《基于虚拟样机技术的自卸车举升机构优化设计平台的开发.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于虚拟样机技术的自卸车举升机构优化设计平台的开发.doc（5页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基于虚拟样机技术的自卸车举升机构优化设计平台的开发 摘要：本文基于多刚体动力学理论以及虚拟样机技术，以ADAMS软件为平台，研究开发了自卸车举升机构的优化设计平台。论文介绍了平台总体方案设计、功能模块设计、菜单设计以及对话框设计。最后利用所设计的平台对典型自卸车举升机构的关键位置参数进行了优化，并给出了设计结果。关键词：虚拟样机技术 举升机构 优化设计 二次开发前 言目前对自卸车举升机构进行优化设计主要有两种方法，一种是直接编制计算机程序来实现12；另一种方法是应用现有的多刚体动力学软件ADAMS优化设计模块以交互式方式建模进行优化设计34。以上两种方法对不同举升机构需重新编程或建模，因而效率
2、低、分析周期长、不便企业实际使用。因此本文利用多刚体动力学理论及虚拟样机技术，以我国企业的实际设计需求为目标，以ADAMS软件为基础，开发了自卸车举升机构优化设计平台。该平台可对我国六种常见的自卸车举升机构进行优化设计，具有自动化程度高、使用方便和实用性强等特点，还可以考虑特殊情况下举升惯性力对举升机构的影响，为我国生产厂家提供了一套实用有效的设计工具。文中介绍了平台总体方案设计、功能模块设计、菜单设计及对话框设计，最后利用所设计的平台对典型自卸车举升机构进行了优化设计，并给出了设计结果。1平台总体方案设计11总体目标国内常见的举升机构有直推式、浮动油缸式、前推杠杆式、后推杠杆式、前推连杆式、
3、后推连杆式等六种形式1，它们的固定铰接点和可移动铰接点个数不同，其布置位置直接影响到举升机构的设计水平，因此设计平台要求以各铰接点的位置为设计变量，以油缸最大举升力最小为优化目标对六种常见举升机构进行优化设计。设计平台要求能处理布置约束和性能约束，布置约束主要是布置空间对举升机构的布置限制，性能约束主要包括最大举升角、油缸行程和最大推力等方面的限制，另外还要求可以进行运动干涉检查。设计平台要求界面友好、操作简单、使用方便、通用性和实用性好，优化结果可视化程度高。另外，为了保证平台具有较长的生命周期，要求其具有良好的先进性，而且容错性好，可扩充性强。12系统体系结构设计为了保证系统能达到总体目标
4、的要求，所开发的平台必须具有现代CAD系统的一般特点。本文以现代虚拟样机系统ADAMS为基础进行二次开发，得到自卸车举升机构优化设计平台，平台的体系结构如图1所示。从图中可以看出，优化设计平台是在举升机构数字模型库的支持下工作的，结合ADAMS系统的View模块，利用其自带的开放式命令语言以及API函数库进行增值式二次开发，使得整个设计平台与ADAMS进行了有机的结合。体系结构图中的最高层为用户层，设计者在用户层上进行自卸车举升机构优化设计，这样设计者不仅可以充分利用该平台的全部功能自动的进行举升机构的优化设计，而且还可以方便的使用ADAMS原有的全部功能。这种分层结构便于平台的使用、维护和扩
5、充。13 功能结构设计开始 参数输入仿真生成样机模型模型有效结果输出优化修改参数数字模型库 图 3 系统流程图YesNo根据自卸车举升机构优化设计的要求，平台的主要功能模块包括模型建立模块、模型修改模块、模型仿真模块、优化设计模块和结果输出模块。模型建立模块可处理目前国内常用六种自卸车举升机构参数化自动建模，所建的模型一般被认为初始设计；建模完成后通过仿真模块进行仿真，初步检验举升机构模型的有效性；如果需要对模型进行修改，可调用模型修改模块对模型参数进行修改；建模完成后即可调用优化设计模块进行优化设计，在优化设计时需要指定有关约束和优化设计控制变量；优化设计完成后，可通过结果输出模块得到设计结
6、果，设计结果为设计变量的最佳设计值，以图表的方式给出。如果设计中模型出现干涉，系统会出现报错或警告信息。14 系统流程设计自卸车举升机构的优化分析流程如图3所示，系统根据用户给出的参数，从数字模型库中调用所需的数字模型，自动完成建模工作，即产生举升机构虚拟样机的初始设计，建模完成后，进行初步仿真，对模型的有效性进行检查，如果初始设计有效即可进行优化设计，最后查看优化设计结果。 2优化平台的具体实现21 菜单设计菜单的设计应便于学习、便于记忆、便于操作且布置美观合理。ADAMS的菜单定制有两种方法，一种可以编写独立的菜单文件通过调用加入到现有主菜单中，这种方式较为复杂。另一种可以直接修改ADAM
7、S主菜单文件进行定制，这种方法设计的菜单功能紧凑、嵌入效果好。本文采用后一种方法对菜单进行设计，平台的主菜单设计为下拉式菜单。图4 设计平台主菜单下拉式菜单可以设计成多级菜单，如果菜单级别过少，系统的功能布置受到限制，如果子菜单级别过多则用户操作使用不方便。本平台的菜单一般采用两级，最多不超过三级。所设计的菜单风格如图4所示，根据总体方案设计中的功能设计和流程设计，图4中的主菜单包括建模、模型修改、仿真、优化设计和结果输出等主要菜单项，从主菜单中可以看出设计平台是在ADAMS基础上采用增值方式二次开发的增值软件，平台设计丝毫不影响ADAMS系统的全部功能。22 对话框设计图5 设计平台典型对话
