挖掘機(jī)的虛擬樣機(jī)技術(shù)研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使制造企業(yè)為求得生存和發(fā)展必須對(duì)多變的市場(chǎng)需求做出敏捷響應(yīng)，不斷地調(diào)整產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)模式，并能快速的開發(fā)出新產(chǎn)品。而我國(guó)傳統(tǒng)工程機(jī)械行業(yè)卻由于新產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬樣機(jī)技術(shù)的逐漸成熟為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)，提高我國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了強(qiáng)有力的手段。本文將虛擬樣機(jī)技

2、術(shù)引入挖掘機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究：結(jié)合當(dāng)前挖掘機(jī)反鏟工作裝置的現(xiàn)狀，應(yīng)用軟件ADAMS進(jìn)行建模，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析；對(duì)工作裝置的受力狀況進(jìn)行仿真，確定工作裝置的鉸點(diǎn)的受力狀況和相應(yīng)曲線，得出的結(jié)果與實(shí)際的工作情況是相符的。以挖掘工況為對(duì)象，對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,在ADAMS軟件中建立了挖掘機(jī)工作裝置，對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)，虛擬樣機(jī)技

3、術(shù)，工作裝置，ADAMS，仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Facing more intense global market competition ,manufacturing enterprises have to adjust their product design and fabrication mode fr

4、equently to meet the rapidly changing market requirement, In order to improve the traditional construction machinery design process , this dissertation presents and studies Virtual Prototyping technology ,which has been

5、approved to be a powerful CAD method. And then introduces the new technology into the field of Engineering Machinery design to satisfy the urgent re</p><p>　　Key words: Excavator,Virtual prototype technology

6、,Working device,ADAMS,The simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述2</p><p>　　1.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念2</p><p

7、>　　1.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究背景和意義2</p><p>　　1.2.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究背景2</p><p>　　1.2.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究意義2</p><p>　　1.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)特點(diǎn)4</p><p>　　1.3.1 虛擬樣機(jī)功能組成4</p><p>　　1.3.2 虛擬樣機(jī)技

8、術(shù)的優(yōu)點(diǎn)5</p><p>　　1.3.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)的局限性5</p><p>　　1.4 本章小結(jié)5</p><p>　　2 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)7</p><p>　　2.1 挖掘機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀7</p><p>　　2.1.1 國(guó)外發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究現(xiàn)狀7</p><p>　

9、　2.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究現(xiàn)狀7</p><p>　　2.1.3 挖掘機(jī)開發(fā)重點(diǎn)方向8</p><p>　　2.2 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的提出9</p><p>　　2.3 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的意義9</p><p>　　2.4 本章小結(jié)11</p><p>　　3 ADAMS軟件的簡(jiǎn)介12</p

10、><p>　　3.1 ADAMS軟件概述12</p><p>　　3.2 ADAMS軟件模塊12</p><p>　　3.2.1 ADAMS軟件簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.2.2 ADAMS建模、仿真的步驟15</p><p>　　3.3 本章小結(jié)16</p><p>　　4 挖掘機(jī)

11、的建模17</p><p>　　4.1 創(chuàng)建模型17</p><p>　　4.2 添加約束21</p><p>　　4.3 測(cè)試模型22</p><p>　　4.4 模型檢驗(yàn)23</p><p>　　4.5本章小結(jié)24</p><p>　　5 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)仿真分析25</p

12、><p>　　5.1 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析25</p><p>　　5.1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真概述25</p><p>　　5.1.2 挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析25</p><p>　　5.2 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)動(dòng)力學(xué)仿真分析29</p><p>　　5.3本章小結(jié)31</p><p&g

13、t;<b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　挖掘機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的工程機(jī)械。由于它的經(jīng)濟(jì)性

14、及具有適應(yīng)多種用途的優(yōu)點(diǎn)，挖掘機(jī)已成為工程機(jī)械的主流產(chǎn)品。單斗挖掘機(jī)在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、水力、礦山、市政施工等土石方施工中均占有重要地位，是交通運(yùn)輸、能源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)以及國(guó)防施工等各項(xiàng)工程建設(shè)的重要施工設(shè)備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)迫切需要的裝備。</p><p>　　挖掘機(jī)工作裝置的性能參數(shù)主要包括各鉸點(diǎn)位置的幾何尺寸、各工作液壓缸的幾何尺寸、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和閉鎖壓力等。性能參數(shù)對(duì)挖掘機(jī)的工作范圍，理論和實(shí)際挖掘力的大小

15、，作業(yè)循環(huán)時(shí)間和功率利用等工作性能有極大的影響。工作裝置設(shè)計(jì)水平的高低直接影響其作業(yè)性能的好壞，進(jìn)而影響整機(jī)工作效率。</p><p>　　挖掘機(jī)是復(fù)雜的工程機(jī)械，零部件多，運(yùn)動(dòng)方式靈活多變，須從整體系統(tǒng)評(píng)價(jià)其性能的優(yōu)劣。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到即使挖掘機(jī)的每個(gè)零部件都是最優(yōu)的，也不能保證整個(gè)挖掘機(jī)的性能是最好的，即系統(tǒng)整體的優(yōu)化不是所有部件優(yōu)化的簡(jiǎn)單疊加。挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)另一個(gè)重要特點(diǎn)是它涉及的學(xué)科很多，包括機(jī)械

16、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)、液壓流體、機(jī)電控制、人機(jī)交互等，要獲取挖掘機(jī)綜合最優(yōu)解不僅需要各學(xué)科各專家的共同努力，更需要他們工作上的協(xié)同。</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)提供了同時(shí)對(duì)挖掘機(jī)的整體外形、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多方面評(píng)價(jià)的可能，具備了整機(jī)性能評(píng)估的條件，兼顧了各個(gè)學(xué)科，真正做到了全系統(tǒng)、全性能的優(yōu)化，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬各種挖掘機(jī)的工作情況，快速分析多種設(shè)計(jì)方案，幫助設(shè)計(jì)人員完成無(wú)數(shù)次物理

17、樣機(jī)無(wú)法進(jìn)行的危險(xiǎn)試驗(yàn)，在整個(gè)仿真過(guò)程中，可以隨時(shí)按照優(yōu)化建議或者市場(chǎng)用戶需求修改參數(shù)，反復(fù)這個(gè)過(guò)程直至獲得系統(tǒng)優(yōu)化級(jí)的整機(jī)設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　總之，虛擬樣機(jī)技術(shù)可以用于液壓挖掘機(jī)開發(fā)的整個(gè)過(guò)程，作為樣機(jī)設(shè)計(jì)的有效手段，幫助挖掘機(jī)企業(yè)部分甚至全部擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴，大大縮短了挖掘機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)周期、降低設(shè)計(jì)成本、全面提高了整機(jī)質(zhì)量。反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外對(duì)其運(yùn)動(dòng)分析、

18、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都作了較深入的研究，但都有不完善之處，存有一定的缺陷，有些缺乏整體的系統(tǒng)性。</p><p>　　因此，本文結(jié)合當(dāng)前液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的現(xiàn)狀，應(yīng)用軟件ADAMS在計(jì)算機(jī)里建立該類工作裝置機(jī)構(gòu)的模型，通過(guò)ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析；虛擬樣機(jī)技術(shù)在液壓挖掘機(jī)工作裝置的應(yīng)用研究目的在于減少挖掘機(jī)設(shè)計(jì)工作人員的工作量，縮短研究和開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有重要的理論和實(shí)際意義。&

19、lt;/p><p>　　1 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述</p><p>　　1.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念</p><p>　　近年來(lái)許多虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義在各種行業(yè)的中出現(xiàn),他們就各自的領(lǐng)域給虛擬樣機(jī)技術(shù)下了定義。因而迄今為止虛擬樣機(jī)并沒有一個(gè)完全一致的定義。簡(jiǎn)單地說(shuō),虛擬樣機(jī)技術(shù)就是用來(lái)代替真實(shí)的物理樣機(jī)(模型)的技術(shù)。在常規(guī)的產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中,物理樣機(jī)模型是用來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想,選擇

