轮式装载机虚拟设计试验平台的研究
龚大鹏#! 都鹏杰#! 刘!莉!! 沈!勇!
" K吉林大学机械学院! 吉林!长春! &") ! 徐州工程机械集团有限公司! 江苏!徐州! !"* # #"! $ K !#" # ! 摘要" 提出了综合运用虚拟现实技术&面向用户技术&网络技术进行装载机虚拟设计的原理和方法# ! 并结合相应的虚拟平台模型进行了分析$构建了一个轮式装载机虚拟设计试验框架#并阐述了各组成部分 的功能和实现方法$以装载机性能仿真平台为例#实现了系统原型$ ! 关键词" 装载机%虚拟设计%性能仿真%虚拟现实%虚拟试验 ! ! 中图分类号"! !&&!! ! 文献标识码"# !! ! 文章编号" "#)* # # $ $"," = *$ #"$) % ! "" "'$) " %
D($' 2 & ., + 4 # ) ) ,) * 2E + ,$+ + *C0 1 )$ -( #$ - + /$ 0 %0 C+ 0-* + * & ( 2 ,
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本文基于虚拟现实技术&网络技术提出了一个 面向用户的装载机虚拟设计和检测环境$当给定准 确的参数时#该功能框架能够实现对产品进行各种 如装载机的动力性&燃油经济性& 相关性能预测 ! 制动性能&发动机排放特性&平顺性&操纵稳定 性&产品可靠性&关键零部件的寿命预估#强度计 算等等" #普通用户可以登录OAD) 网站#通过 ,),A 下载安装客户端#实现提交用户需求&与技术人员 互动讨论&产品配置需求相应交互和产品订购的功 能$通过模块化的产品设计&检测&制造以及高速 便捷的网络化连接#实现产品定制生产#达到低成 本和快速响应的要求#提高企业的竞争实力$
下属子平台#对子平台进行任务分工#管理信息交 换&协调平台关系&监视任务执行&管理网络数据 库$同时控制平台与OAD) 相连接#是局域网与 ,),A 外部信息交换的接口#设置相应的防火墙体系#有 效保护数据#可以将设计的产品信息在网上发布# 并获取最新的技术数据$ !"用户信息交互平台$该平台基于 4 的 ! ) 多层应用结构#开发出面向用户的虚拟设计环境$ 用户通过 OAD) 登录公司的 U 网站#下载安 ,),A ) 装插件和 NE L ) 形式的客户端$用户可以通 //8 LA 过客户端自选并提交产品配置#得到服务端产品配 置器的反馈信息#并可以任意动态观察反馈的虚拟 模型#修改模型中某些特征属性或重新定义$可与 领域专家交流讨论#在线订购产品#提出新的功能 配置需求$ !"方案决策平台$在专家系统和技术专家的 & 指导下#获取新产品的技术要求和相关数据#按照 已有的决策经验#参照现有的方案库#通过分析和 比较#初步生成产品相关配置#得到有关的技术数 据#并将决策的结果和方案写入数据库#在网络上 共享#为下一步工作做好准备$ !"产品模型设计平台$主要功能是构建一个 *
6 系统总体结构 !
装载机虚拟试验功能框架主要结构如下)中央 控制平台&用户信息交互平台&产品模型设计平 台&工作装置仿真计算平台&液压系统及发动机附 件功率分流计算平台&传动系性能仿真计算平台& 有限元分析平台&动力学计算平台&优化设计平 台&方案决策平台&虚拟样机测试及虚拟试验平 台&物理样机制造平台#平台结构如图#所示$各 个子平台在中央控制平台的协调下#有序开展工 作$ 每个子平台功能如下) !"中央控制平台$作为整个虚拟试验框架的 # 中央管理机构#中央控制平台能够有效协调和管理
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! 收稿日期" "" " ( + !# ( & # ! 通讯地址"龚大鹏! 吉林省长春市人民大街), 号 +,
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合理&可靠且信息充分的模型数据库#该模型数据 库是完整的装载机虚拟样机模型$平台集成了 ; ! 8$ O 三维建模功能#能够完成以下任务)%按照方案 8 决策平台提供的参数信息#建立虚拟样机全部零部 件的三维模型#并能自动按照力学分析模型对其进 行简化#保留模型重要的信息#便于进行相关分析% &按照生成的模型计算得出必要的性能参数#如零 部件质量&回转件转动惯量&质心位置等写入整车 参数化数据库%'对所有模型实行参数化建模#具 备产品系列化的能力#系统或技术人员通过修改技 术参数可以方便地得到不同参数的相似模型%( 建 立的三维模型设计按照面向装配的原理#每个零件 均包含各自的坐标属性#按照相应位置关系#能够 自动对零件进行装配#同时计算出装配后的质心& 转动惯量等属性%)建立装配后的零部件之间的约 束模型#便于后续的运动学仿真%* 建立的模型支 持 & M 标准 ! /3D 6D 1 H1,) 6@+'A !@ & ,/3 + A)MC/- + D3C A " #并可以直接用于指导虚拟制造$ (3 / +) A G< / !"动力学计算平台$提取计算工况和模型#按 ) 照多体动力学理论#采用车辆动力学仿真计算软件进 行车辆的各种性能计算#并把计算结果在网络上共享$ !"有限元分析平台$提取试验载荷&模型及 ' 性能参数#对关键的结构进行有限元分析#得到需 要的强度&疲劳寿命&可靠性等方面的结果#写入 计算结果数据库#在局域网内共享$ !"工作装置设计平台$读取装载机总体参 % 数#确定动臂长度&形状及与车架的铰接位置#确 定动臂油缸的铰接位置及行程#进行连杆机构&铲 斗的设计$计算结果写入结果数据库#网上共享$ !"液压系统及发动机附件分流计算平台$通 , 过读取液压系统 ! 转向系统及工作装置液压系统" 和发动机附件的相应技术参数#计算得到其在动力 传动系统的消耗功率#将计算结果在网上共享$ !"传 动 系 性 能 仿 真 计 算 平 台$采 用 (8 $ + ! . # &7G V语言环境#建立传动系上各个部件 8 ** ', * ! 发动机&液力变矩器&变速箱&驱动桥&轮胎"的 参数化模型&相应的控制模型和工况循环模型#并 将模型封装#仿真在制定工况下装载机的动力性和 燃油经济性#计算结果可视化#并在网络上共享$ ! "优化设计平台$收集以上各个平台的计 # " 算结果#通过内部集成的多元化优化算法&专家系

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