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發(fā)表于 2014-5-13 16:56:26
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履帶式小型甘蔗收割機(jī)底盤和鋼架設(shè)計(jì)與分析
2 v( \3 ?% r6 s% P0 Z1 C6 c6 X 姓名:徐錫晨
# r# M" m, K* k" U 履帶式小型甘蔗收割機(jī)底盤及鋼架的設(shè)計(jì)與分析 摘要 小型甘蔗收割機(jī)對(duì)加快我國西南各省甘蔗種植的機(jī)械化，減輕農(nóng) 民在收割收割環(huán)節(jié)的開支，增強(qiáng)我國制糖業(yè)國際競爭力具有極其重要 的意義。本文基于國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于知識(shí)的甘蔗收獲 機(jī)械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”的建造模型及其仿真的基礎(chǔ)部分， 主要運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)及虛擬仿真技術(shù)，通過對(duì)虛擬甘蔗收割機(jī)模型進(jìn)行 計(jì)算和設(shè)計(jì)，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為將來的物理樣機(jī)建造提供指導(dǎo)性 建議。其中具體包括以下工作: (1)分析國內(nèi)外甘蔗收割機(jī)研發(fā)和使用的現(xiàn)狀，根據(jù)我國西南地 區(qū)的地形、地貌，借鑒成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)國外機(jī)械在我國的“水 土不服”和國內(nèi)機(jī)械在技術(shù)方面的不足，設(shè)計(jì)了適合我國丘陵地帶的 小型甘蔗收割機(jī)。應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，通過虛擬仿真以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案 的正確與否，對(duì)物理樣機(jī)起到指導(dǎo)性作用。 (2)應(yīng)用履帶式小型機(jī)械的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)廣西甘蔗種植的實(shí)際 情況，設(shè)計(jì)和計(jì)算了履帶式底盤的主要參數(shù)。并根據(jù)計(jì)算得出的主要 參數(shù)，選擇了適合本機(jī)的履帶行走裝置。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了小型甘 蔗收割機(jī)的兩種不同布置方案的重心位置、傾翻角，并給出指導(dǎo)性建 議。 (3)在ADAMS模型中，使用宏命令完成了對(duì)象履帶中數(shù)量龐大 的碰撞力、約束等的添加。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)定甘蔗收割機(jī)的實(shí)際運(yùn) 行參數(shù)，對(duì)平穩(wěn)地面， 20度斜坡和原地轉(zhuǎn)彎四種情況進(jìn)行了仿真計(jì) 算，并對(duì)驅(qū)動(dòng)輪扭矩、受力，支重輪受力，導(dǎo)向輪受力以及張緊彈簧 受力進(jìn)行了測(cè)量，并給出指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。 (4)利用ANSYS模型，進(jìn)行靜力學(xué)仿真，通過現(xiàn)實(shí)情況下的整 機(jī)鋼架的受力分析，對(duì)鋼架的變形以及受力進(jìn)行計(jì)算，并在基礎(chǔ)上選 擇整機(jī)鋼架的材料。 總之，本文結(jié)合甘蔗物理特性對(duì)甘蔗收獲機(jī)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力 學(xué)仿真進(jìn)行了較為深入的研究，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了部分仿真結(jié)果，得出了 對(duì)今后進(jìn)行物理樣機(jī)研制和產(chǎn)品系列化開發(fā)有價(jià)值的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和分 析方法。 關(guān)鍵詞:履帶底盤;動(dòng)力仿真分析: 履帶式小蠡已甘-}收毫-豐『U董盤A鋼萊的設(shè)爿.j盼析 §1.1課題的提出 第一章緒論 §1.1.1課題的來源‘1】 本課題來源于廣西科技廳攻關(guān)項(xiàng)目“虛擬樣機(jī)技術(shù)的甘蔗收獲機(jī)及其動(dòng)力技 術(shù)研發(fā)”和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)50365001)--“基于知識(shí)的甘蔗收 獲機(jī)械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究”，該項(xiàng)目研究擬對(duì)甘蔗收獲機(jī)械整機(jī)及其 部件的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)靜力特性進(jìn)行模擬仿真和動(dòng)力方面的匹配。 §1.1.2課題研究的目地及意義剛3114】 甘蔗是我國南方地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，隨著人們生活水平的提高，糖的 需求量越來越大，與此同時(shí)，甘蔗種植面積也不斷增加。蔗糖生產(chǎn)是我國主要產(chǎn) 業(yè)之一，在2002年，全國甘蔗種植面積128.2萬hm2，其中，廣西作為我國甘蔗 的主要產(chǎn)區(qū)，蔗糖生產(chǎn)已成為廣西的支柱產(chǎn)業(yè)，甘蔗種植面積45~50萬hm2，占 全國甘蔗種植面積的42.9%，為全國甘蔗種植第一大省區(qū)。在2001~2002年榨 季，我國蔗糖產(chǎn)量達(dá)747萬噸，廣西年產(chǎn)糖量450萬噸左右，占全國總產(chǎn)糖量的 50%以上，相當(dāng)于世界產(chǎn)糖大國古巴的產(chǎn)量。但是，廣西甘蔗種植機(jī)械化程度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)落后于糖業(yè)發(fā)展的需要。廣西地處祖國的南疆，山多，丘陵多，其中甘蔗種植 地很大一部分是丘陵地帶。而丘陵地帶的一個(gè)主要特點(diǎn)就是沙石多，地勢(shì)起伏不 平，有坡度，交通也不便利，甘蔗種植也大多是小塊種植。同時(shí)，加入WTO后， 相對(duì)于澳大利亞、美國、巴西等機(jī)械化程度高、效率高、成本低的產(chǎn)糖國，我國 蔗糖業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，由于我國甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化程度較低，制約了良種良法、 深耕深松等先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，勞動(dòng)效率低、生產(chǎn)成本高，己成為我國蔗糖業(yè) 與國際競爭的障礙。 §1.2甘蔗收割機(jī)研發(fā)的歷史及現(xiàn)狀 §1.2.1國外甘蔗收割機(jī)研發(fā)的歷史及現(xiàn)狀Ⅲ6】【7】【8】 (1)國外甘蔗收獲機(jī)械的初級(jí)階段 履帶式小型甘蘑收材審U董盤反鋼架的蕾時(shí)卜與分析 國外的甘蔗收割機(jī)研究始于19世紀(jì)80年代。