過驗收，但批量在5臺以上，并在礦山生產(chǎn)中得到連續(xù)使用的，只有為數(shù)不多的幾種類型。</p>

47、<p>　　90年代中期以來，為了填補國產(chǎn)大中型鏟運機幾乎是空白的局面，有關(guān)單位又研制生產(chǎn)了一批具有90年代國外鏟運機水平的大中型鏟運機。這種鏟運機的共同特點是:采用依茨風(fēng)冷低污染柴油機、克拉克液力機械傳動裝置、全封閉濕式多盤制動器，NO-SPIN防滑差速器、工作裝置液壓系統(tǒng)采用雙泵合流、先導(dǎo)控制等技術(shù)。設(shè)計中廣泛采用CAD技術(shù)。</p><p>　　我國地下鏟運機技術(shù)經(jīng)過近30年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟

48、，日益與世界接近或達到世界當(dāng)代水平。</p><p>　　1）在柴油機尾氣凈化方面進行了大量實驗研究工作，取得了顯著成效；</p><p>　　2) 成功進行了電動鏟運機的研制，形成了系列產(chǎn)品；</p><p>　　3) 遙控鏟運機的研制與使用；</p><p>　　4) 礦用耐用輪胎的研制和全面推廣；</p><p>

49、;　　5) 研制和檢測手段日臻完善，接近世界水平。</p><p>　　1.3 虛擬樣機技術(shù)</p><p>　　1.3.1 虛擬樣機技術(shù)產(chǎn)生背景</p><p>　　自20世紀(jì)70年代以來，世界市場由過去傳統(tǒng)的相對穩(wěn)定逐步演變成動態(tài)多變，由過去的局部競爭演變成全球范圍內(nèi)的競爭；同行業(yè)之間、跨行業(yè)之間的相互滲透、相互競爭日趨激烈。中國已經(jīng)加入WTO，我國企業(yè)已經(jīng)不可

50、避免地加入了國際競爭，機械工業(yè)將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而產(chǎn)品的質(zhì)量和更新速度將是企業(yè)立于不敗之地的關(guān)鍵。</p><p>　　傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程中，首先是概念設(shè)計和方案論證，然后進行產(chǎn)品設(shè)計。設(shè)計完成后，為驗證設(shè)計，通常要制造樣機進行實驗，有時實驗甚至是破壞性的。當(dāng)通過實驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要修改設(shè)計并再用樣機驗證。只有通過周而復(fù)始的設(shè)計—實驗—設(shè)計過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系

51、統(tǒng)。樣機的單機手工制造增加了成本。在大多數(shù)情況下，工程師為了保證產(chǎn)品按時投放市場而中斷這一過程，使產(chǎn)品在上市時便有先天不足的毛病。在競爭的市場背景下，基于實際樣機的設(shè)計驗證過程嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品的質(zhì)量的提高、成本的降低和對市場的占有。為了克服傳統(tǒng)機械設(shè)計制造過程的弊端，縮短設(shè)計制造周期，降低成本，一種新的技術(shù)應(yīng)運而生，這就是虛擬樣機技術(shù)。</p><p>　　1.3.2 虛擬樣機技術(shù)的相關(guān)概念</p>

52、<p>　　虛擬樣機有兩種提法:Virtual Prototype和Virtual Prototyping。前者是相對物理樣機而言，可以定義為利用計算機仿真技術(shù)建立的，取代物理樣機進行評估和測試獲取候選設(shè)計方案特性的等效數(shù)字模型，是存在于計算機中的參數(shù)化“軟模型”，它能像物理樣機一樣，反映最終產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、動力學(xué)和運動學(xué)等綜合特性。后者是指為了測試和評價一個系統(tǒng)方案的設(shè)計，使用上述虛擬樣機技術(shù)的過程。</p>

53、<p>　　虛擬樣機環(huán)境是指包含虛擬樣機，將CAD實體造型技術(shù)、系統(tǒng)仿真、人機交互技術(shù)等集成，形成的一個支持虛擬產(chǎn)品設(shè)計的集成仿真環(huán)境。Jasnoch和Kress從并行工程方法角度理解，認(rèn)為虛擬樣機環(huán)境是將多個CAD過程、知識推理過程等，通過計算機支持的協(xié)同工作技術(shù)、用戶界面技術(shù)、設(shè)計過程管理和文檔化技術(shù)集成起來，形成一個分布式環(huán)境以支持產(chǎn)品設(shè)計過程中的并行工程方法。</p><p>　　虛擬樣機技