20、設(shè)計(jì)產(chǎn)品,測(cè)試產(chǎn)品的可制造性和展示產(chǎn)品的。虛擬樣機(jī)要替代物理樣機(jī),首先至少要具備上述功能。這樣看來(lái),虛擬樣機(jī)應(yīng)該可以用來(lái)測(cè)試產(chǎn)品的外形和行為,并且可以用來(lái)進(jìn)行一系列的研究。另外,物理樣機(jī)可以使人對(duì)一個(gè)產(chǎn)品有一種感觀的評(píng)價(jià),如顏色、外形、美學(xué)特性、觸覺和舒適性等。要替代物理樣機(jī)的這些特性,人和產(chǎn)品的交互應(yīng)該包含在虛擬樣機(jī)技術(shù)里。</p><p>　　通過(guò)以上分析,本文采用以下定義:虛擬樣機(jī)就是用來(lái)代替物理產(chǎn)品的計(jì)算

21、機(jī)數(shù)字模型,它可以像真實(shí)的物理模型一樣,用來(lái)對(duì)所關(guān)心的產(chǎn)品的全壽命周期,如設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)、循環(huán)利用等,進(jìn)行展示、分析和測(cè)試。這種構(gòu)造和使用虛擬樣機(jī)的技術(shù)就叫虛擬樣機(jī)技術(shù)[1]。</p><p>　　1.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究背景和意義</p><p>　　1.2.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究背景</p><p>　　隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的環(huán)境形成，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。各個(gè)企

22、業(yè)面臨的一個(gè)急需解決的問題是，一件產(chǎn)品往往要經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的試制才能進(jìn)入市場(chǎng)，也就是說(shuō)，許多公司仍認(rèn)為無(wú)法在縮短產(chǎn)品上市時(shí)間以及縮短產(chǎn)品和用戶距離上取得實(shí)質(zhì)性的突破。虛擬產(chǎn)品開發(fā)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。虛擬產(chǎn)品開發(fā)是以計(jì)算機(jī)仿真、建模為基礎(chǔ)，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、智能技術(shù)、并行工程、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)為一體，由多學(xué)科知識(shí)組成的綜合系統(tǒng)技術(shù)[2][3]。虛擬產(chǎn)品開發(fā)是現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品開發(fā)在計(jì)算機(jī)環(huán)境中數(shù)字化的映射。它將現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品開發(fā)全過(guò)程的一切活動(dòng)

23、及產(chǎn)品演變基于數(shù)字化模型，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以達(dá)到虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境的高度真實(shí)化，并使之和人有著全面的感官接觸和交融。</p><p>　　在這里，把虛擬產(chǎn)品開發(fā)定義為：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造、維護(hù)等系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就模擬出未來(lái)產(chǎn)品的性能或制造、維護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)，從而做出前瞻性的優(yōu)化決策和實(shí)施方案。</p><p>　　1.2.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究意義<

24、/p><p>　　虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)是建立在以用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)品整個(gè)開發(fā)過(guò)程這一構(gòu)想的基礎(chǔ)之上。VPD創(chuàng)建產(chǎn)品的數(shù)字模型，并在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行分析，完全是用數(shù)字形式來(lái)代替原來(lái)的實(shí)物原型試驗(yàn)，然后再對(duì)原設(shè)計(jì)重新進(jìn)行組合或者改進(jìn)。因此，這樣可顯著減少制作最終實(shí)物原型的次數(shù)，從而使新產(chǎn)品開發(fā)一次成功率大大得到提高。虛擬產(chǎn)品開發(fā)是由各個(gè)“虛擬”的產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)來(lái)組成，由“虛擬”的產(chǎn)品開發(fā)組織來(lái)實(shí)施，由“虛擬”的產(chǎn)品開發(fā)資源來(lái)保證，通

25、過(guò)分析“虛擬”的產(chǎn)品信息和產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程信息求得開發(fā)“虛擬產(chǎn)品”的時(shí)間、成本、質(zhì)量和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，從而做出開發(fā)“虛擬產(chǎn)品”系統(tǒng)和綜合的建議。虛擬產(chǎn)品開發(fā)的最終目的是縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，以及縮短產(chǎn)品開發(fā)和用戶之間的距離。</p><p>　　虛擬產(chǎn)品開發(fā)的特點(diǎn)是“虛擬”，除了產(chǎn)品虛擬化外，還包括功能虛擬化、地域虛擬化、組織虛擬化。功能虛擬化是指虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)雖有制造、裝配、營(yíng)銷等功能，但沒有執(zhí)行這些功能的機(jī)構(gòu)；地域虛擬化

26、是指產(chǎn)品開發(fā)各功能活動(dòng)分布在不同的地點(diǎn)，但通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加以連接和控制；組織虛擬化是指扁平的多元的“網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)”將隨著開發(fā)目標(biāo)的發(fā)展而產(chǎn)生、變化和消亡。</p><p>　　虛擬產(chǎn)品開發(fā)體系的核心內(nèi)容包括產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程數(shù)字化建模、數(shù)字化產(chǎn)品建模和產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化仿真三個(gè)方面。</p><p>　　1. 產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程數(shù)字化建模</p><p>　　在并行工程思想指導(dǎo)下，產(chǎn)品開

27、發(fā)過(guò)程是多學(xué)科群體在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境的支持下，在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)的時(shí)間和資源約束下，基于產(chǎn)品全生命周期信息，進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)組織結(jié)構(gòu)和開發(fā)任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)控流程。</p><p>　　過(guò)程建模應(yīng)考慮的內(nèi)容有：</p><p>　　過(guò)程模型 過(guò)程模型的描述方法及在計(jì)算機(jī)上的處理和實(shí)現(xiàn)，過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。</p><p>　　(2) 組織模型 要規(guī)劃和描述組織結(jié)構(gòu)、

28、活動(dòng)分工、權(quán)限和責(zé)任定義。</p><p>　　(3) 資源模型 對(duì)信息、設(shè)備、人力、資金等資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃和配置控制。</p><p>　　(4) 約束規(guī)則 時(shí)間約束是僅次于資源的主要約束，在資源允許下，增大產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)的并行度；信息約束是開發(fā)活動(dòng)之間及開發(fā)活動(dòng)中單元之間相關(guān)性和一致性的保障。</p><p>　　(5) 過(guò)程監(jiān)控和協(xié)調(diào) 進(jìn)行實(shí)際約束管理、過(guò)

29、程的實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度和沖突仲裁，保障過(guò)程按照最優(yōu)方向進(jìn)展。</p><p>　　2. 數(shù)字化產(chǎn)品建模</p><p>　　產(chǎn)品建模主要以面向?qū)ο蠹夹g(shù)為工具，以STEP標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)思想，建立基于裝配的約束參數(shù)化的特征產(chǎn)品定義模型。其特點(diǎn)如下：</p><p>　　基于STEP思想。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表示和交換是基于不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的數(shù)據(jù)，從而使

30、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表示具有標(biāo)準(zhǔn)化和共享性的特點(diǎn)。</p><p>　　(2) 支持工程分析工具的應(yīng)用。工程分析工具利用已經(jīng)建立好的產(chǎn)品模型，對(duì)零部件甚至整機(jī)進(jìn)行有限元受力分析、熱應(yīng)力分析以及運(yùn)動(dòng)仿真、性能仿真、裝配仿真，仿真的結(jié)果可直接用于指導(dǎo)數(shù)字化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)修改，不必通過(guò)實(shí)物模型來(lái)驗(yàn)證。</p><p>　　(3) 支持產(chǎn)品異地、并行設(shè)計(jì)。由于產(chǎn)品模型在計(jì)算機(jī)上定義，加之網(wǎng)絡(luò)通訊的迅速發(fā)展，處于