1888年，T.A.Silverwood提出 一種“實(shí)用的收割甘蔗工具”模型。1890年，JohnRowland設(shè)計(jì)并制造了世界 上第一臺(tái)甘蔗收割機(jī)，并為之申請(qǐng)了專利。該機(jī)器長27m，由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，割收 系統(tǒng)很特殊:由一個(gè)長割刀安裝在機(jī)器前部的擺臂上，擺臂擺動(dòng)，帶動(dòng)割刀完成 甘蔗的收獲動(dòng)作。1894年，工程師JamesPeel制造了一臺(tái)收割機(jī)，其收割機(jī)構(gòu) 由兩個(gè)直徑為1.Sin輪子驅(qū)動(dòng)，收割器的典型特征是由兩片鋸齒轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。1901 年，SorenTaldt設(shè)計(jì)的由一匹馬拉動(dòng)的收割機(jī)，利用齒條傳動(dòng)，將割下的蔗稈輸 送到后面的拖車上，這種物料輸送動(dòng)作為蔗稈的割后處理提供了一種原始功能模 型。同年，JamesEdwards申請(qǐng)的專利是一個(gè)大彈簧驅(qū)動(dòng)的收割機(jī)，該機(jī)由一個(gè) 大五齒轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)彈簧，將動(dòng)力傳給收割機(jī)前部的梳狀割刀。 (2)拖拉機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了甘蔗收獲技術(shù)的發(fā)展 低設(shè)備成本為主導(dǎo)思想，使收割機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊。由Bristane設(shè)計(jì)，KilnerPty 有限公司生產(chǎn)的收割機(jī)，其主體結(jié)構(gòu)是水平置于地面的割刀和相應(yīng)的支撐架。收 割時(shí)，前部導(dǎo)向桿將甘蔗向一側(cè)推倒，割刀將其割下，側(cè)置的推桿將蔗稈推成堆。 收割器安裝方便，可以隨時(shí)從拖拉機(jī)上卸下。但田間作業(yè)時(shí)，該收割機(jī)要求非常 整齊，在倒伏地中無法正常工作;另外甘蔗堆中會(huì)混有許多雜物，如土塊、石頭 等。與之相比，F(xiàn)airymead型收割機(jī)盡管在外形上看上去有些雜亂，它卻有較好 地工作性能。它采用雙轉(zhuǎn)盤割刀，用齒鏈、鋼板進(jìn)行蔗稈的導(dǎo)向傳輸。在1941~ 1986年間，F(xiàn)airymead是較成功的整桿式收割機(jī)，其生產(chǎn)率是200~400噸/天。 (3)割后處理技術(shù)的研究 二十世紀(jì)50年代以后，人們更注重割后處理技術(shù)的研究。這時(shí)的主流收割 方式是整桿式收獲，同時(shí)在去稍除葉、輸送蔗稈方面有了很大的發(fā)展。1950年， W.Rasmussen設(shè)計(jì)的收割機(jī)引起了轟動(dòng)。該機(jī)設(shè)有切除嫩梢的旋轉(zhuǎn)切刀，由水平 放置的木支架支撐。收獲時(shí)，切刀先將直立狀態(tài)的甘蔗頭部嫩梢切除，然后將甘 蔗割下并整齊地?cái)[放在地面。該收獲機(jī)在一個(gè)收獲季節(jié)可以收割12000t。 二十世紀(jì)70年代，Massey Ferguson一甘蔗青稈收獲(Green Cane Harvester)的先驅(qū)，為蔗糖工業(yè)帶來了普遍接受的、多樣化的割后處理技術(shù)。 MasseyFerguson復(fù)活了30年代出現(xiàn)的切段式收獲技術(shù)，并將此技術(shù)變成現(xiàn)代收 割機(jī)具備的關(guān)鍵功能之一。KenGaunt從這一技術(shù)中得出結(jié)論:“收獲倒伏或纏繞 廣西大掣嘎●士掣啦崔.文 履帶式d嘎甘囊}坩潮胡_|l盤a鋼弈}的設(shè)科.jE鏟析 的蔗稈唯一辦法就是將蔗稈切成段，并將重的蔗段從雜葉中分離出來”。 (4)現(xiàn)代收割技術(shù) 二十世紀(jì)80~90年代，西方甘蔗收獲技術(shù)獲得了更大的發(fā)展。技術(shù)主流是 連續(xù)的切斷式收獲?？捎糜诜贌?Burning CaneHarvester)或青稈甘蔗收獲。 隨著配備功率的增大，機(jī)械的工作效率得到了很大的提高。現(xiàn)在，~臺(tái) Austofl7000或7700的生產(chǎn)率為2~3.5t/min，在提升機(jī)前端與末端設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)機(jī) (功率都在25.74KW以上)，使得分離效果越來越好。 §1.2.2國內(nèi)甘蔗收割機(jī)研發(fā)的歷史及現(xiàn)狀Ⅲo】【111 國內(nèi)甘蔗收獲機(jī)的發(fā)展較為緩慢，基本上是從20世紀(jì)70年代才開始進(jìn)行甘 蔗的自動(dòng)化收獲。其中比較成熟的機(jī)型有以下幾種: (1)4GZ.35型側(cè)掛式甘蔗整桿收獲機(jī) 該機(jī)由廣東農(nóng)機(jī)所研制，半懸掛于拖拉機(jī)的右側(cè)，外端支撐在一個(gè)側(cè)輪上。 配套動(dòng)力為豐收.35或紅衛(wèi).40等中型輪式拖拉機(jī)。屬剝?nèi)~式整桿收獲機(jī)型，能 一次完成扶蔗、切割、喂送、剝?nèi)~、分離清理等工序。但該機(jī)適應(yīng)性較差，只能 適應(yīng)于1.2~1.4m行距、蔗莖彎曲倒伏不嚴(yán)重、田間雜草較少地旱地、面積較大 的蔗地，且機(jī)器靈活性不好。 (2)4GZ.12小型甘蔗收割機(jī) 該機(jī)由福建農(nóng)學(xué)院與仙游縣農(nóng)機(jī)廠研制，是一種新型的立式割臺(tái)整桿鋪放式 收割機(jī)，配用東風(fēng).12型手扶拖拉機(jī)的動(dòng)力和底盤，采用輕型金屬履帶行走裝置。 由于專用底盤為全懸掛式，故操作靈活，轉(zhuǎn)彎半徑小，且配備了撥指鏈?zhǔn)椒龅蛊鳎?可收獲倒伏不太嚴(yán)重的甘蔗，對(duì)交叉倒伏、倒伏嚴(yán)重的甘蔗仍不能收獲，且功率 不足。 (3)隴農(nóng)一號(hào)甘蔗收獲機(jī) 該機(jī)由云南農(nóng)墾國營隴川農(nóng)場研制，屬剝?nèi)~式整桿收獲機(jī)型，半懸掛于拖拉 機(jī)右側(cè)?？梢淮瓮瓿纱蝽敗⑶懈?、剝?nèi)~、清凈、集堆等工序。但該機(jī)生產(chǎn)率偏低， 同時(shí)亦不能收獲嚴(yán)重倒伏的甘蔗。 (4)4GZ一100型甘蔗收獲機(jī) 該機(jī)由湛江農(nóng)機(jī)所研制，亦屬于剝?nèi)~式整桿收獲機(jī)型。可與國內(nèi)外多種輪式 拖拉機(jī)配套作業(yè)，完成切稍、扶倒、切割、剝?nèi)~、清凈、集堆等工序。同樣，該 廣薯r^眉¨蠹士學(xué)位論衰 疆靠・ 式小型甘囊}Ilt斟審U蕾■o反鋼架的設(shè)孛Iu稻礦析 機(jī)在蔗株縱橫交錯(cuò)且倒伏較嚴(yán)重的情況下工作時(shí)存在漏扶、漏割現(xiàn)象嚴(yán)重。 由此可見，我國目前白行研制的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)在蔗株大小均勻，倒伏不嚴(yán) 重的情況下，基本上能正常的工作。但在倒伏嚴(yán)重、雜草從生的惡劣條件下，則 不能正常工作。在我國南方以及東南亞大部份國家等甘蔗種植主要地區(qū)受臺(tái)風(fēng)、 季風(fēng)影響，甘蔗倒伏現(xiàn)象較為嚴(yán)重，甘蔗生長較為雜亂，以上機(jī)型的應(yīng)用和推廣 有一定的限制性。 §1.3計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展 §13.1系統(tǒng)仿真類型介紹 “仿真”一詞來自英語單詞“simulation＇’，有時(shí)候也譯作“模擬”，是模仿 真實(shí)世界的意思。 