54、術(shù)正是以虛擬樣機和虛擬樣機環(huán)境為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)工程方法、反求工程方法、優(yōu)化方法、計算機建模仿真技術(shù)、計算機輔助設(shè)計技術(shù)和計算機支持協(xié)同工作、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等有機地結(jié)合在一起，為產(chǎn)品的全壽命周期設(shè)計和評估提供分布式的集成環(huán)境，以達到優(yōu)化整個設(shè)計周期，節(jié)約開發(fā)成本的目的。</p><p>　　1.3.3 虛擬樣機的特點</p><p>　　虛擬樣機技術(shù)作為一種現(xiàn)代先進設(shè)計方法，與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，

55、它具有以下特點：</p><p>　?。?）全新的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的研發(fā)方法從設(shè)計到生產(chǎn)是一個串行過程，這種方法存在很多的弊端。而虛擬樣機技術(shù)真正地實現(xiàn)了系統(tǒng)角度的產(chǎn)品優(yōu)化，它基于并行工程，使產(chǎn)品在概念設(shè)計階段就可以迅速地分析、比較多種設(shè)計方案，確定影響性能的敏感參數(shù)，并通過可視化技術(shù)設(shè)計產(chǎn)品、預(yù)測產(chǎn)品在真實工況下的特征以及所具有的響應(yīng)，直至獲得最優(yōu)工作性能。</p><p>　?。?）有效

56、的設(shè)計方法。采用虛擬樣機技術(shù)有助于擺脫對物理樣機的依賴。通過計算機技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型，可以完成無數(shù)次物理樣機無法進行的虛擬試驗，從而無需制造及試驗物理樣機就可獲得最優(yōu)方案，因此不但減少了物理樣機的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　作為數(shù)字化設(shè)計的一個分支，虛擬樣機技術(shù)的發(fā)展離不開其他技術(shù)的支持，如:沒有成熟的三維計算機圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)，虛擬樣機技術(shù)也不會成熟。首

57、先，三維幾何造型技術(shù)能夠使設(shè)計師們的精力集中在創(chuàng)造性設(shè)計上，把繪圖等繁瑣的工作交給計算機去做。這樣，設(shè)計師就有更多的精力關(guān)注設(shè)計的正確和優(yōu)化問題。其次，三維造型技術(shù)使虛擬樣機技術(shù)中的機械系統(tǒng)描述問題變得簡單。第三，由于CAD強大的三維幾何編輯修改技術(shù)，使得機械設(shè)計系統(tǒng)的快速修改成為可能。</p><p>　　綜上所述，虛擬樣機技術(shù)是一門綜合多學(xué)科的技術(shù)。它的核心部分是多體系統(tǒng)運動學(xué)與動力學(xué)建模理論及其技術(shù)實現(xiàn)。作

58、為應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個分支的數(shù)值算法提供了求解這種問題的有效快速的算法，計算機可視化技術(shù)及動畫技術(shù)的發(fā)展為這項技術(shù)提供了友好的用戶界面，CAD/FEA等技術(shù)的發(fā)展為虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)環(huán)境。</p><p>　　1.3.4 虛擬樣機與虛擬現(xiàn)實的區(qū)別</p><p>　　虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）是一種計算機界面技術(shù)。從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實就是一種先進的的計算機用戶

59、接口，它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，最大限度的方便用戶操作，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)，提高整個系統(tǒng)的工作效率。根據(jù)VR所應(yīng)用的對象不同，VR的作用可以表現(xiàn)為不同得形式，例如將某種概念設(shè)計或構(gòu)思可視化和可操作化；實現(xiàn)逼真的遙現(xiàn)場效果；達到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價模擬訓(xùn)練目的等。</p><p>　　從虛擬現(xiàn)實的定義上看，虛擬現(xiàn)實與仿真有很大的相似，它們都是對現(xiàn)實世界的模擬。但它

60、們也有很大的區(qū)別，仿真（Simulation）是使用計算機軟件來模擬和分析現(xiàn)實世界中的系統(tǒng)的行為；虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是對現(xiàn)實世界的創(chuàng)建與體驗。</p><p>　　1.3.5 虛擬樣機技術(shù)在工程機械領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　目前，虛擬樣機技術(shù)在一些較發(fā)達國家，如美國、德國、日本等已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機械電

61、子工業(yè)、國防工業(yè)、通用機械到人機工程學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等很多方面,虛擬樣機技術(shù)的運用為用戶節(jié)約了開支、時間并提供了滿意的設(shè)計方案。典型實例有： </p><p>　　(1) 美國波音飛機公司的波音飛機是世界上首架以無圖紙方式研發(fā)及制造的飛機，其設(shè)計、裝配、性能評價及分析均采用了虛擬樣機技術(shù)，這不但使研發(fā)周期大大縮短(其中制造周期縮短50%)、研發(fā)成本大大降低(如減少設(shè)計更改費用94%)，而且確保了