31、異地的設(shè)計(jì)人員也可方便地進(jìn)行交流。設(shè)計(jì)隊(duì)伍中除含有設(shè)計(jì)、制造、裝配、試驗(yàn)等專業(yè)人員外，還有合作伙伴、用戶代表等，這樣在產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程中能及早地發(fā)現(xiàn)問題，在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段就得到解決。盡量避免下游重大問題的反饋所造成的時(shí)間拖延、成本上升等現(xiàn)象。</p><p>　　3. 數(shù)字化產(chǎn)品仿真</p><p>　　數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)的仿真包括全生命周期的產(chǎn)品演變仿真和產(chǎn)品開發(fā)全過(guò)程的活動(dòng)仿真。全生命周

32、期的產(chǎn)品演變仿真是通過(guò)產(chǎn)品的數(shù)字模型，反映產(chǎn)品從無(wú)到有，再到消亡的整個(gè)演變活動(dòng)，用戶和開發(fā)者在制造實(shí)物之前即可充分地評(píng)審其美觀度、可制造性、可裝配性、可維護(hù)性、可銷售性和環(huán)保性能等，從而確保產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率。</p><p>　　產(chǎn)品開發(fā)全過(guò)程的活動(dòng)仿真旨在通過(guò)開發(fā)活動(dòng)的數(shù)字模型，反映虛擬開發(fā)組織形式下，產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)的功能行為和運(yùn)作方式，仿真虛擬產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)備布置、物流系統(tǒng)、資源的利用和沖突以及組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)

33、活動(dòng)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)等行為，從而確保產(chǎn)品開發(fā)的可能性、合理性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、高適應(yīng)性和快速響應(yīng)能力。</p><p>　　1.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　1.3.1 虛擬樣機(jī)功能組成</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)必備的三個(gè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域是：CAD技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和以虛擬現(xiàn)實(shí)為最終目標(biāo)的人機(jī)交互技術(shù)。</p><p>　　虛

34、擬樣機(jī)生成的前提是虛擬部件的“制造”。成熟的CAD三維幾何造型軟件能快速、便捷地設(shè)計(jì)和生成三維造型。虛擬部件必須包含顏色、材質(zhì)、外表紋理等外在特征以顯示真實(shí)的外觀，同時(shí)還必須包含質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等內(nèi)在特征以進(jìn)行精確的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真運(yùn)算。</p><p>　　虛擬樣機(jī)必須具備交互的功能。設(shè)計(jì)師通過(guò)交互界面對(duì)參數(shù)化“軟模型”進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)原型多樣化。而虛擬樣機(jī)反過(guò)來(lái)通過(guò)動(dòng)畫、曲線和圖表等方式向設(shè)計(jì)

35、師提供產(chǎn)品感知和性能評(píng)價(jià)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，除應(yīng)用上述傳統(tǒng)方式外，設(shè)計(jì)師還能通過(guò)修改虛擬部件的參數(shù)，對(duì)虛擬部件重新裝配，生成新的虛擬樣機(jī)。虛擬樣機(jī)仿真模型則通過(guò)力反饋操縱桿等傳感裝置向設(shè)計(jì)師傳遞虛擬樣機(jī)操縱力感，通過(guò)立體眼鏡向設(shè)計(jì)師提供實(shí)時(shí)的立體圖像。有了這些人類對(duì)產(chǎn)品的直觀感知，能使設(shè)計(jì)師產(chǎn)生強(qiáng)烈的“虛擬現(xiàn)實(shí)”沉浸感，協(xié)助設(shè)計(jì)師和用戶對(duì)產(chǎn)品性能作出評(píng)價(jià)。</p><p>　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作技術(shù)、

36、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和知識(shí)管理是虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要底層技術(shù)支撐。通過(guò)這些技術(shù)將產(chǎn)品的各個(gè)設(shè)計(jì)、分析小組人員聯(lián)系在一起，共同完成新產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)直到方案評(píng)估整個(gè)開發(fā)過(guò)程。</p><p>　　1.3.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)具有下述優(yōu)點(diǎn)[4]：①減少了設(shè)計(jì)費(fèi)用。②可以輔助物理樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試。③可以減少產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中所需的時(shí)間,使產(chǎn)品盡快

37、上市。④可以在相同的時(shí)間內(nèi)“試驗(yàn)”更多的設(shè)計(jì)方案,這是物理樣機(jī)無(wú)法比擬的。⑤可以減少產(chǎn)品開發(fā)后期的設(shè)計(jì)更改,進(jìn)而使得整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)周期最小化。⑥與常規(guī)的仿真相比,它涉及的設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣,考慮也比較周全,因而可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。⑦由于虛擬樣機(jī)技術(shù)支持并行設(shè)計(jì),使得設(shè)計(jì)小組之間的溝通變得便捷。</p><p>　　1.3.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)的局限性</p><p>　　如前所述,虛擬樣機(jī)技術(shù)是建立在

38、許多技術(shù)基礎(chǔ)上的一種綜合技術(shù),一些基礎(chǔ)技術(shù)的不成熟會(huì)限制虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,同時(shí)虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種新興技術(shù),現(xiàn)在還處在研究和發(fā)展的階段,本身的不完善使得應(yīng)用受到一定的限制。主要有以下幾個(gè)方面</p><p>　　(1) 由于現(xiàn)在還沒有一個(gè)完全無(wú)縫的數(shù)據(jù)交換方法,在不同的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)工具和應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)的交換經(jīng)常會(huì)帶來(lái)信息的丟失。現(xiàn)在通常是將各應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為中間的文件格式(如IGES、STEP格式等),但是

39、由于一些商業(yè)的CAD/CAE/CAM軟件對(duì)這些中間格式的支持程度不高,同時(shí)這些中間的文件格式本身不是很完善,還需要繼續(xù)完善和修改。再加上用戶對(duì)各軟件的數(shù)據(jù)存放方式的了解并不是很充分,因此這些方法的效果并不是很好。</p><p>　　(2) 虛擬樣機(jī)技術(shù)本身原理上的不夠準(zhǔn)確性。在對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行研究的時(shí)候,如進(jìn)行有限元分析時(shí),會(huì)用小的平面模型去代替一個(gè)連續(xù)的三維實(shí)體模型。建模過(guò)程中的近似會(huì)給結(jié)果帶來(lái)原理上的誤差。如

40、果用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品,如可維護(hù)性,在虛擬的環(huán)境和在真實(shí)的環(huán)境中即便是對(duì)于同一個(gè)工程師來(lái)說(shuō),他所花費(fèi)的時(shí)間也是不一樣的。這種時(shí)間上面的差別主要是由于計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間延遲、圖像處理的時(shí)間延遲以及虛擬環(huán)境中的不舒適性帶來(lái)的時(shí)間延遲。虛擬樣機(jī)技術(shù)在這些原理上的延遲應(yīng)該在尋求設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中進(jìn)行量化,并將其考慮其中。</p><p>　　(3) 產(chǎn)品的形狀很復(fù)雜,因此構(gòu)造一個(gè)準(zhǔn)確的、完整的、理想化的模型是很難的。

41、例如,在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行裝配的動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究是非常復(fù)雜和有挑戰(zhàn)性的。在這種情況下,如果輔助以適當(dāng)數(shù)目的物理樣機(jī),就可以更好地理解虛擬樣機(jī),并且還可以增加虛擬樣機(jī)的可信度。虛擬樣機(jī)技術(shù)的其他方面,如可制造性、可維護(hù)性以及它們之間的關(guān)系現(xiàn)在理解得并不是很清楚,這些方面的模型并不令人滿意。這對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)帶來(lái)了一定的限制。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p>