在工程技術(shù)領(lǐng)域，系統(tǒng)仿真是通過對(duì)系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)，去研究一個(gè)存在或者設(shè) 計(jì)中的系統(tǒng)，表1.1所列是系統(tǒng)仿真的仿真類型、模型類型、計(jì)算類型和經(jīng)濟(jì)性。 表1-1系統(tǒng)仿真分類表 仿真類型 模型類型 計(jì)算機(jī)類型 經(jīng)濟(jì)性 物理仿真 物理模型 模擬計(jì)算機(jī) 費(fèi)用很高 (模擬仿真) 半物理仿真 物理一數(shù) 混合計(jì)算機(jī) 費(fèi)用中等 (混合仿真) 學(xué)模型 計(jì)算機(jī)仿真 數(shù)學(xué)模型 數(shù)字計(jì)算機(jī) 費(fèi)用不高 (數(shù)字仿真) 由表1-1可見，計(jì)算機(jī)仿真已成為系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要分支，系統(tǒng)仿真很大 程度上指的就是計(jì)算機(jī)仿真。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展與控制工程、系統(tǒng)工程及計(jì) 算機(jī)工程的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。一方面，控制工程、系統(tǒng)工程的發(fā)展，促進(jìn)了 仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用;另一方面，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又為仿 真技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐。計(jì)算機(jī)仿真一直作為一種必不可少的工具，在 減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)開支、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要的作 用。 f-冒r，叫煳士掣啦論文 履帶式小型咱.蘑收科事u蕾盤a鋼榮的設(shè)爿-J可分析 §13.2計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀【12】 制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中一般都占有最大的比重，自70年代以來，全球性的市 場競爭日益激烈，產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個(gè)性化方向發(fā)展，產(chǎn)品的更新期 和交貨期都在縮短，一些自動(dòng)化技術(shù)如CAD、CAM、CAPP、NC、FMS、MRPII 及CIMS都得到快速發(fā)展。系統(tǒng)仿真作為一種重要手段，通?？梢詽B透到它們當(dāng) 中去，并幫助它們實(shí)現(xiàn)集成，從而促進(jìn)了一些先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。在50年代， 最引入注目的仿真領(lǐng)域是火炮控制和飛行控制系統(tǒng);60年代，是火箭和導(dǎo)彈控 制系統(tǒng);70年代是航天、核能和經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng);到80年代，最引人注目的仿真 領(lǐng)域就逐步轉(zhuǎn)向了制造系統(tǒng)，并且呈現(xiàn)出一種生機(jī)勃勃的局面。 從本質(zhì)上講，仿真技術(shù)就是建立仿真模型和對(duì)模型實(shí)驗(yàn)的一種技術(shù)。計(jì)算機(jī) 仿真過程的實(shí)現(xiàn)一般都可由計(jì)算機(jī)高級(jí)語言、仿真語言和仿真軟件來完成(如圖1 所示)。典型的仿真軟件有仿真環(huán)境、仿真語言和程序包3種形式，其功能覆蓋 是不完全相同的。從下到上，大體反映了仿真軟件的發(fā)展過程。到80年代中后 期，開始出現(xiàn)了一體化仿真環(huán)境?，F(xiàn)在，面向制造系統(tǒng)的仿真出現(xiàn)了一體化支撐 軟件，實(shí)現(xiàn)了仿真建模、仿真運(yùn)行、輸出分析的集成環(huán)境，仿真監(jiān)控運(yùn)用了并發(fā) 執(zhí)行機(jī)制，在數(shù)據(jù)庫管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果的統(tǒng)一 管理，人工智能技術(shù)也應(yīng)用在仿真建模、仿真運(yùn)行和仿真結(jié)果的分析中。此外， 廣義制造系統(tǒng)仿真器的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)某類制造系統(tǒng)的非語言建模、模型數(shù)據(jù)驅(qū) 動(dòng)等功能。這類典型的一體化仿真軟件有TESS，IBIS;廣義仿真器有 AUTOMODII，F(xiàn)ATOR，GEMS，WITNESS等。 圖1-1典型仿真軟件的功能覆蓋 Figl-1.adaitinal simulationsoftware’sfuction 屬朔-式小型甘，}收制審U蕾j‘覆鋼架的尉∽h與分析 §133計(jì)算機(jī)仿真的研究熱點(diǎn)及對(duì)制造業(yè)的影響113】l“l(fā) 80年代以來，系統(tǒng)仿真不斷地朝著縱、橫方向發(fā)展，在制造業(yè)方面，一個(gè) 比較明顯的進(jìn)展就是“虛擬制造”。根據(jù)虛擬制造的概念，整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制 造首先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，這樣可以發(fā)現(xiàn)并解決該產(chǎn)品在制造之前可能出現(xiàn)的各種 問題。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(vR--_VjmlalReal塒)亦稱虛擬環(huán)境技術(shù)、靈境技術(shù)，是一 種最有效地模仿人在自然環(huán)境中的視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。它是 在綜合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等多門科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展 起來的。它有兩個(gè)基本特征，即“靈境感(Immersive)”和“交互感 (Interactive)”。通過這兩個(gè)基本特征，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能描述事物內(nèi)部及其相互 間真實(shí)的作用和交互，使用戶仿佛置身于一個(gè)虛擬的世界中，從而拉近了用戶與 環(huán)境之間的距離，改變了人機(jī)交流方式。利用VR技術(shù)的這些特性，可以對(duì)產(chǎn)品 的各個(gè)階段提供支持，例如在虛擬環(huán)境下設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其生產(chǎn)流水線，測(cè)試和裝配 產(chǎn)品的零部件，客戶可以驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合要求等?！?1 近年來，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用的另一個(gè)研究熱點(diǎn)--虛擬產(chǎn)品開發(fā) 也是引人注目的。