62、最終產(chǎn)品一次接裝成功。</p><p>　　(2) 通用動力公司1997年建成了第一個全數(shù)字化機車虛擬樣機，并行地進行產(chǎn)品的設(shè)計、分析、制造及夾具、模具工裝設(shè)計和可維修性設(shè)計。日產(chǎn)汽車公司，利用虛擬樣機進行概念設(shè)計、包裝設(shè)計、覆蓋件設(shè)計、整車仿真設(shè)計等。</p><p>　　(3) Caterpillar公司采用虛擬樣機技術(shù)后，從根本上改進了產(chǎn)品的設(shè)計和試驗步驟，實現(xiàn)了快速虛擬試驗多種設(shè)計

63、方案，從而使其產(chǎn)品成本大大降低，性能卻更加優(yōu)越。同樣，John Deere公司利用虛擬樣機技術(shù)解決工程機械在高速行駛時的蛇行現(xiàn)象及在重載下的自激振動問題，不僅找到了原因，提出了改進方案，并且在虛擬樣機上得到了驗證，從而大大提高了產(chǎn)品的高速行駛性能與重載作業(yè)性能。</p><p>　　(4) 美國海軍的NAVA IR/APL項目，利用虛擬樣機技術(shù)，實現(xiàn)多領(lǐng)域多學(xué)科的設(shè)計并行和協(xié)同，形成了協(xié)同虛擬樣機技術(shù)(colla

64、borative virtual prototyping)，他們研究發(fā)現(xiàn)，協(xié)同虛擬樣機技術(shù)不僅使得產(chǎn)品的上市時間縮短，還使得產(chǎn)品的成本減小了至少20%。</p><p>　　目前，我國虛擬樣機技術(shù)在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中初步有所應(yīng)用，在其它行業(yè)應(yīng)用較少，因此我國對于虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)水平還很低，但己經(jīng)引起了人們的普遍關(guān)注，如在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，有人利用虛擬樣機技術(shù)來設(shè)計甘蔗收獲機，實現(xiàn)了產(chǎn)品和產(chǎn)品設(shè)計

65、方法的創(chuàng)新，取得了良好的效果。</p><p>　　1.4 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和存在的問題</p><p>　　對于工作裝置的設(shè)計方面國內(nèi)外研究的情況大致是：</p><p>　　（1) 圖解設(shè)計法:最早采用的設(shè)計方法是圖解設(shè)計法，它將工作裝置的連桿機構(gòu)看成是由斗桿機構(gòu)和缸桿機構(gòu)兩部分組成。其關(guān)鍵是確定搖臂在動臂上的鉸點位置和轉(zhuǎn)斗油缸在機架上的位置。其大致的做法是這樣

66、的： </p><p>　　首先根據(jù)作業(yè)物料的性能要求，設(shè)計出鏟斗的結(jié)構(gòu)，確定斗鉸線的長度和位置，并將其作為掘起力的計算位置，在滿足卸載高度、卸載距離的前提下，根據(jù)總體結(jié)構(gòu)的要求，確定動臂的長度和位置。然后，將六連桿機構(gòu)分為斗桿機構(gòu)和缸桿機構(gòu)兩個四連桿機構(gòu)，運用作圖法分別設(shè)計出斗桿機構(gòu)和缸桿機構(gòu)。最后，將設(shè)計好的斗桿機構(gòu)和缸桿機構(gòu)組合成一個完整的工作裝置連桿機構(gòu)。很顯然這種方案只是一種可行方案，但是并不是最優(yōu)的方

67、案。在這個基礎(chǔ)上，經(jīng)過幾次分析和改進還可以繼續(xù)提高其性能。但是這種方案比較費事，要想同時滿足多個約束的要求比較困難。這種方式基本屬于一種“類比試湊法’。</p><p>　?。?）解析法: 解析法是根據(jù)平移性、卸料性、動力性的要求作出連桿機構(gòu)的近似特性曲線，并根據(jù)近似特性曲線確定一組桿件方程組。然后再根據(jù)已知數(shù)據(jù)和桿件方程組計算出其它桿件的長度。最后作出連桿機構(gòu)的實際特性曲線，根據(jù)實際特性曲線和近似特性曲線之間的