42、;<p>　　本章主要研究虛擬樣機(jī)技術(shù)采用數(shù)字仿真的形式進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)，仿真模型的參數(shù)就是物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并替代物理樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)試評(píng)估；無(wú)需制造實(shí)物樣機(jī)就可預(yù)見和預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，減免了高昂成本的物理樣機(jī)制造過(guò)程，降低了開發(fā)成本。因此虛擬樣機(jī)技術(shù)用于液壓挖掘機(jī)開發(fā)的整個(gè)過(guò)程，作為樣機(jī)設(shè)計(jì)的有效手段，有助于挖掘機(jī)企業(yè)部分甚至全部擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴，達(dá)到縮短挖掘機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)周期、降低設(shè)計(jì)成本、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)

43、挖掘機(jī)現(xiàn)代制造模式的目的。</p><p>　　2 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)</p><p>　　2.1 挖掘機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀</p><p>　　2.1.1 國(guó)外發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究現(xiàn)狀</p><p>　　液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)水平反映機(jī)械化施工的水平和能力。國(guó)外，特別是西歐幾個(gè)國(guó)家從50年代開始研制液壓挖掘機(jī)，到60年代中小型液壓挖掘機(jī)已成批生產(chǎn)；70

44、年代初液壓挖掘機(jī)斗容已發(fā)展到8m3，開始進(jìn)入礦山開采：80年代大型液壓挖掘機(jī)技術(shù)已成熟，生產(chǎn)斗容16-35m3、機(jī)重達(dá)650t。目前國(guó)外已停止斗容8m3以下機(jī)械挖掘機(jī)的生產(chǎn)，斗容大于16m3的挖掘機(jī)是機(jī)械挖掘機(jī)的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。國(guó)外各制造公司正在研制微機(jī)控制的智能化液壓挖掘機(jī)，并有所突破。建筑和礦用液壓挖掘機(jī)的銷售量在機(jī)械設(shè)備市場(chǎng)上占有顯著的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1990年建筑和礦用設(shè)備在全球銷售額約為450億美元，而液壓挖掘機(jī)的銷售額以1

45、00億美元高居榜首。據(jù)推測(cè)，大型和微型液壓挖掘機(jī)年增長(zhǎng)率分別為24%，35%。1990年全世界建筑和礦用液壓挖掘機(jī)(履帶式)的產(chǎn)量已達(dá)9．23萬(wàn)臺(tái)，其中76%是日本生產(chǎn)的，歐洲產(chǎn)量占有17%。近年來(lái)，大型液壓挖掘機(jī)越來(lái)越多地占領(lǐng)了機(jī)械挖掘機(jī)的市場(chǎng)。液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢(shì)。</p><p>　　2.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)從1958年開始研

46、制液壓挖掘機(jī)，逐步形成了1-2.5m3小型液壓挖掘機(jī)系列，具有一定生產(chǎn)規(guī)模。斗容l-7.5m3的液壓挖掘機(jī)年產(chǎn)量超過(guò)1000臺(tái)。1983年以后采用引進(jìn)技術(shù)方式進(jìn)行生產(chǎn)，加快了液壓挖掘機(jī)的發(fā)展，上海建筑機(jī)械廠按德國(guó)利伯赫爾公司許可證生產(chǎn)了R942。相繼又生產(chǎn)了R962、R972、R982等液壓挖掘機(jī)。杭州重機(jī)廠與德國(guó)德馬克公司合作生產(chǎn)H55和H85等液壓挖掘機(jī)。太原重型機(jī)器廠與德馬克公司合作生產(chǎn)14121型液壓挖掘機(jī)。北京建筑機(jī)械廠引進(jìn)德

47、國(guó)公司制造技術(shù)生產(chǎn)Rtt6型液壓挖掘機(jī)。所有這些與國(guó)外合作生產(chǎn)德液壓挖掘機(jī)比國(guó)內(nèi)現(xiàn)用的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)效率高25%、機(jī)重輕10%。國(guó)產(chǎn)化率逐年提高，設(shè)備利用率為90%。</p><p>　　長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)斗容1.6-2.5m3的V160型液壓挖掘機(jī)，采用Deutz公司柴油機(jī)、減速機(jī)和液壓元件。裝有正鏟、反鏟、梅花抓斗等多種工作裝置。天津工程機(jī)械研究所與泰安工程機(jī)械廠生產(chǎn)的WY32型液壓挖掘機(jī)

48、，機(jī)重32t于1993年8月通過(guò)鑒定。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)靈活、生產(chǎn)效率高。能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率、節(jié)能效果好。但目前國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)數(shù)量少，多為斗容2．5m3以下的小型設(shè)備，中型設(shè)備較少，大型設(shè)備在我國(guó)尚屬空白。從品種、規(guī)格、數(shù)量上滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要。從產(chǎn)品技術(shù)水平、可靠性、制造質(zhì)量與國(guó)外液壓挖掘有較大差距。對(duì)于大中型液壓挖掘機(jī)尚處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。試驗(yàn)研究工作薄弱，短期內(nèi)難以完成設(shè)計(jì)開發(fā)工作。柴油機(jī)、液壓和密封元件等配套件的質(zhì)量和可靠性差

49、，使用壽命短。高強(qiáng)度的原材料缺乏，制造技術(shù)落后，裝備水平低。計(jì)算機(jī)技術(shù)在液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用正在研制過(guò)程中。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)較多：如履帶行走裝置中履帶扳和鏈軌節(jié)的軋制和模鍛技術(shù)；支重輪、托輪均采用浮動(dòng)密封，其制造技術(shù)、耐磨技術(shù)和密封技術(shù)；鏟斗設(shè)計(jì)合理性、耐磨性以及高強(qiáng)度鋼板焊接技術(shù)：液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)技術(shù)、大尺寸高壓油缸的制造技術(shù)</p><p>　　縱觀我國(guó)液壓挖掘機(jī)30余年的發(fā)展歷史[5]，大致可以分成以下幾

50、個(gè)階段：</p><p>　　(1)開發(fā)階段(1967年～1977年)。以測(cè)繪仿制為主的開發(fā)，通過(guò)多年堅(jiān)持不懈的努力，克服一個(gè)一個(gè)的困難，有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機(jī)終于獲得初步成功，為我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。</p><p>　　(2)液壓挖掘機(jī)發(fā)展、提高并全面替代機(jī)械挖掘機(jī)階段(1978～1986年)。這個(gè)階段通過(guò)各主機(jī)生產(chǎn)廠引進(jìn)技術(shù)(主要是德國(guó)挖掘機(jī)制造技術(shù))的消化

51、、吸收和移植，使我國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)全面提高到國(guó)際70年代末80年代初期的水平。全國(guó)液壓挖掘機(jī)平均年產(chǎn)量達(dá)到1230臺(tái)。</p><p>　　(3)液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加，新加入挖掘機(jī)行業(yè)的國(guó)有大、中型企業(yè)以技貿(mào)結(jié)合，合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進(jìn)日本挖掘機(jī)制造技術(shù)(1987年～1993年)。由于國(guó)內(nèi)對(duì)挖掘機(jī)需求量的不斷提高，新加入挖掘機(jī)行業(yè)的企業(yè)通過(guò)開發(fā)和引進(jìn)挖掘機(jī)制造技術(shù)，其產(chǎn)品批量或小批量的投放國(guó)內(nèi)市場(chǎng)或