虛擬產(chǎn)品開發(fā)(VP口-_ⅥrtualProductDevelopment)首先源于 并行工程(CE---Concu仃emEngineer)思想。這種思想將現(xiàn)代先進(jìn)的組織形式跟 現(xiàn)代的哲學(xué)、文化混合為一體，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程(制造過程、使用過 程和支持過程)進(jìn)行并行的、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化工作模式。CE能在產(chǎn)品開 發(fā)一開始就考慮到投資、生產(chǎn)制造、裝配、銷售和維護(hù)以及報(bào)廢等產(chǎn)品的整個(gè)生 命周期的所有因素，這對(duì)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的矛盾是非常有益的。VPD就是 在CE方法論的指導(dǎo)下，把CAD、CS和大規(guī)模產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)綜合起來，形 成一個(gè)虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)人員能夠在這種環(huán)境下策劃產(chǎn)品、設(shè)計(jì)產(chǎn) 品、預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下的性能、特征以及真實(shí)工況下所具有的響應(yīng)，從而減 少反復(fù)和變更的次數(shù)，減少甚至取消制作物理原型樣機(jī)，如此就能很好地檢驗(yàn)設(shè) 計(jì)、指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和大量地節(jié)省開發(fā)費(fèi)用。VPD 仿真技術(shù)是仿真技術(shù)發(fā)展的又~重要領(lǐng)域，它能深入到各種復(fù)雜產(chǎn)品的制造中， 能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 現(xiàn)在，仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從單一的系統(tǒng)走向開放復(fù)雜的大系統(tǒng)。當(dāng)仿真對(duì) 6 廣西大掣啊曩士孽啦鼬曙乞 J11.帶式4、懟憎.蔗收-垮書UE盤及鋼架的設(shè)糾■可分析 象分布于廣闊的時(shí)空領(lǐng)域，仿真任務(wù)要求將不同地理位置、不同類型(包括人在 內(nèi))的仿真對(duì)象構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一整體進(jìn)行仿真時(shí)，產(chǎn)生了分布交互化仿真 (DlS--Di嘶ctedInteractiveSimulation)。這種仿真系統(tǒng)里包含有不同類型的實(shí) 體一虛體、真實(shí)實(shí)體和構(gòu)造實(shí)體，這些實(shí)體可以基于不同目的系統(tǒng)、不同年代的 技術(shù)、不同廠商的產(chǎn)品和不同產(chǎn)品組成，并允許它們交互操作。DIS實(shí)現(xiàn)用計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備連接起來，通過實(shí)體間的數(shù)據(jù)交換構(gòu)成時(shí)空到合成 仿真環(huán)境的一種先進(jìn)仿真技術(shù)。在這種復(fù)雜的分布綜合的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真時(shí)， 必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應(yīng)的處理。美國是最早研究這種技術(shù) 并投入使用的國家，已經(jīng)完成了多項(xiàng)基于虛擬仿真的DIS工程項(xiàng)目，相關(guān)的協(xié) 議與標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成或正在完成。 在制造行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心或虛擬企業(yè)。香 港生產(chǎn)力促進(jìn)局和香港城市大學(xué)共建的快速科技中心就是~個(gè)虛擬研究開發(fā)中 心。此外，為了適應(yīng)快速變化的世界市場，克服單個(gè)企業(yè)難以在短期內(nèi)具備所需 資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時(shí)限內(nèi)，為了某一市場機(jī)遇，通過網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)聯(lián)結(jié)的 一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟--虛擬企業(yè)。 §1.4本文主要研究內(nèi)容 本文利用虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成功的軟件，例如三維建模軟件Pro/E，虛擬 仿真軟件ADAMS，并利用其接口Pro/Mechanical，實(shí)現(xiàn)了對(duì)適應(yīng)廣西地形、地 貌的小型甘蔗收割機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)和仿真，并對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)，虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手 段，虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展前景，以及虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中遇到的一些問題，做 了詳細(xì)的介紹。通過該論文，對(duì)小型甘蔗收割機(jī)的底盤的虛擬設(shè)計(jì)，靜力學(xué)、動(dòng) 力學(xué)方面的仿真，提出了一些設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)思想，并通過仿真發(fā)現(xiàn)了一些常規(guī) 設(shè)計(jì)無法預(yù)料到的問題。 7 廣西大掣u囑士尊啦論文 履帶式小型甘囊}收剖和Ut|la鋼架的設(shè)計(jì)與分析 第二章虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念和實(shí)現(xiàn)手段 §2.1虛擬樣機(jī)技術(shù)概論 §2.1.1虛擬樣機(jī)技術(shù)產(chǎn)生背景【15l 隨著21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，全球性的市場競爭日益激烈。 產(chǎn)品消耗結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個(gè)性化方向發(fā)展。面對(duì)無法預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展的市場 需求，企業(yè)為了提高競爭力，必須盡快改變品種，更新設(shè)計(jì)，縮短新產(chǎn)品的研發(fā) 周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，這樣才能 對(duì)快速多變的市場需求做出敏捷響應(yīng)，從而在市場競爭中獲得相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~和 利潤。