68、差值作出一些修正。解析法設(shè)計連桿機構(gòu)較作圖法來說省去了反復(fù)試湊作圖的過程。特別是根據(jù)連桿機構(gòu)的特性曲線，用桿件方程組設(shè)計出合乎預(yù)定性的方案，減少了設(shè)計過程的盲目性，從而利于提高設(shè)計的質(zhì)量和效率，這比起作圖法來說是一個進步。</p><p>　?。?) 優(yōu)化設(shè)計方法：它是以數(shù)學(xué)規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以計算機為工具，來尋找工作裝置的最優(yōu)參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計方法不像圖解法那樣把約束條件都表示在圖紙上，而是將約束條件都用方程邊界條件

69、，編成計算機程序，通過計算機計算得出結(jié)果，其中吉林工業(yè)大學(xué)的楊成康建立了工作裝置的正、反轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)鉸點位置優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，編制了內(nèi)點懲罰函數(shù)法優(yōu)化設(shè)計程序，使工作裝置動力性能提高了0.4%。太原重型機械學(xué)院的遲泳濱在1997年開發(fā)出了一個裝載機工作裝置設(shè)計CAD系統(tǒng)。他對工作裝置的優(yōu)化設(shè)計過程大概是這樣的:首先利用專家系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)造一個初始的設(shè)計方案。然后，有了初始方案以后，再根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)選擇合理的目標(biāo)函數(shù)加權(quán)系數(shù)，并且根

70、據(jù)各個約束函數(shù)，采用復(fù)合形法對 目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化。這套系統(tǒng)對于現(xiàn)有機型的改進設(shè)計和相似機型的設(shè)計還是比較理想的。如果優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果不能夠滿足設(shè)計者的要求，還可以修改各個構(gòu)件的參數(shù)再進行新一輪的優(yōu)化，直到滿足設(shè)計者的要求為止。</p><p>　　總之，這些方法都是基于二維平面上進行的 。對于工作裝置干涉問題 、運動學(xué) 、動力學(xué)等問題不可能很好的解決 ，也不可能直觀的表現(xiàn)出來 。近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在工作裝

71、置設(shè)計上出現(xiàn)了基于仿真技術(shù)的工作裝置設(shè)計。例如吉林工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)和廈門工程機械廠等利用仿真技術(shù)不但研究了工作裝置的運動學(xué)、動力學(xué)特性，而且對其進行了優(yōu)化設(shè)計，但是他們不是對模型進行了大量的簡化，而且只是局限于對剛體情況下工作裝置的研究。本文建立了工作裝置的實體模型，在仿真軟件環(huán)境下模擬工作裝置的運動狀況，快速分析各種設(shè)計方案，進行輔助設(shè)計和參數(shù)化設(shè)計，并對彈性體工作裝置進行動力學(xué)分析，為設(shè)計人員提供了有效的設(shè)計方案，降低了產(chǎn)品設(shè)

72、計的成本。</p><p>　　總結(jié)：以上的優(yōu)化方法可以看出，采用的仍然是傳統(tǒng)的優(yōu)化理論，追求目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，雖然經(jīng)過優(yōu)化以后，設(shè)計變量滿足了目標(biāo)函數(shù)和約束條件的要求，但付出的代價是很大了，降低了產(chǎn)品設(shè)計的效率。</p><p>　　1.5 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本論文主要對地下鏟運機工作裝置進行虛擬仿真設(shè)計，并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)參數(shù)，確保其工作性能達到

73、最優(yōu)。在研究過程中，主要完成以下工作：</p><p>　　(1) 建立工作裝置整體數(shù)學(xué)模型；</p><p>　　(2) 地下鏟運機虛擬樣機建模：熟練掌握ADAMS軟件，同時運用ADAMS 仿真軟件建立空間三維模型，進行動態(tài)模擬仿真，充分挖掘ADAMS能夠提供的分析功能；</p><p>　　(3) 地下鏟運機虛擬樣機工作機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)分析：即在ADAMS環(huán)境

74、中對虛擬裝載機的工作裝置進行仿真研究。</p><p>　　第2章 地下鏟運機</p><p>　　工作裝置的分類、組成及運動原理</p><p>　　2.1 工作裝置轉(zhuǎn)斗連桿機構(gòu)的類型</p><p>　　綜合國內(nèi)、外露天裝載機及地下鏟運機轉(zhuǎn)斗連桿機構(gòu)的形式，主要有7種類型的連桿機構(gòu)，按構(gòu)件數(shù)不同，可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿轉(zhuǎn)斗連