52、出口，打破了多年來(lái)主要由六大家挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)壟斷國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)市場(chǎng)的局面，引進(jìn)了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競(jìng)爭(zhēng)。這個(gè)期間國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的年均產(chǎn)量提高到2000余臺(tái)。</p><p>　　(4)國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)供需矛盾日益擴(kuò)大，廣大用戶為了提高施工質(zhì)量和按期完成施工任務(wù)，對(duì)使用高質(zhì)量、高水平、高效率挖掘機(jī)的興趣日趨濃厚。國(guó)外各著名挖掘機(jī)制造廠商紛紛前來(lái)中國(guó)創(chuàng)辦合資、獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)(1994～至今)。從199

53、4年開始，特別到1995年在我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國(guó)卡特彼勒公司率先在徐州金山橋開發(fā)區(qū)建立了生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的合資企業(yè)，隨后日本小松制作所、日立建機(jī)株式會(huì)社、神戶制鋼所、韓國(guó)大宇重工業(yè)、現(xiàn)代重工業(yè)以及德國(guó)利勃海爾公司等都相繼在中國(guó)建立了合資、獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)。</p><p>　　2.1.3 挖掘機(jī)開發(fā)重點(diǎn)方向</p><

54、;p>　　液壓挖掘機(jī)的開發(fā)著重圍繞[6]：</p><p>　　1．加快產(chǎn)品開發(fā)速度。滿足快速多變的市場(chǎng)需求；</p><p>　　2．提高產(chǎn)品可靠性和效率，降低生產(chǎn)成本，向微型化發(fā)展的同時(shí)向大型化發(fā)展；</p><p>　　3．著眼于動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效、節(jié)能；</p><p>　　4．精心設(shè)計(jì)，精心制造以提高產(chǎn)品零部件的可

55、靠性，從而保證整機(jī)的可靠性，延長(zhǎng)維修周期，加快維修進(jìn)程，降低維修費(fèi)用，降低成本；</p><p>　　5．采用微電子技術(shù)使液壓挖掘機(jī)自動(dòng)化、機(jī)電一體化和智能化進(jìn)程加快；</p><p>　　6．考慮人機(jī)工程，改善司機(jī)勞動(dòng)條件。</p><p>　　2.2 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的提出</p><p>　　挖掘機(jī)具有普通機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)必須滿足市場(chǎng)所提

56、出要求的共性。所以要縮短以設(shè)計(jì)、試制為主要內(nèi)容的投入期。節(jié)省投入成本，盡快進(jìn)入利潤(rùn)豐厚的成熟期。此外由于傳統(tǒng)物理樣機(jī)開發(fā)模式在人力、物力和時(shí)間上的巨大浪費(fèi)往往與產(chǎn)品的復(fù)雜程度成正比，因此液壓挖掘機(jī)作為復(fù)雜工程機(jī)械的特殊性，對(duì)開發(fā)的時(shí)效性要求更高。在現(xiàn)有挖掘機(jī)產(chǎn)品進(jìn)入衰退期之前，就應(yīng)考慮現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)或新產(chǎn)品的開發(fā)。虛擬樣機(jī)在挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的全過(guò)程都可發(fā)揮重要的作用。參與從初始概念直至最終成品的全過(guò)程。在制造之前，虛擬樣機(jī)可用來(lái)確定挖掘機(jī)外形

57、，檢查設(shè)計(jì)規(guī)劃和工程進(jìn)程，支持方案可行性分析，進(jìn)入裝配和人機(jī)工程的研究。在挖掘機(jī)開發(fā)的投入期應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)能縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)。在挖掘機(jī)產(chǎn)品制成之后又可以進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真試驗(yàn)，代替物理樣機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行子系統(tǒng)及參數(shù)的優(yōu)化。挖掘機(jī)進(jìn)入衰退期，利用原有的數(shù)字虛擬樣機(jī)可以修改原型，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)[7]。</p><p>　　2.3 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的意義</p><p>　　1

58、 在提高挖掘機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的應(yīng)用</p><p>　　挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，而設(shè)計(jì)過(guò)程中技術(shù)的先進(jìn)與否、數(shù)字化程度的高低，很大程度上決定了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的周期、質(zhì)量和成本。在工程設(shè)計(jì)中已得到廣泛應(yīng)用的有限元分析技術(shù)(FEA)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)(CAD)就是這些先進(jìn)技術(shù)的代表。FEA技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)人員分析零件的應(yīng)力狀態(tài)，解決了傳統(tǒng)材料力學(xué)所無(wú)法處理的工程問題。CAD技術(shù)則利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

59、處理功能，加上設(shè)計(jì)師豐富經(jīng)驗(yàn)和主觀創(chuàng)造性進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。改變了以經(jīng)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法．以修改方便的高質(zhì)量三維計(jì)算機(jī)繪圖取代了繁瑣、重復(fù)的手工平面繪圖，節(jié)省了設(shè)計(jì)人員真正用于創(chuàng)造性工作的時(shí)間和精力，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前挖掘機(jī)設(shè)計(jì)中廣泛地采用了FEA和CAD技術(shù)，虛擬樣機(jī)地生成就是依賴FEA和CAD技術(shù)的結(jié)果。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)是復(fù)雜的工程機(jī)械，零部件多，運(yùn)動(dòng)方式多，須從系統(tǒng)層面評(píng)價(jià)其性能的優(yōu)劣。隨著技

60、術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到即使傳統(tǒng)的技術(shù)手段使得挖掘機(jī)中的每個(gè)零部件都是最優(yōu)的，并不能保證整個(gè)挖掘機(jī)的性能是最好的，即系統(tǒng)整機(jī)的優(yōu)化不是所有部件優(yōu)化的簡(jiǎn)單疊加。液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)還存在許多有別于其他機(jī)械行業(yè)的特點(diǎn)，其中最重要的一點(diǎn)是它涉及的學(xué)科很多，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、液壓流體傳動(dòng)、機(jī)電控制、熱力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、美學(xué)等。要獲取挖掘機(jī)的綜合最優(yōu)解不僅需要各學(xué)科專家的共同努力，更需要他們工作上的協(xié)同。</p><p>　

61、　虛擬樣機(jī)技術(shù)是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的最佳手段。虛擬樣機(jī)的生成依賴于CAD、FEA技術(shù)，并超越了傳統(tǒng)的CAD和FEA技術(shù)的局限。但由于在設(shè)計(jì)開發(fā)的最后階段前無(wú)法得到整個(gè)樣機(jī)，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中，各小組或各個(gè)進(jìn)程往往把注意力集中在本學(xué)科的優(yōu)化上，而忽略了其他學(xué)科乃至整機(jī)系統(tǒng)性能。最終沒能獲得整機(jī)性能的晟優(yōu)解。虛擬樣機(jī)技術(shù)不僅利用了并行工程的長(zhǎng)處，還通過(guò)將各并行過(guò)程和并行小組的工作集成到同一個(gè)虛擬樣機(jī)之上，提供同時(shí)對(duì)挖掘機(jī)的外形、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系

62、統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多方面評(píng)價(jià)的可能，因此具備了整機(jī)性能評(píng)估的條件，兼顧了各個(gè)學(xué)科，真正做到了全系統(tǒng)、全性能的優(yōu)化，解決了上述難題。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)有別于其他機(jī)械的另一個(gè)特點(diǎn)是：工作環(huán)境惡劣，通常工作在地質(zhì)情況復(fù)雜、載荷情況多變、大氣條件差的條件下。液壓挖掘機(jī)物理樣機(jī)試驗(yàn)必須模擬不同工況，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外挖掘機(jī)造價(jià)很高，尤其是附帶各種檢測(cè)設(shè)備的物理樣機(jī)單機(jī)成本極高。而試驗(yàn)的破壞性往往很大，反復(fù)試驗(yàn)不僅延長(zhǎng)