虛擬樣機(jī)技術(shù)(VirtualPrototyping)就是在這種迫切需要的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的。 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科、綜合性的技術(shù)，它的核心是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、 多體動(dòng)力學(xué)和控制理論，再加上成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界 面技術(shù)，從系統(tǒng)的角度去思考問題，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(如有限元 分析技術(shù)、CAD技術(shù))整和在一起，為產(chǎn)品的開發(fā)與研制，提供了一條全新的 思路。 圍繞產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到定型生產(chǎn)的整個(gè)研發(fā)周期，再從設(shè)計(jì)師、決策層、制 造商、銷售商到用戶群等全方位地觀察和研究產(chǎn)品，虛擬樣機(jī)技術(shù)顯示了其強(qiáng)大 的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?。面向二十一世紀(jì)，虛擬樣機(jī)技術(shù)勢(shì)必成為將來產(chǎn)品研發(fā)的主 流，特別是對(duì)成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、不可能制造多臺(tái)物理樣機(jī)行業(yè)的應(yīng)用前景看好， 如大型工程機(jī)械、航空航天、深海采礦等。作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，虛擬樣機(jī) 技術(shù)有助于企業(yè)作出前瞻性的決策，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品總體優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)而贏得用戶和市 場。 新產(chǎn)品的研發(fā)涉及諸如機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、美學(xué)等多個(gè)相關(guān) 的學(xué)科，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法又無法使各學(xué)科理論的實(shí)現(xiàn)達(dá)到最優(yōu)。一種新設(shè)備的 研發(fā)，按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式通常要經(jīng)過設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制、工業(yè)性試驗(yàn)、改進(jìn)定型 和批量生產(chǎn)幾個(gè)步驟。由于這種基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)模式的致命缺陷(成本 高、周期長)，往往使物理樣機(jī)的反復(fù)性試驗(yàn)不夠充分，加上設(shè)計(jì)人員通常不愿 為修改局部而給整機(jī)帶來不可欲知的結(jié)果，這就使我國的機(jī)械產(chǎn)品造型、結(jié)構(gòu)和 .It帶式d嚕0甘-鼻峭叫甘審U董|■瑚架的設(shè)計(jì)毒r分析 功能嚴(yán)重老化，從而在市場上缺乏競爭能力。這種基于樣機(jī)制造、試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方 法增加了新產(chǎn)品的研發(fā)周期和成本，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，這種人力、物力、財(cái)務(wù)的 浪費(fèi)越嚴(yán)重，從而嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高。虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和逐漸成 熟為解決這些問題提供了強(qiáng)有力的工具和手段。 §2.1.2虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究正處于探索中，目前在國內(nèi)尚沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，現(xiàn) 將幾種比較有代表性的論述歸納如下:①虛擬樣機(jī)技術(shù)就是在建筑第一臺(tái)物理樣 機(jī)之前，設(shè)計(jì)師利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字化模型，進(jìn)行仿真分析并以 圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工程條件下的各種特性，從而修改并得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方 案的技術(shù);②虛擬樣機(jī)是一種計(jì)算機(jī)模型，它能夠反映實(shí)際產(chǎn)品的特性，包括外 觀、空間關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的特性。借助于這項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算 機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在真實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn) 動(dòng)和動(dòng)力特性并根據(jù)仿真結(jié)構(gòu)精簡和優(yōu)化系統(tǒng);③虛擬樣機(jī)技術(shù)利用虛擬環(huán)境在 可視化方面的優(yōu)勢(shì)以及可交互式探索虛擬物體的功能，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何、功能、 制造等許多方面交互的建模與分析。它在CAD模型的基礎(chǔ)上，把虛擬技術(shù)與仿 真方法相結(jié)合，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)方法【14】。 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一門綜合多學(xué)科的技術(shù)。該技術(shù)以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué) 和控制理論為核心，加上成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技 術(shù)，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(如零部件的CAD和FEA有限元分析)集成 在一起，提供一個(gè)全新研發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。它通過設(shè)計(jì)中的反饋信息不斷 地指導(dǎo)設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品尋優(yōu)開發(fā)過程順利進(jìn)行。 