75、桿機構(gòu)，由文獻[4～8]可知。按輸入和輸出桿的轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)。7種轉(zhuǎn)斗連桿機構(gòu)分述如下：</p><p>　　正轉(zhuǎn)八桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(見圖 2-1)</p><p>　　圖2-1 正轉(zhuǎn)八桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　所示此轉(zhuǎn)斗機構(gòu)在轉(zhuǎn)斗油缸大腔進油時轉(zhuǎn)斗鏟取，所以鏟取力較大;各構(gòu)件尺寸配置合理時，鏟斗具有較好的舉升平動性能;連桿系統(tǒng)傳動比較大

76、，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈、速度快；由于傳動比大，還可適當(dāng)減小連桿系統(tǒng)尺寸，因而司機視野得到改善，但是一定要“適當(dāng)”，否則易使連桿系統(tǒng)傳動比減小，影響鏟取力發(fā)揮。</p><p>　　正轉(zhuǎn)八桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)的卞要缺點是機構(gòu)復(fù)雜，不易實現(xiàn)鏟斗自動放平。此機構(gòu)的轉(zhuǎn)斗油缸與鏟斗和搖臂直接連接，該工作機構(gòu)由兩個平行四桿機構(gòu)組成，它使鏟斗具有很好的平動性能，它比八桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)簡單，司機視野較好。</p&

77、gt;<p>　　鏟斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(見圖2-2)</p><p>　　圖2-2 鏟斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　這種機構(gòu)的缺點是轉(zhuǎn)斗鏟取時油缸小腔進油，鏟取力相對較小;連桿系統(tǒng)傳動比小，使得轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大，油缸加長，卸載速度不如八桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)。</p><p>　　油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(見圖2-3)</

78、p><p>　　圖2-3 油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　此種機構(gòu)與上述油缸前置式相比，前懸較大、傳動比較大、活塞行程較短，有可能將動臂、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿設(shè)計在同一平面內(nèi)，從而簡化了結(jié)構(gòu)，改善了動臂和鉸銷的受力狀態(tài)。</p><p>　　(4)油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(見圖2-4)</p><p>　　圖2-4 油缸后置式

79、反轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　這種機構(gòu)有如下優(yōu)點：1)轉(zhuǎn)斗油缸大腔進油時轉(zhuǎn)斗鏟取，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計成較大值，所以可獲得較大的鏟取力；2)恰當(dāng)?shù)倪x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以實現(xiàn)鏟斗的自動放平；3)結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機視野好。缺點是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄空間，容易發(fā)生構(gòu)件相互干涉。</p><p>　?。?）正轉(zhuǎn)四桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(

80、見圖2-5)</p><p>　　2-5 正轉(zhuǎn)四桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　它是7種轉(zhuǎn)斗連桿機構(gòu)中最簡單的一種，容易保證四桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)實現(xiàn)鏟斗舉升平動，此機構(gòu)前懸較小，缺點是轉(zhuǎn)斗鏟取時油缸小腔進油，油缸輸出力較小，又因連桿機構(gòu)倍力系數(shù)難以設(shè)計出較大值，所以轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大，油缸尺寸小;此外，在卸載時活塞桿易與鏟斗底相碰，所以卸載角度減小。為了避免碰撞，需把斗底制造成凹形，因而減小了斗

81、容，又增加了制造困難，而且鏟斗也不能實現(xiàn)自動放平。</p><p>　?。?）正轉(zhuǎn)五桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(見圖2-6)</p><p>　　圖2-6 正轉(zhuǎn)五桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　為克服正轉(zhuǎn)四桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)卸載時活塞桿易與斗底相碰的缺點，在活塞桿與鏟斗之間增加一根短連桿，從而使正轉(zhuǎn)四桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)變?yōu)檎D(zhuǎn)五桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時，短連桿與活塞桿在油缸拉力和鏟斗重力

82、作用下成一直線，如同一桿:當(dāng)鏟斗卸載時，短連桿能相對活塞桿轉(zhuǎn)動，避免了活塞桿與斗底相碰。此機構(gòu)的其它缺點仍如正轉(zhuǎn)四桿轉(zhuǎn)斗機構(gòu)。</p><p>　?。?）動臂可伸縮式轉(zhuǎn)斗機構(gòu)(見圖2-7)</p><p>　　2-7 動臂可伸縮式轉(zhuǎn)斗機構(gòu)圖</p><p>　　它的最大特點是動臂可借助動臂伸縮油缸進行伸縮。這種機構(gòu)的鏟斗插入工況是靠動臂伸出實現(xiàn)的，它解決了靠機器行走