8、框数据的输入以及平台控制变量的设置主要通过对话框来实现。对话框的设计主要遵循布局合理、容易理解、使用方便、界面美观等要求。本文采用ADAMS自定义对话框功能（Custom GUI）设计对话框。Custom GUI包含对话框的多种控件（如Label，Field，Button等），在对话框界面上添加各类控件实现对话框定制。图5为所设计的模型建立对话框，对话框中有国内常见六种自卸车举升机构的建模选项，每一种举升机构建模对话框中都会出现相应举升机构机构形式和布置参数的示意图片，图5中的图片表明所建立的模型为前推连杆式举升机构，用户根据图片对结构形式和参数标识的提示很容易填写初始设计参数。主要设计参数包
9、括举升机构各铰接点的位置、货箱及货物的质心位置和重量等。限于篇幅，关于仿真、优化和结果输出等对话框的设计原则和设计风格不再一一列举。23功能模块的实现图6自卸车举升机构虚拟样机模型ADAMS程序实现有两种方法，一种是通过C语言编程，这种方法开发方式灵活，不仅可以充分利用ADAMS本身的功能模块，而且还可以利用C语言各种类库，发挥C语言本身的优势。但这种方法程序编制复杂，适合进行无缝集成软件开发。另一种是采用ADAMS命令语言，这种方式简便易学，易于调试，能够实现ADAMS绝大多数功能，适合进行增值式开发。本文采用命令语言进行开发。采用本系统建立的自卸车举升机构虚拟样机模型如图6所示，它为某一举
10、升时刻举升机构的三维模型图。为了突出举升机构的可视化效果，图中利用设计平台自身的显示功能人为地隐藏了货箱及其与举升机构的连接部件。3 应用实例图7 前推连杆式举升机构示意图图8 虚拟样机设计结果利用该设计平台对前推连杆式自卸车举升机构进行了优化分析，该自卸车举升机构的模型示意图如图7所示。图中A、B表示固定铰接点；、和表示可移动铰接点的初始位置点，、和表示相应各点在任一举升时刻的位置。以某车型的参考数据进行建模：举升质量为7400Kg，车厢质心坐标为（-1900mm，820mm），油缸活塞移动速度为0.03m/s。以工作油缸最大举升力最小为优化目标进行优化设计，优化设计使得油缸最大举升力由16
11、4.3kN减少至116.3kN，下降了29。优化设计结果可由结果输出模块给出，如图8所示，而且最后的举升机构虚拟样机模型为最优样机模型。4 结束语 （1）本系统在优化设计过程中还可以考虑举升速度过快时举升惯性力的影响，而这是传统方法设计中常常简化忽略的问题。当然在常规的举升机构设计中，惯性力的影响可以忽略不计，本平台大量试算和实际应用也表明这一点。（2）实际使用表明，系统通用性强、使用方便、运行速度快、计算可靠。（3）设计平台的可扩充性较好，如果对模型库增加新的举升机构的数字模型，那么很容易对本系统进行扩充，以满足其它类型举升机构的优化设计。参考文献1 徐达，蒋崇贤. 专用汽车结构与设计. 北
12、京:北京理工大学出版社. 1998.2 蒋崇贤，何明辉. 专用汽车设计. 武汉:武汉工业大学出版设. 1994.3 美 MSC. Software著,刑俊文,陶永忠译. MSC. ADAMS/ViewM. 北京:清华大学出版社. 2004.4 张毅，马力，李鹏飞. 基于ADAMS的自卸车举升机构优化设计. 专用汽车，2005.3 :2123.The Development of Truck Lifting Mechanism Optimization Design Platform Based on Virtual Prototype Technology Abstract: This pap
13、er researched and developed optimization design system for dump truck lifting mechanism based on theory of multi-rigid body dynamics and technology of virtual prototype, and introduced whole system scheme, design of function modules, menu design and dialog design and optimized the key position parameters of typical dump truck lifting mechanism.Key words: Virtual prototype; Lifting mechanism; Optimization design; Second development作者简介：成耀龙，男，1981年生，河北，硕士研究生，研究方向为CAD/CAE