同傳統(tǒng)的基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)方法相比，虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)方法具有以下特 點(diǎn): (1)全新的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的研發(fā)方法從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)是一個(gè)串行過程，這種 方法存在很多的弊端。而虛擬樣機(jī)技術(shù)真正地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)角度的產(chǎn)品優(yōu)化，它基 于并行工程(ConcurrentEngineering)，使產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段就可以迅速地分 析、比較多種設(shè)計(jì)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(jì)產(chǎn)品、 預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)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。 (2)更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量。采用虛擬樣機(jī)設(shè) 9 廣曩r大掣嘎■士孽啦裁演 履帶j0秈謄t甘-}收割書U董盤a鋼架的設(shè){I.J峁尹析 計(jì)方法有助于擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型 (即虛擬樣機(jī))，可以完成無數(shù)次物理樣機(jī)無法進(jìn)行的虛擬試驗(yàn)(成本和時(shí)間條件 不允許)，從而無需制造及試驗(yàn)物理樣機(jī)就可獲得最優(yōu)方案，因此不但減少了物 理樣機(jī)的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 (3)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的重要手段。目前世界范圍內(nèi)廣泛地接受了動(dòng)態(tài)聯(lián)盟 (Virtual Company)的概念，即為了適應(yīng)快速變化的全球市場，克服單個(gè)企業(yè)資 源的局限性，出現(xiàn)了在一定時(shí)間內(nèi)，通過Interact(或Intranct)臨時(shí)締結(jié)成的一種 虛擬企業(yè)。為實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)和制造，參盟企業(yè)之間產(chǎn)品信息的敏捷交流尤顯重要， 而虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字化模型，通過網(wǎng)絡(luò)輸送產(chǎn)品信息，具有傳遞快速、反饋及 時(shí)的特點(diǎn)，進(jìn)而使動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的活動(dòng)具有高度的并行性。 §2.1.3虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用情況嗍Ⅷ”1 虛擬樣機(jī)技術(shù)在一些較發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等己得到廣泛的應(yīng)用， 應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國防 工業(yè)、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等很多方面。 美國航空航天局(NASA)的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)成功地實(shí)現(xiàn)了火星探測(cè) 器探路者號(hào)在火星上的軟著陸，成為轟動(dòng)一時(shí)的新聞。JPLI程師利用虛擬樣機(jī) 技術(shù)仿真研究宇宙飛船在不同階段(進(jìn)入大氣層、減速和著陸)的工作過程。在探 測(cè)器發(fā)射以前，JPL的工程師們運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)預(yù)測(cè)到由于制動(dòng)火箭與火星風(fēng) 的相互作用，探測(cè)器很可能在著陸時(shí)滾翻。工程師們針對(duì)這個(gè)問題修改了技術(shù)方 案，將靈敏的科學(xué)儀器安全送抵火星表面，保證了火星登陸計(jì)劃的成功。 美國波音飛機(jī)公司的波音777飛機(jī)是世界上首架以無圖方式研發(fā)及制造的飛 機(jī)，其設(shè)計(jì)、裝配、性能評(píng)價(jià)及分析就是采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)，這不但使研發(fā)周 期大大縮短、研發(fā)成本大大降低，而且確保了最終產(chǎn)品一次接裝成功。波音777 飛機(jī)的研制、整機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、部件測(cè)試以及各種試飛，都是由計(jì)算機(jī)完成的。 它能將開發(fā)周期從原來的8年縮短到5年，節(jié)約了數(shù)百萬美元經(jīng)費(fèi)。 Caterpillar公司是世界上最大的拖拉機(jī)、裝載機(jī)和工程機(jī)械制造商之一，由 于制造一臺(tái)大型設(shè)備的物理樣機(jī)需要數(shù)月時(shí)間，并耗資數(shù)百萬美元，所以，為了 提高競爭力，必須大幅度削減產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造成本。Caterpillar公司采用了虛 擬樣機(jī)技術(shù)，從根本上改進(jìn)了設(shè)計(jì)和試驗(yàn)步驟，實(shí)現(xiàn)了快速虛擬試驗(yàn)多種設(shè)計(jì)方 10 廣冒，叫煳士尊呻t論文.曩帶式寸喀2甘蔗收毫葛和U苣童■氣鋼集的由竹巾與分析 案，從而使其產(chǎn)品成本低、性能卻更加優(yōu)越。同樣，作為生產(chǎn)工程機(jī)械的著名廠 商JohnDeere公司，為了解決工程機(jī)械在高速行駛時(shí)的蛇行現(xiàn)象及在重載下的自 激振動(dòng)問題，JohnDeere公司的工程師利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，不僅找到了原因，而 且提出了改進(jìn)方案，并且在虛擬樣機(jī)上得到了驗(yàn)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。 在工程咨詢方面，可以利用虛擬樣機(jī)技術(shù)再現(xiàn)事故過程，以提供訴訟證據(jù)， 或幫助制造商分析售后賠償問題，或?yàn)橛脩舻漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)預(yù)試驗(yàn)。例如，一家公司 利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行車輛事故仿真，在法庭上用其仿真結(jié)果進(jìn)行辯護(hù)。法庭根 據(jù)虛擬樣機(jī)技術(shù)所提供的證據(jù)，作出了客觀的判決。 