83、易使輪胎嚴(yán)重磨損問題。</p><p>　　2.2 工作裝置的基本組成及工作原理</p><p>　　地下鏟運機工作裝置簡圖：</p><p>　　圖2-8 地下鏟運機工作裝置簡圖</p><p>　　1、前車架；2、轉(zhuǎn)斗油缸；3、搖肴；4、連桿；5、鏟斗；6、動臂；7、舉升油缸(兩個)</p><p>　　本工作裝置

84、是地下鏟運機鏟裝物料的裝置，它的結(jié)構(gòu)和性能直接影響整機的工作尺寸和性能參數(shù)。因此，工作裝置的合理性直接影響地下鏟運機的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動力與運動特性、不同工況下的挖掘效果、工作循環(huán)時間 (包括鏟取、舉升、卸料和鏟斗返回到原位的時間)、外形尺寸和發(fā)動機功率等，不同類型的工作裝置其組成是不同的。</p><p>　　2.3 工作裝置的工作過程</p><p>　　地下鏟運機是一種裝運卸一體

85、化的自行式設(shè)備，它的工作過程由五種工況組成：</p><p>　?。?）插入工況：動臂下放，鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底板與地面呈傾角，開動地下鏟運機，鏟斗借助機器的牽引力插入料堆。</p><p>　?。?）鏟裝工況：鏟斗插入料堆后，轉(zhuǎn)動鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。</p><p>　?。?）重載運輸工況：鏟斗裝滿物料后舉升動臂，將鏟斗舉升至運輸位置

86、 (即鏟斗斗底離地高度不小于機器的最小允許離地間隙)，然后驅(qū)動機器駛向卸載。</p><p>　?。?）卸載工況：在卸載點，舉升動臂使鏟斗至卸載位置翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運輸車輛卸載，鏟斗物料卸凈后下放動臂，使鏟斗恢復(fù)至運輸位置 。</p><p>　?。?）空載運輸工況：卸載結(jié)束后，地下鏟運機再由卸載點空載返回裝載點。2.4 工作裝置的基本要求</p><p>　　地下鏟運

87、機由于其特定的工作條件，其工作裝置在設(shè)計時應(yīng)滿足以下要求</p><p>　?。?）角度要求：卸料角為，達到所要求的卸載高度與卸載距離；鏟斗最低工作點應(yīng)低于停車與行車面，以完成平整作業(yè)與溜井采礦；鏟斗在運輸位置時，后傾角為，鏟斗放平時，斗底與地平面的后角為。</p><p>　?。?）運動要求：在工作狀態(tài)和工作結(jié)束位置速度與加速度變化合理；油缸活塞行程具最佳值；工作裝置運動平穩(wěn)無干涉、無死

88、點、無自鎖;動臂從最低位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中物料不撒落 ( 鏟斗平移角小于)在卸料后，動臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動放平。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求簡單緊湊，承載元件數(shù)量(包括油缸)盡量少。</p><p>　?。?）動力性要求：要求工作裝置連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大的插入力和鏟取力，也就是要求連桿機構(gòu)具有較高的力傳遞效率。</p><p&g

89、t;<b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　地下鏟運機的鏟運裝置結(jié)構(gòu)多種多樣，它的結(jié)構(gòu)和性能直接影響整機的工作尺寸和性能參數(shù)。因此，工作裝置的合理性直接影響地下鏟運機的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動力與運動特性。所以說正確的選擇機構(gòu)是研究成功的關(guān)鍵。</p><p>　　第3章基于ADAMS工作裝置動力學(xué)仿真</p><p>　　3.

90、1 ADAMS軟件的功能分析</p><p>　　3.1.1 ADAMS簡介</p><p>　　ADAMS是由美國Mechanical Dynamics Inc.公司研制的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負(fù)盛名、最有權(quán)威性的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。使用這套軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜機械系統(tǒng)的虛擬樣機，真實地仿真其運動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數(shù)方案

91、，直至獲得優(yōu)化的工作性能，從而大大減少了昂貴的物理樣機制造及試驗次數(shù)，提高了產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，大幅度地縮短產(chǎn)品研制周期和費用。該軟件90年代開始在我國的機械制造、汽車交通、航空航天、鐵道、兵器、石油化工等領(lǐng)域得到應(yīng)用，為各領(lǐng)域中的產(chǎn)品設(shè)計、科學(xué)研究作出了貢獻。</p><p>　　利用ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型。該模型既可以是在ADAMS軟件中直接建造的幾何模型，也可以是從其