63、設(shè)計(jì)周期，還容易造成損壞，無(wú)形中提高了設(shè)計(jì)成本。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，可使設(shè)計(jì)人員在虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬各種挖掘機(jī)的工作情況，快速分析多種設(shè)計(jì)方案，幫助設(shè)計(jì)人員完成無(wú)數(shù)次物理樣機(jī)無(wú)法進(jìn)行的危險(xiǎn)試驗(yàn)，在整個(gè)仿真過(guò)程中，可以隨時(shí)按照優(yōu)化建議或市場(chǎng)用戶需求修改參數(shù)，得到改進(jìn)的虛擬樣機(jī)，反復(fù)這個(gè)過(guò)程宣至獲得系統(tǒng)優(yōu)化級(jí)的整機(jī)設(shè)計(jì)方案。我國(guó)挖掘機(jī)開發(fā)還有一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)，就是先引進(jìn)、消化、再設(shè)計(jì)，但效果總不佳，原因就是以前的仿制過(guò)程僅是拆機(jī)，照抄零件，對(duì)

64、引進(jìn)的挖掘機(jī)缺乏系統(tǒng)上的理解，設(shè)計(jì)人員沒有吃透樣機(jī)。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，技術(shù)人員便可以進(jìn)行系統(tǒng)層面的詳細(xì)研究，追蹤樣機(jī)的設(shè)計(jì)思想來(lái)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)。從另一角度看，以往先引進(jìn)、消化、再設(shè)計(jì)過(guò)程由于是從零件著手，設(shè)計(jì)方式是由下到上：從部件設(shè)計(jì)到整機(jī)設(shè)計(jì)，注意力往往集中在細(xì)節(jié)而忽略了整體。而借助于虛擬樣機(jī)</p><p>　　2 在挖掘機(jī)現(xiàn)代制造模式中的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代制造模式的發(fā)展趨勢(shì)為

65、：制造智能化、制造敏捷化、制造虛擬化、制造全球化、制造網(wǎng)絡(luò)化。虛擬樣機(jī)技術(shù)為挖掘機(jī)現(xiàn)代制造模式的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支持。虛擬樣機(jī)技術(shù)以虛擬樣機(jī)為媒介，直接將人類在挖掘機(jī)領(lǐng)域的創(chuàng)造能力、設(shè)計(jì)師積累的豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的諸多方案結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)。形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、人機(jī)融合的挖掘機(jī)產(chǎn)品開發(fā)制造環(huán)境，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中人機(jī)一體的集成智能決策機(jī)制。市場(chǎng)的需求和新技術(shù)的出現(xiàn)都要求挖掘機(jī)的制造敏捷、迅速，其途徑就是樣機(jī)的柔性化和制造工藝的

66、柔性化。其中樣機(jī)柔性化需要依靠虛擬樣機(jī)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化的挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)能快速修改，具備了產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力，是實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)敏捷制造的基礎(chǔ)。制造工藝的柔性化則有賴于挖掘機(jī)虛擬制造的實(shí)現(xiàn)。虛擬制造是以CSCW支持的系統(tǒng)建模技術(shù)和仿真技術(shù)為核心，將真實(shí)的制造環(huán)境以及制造過(guò)程通過(guò)建立樣機(jī)計(jì)算機(jī)模型，流水線計(jì)算機(jī)模型等映射到計(jì)算機(jī)技術(shù)所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境中模擬制造環(huán)境及制造過(guò)程。并通過(guò)這一過(guò)程對(duì)產(chǎn)品的可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。因此虛擬制造

67、是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的關(guān)鍵。而虛擬樣機(jī)是虛擬制造中不可或缺的產(chǎn)品性能評(píng)估和可制造性評(píng)價(jià)的對(duì)象。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要敘述了挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)在挖掘機(jī)生產(chǎn)及其設(shè)計(jì)的應(yīng)用以及未來(lái)挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)的研究方向。主要用于提高虛擬樣機(jī)技術(shù)在挖掘機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值，提高對(duì)挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　

68、3 ADAMS軟件的簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1 ADAMS軟件概述</p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS[8]，是美國(guó)MDI公司開發(fā)的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)分析軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負(fù)盛名的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件。該軟件90年代開始在我國(guó)的機(jī)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(jì)、科學(xué)研究做

69、出了貢獻(xiàn)。工程中利用ADAMS交互式圖形環(huán)境和零件約束、力庫(kù)等，進(jìn)行仿真分析和比較，研究“虛擬樣機(jī)”可供選擇的多種設(shè)計(jì)方案。ADAMS自動(dòng)輸出位移、速度、加速度和作用力，其仿真結(jié)果可顯示為逼真的動(dòng)畫或X-Y曲線圖形，ADAMS仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷，支持ADAMS同大多數(shù)CAD、FEA及控制設(shè)計(jì)軟件包之間的雙向通訊。ADAMS的核心軟件包括交互式圖形環(huán)境ADAMS/View和仿

70、真求解器ADAMS/Solver，二者之間形成了無(wú)縫連接。用戶可以利用ADAMS的工作站或PC機(jī)上建造、試驗(yàn)“虛擬樣機(jī)[9]”，在此基礎(chǔ)上與其它模塊集成就可以滿足多方面的仿真要求。</p><p>　　3.2 ADAMS軟件模塊</p><p>　　ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成，如表所示。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而

71、且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。</p><p>　　表3.1 ADAMS軟件模板</p><p>　　Fig.3.1 ADAMS Software templates</p><p>　　3.2.1 ADAMS軟件簡(jiǎn)介：</p><p>　　ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊

72、及工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。一些常用模塊介紹如下：</p><p>　　ADAMS/View</p><p>　　ADAMS/View(用戶界面模塊)是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它將簡(jiǎn)單的圖標(biāo)、菜單、鼠標(biāo)點(diǎn)取操作與交互式圖形建模、仿真計(jì)算、動(dòng)畫顯示等功能完美地集成在一

73、起。其實(shí)體建模的內(nèi)核采用Parasolid格式，除提供了豐富的零件幾何圖形庫(kù)外，還提供了完整的約束和力/力矩庫(kù)，支持布爾運(yùn)算，建模工作快速。在ADAMS/View中，用戶利用Table Editor，可以像用Excel一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)：同時(shí)還提供了Function Builder工具包：具有設(shè)計(jì)研究(DS)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)和優(yōu)化(OPTIMIZE)功能，可使用戶方便地進(jìn)行優(yōu)化工作。</p><p>　　

74、ADAMS/Solver</p><p>　　ADAMS/Solver(求解器)是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是求解機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題的程序。該軟件自動(dòng)形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的解算結(jié)果。ADAMS/Solver有各種建模和求解選項(xiàng)，以便精確有效地解決各種問題。</p><p>　　ADAMS/Postprocessor</p>

75、<p>　　ADAMS/Postprocessor(專用后處理模塊)具有相當(dāng)強(qiáng)的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制各種分析曲線。ADAMS/Postprocessor還可以對(duì)仿真分析曲線進(jìn)行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算;可以輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制試驗(yàn)曲線，并同仿真結(jié)果進(jìn)行比較;對(duì)分析結(jié)果曲線圖進(jìn)行各種編輯。</p><p>　　ADAMS/Animation</p><p>　　ADAM

76、S/Animation(高速動(dòng)畫模塊)是ADAMS的一個(gè)集成的可選模塊，該模塊使用戶能借助于增強(qiáng)透視、半透明、彩色編輯及背景透視等方法對(duì)已經(jīng)生成的動(dòng)畫精細(xì)加工，增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果動(dòng)畫顯示的真實(shí)感。</p><p>　　ADAMS/Hydraulics</p><p>　　ADAMS/Hydraulics(液壓系統(tǒng)模塊)，為了模擬包括液壓回路在內(nèi)的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能，MDI公司開發(fā)

