張 楠

（營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000）

0 引言

Pr o／Engineer是一款包括 CAD／CA M／CAE 的大型設(shè)計(jì)軟件［1，2］，其不僅可用來(lái)建立相應(yīng)的幾何模型，而且還可對(duì)模型進(jìn)行仿真模擬，并對(duì)仿真模擬的結(jié)果進(jìn)行分析，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題，從而在設(shè)計(jì)階段就解決這些問(wèn)題，以減少生產(chǎn)及投入使用后的維修費(fèi)用，這不僅有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高，而且減少了設(shè)計(jì)所耗費(fèi)的時(shí)間。

1 建立裝載機(jī)工作裝置的立體模型

建立裝載機(jī)工作裝置的立體模型所遵循的原則是盡量簡(jiǎn)化圖形［3］，略去倒角和圓角等非關(guān)鍵性信息，以免圖形變得復(fù)雜而不利于模型的建立。在進(jìn)行具體的建模時(shí)要注意根據(jù)圖形的不同形狀來(lái)選擇建模方式，利用Pro／Engineer軟件建模主要是對(duì)圖形進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)以及掃描等操作，最終形成裝載機(jī)工作裝置的立體模型［4］。

2 虛擬樣機(jī)的裝配

裝載機(jī)工作裝置是一種多桿件的機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)虛擬樣機(jī)的裝配主要是利用骨架模型，雖然骨架模型這種裝配方法可使裝載機(jī)工作裝置的精準(zhǔn)度得以保證，但是其效率較低。本文中使用Pr o／Engineer軟件進(jìn)行裝配的方法比較簡(jiǎn)單，動(dòng)臂連接前車(chē)架、動(dòng)臂連接鏟斗、液壓缸缸筒連接前車(chē)架以及搖桿連接動(dòng)臂的方式都是利用“銷軸”來(lái)進(jìn)行約束，而液壓缸活塞桿連接缸筒、液壓缸活塞桿連接動(dòng)臂、連桿連接鏟斗以及連桿連接搖桿都是利用“銷軸”結(jié)合“圓柱”進(jìn)行約束。另外一些輔助零件，如銷釘或是后車(chē)架等均是利用“匹配”或是“插入”等方式來(lái)進(jìn)行約束，此約束方法是一種剛性連接［5］。所有部件連接好后整個(gè)裝載機(jī)工作裝置的虛擬樣機(jī)就裝配完成了。此虛擬樣機(jī)裝配時(shí)鏟斗及動(dòng)臂并不需要進(jìn)行移動(dòng)，使得整個(gè)建模工作量大大減少，效率也大大提高。本文所裝配的裝載機(jī)工作裝置的虛擬樣機(jī)主要是以ZL05為原型，裝配好的裝載機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)見(jiàn)圖1。

圖1 裝載機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)

3 虛擬樣機(jī)的動(dòng)態(tài)模擬

虛擬樣機(jī)裝配好后，就可以利用Pro／Engineer軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬及分析，其動(dòng)態(tài)模擬及分析流程見(jiàn)圖2。

圖2 工作裝置動(dòng)態(tài)模擬與分析流程

3.1 虛擬樣機(jī)的動(dòng)態(tài)模擬

裝載機(jī)工作裝置主要有6種工況，分別是鏟斗鏟掘后收斗過(guò)程、運(yùn)輸過(guò)程、動(dòng)臂舉升過(guò)程、鏟斗卸料過(guò)程、動(dòng)臂下降過(guò)程和動(dòng)臂下降至鏟掘位置時(shí)鏟斗的自動(dòng)放平過(guò)程。6種工況的工作是靠6種不同的伺服電機(jī)來(lái)完成的，將6個(gè)不同的伺服電機(jī)安裝在鏟斗連接動(dòng)臂以及動(dòng)臂連接機(jī)架的鉸接點(diǎn)上。

對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的收斗、舉臂、翻斗、收斗、降臂和翻斗時(shí)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)行時(shí)間的設(shè)置使得各伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更有序，確定了其運(yùn)動(dòng)關(guān)系。最后利用Pr o／Engineer軟件對(duì)整個(gè)動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程進(jìn)行捕捉就能做成一個(gè)完整的動(dòng)畫(huà)影片以仔細(xì)觀察裝載機(jī)工作裝置的整個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。仿真得到的裝載機(jī)工作裝置的6種工況見(jiàn)圖3。