92、他CAD軟件中傳過來的造型逼真的幾何模型。然后，在幾何模型上施加力矩和運動激勵。最后執(zhí)行一組與實際狀況十分接近的運動仿真測試，所得的測試結(jié)果就是機械系統(tǒng)工作過程的實際運動情況。過去需要數(shù)星期、數(shù)月才能完成的建造和測試物理樣機的工作，現(xiàn)在利用ADAMS軟件僅需幾個小時就可以完成，并能遠(yuǎn)在物理樣機建造前，就可以知道各種設(shè)計方案的樣機是如何工作的。</p><p>　　ADAMS軟件能夠幫助工程師更好地理解系統(tǒng)的運動、

93、解釋其子系統(tǒng)或整個系統(tǒng)即產(chǎn)品的設(shè)計特性，比較多個設(shè)計方案之間的工作性能、預(yù)測精確的載荷變化過程，計算其運動路徑，以及速度和加速度分布圖案等。</p><p>　　ADAMS將強大的分析求解功能與使用方便的用戶界面相結(jié)合,使該軟件使用起來既直觀又方便，還可用戶專門化。</p><p>　　3.1.2 ADAMS特點及應(yīng)用</p><p>　　ADAMS軟件的特點如下：

94、</p><p>　?。?）利用交互式圖形環(huán)境和零件、約束、力庫建立機械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型。</p><p>　?。?）分析類型包括運動學(xué)、靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)分析，以及線性和非線性動力學(xué)分析、剛體和柔性體分析。</p><p>　?。?）具有先進的數(shù)值分析技術(shù)和強有力的求解器，使求解快速、準(zhǔn)確。</p><p>　?。?）具有組裝、分析和動態(tài)顯

95、示不同模型或同一個模型在某一個過程變化的能力，提供多種“虛擬樣機”方案。</p><p>　?。?）具有一個強大的函數(shù)庫供用戶自定義力和運動發(fā)生器。</p><p>　?。?）具有開放式結(jié)構(gòu)，允許用戶集成自己的子程序。</p><p>　　（7）自動輸出位移、速度、加速度和反作用力，仿真結(jié)果顯示為動畫和曲線圖形。</p><p>　?。?）可

96、預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞、包裝、峰值載荷和計算有限元的輸入載荷。</p><p>　?。?）支持同大多數(shù)CAD、FEA和控制設(shè)計軟件包之間的雙向通訊。</p><p>　　ADAMS軟件可以幫助改進各種機械系統(tǒng)設(shè)計，從簡單的連桿機構(gòu)到車輛、飛機、衛(wèi)星甚至復(fù)雜的人體。例如，在航空和國防工業(yè)中，ADAMS能夠仿真分析飛機起落架、貨艙門以及載重車輛和武器的動力學(xué)問題；在航天工業(yè)中，它能

97、用于太陽能電池板的展開和回收過程的運動、動力分析；在汽車工業(yè)中，能用于卡車、越野汽車以及其他車輛的動力學(xué)分析；在生物力學(xué)和人機工程學(xué)領(lǐng)域，ADAMS能用于人機界面設(shè)計、事故重建、車輛乘員保護以及產(chǎn)品的人機工程學(xué)設(shè)計；在機電產(chǎn)品中，它能用于磁盤和磁帶驅(qū)動器的設(shè)計、傳真機以及電路斷電器的設(shè)計；在健身娛樂產(chǎn)品中，它能用于健身自行車以及其他健身運動器材；在一般機械中，如電動印刷機、家用電器、電梯等都可應(yīng)用ADAMS進行設(shè)計和分析;在制造業(yè)和機器

98、人的設(shè)計、材料加工設(shè)備、包裝機械以及食品加工設(shè)備的設(shè)計也都能夠應(yīng)用ADAMS；在鐵路系統(tǒng)，ADAMS能夠用于車輪與鐵軌的相互作用分析以及車廂之間耦合的動力學(xué)問題。</p><p>　　3.1.3 ADAMS主要功能概述</p><p>　　ADAMS軟件由若干模塊組成，分為核心模塊、功能擴展模塊、專業(yè)模塊、工具箱和接口模塊5類，如圖3-1所示。其中最主要的模塊為ADAMS/View——用戶

99、界面模塊和ADAMS/Solver—求解器[9]。通過這兩個模塊可以對大部分的機械系統(tǒng)進行仿真。</p><p>　　圖3-1 ADAMS模塊表</p><p>　?。?）用戶界面模塊（ADAMS/View）</p><p>　　ADAMS/View是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境。它將簡單的圖標(biāo)、菜單、鼠標(biāo)點取操作與交互式圖形建模