77、了ADAMS/Hydraulics模塊。用戶使用該模塊，能夠精確地對(duì)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)(如工程機(jī)械、汽車制動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、飛機(jī)起落架等)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。用戶可以在ADAMS/View中建立液壓系統(tǒng)回路的框架，然后通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)元件如液壓缸等將其連接島機(jī)械系統(tǒng)模型中，最后選取適當(dāng)?shù)?、功能最?qiáng)的求解器分析整個(gè)系統(tǒng)的性能。利用ADAMS/Hydraulics模塊，可以建立機(jī)械系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)之間相互作用的模型，設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，進(jìn)行各

78、種靜態(tài)、模態(tài)、瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)分析;結(jié)合ADAMS/Control模塊，可以在同一仿真環(huán)境中建立、試驗(yàn)和觀察包括機(jī)－電－液－控制一體化的虛擬樣機(jī)模型。ADAMS軟件新版本主要把ADAMS/Hydraulics作為ADAMS/View的一個(gè)即插即用模塊重新打包，方便用戶隨時(shí)調(diào)用。同時(shí)用戶還可以把自己定義的液壓元件擴(kuò)充到該模塊內(nèi)部元件庫(kù)中去。</p><p>　　ADAMS/Flex</p><p>

79、;　　ADAMS/Flex(柔性模塊)是ADAMS與Flex軟件之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊的接口?？裳芯咳嵝泽w對(duì)機(jī)械系統(tǒng)性能的影響，明顯提高仿真精度。Flex是合成柔性體的有效途徑。ADAMS/Flex支持ANSYS,MSCINASTRAN和I-DEAS的中性文件(Neutral file)格式。通過(guò)柔性體節(jié)點(diǎn)增加適當(dāng)?shù)募s束和力，就可以使柔性體與其它剛體共同形成一個(gè)有機(jī)的ADAMS模型。</p><p>　　ADAMS

80、/Linear</p><p>　　ADAMS/Linear(系統(tǒng)模態(tài)分析模塊)可將ADAMS形成的機(jī)械系統(tǒng)非線性運(yùn)動(dòng)方程線性化，計(jì)算特征值、特征向量和狀態(tài)空間矩陣。</p><p><b>　　ADAMS/Car</b></p><p>　　ADAMS/Car(車輛模塊)賦予工程師精確建立整套虛擬樣機(jī)的能力，其中包括懸架、傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向

81、機(jī)構(gòu)、ABS 系統(tǒng)以及其它復(fù)雜總成。用戶可以在各種不同的道路條件下運(yùn)行ADAMS/Car 模型，執(zhí)行駕駛操作，使車輛在試驗(yàn)道路上正常行駛，用戶可以準(zhǔn)確模擬汽車的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性、安全性及其它各項(xiàng)性能參數(shù)。</p><p>　　此外，ADAMS還包括Exchange(圖形接口模塊)、Controls(控制模塊)、Insight(試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊)、Vibration(振動(dòng)分析模塊)、Durability(耐

82、用性分析模塊)、Driver(駕駛員模塊)、Tire(輪胎模塊)等。</p><p>　　3.2.2 ADAMS建模、仿真的步驟</p><p>　　利用ADAMS軟件進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真分析的步驟如圖，根據(jù)此步驟可以完成一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系</p><p>　　統(tǒng)的仿真分析，各步驟簡(jiǎn)述如下：</p><p>　　(1)建造模型：建模包含三部分工作：

83、</p><p>　?、賱?chuàng)建零件有兩種途徑：通過(guò)ADAMS/View的零件庫(kù)來(lái)創(chuàng)建各種簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)單元(零件)；用ADAMS/Exchange引入復(fù)雜的CAD形體(會(huì)影響運(yùn)行速度)。</p><p>　?、诮o模型施加約束和運(yùn)動(dòng)。</p><p>　?、劢o模型施加各種作用力</p><p><b>　　(2)測(cè)試模型</b>

84、</p><p>　　定義測(cè)量，對(duì)模型進(jìn)行初步仿真，通過(guò)仿真結(jié)果檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭懈鱾€(gè)零件、約束及力是否正確。</p><p><b>　　(3)校驗(yàn)?zāi)Ｐ?lt;/b></p><p>　　導(dǎo)入實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，與虛擬仿真的結(jié)果進(jìn)行比較。</p><p><b>　　(4)模型的細(xì)化</b></p>

85、<p>　　經(jīng)過(guò)初步仿真確定了模型的基本運(yùn)動(dòng)后，可以在模型中加入更復(fù)雜的單元，如在運(yùn)動(dòng)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(shí)系統(tǒng)更加近似。</p><p><b>　　(5)優(yōu)化模型</b></p><p>　　對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　(6)定制用戶自己的環(huán)境&l

86、t;/p><p>　　用戶可以定制菜單、對(duì)話框，或利用宏使許多重復(fù)工作自動(dòng)進(jìn)行。</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對(duì)ADAMS軟件的基本涵義以及基本模塊的學(xué)習(xí)，加深對(duì)ADAMS軟件的理解。并對(duì)各模塊的作用的理解，便于挖掘機(jī)在其中的建模和仿真分析。</p><p><b&

87、gt;　　4 挖掘機(jī)的建模</b></p><p><b>　　4.1 創(chuàng)建模型</b></p><p>　　建立挖掘機(jī)反鏟模型[10]的一般步驟：在AMAMS軟件中依次建立挖掘機(jī)底盤模型和車架模型，建立動(dòng)臂模型，建立動(dòng)臂液壓缸模型，建立斗桿模型，建立鏟斗模型，建立斗桿液壓缸模型，建立擺桿和連桿模型。下面主要以底盤和車架、動(dòng)臂、斗桿的模型建立為例。<

88、/p><p>　　(1)軟件的啟動(dòng)：雙擊建立model_1，按國(guó)際單位設(shè)置質(zhì)量kg，長(zhǎng)度mm，時(shí)間s，力N和頻率Hz，為方便繪圖設(shè)置工作網(wǎng)格的范圍，如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1ADAMS/View啟動(dòng)窗口</p><p>　　Fig.4.1 ADAMS / View startup window</p><p>　　點(diǎn)OK進(jìn)入到

89、ADAMS/View的默認(rèn)界面，如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 AMAMS的默認(rèn)界面</p><p>　　Fig.4.2 The default interface of ADAMS/View</p><p>　　點(diǎn)擊菜單欄中的設(shè)置/界面風(fēng)格/經(jīng)典，即可切換到經(jīng)典模式。點(diǎn)擊，將界面縮小或放大到所需的尺寸，如圖4.3所示。</p><

90、;p>　　圖4.3ADAMS/View的經(jīng)典界面</p><p>　　Fig.4.3 The classic interface of ADAMS/View</p><p>　　(2)設(shè)置工作環(huán)境：需要設(shè)置的內(nèi)容包括設(shè)置工作柵格、設(shè)置單位、設(shè)置重力加速度。單位及重力加速度的設(shè)置對(duì)話框如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 環(huán)境變量設(shè)置</p>

91、;<p>　　Fig.4.4 Working grid settings</p><p>　　調(diào)整視圖坐標(biāo)窗口：選擇視圖/坐標(biāo)窗口，出現(xiàn)要求的窗口，便于坐標(biāo)定位的準(zhǔn)確。如圖：4.5所示。</p><p><b>　　圖4.5 坐標(biāo)窗口</b></p><p>　　Fig.4.5 Coordinates of a window<

92、;/p><p>　　(4)底盤和車架的建立：選擇ADAMS/View零件庫(kù)中的連桿，通過(guò)主工具箱顯示出連桿的選項(xiàng)創(chuàng)建一個(gè)輪，在使用平移和旋轉(zhuǎn)指令建立另一個(gè)輪，在此之上，選擇方形體，建立車架，如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6底盤和車架模型</p><p>　　Fig.4.6 chassis and frame model</p><p&g