圖3 裝載機(jī)工作裝置的6種工況

3.2 虛擬樣機(jī)的干涉檢查

對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行干涉檢查的目的是為了對(duì)裝載機(jī)工作裝置工作時(shí)其連桿機(jī)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉及其“死點(diǎn)”的位置進(jìn)行檢查及分析，以保證工作裝置正常、穩(wěn)定運(yùn)行。利用Pr o／Engineer軟件進(jìn)行干涉檢查的流程如下：①點(diǎn)擊“Mechanism”菜單中的“回放”，對(duì)虛擬樣機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真模擬進(jìn)行回放以觀察各桿件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；②在彈出的“回放”對(duì)話框中可看到結(jié)果集，選擇運(yùn)動(dòng)名稱和干涉模式，其主要有兩種干涉模式，一種是“全局干涉”，另一種是“包括干涉”；③針對(duì)所選的運(yùn)動(dòng)名稱點(diǎn)擊“播放”并選擇“全局干涉”進(jìn)行干涉檢查及分析。若有桿件在運(yùn)動(dòng)時(shí)有干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，那么Pro／Engineer軟件就會(huì)有相應(yīng)的提示，并在干涉區(qū)進(jìn)行加亮以方便修改。在本實(shí)驗(yàn)中，利用Pr o／Engineer軟件進(jìn)行干涉檢查發(fā)現(xiàn)此裝載機(jī)工作裝置并無(wú)干涉問(wèn)題。

3.3 虛擬樣機(jī)的仿真結(jié)果

在此利用Pr o／Engineer軟件中的Mechanis m模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。點(diǎn)擊“測(cè)量”就可建立一個(gè)或是多個(gè)分析測(cè)量特征，其對(duì)于某個(gè)桿件的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果主要用一條曲線或是一組曲線來(lái)表示。

運(yùn)動(dòng)仿真的步驟如下：①點(diǎn)擊Mechanis m模塊中的“測(cè)量”命令；②在彈出的對(duì)話框中對(duì)“圖形類型”進(jìn)行選擇，在此先點(diǎn)擊“測(cè)量與時(shí)間”，然后點(diǎn)擊“結(jié)果集”，選擇運(yùn)動(dòng)名稱，并點(diǎn)擊“創(chuàng)建新測(cè)量”；③在彈出的對(duì)話框中選擇測(cè)量類型，點(diǎn)擊“點(diǎn)或連接軸”，關(guān)閉對(duì)話框切至“測(cè)量結(jié)果”；④選擇要進(jìn)行展示的“測(cè)量”曲線就會(huì)有相應(yīng)的測(cè)量曲線輸出，當(dāng)然也可以將一組測(cè)量曲線輸出于同一坐標(biāo)下。根據(jù)裝載機(jī)工作裝置的特征，一般可設(shè)置8個(gè)鉸接點(diǎn)（具體見(jiàn)圖1）。圖4為連桿與搖桿之間的鉸接點(diǎn)A的角位移曲線。

圖4 連桿與搖桿鉸接點(diǎn)A的角位移

由圖4中我們可以看出，此鉸接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與所設(shè)計(jì)的初始條件相符，其曲線也與其運(yùn)動(dòng)狀況相吻合。可見(jiàn)利用Pr o／Engineer軟件有利于設(shè)計(jì)的改善，提高裝載機(jī)工作裝置的性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用Pro／Engineer軟件建立了裝載機(jī)工作裝置的模型，通過(guò)對(duì)虛擬樣機(jī)動(dòng)態(tài)模擬而使得工作裝置的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀況直觀地展現(xiàn)在人們面前，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置中的問(wèn)題并加以解決，完善了裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)，保障了裝載機(jī)工作裝置的可靠運(yùn)行。

［1］于哲峰，唐海燕.基于Pro／Engineer的快速原型技術(shù)［J］.鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：18-19.

［2］丁錦宏，吳國(guó)慶.Pro／E軟件在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010（4）：45-46.

［3］聶信天，史立新.快速原型技術(shù)在機(jī)械制造中的發(fā)展及應(yīng)用［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2010（4）：33-34.

［4］高秀華，李炎亮.機(jī)械三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真技術(shù)：Pro／Engineer和Pr o／Mechanica應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［5］祝凌云，李斌.Pro／ENGINEER運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和有限元分析［M］.北京：人民郵電出版社，2009.