100、、仿真計算、動畫顯示、X-Y曲線圖處理曲線、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能完美的集成在一起。 </p><p>　　ADAMS/View采用簡單的分層方式完成建模工作，它提供了豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力/力矩庫，并且支持布爾運算，采用Parasolid作為實體建模的核，支持Fortran/77和Fortran/90中所有函數(shù)。除此之外，ADAMS/View還提供13個位移函數(shù)、9個速度函數(shù)、8個加速度函數(shù)、

101、2個接觸函數(shù)、3個樣條函數(shù)、14個力/力矩函數(shù)、8個合力/力矩函數(shù)、6個數(shù)據(jù)元函數(shù)、若干用戶子程序函數(shù)以及6個常量和變量。</p><p>　　ADAMS/View有自己的高級編程語言，支持命令行輸入命令和C++語言，有豐富的宏命令以及快捷方便的圖標(biāo)、菜單和對話框創(chuàng)建和修改工具包，而且具有在線幫助功能。</p><p>　?。?）求解器(ADAMS/So1ver)</p>&

102、lt;p>　　ADAMS/Solver是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是ADAMS產(chǎn)品系列中處于心臟地位的仿真“發(fā)動機”。該軟件自動形成機械系統(tǒng)模型的動力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的解算結(jié)果。</p><p>　　ADAMS/Solver可以對剛體和彈性體進行仿真研究。為了進行有限元分析和控制系統(tǒng)研究，除滿足用戶輸出位移、速度、加速度和力等的要求外，還可輸出用戶自己定義的數(shù)據(jù)。用戶可以通過運動副

103、、運動激勵，高副接觸、用戶定義的子程序等添加不同的約束，同時可求解運動副之間的作用力和反作用力，或施加單點外力。</p><p>　　3.2 ADAMS環(huán)境中工作裝置模型的建立</p><p>　　3.2.1建模的步驟</p><p>　　用 ADAMS 進行建模、仿真和分析，一般要遵循以下步驟，如圖 3-2所示。</p><p>　　圖3-

104、2 利用ADAMS建模分析的步驟</p><p><b>　　各步驟簡述如下：</b></p><p><b>　　（1）建造模型</b></p><p>　　建模包含三部分工作：</p><p><b>　　1）創(chuàng)建零件</b></p><p>　　有

105、兩種途徑：通過 ADAMS/View 的零件庫來創(chuàng)建各種簡單的運動單元（零件）；用 ADAMS/Exchange 引入復(fù)雜的 CAD 形體(會影響運行速度)。</p><p>　　2）給模型施加約束和運動</p><p>　　3）給模型施加各種作用力</p><p><b>　　（2）測試模型</b></p><p>　

106、　定義測量，對模型進行初步仿真，通過仿真結(jié)果檢驗?zāi)Ｐ椭懈鱾€零件、約</p><p><b>　　束及力是否正確。</b></p><p><b>　?。?）校驗?zāi)Ｐ?lt;/b></p><p>　　導(dǎo)入實際實驗測試數(shù)據(jù)，與虛擬仿真的結(jié)果進行比較。</p><p>　?。?）模型的細(xì)化（Refine）[1

107、0]</p><p>　　經(jīng)過初步仿真確定了模型的基本運動后，可以在模型中加入更復(fù)雜的單元，如在運動副上加入摩擦，用線性方程或一般方程定義控制系統(tǒng)，加入柔性連接件等等，使模型與真實系統(tǒng)更加近似。</p><p>　?。?）模型的重新描述（Iterate）</p><p>　　為方便設(shè)計，可以加入各種參數(shù)對模型進行描述，當(dāng)用戶對模型進行了更改，這些參數(shù)自動發(fā)生變化，使

108、相關(guān)改動自動執(zhí)行。</p><p><b>　?。?）優(yōu)化模型</b></p><p>　　對模型進行參數(shù)分析，優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　?。?）定制用戶自己的環(huán)境</p><p>　　用戶可以定制菜單、對話框，或利用宏使許多重復(fù)工作可以自動進行。</p><p>　　3.2.2工作裝置虛擬樣

109、機的建立</p><p>　　在用ADAMS 建模之前，必須對實際的模型進行簡化。這樣不僅可以節(jié)省大量的建模時間，也可以保證 ADAMS 的仿真及分析過程能夠順利進行。同時，由于 ADAMS 在進行運動學(xué)、動力學(xué)求算時，只考慮零件的質(zhì)心和質(zhì)量，而對零件的外部形狀不予考慮，因此在模型中精確地描述出復(fù)雜的零件外形，并沒有多大的實際意義。當(dāng)然，零件形體描述得越準(zhǔn)確，ADAMS 自動求算的零件質(zhì)量和質(zhì)心位置也就越精確，但