國外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)的軟件化過程已經(jīng)完成，較有影響的有美國機(jī)械動(dòng)力 公司(MechanicaIDynamiesInc.)的ADAMS，CADSI的DADS，德國航天局的 SIMPACK，其它的還有Working Model、Folw3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS、 Pamcrash等等。而在國內(nèi)，虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究才剛剛開始，目前，只有一 些大學(xué)和科研院所在進(jìn)行這一方面的工作。實(shí)旌這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵就是如何開發(fā)出 可信度高的數(shù)字化模型(即虛擬樣機(jī))，如何等效簡化實(shí)際工況進(jìn)行虛擬試驗(yàn)并在 設(shè)計(jì)階段就能完全預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。隨著研究工作的不斷深入和相關(guān)技 術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。 §2.2虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn) §2.2.1 Pro/E的應(yīng)用及其特點(diǎn) §2…211實(shí)體模型技術(shù) 2D繪圖軟件與3D繪圖軟件不同的地方在于，2D繪圖軟件無法建造逼真的 模型，因此使用2D繪圖軟件來繪制立體的模型就好比用手工的方法來塑造模型， 無法將模型以精確的參數(shù)化以符合產(chǎn)品的規(guī)格。在眾多3D軟件中，Pro/Engineer 產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境之所以受到眾多廠商的喜愛，就在于它能夠支持同步工程。通過 Pro/Engineer及其相關(guān)軟件Pro/Designer、Pro/Mechanica，用戶可以同時(shí)綜合工業(yè) 設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能仿真和加工制造等功能，縮短產(chǎn)品的開發(fā)的時(shí)間和流程。 相對(duì)于面模型或線框模型而言，實(shí)體模型不僅可以提供幾何拓?fù)湫畔?，而?可以包含模型的材料、質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理信息。實(shí)體模型的優(yōu)勢(shì) 在于: 廣西夫尊嘎士掣啦詩丈 履帶式小型巾.蘑收割審ut盤A鋼架的設(shè)計(jì)與仿析 (1)實(shí)體模型可以通過投影變換轉(zhuǎn)換為二維圖形，稍做修改即可輸出為工程 圖紙。 (2)實(shí)體模型可以直接輸出到數(shù)控機(jī)床或快速成型系統(tǒng)。 (3)實(shí)體模型包含大量的物理信息，可以作為有限元分析和動(dòng)力學(xué)分析的起 點(diǎn)。 (4)采用實(shí)體模型可直觀地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，便于發(fā)現(xiàn)構(gòu)件間的干涉?，F(xiàn)在 的大型工程軟件如I-DEAS、Solidworks、Pro/E、UG等都帶有功能相當(dāng)完備的 實(shí)體建模模塊，可以快速準(zhǔn)確的完成復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)體建模。 在本課題的研究中，我們運(yùn)用美國PTC公司的三維造型軟件進(jìn)行收割機(jī)系 統(tǒng)零部件的建模和裝配，其理由在下一節(jié)進(jìn)行闡述”91。 §2…2 12Pro/Engineer三維特征造型軟件簡介 ParametricTechnologyCrop公司(PTC)的Pro/Engineer以其參數(shù)化、基于特征、 全相關(guān)等概念聞名于CAD界a該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要是針對(duì)產(chǎn)品的三維實(shí)體模 型建立、三維實(shí)體零件的加工、以及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的有限元分析m】。Pro/E系統(tǒng)開發(fā) 環(huán)境最突出的特點(diǎn)在于它支持并行工程，可以讓用戶同時(shí)在幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域處理同 一個(gè)產(chǎn)品模型。它有以下幾個(gè)特性: (1)相關(guān)性。它指所有的Pro/E的信息都使用一個(gè)單一的數(shù)據(jù)庫，不論是 2D圖形還是3D圖形，只要用戶修改某一尺寸，其相關(guān)的2D或3D實(shí)體模型均 自動(dòng)修改，同時(shí)組合、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣既可以保證數(shù)據(jù)的正 確性，還節(jié)省了反復(fù)修改的時(shí)間。 (2)3D實(shí)體模型。3D實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)思想真實(shí)的反映在計(jì) 算機(jī)之上外，還可以隨時(shí)計(jì)算出模型的質(zhì)量、質(zhì)心、面積、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，還 提供測(cè)量工具隨時(shí)測(cè)出如角度、距離等幾何參數(shù)。讓用戶減少了大量的計(jì)算時(shí)間。 (3)以特征作為設(shè)計(jì)的單位。該軟件以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作，它 將如孔、槽、圓角等作為零件的基本設(shè)計(jì)特征，可以隨時(shí)對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整、刪除、 重定義等修改。 (4)參數(shù)式設(shè)計(jì)。配合單一式數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)過程中的所有尺寸均存在數(shù)據(jù)庫 中，修改其中的一個(gè)尺寸，其他相關(guān)的尺寸就會(huì)自動(dòng)修改，避免了漏改的錯(cuò)誤 (5)裝配管理。Pro/E可以讓用戶使用貼和(Mate)、對(duì)齊、插入等直覺式命 履帶式廿埋甘蔗坩洲和UtjEa稍豢的蕾巴計(jì)皇r=擴(kuò)析 令，達(dá)到對(duì)零部件的裝配目的。同時(shí)還可以在裝配件中對(duì)零件進(jìn)行修改。 (6)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口。由于各種CAD、CAE軟件由不同的公司生產(chǎn)，數(shù)據(jù)格 式不一，所以數(shù)據(jù)在不同的CAD、CAE軟件之中轉(zhuǎn)換是相當(dāng)困難的事。Pro/E 提供了和流行的CAD、CAE軟件的接口，同時(shí)支持多種數(shù)據(jù)格式，如IGES、 STEP、Parosolid等。另外值得一提的是它提供一個(gè)和最流行的多體動(dòng)力學(xué)仿真 分析軟件ADAMS的接口，使這兩個(gè)軟件達(dá)到了無縫連接。正是基于這一點(diǎn)， 我們才決定采用Pro/E作為三維實(shí)體建模的軟件。 (7)版本管理。該軟件建立的模型不同的版本都會(huì)保存下來。 (8)整個(gè)系統(tǒng)在2001版中已經(jīng)完全漢化，使用起來沒有任何語言方面的困 難I”12”。 §2.2.2 ADAMS的應(yīng)用及其特點(diǎn)【22】123】 虛擬樣機(jī)構(gòu)建需要性能優(yōu)越的軟件平臺(tái)的支持，小型甘蔗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)涉及 到靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力設(shè)計(jì)，非常著名的虛擬樣機(jī)分析軟件--機(jī)械 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysis ofMechanical System)成了我們的首選。這就要求對(duì)小型甘蔗收獲機(jī)地形地貌的虛擬研究必須 是基于在ADAMS軟件平臺(tái)的。 ADAMS是美國Mechanical Dynamics，Inc.’S(MDI’S)公司生產(chǎn)的軟件，它為用 戶提供了強(qiáng)大的建模、仿真環(huán)境，使用戶能夠?qū)Ω鞣N機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和 分析。和其它CAD、CAE軟件相比，ADAMS 具有十分強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析功能。 §23軟件鏈接的問題 虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是虛擬模型的建 模和仿真，到目前為止，沒有任何軟件將建 模和仿真這兩個(gè)功能都做的很完善。例如， UG，Pro/E，IDEs等三維建模軟件在建模方 面的功能強(qiáng)大，基本上可以滿足工業(yè)領(lǐng)域的 需要，但是在CAE和動(dòng)力學(xué)仿真方面，其 功能不夠完善，只能進(jìn)行初步的靜力學(xué)或動(dòng) 善 二￡.) 【--。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。_一 【曼畫盎亟叵卜_| -A-DA-MS矗i麗-__ 中參數(shù)設(shè)定■卜__ A。D-A-M矗S i-而訂!!! 中進(jìn)行仿真-二!-二_ 臺(tái)理● [二j壹互] 圖2-1建模步驟 Fi醇-1 the stepofcreming model 廣西，“蜘日I.e嘗位截”趕 屬帶式4、墨t甘-}坩d瞄審ut盤a期架的設(shè)剖.J可分析 力學(xué)仿真。在動(dòng)力學(xué)仿真方面，美國MSC公司的ADAMS(automaticdynamic analysis ofmechanical systcrns)，美國集成系統(tǒng)公司的仿真集成平臺(tái)Plug&Sim， CADI公司的DADS等，功能都十分強(qiáng)大，但是這些軟件的三維建模功能都不能 滿足用戶對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。 由于目前沒有一種軟件同時(shí)具有專業(yè)CAD建模和專業(yè)動(dòng)力學(xué)仿真的雙重功 能，通常使用的CAD軟件和動(dòng)力學(xué)仿真軟件是不同公司的產(chǎn)品，這就存在兩個(gè) 軟件傳遞數(shù)據(jù)過程中“有縫聯(lián)接”的處理問題。目前國內(nèi)這方面研究的一種常見 組合是美國PTC公司的Pro/E和美國MSC公司的ADAMS組合。所以對(duì)于從事復(fù)雜 機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真研究的ADAMS工程師而言，正確處理Pro/E和ADAMS的傳遞是 確保仿真效果的~項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于Pro/E和ADAMS的傳遞，用MSC公司提供的 專用接口模塊Mechanism/Pro比較方便，而且在很多的方面都能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過程中 的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其工作步驟如圖2-1所示。 雖然Pro/E和ADAMS在理論意義上是“無縫鏈接”，但它們是不同公司的產(chǎn) 品，兩者不同的圖形格式導(dǎo)致圖形轉(zhuǎn)換時(shí)一些圖形元素丟失，因此在建模和導(dǎo)入 的過程中需要注意一些事項(xiàng): (1)單位問題 要實(shí)現(xiàn)從Pm倒頤利導(dǎo)入ADAMS，第一個(gè)注意的問題是把單位設(shè)定好，也就 是說在Pro/E的Part模塊中建模的時(shí)候，首先要設(shè)定零件的尺寸，保證所有零件的 尺寸相同，同時(shí)在Assembly模塊中設(shè)定的單位要和所有Part模塊中的單位相同。 方法是用Edit一一setIlp一--Unit----New，然后自己創(chuàng)建一個(gè)新的單位文件，一 般情況下建議設(shè)定為nlln，kg，Newton，sec，c，以便和ADAMS中的單位保持一 致。 (2)裝配模塊問題 在Pro/E的裝配模塊中盡量不要使用其他Assembly模塊作為子裝配。因?yàn)槿?果這樣，在Mechanism/pro中生成剛體的時(shí)候，利用Automatic方法，那么子裝配 的整個(gè)機(jī)構(gòu)被ADAMS系統(tǒng)視為一個(gè)零件，不能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真工作，當(dāng)然也可 以使用手工定義剛體的方法，逐個(gè)選擇零件，這要根據(jù)系統(tǒng)的零件數(shù)量的多少而 確定是否使用子裝配。在定義剛體的時(shí)候，由于ADAMS的導(dǎo)入，模型的許多幾 何特征都會(huì)發(fā)生變化，例如圓變成了多面體，圓柱體的軸線丟失等問題，因此， J4 履帶式小越甘-}收翻事UE盤曩鋼集的設(shè)計(jì)與臂析 凡是能在Pro/E下面添加的約束盡量在Mechanism/Pro下添加。對(duì)于一些必須在 ADAMS下添加的約束，也要預(yù)先考慮，看是否需要在Mechanism/Pro環(huán)境下預(yù)先 設(shè)定參考點(diǎn)或者坐標(biāo)系。例如，在ADAMS模型中需要采用Translational約束副， 那么就必須提前設(shè)定好兩個(gè)Marker點(diǎn)，以便用于對(duì)Translational約束副方向的定 義。 (3)模型保存問題 在Mechanism/Pro下將剛體、約束、Marker點(diǎn)和Force等創(chuàng)建完成以后，要把 模型保存為一個(gè)擴(kuò)展名為.mpr的文件，方法是點(diǎn)擊Mechanism/Pro下的命令 File--Save，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)DOS界面和一個(gè)對(duì)話框，輸入文件名，點(diǎn)擊確定即可。 目的是再次把創(chuàng)建好的模型輸入ADAMS中時(shí)，不需要再創(chuàng)建約束、Marker并ll Force。 (4)模型轉(zhuǎn)換問題{241 在Mechanism/Pro下定義好模型后導(dǎo)入ADAMS時(shí)，要設(shè)定模型的一些轉(zhuǎn)換格 式。 1)GeometryQuality 一般情況下，在硬件支持的前提下，GeometryQuality的設(shè)定值越高越好 設(shè)定范圍是3~10，設(shè)定為10效果最好。 |
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發(fā)表于 2009-5-3 09:24:46
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