93、t;　　(5)動(dòng)臂的建立：選擇ADAMS/View零件庫(kù)中的平板，通過(guò)主工具箱顯示出平板的選項(xiàng)創(chuàng)建動(dòng)臂，如圖4.7所示。</p><p><b>　　圖4.7 動(dòng)臂模型</b></p><p>　　Fig.4.7 movable arm model</p><p>　　(6)斗桿的建立：選擇零件庫(kù)中的平板，創(chuàng)建斗桿，如圖4.8所示。</p

94、><p>　　圖4.8 斗桿的模型</p><p>　　Fig.4.8 model of the arm</p><p>　　(7)建立油缸及其連接部件：選擇零件庫(kù)中的圓柱體，首先創(chuàng)建出兩個(gè)不同半徑的圓柱體并按照實(shí)際長(zhǎng)度截取，然后在兩個(gè)圓柱體上創(chuàng)建圓柱副，即可完成油缸的創(chuàng)建。</p><p>　　(8)關(guān)鍵點(diǎn)的創(chuàng)建，此處的關(guān)鍵點(diǎn)是指系統(tǒng)各構(gòu)件運(yùn)

95、動(dòng)副的連接位置。</p><p>　　圖4.9關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)</p><p>　　Fig.4.9 coordinates of point</p><p>　　(9)通過(guò)以上步驟的操作，挖掘機(jī)的模型基本建成，挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)的效果圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)的效果圖</p><p>　

96、　Fig.4.10 rendering of virtual prototype of excavator</p><p><b>　　4.2 添加約束</b></p><p>　　建模時(shí)，通過(guò)各種約束限制構(gòu)件之間的某些運(yùn)動(dòng)，并以此將不同構(gòu)件連接起來(lái)組成一個(gè)完整的機(jī)械系統(tǒng)。ADAMS/View可以處理4種類型的約束：</p><p>　　(1)

97、運(yùn)動(dòng)副約束，例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副，棱柱副等；</p><p>　　(2)指定約束方向：限制某個(gè)運(yùn)動(dòng)方向；</p><p>　　(3)接觸約束：定義兩構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生接觸時(shí)，是怎樣相互約束的；</p><p>　　(4)約束運(yùn)動(dòng)：規(guī)定一個(gè)構(gòu)件遵循某個(gè)時(shí)間函數(shù)按指定的軌跡規(guī)律運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　將反鏟裝置各鉸點(diǎn)定義為轉(zhuǎn)動(dòng)副，油缸缸筒和活塞桿間定義

98、為移動(dòng)副，將底盤與車架的連接定義為固定副。具體約束如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11各約束列表</p><p>　　Fig.4.11 The list of constraint </p><p><b>　　4.3 測(cè)試模型</b></p><p><b>　　圖4.12仿真分析</b&

99、gt;</p><p>　　Fig.4.12 Simulation Analysis</p><p>　　對(duì)已建好的模型進(jìn)行初步的檢驗(yàn)，操作步驟如下：</p><p>　　(1)在主工具箱選擇仿真工具圖標(biāo)</p><p><b>　　(2)選擇仿真類型</b></p><p>　　仿真類型有四種情

100、況可以選擇：</p><p>　　①Default為默認(rèn)的分析類型，由ADAMS/View根據(jù)樣機(jī)模型的自由度，決定采用動(dòng)力學(xué)分析或運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；</p><p>　?、贒ynamic為進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析；</p><p>　　③Kinematic為進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；</p><p>　　④Static為靜態(tài)分析，包括進(jìn)行一次指定時(shí)刻的靜態(tài)分析，或者

101、是在一段時(shí)間內(nèi)的一系列分析。</p><p>　　(3)選擇仿真分析時(shí)間的定義方法，輸入仿真分析時(shí)間。</p><p>　　有兩種定義方法可供選擇：</p><p>　?、貳nd Time定義仿真分析停止的絕對(duì)時(shí)間；</p><p>　?、贒uration定義從開始仿真分析到停止分析的時(shí)間間隔；</p><p>　　在

102、此模型中，選擇①種定義方法，設(shè)仿真分析時(shí)間為3s。</p><p>　　(4)設(shè)置仿真過(guò)程中輸出仿真結(jié)果的頻率或輸出步長(zhǎng)。</p><p><b>　　有兩種表示方法：</b></p><p>　?、賁tep Size為前后兩步輸出的時(shí)間間隔，即輸出的時(shí)間步長(zhǎng)。在使用時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)使用的時(shí)間單位，例如：當(dāng)使用秒時(shí)，0.001表示每秒輸出1000次

103、。</p><p>　?、赟teps表示在整個(gè)分析過(guò)程中總共輸出的步數(shù)。例如，對(duì)一個(gè)總共10s的分析過(guò)程，如果定義200步輸出，則每隔0.05s輸出一次仿真結(jié)果。</p><p>　　在此模型中，選擇②種表示方法，設(shè)置輸出步數(shù)為201步。</p><p>　　(5)完成以上設(shè)置后，按快捷鍵，開始仿真分析</p><p>　　(6)如果仿真分析

104、運(yùn)行順利，計(jì)算機(jī)將一直仿真分析直到設(shè)定的停止時(shí)間。如果中途停止分析，可以按停止快捷鍵。</p><p>　　(7)結(jié)束仿真分析后，可利用回放快捷鍵，重現(xiàn)仿真的過(guò)程。</p><p><b>　　4.4 模型檢驗(yàn)</b></p><p>　　樣機(jī)模型建成以后，可以用模型檢驗(yàn)工具來(lái)檢查錯(cuò)誤，如模型運(yùn)動(dòng)副對(duì)齊不準(zhǔn)和零件約束不當(dāng)?shù)?。在Tools菜單中選

105、擇Model Verify命令顯示信息窗口可以得到模型的重要信息，包括移動(dòng)的零件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量，同時(shí)也列出模型的自由度數(shù)，并說(shuō)明模型是否合理。此外還可以用對(duì)象測(cè)量和交互式仿真分析對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，仿真分析前進(jìn)行裝配分析也有助于糾正錯(cuò)誤的約束。例如檢測(cè)建好的挖掘機(jī)樣機(jī)模型，ADAMS顯示的資料如圖4.12所示。</p><p>　　圖4.13 模型校驗(yàn)信息</p><p>　　Fig.4.13

106、 Information of model verification</p><p><b>　　4.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了挖掘機(jī)建模的一般過(guò)程，對(duì)創(chuàng)建模型，添加約束，測(cè)試模型和模型檢驗(yàn)四個(gè)建模做出簡(jiǎn)要的分析，為下章的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　5 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)分析</p&

107、gt;<p>　　5.1 挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真</p><p>　　5.1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真概述</p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真[11]是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)際工作中的運(yùn)動(dòng)和受力等情況進(jìn)行模擬，仿真技術(shù)為研究人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)和考核提供了有效手段。機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是建立在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)實(shí)用技術(shù)基礎(chǔ)上的新技術(shù)，仿真所分析和

108、解決的問題主要包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面：實(shí)現(xiàn)仿真的軟件包括前處理、求解器和后處理三個(gè)組件，其中求解器是核心部分。一般地，用戶通過(guò)前處理組件建立起機(jī)械系統(tǒng)模型，然后通過(guò)求解器進(jìn)行求解，給出計(jì)算結(jié)果，最后由后處理組件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫顯示和曲線圖輸出。在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真地求解計(jì)算過(guò)程中，需要處理大量由用戶輸入地專用函數(shù)，如數(shù)學(xué)函數(shù)、運(yùn)動(dòng)函數(shù)和力函數(shù)等。通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)功能的工作非常重要，關(guān)系到運(yùn)動(dòng)仿真算法的實(shí)現(xiàn)和仿真軟件的實(shí)際應(yīng)用，其中