馬富康
摘要:科學規(guī)范的發(fā)動機裝配工藝對于延長其使用壽命,增強安全性、經(jīng)濟性和動力性均有顯著作用。發(fā)動機裝配工藝規(guī)程就裝配內(nèi)容、方法、流程、技術(shù)、工具等方面進行了詳細的約束和管理。在發(fā)動機裝配工藝實習實訓中,由于經(jīng)費、場地、設(shè)備要求等原因,學生的動手參與度較低。本文旨在通過進行虛擬仿真實驗設(shè)計,完成發(fā)動機零部件結(jié)構(gòu)認知、特征展示以及裝配工藝的實訓和分析。
關(guān)鍵詞:發(fā)動機;裝配工藝;虛擬仿真;實驗
引言:發(fā)動機的裝配對于其質(zhì)量及使用壽命都有重要影響。發(fā)動機裝配工藝虛擬仿真實驗就裝配內(nèi)容、方法、流程、技術(shù)、工具等方面,進行發(fā)動機裝配工藝的實驗實訓,不僅節(jié)約經(jīng)費,場地、設(shè)備要求都不高,還可以讓很多學生同時參與實訓[1]。通過虛擬仿真方法可以較快速進行發(fā)動機零部件結(jié)構(gòu)認知,結(jié)構(gòu)復雜特征展示;同時利用計算機仿真技術(shù),進行裝配工藝的實訓和分析,培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代仿真工具分析與解決實際工程問題的能力。
一、虛擬仿真實驗方案設(shè)計
(一)設(shè)計思路。發(fā)動機裝配工藝虛擬仿真實驗方案包含:零部件認知、裝配準備、裝配實驗操作三個方面。
(1)發(fā)動機關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)認知。用戶登錄實驗系統(tǒng),回顧和認識發(fā)動機組件,包括:機體、曲軸、連桿組、活塞組、氣缸蓋、氣缸套、凸輪軸、氣門、氣門室罩、曲軸上瓦片、曲軸下瓦片、軸承蓋等。(2)發(fā)動機裝配準備。用戶掌握裝配前的技術(shù)標準、清洗準備、裝配要點以及總成的檢驗與裝配。(3)發(fā)動機裝配工藝實驗。用戶按照發(fā)動機整機裝配工藝流程,依次完成氣缸套裝配、曲軸組裝配、活塞連桿組裝配、油底殼裝配、氣缸墊裝配、氣缸蓋總成裝配以及其他系統(tǒng)及附件裝配。在裝配過程,每一步操作均對應(yīng)有知識點提示、考核點完成,均記錄學生的裝配操作和工藝過程,作為成績評定依據(jù)。
(二)教學方法。采用多媒體知識點講解、視頻演示和虛擬實訓相結(jié)合的教學方法開展本實驗。具體方法:(1)知識點講解針對發(fā)動機裝配前的技術(shù)標準、清洗準備、裝配要點以及總成的檢驗與裝配進行學習,使學生了解虛擬仿真的目的、原理以及方法。(2)視頻演示為提前錄制的實驗視頻,按照教學視頻和實驗指導書,學生逐步進行發(fā)動機主要零部件結(jié)構(gòu)認知、功能原理和裝配工藝。(3)虛擬實訓針對仿真實驗開展過程中的關(guān)鍵步驟進行仿真訓練,實現(xiàn)裝配工藝規(guī)程的實訓和知識點的考核。
(三)評價體系。(1)過程評價:占比50%,評價依據(jù)為每一個操作步驟的完成時間與質(zhì)量。(2)實驗報告:占比50%,評價指標為報告書寫的規(guī)范性、實驗結(jié)果的正確性、分析評價的合理性。
二、虛擬仿真實驗系統(tǒng)開發(fā)
實驗系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,參照實際實驗操作流程作為樣板,實現(xiàn)了教學內(nèi)容認知、實驗準備和實驗操作各環(huán)節(jié)及規(guī)范流程,實驗的各個環(huán)節(jié)配套相關(guān)的知識點學習與考核,實現(xiàn)了賬戶的互聯(lián)網(wǎng)登錄和實驗操作數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)存儲[2]。
發(fā)動機裝配工藝虛擬仿真實驗采用人機交互界面設(shè)計和體驗,配套3D仿真、HTML5開發(fā)技術(shù),運用Unity3D、數(shù)據(jù)庫技術(shù),通過互聯(lián)網(wǎng)提供發(fā)動機裝配工藝工程的實訓。通過交互式仿真實驗設(shè)計,從實驗零部件認知、裝配準備、實驗裝配三方面進行,將線下實驗過程與線上實驗教學相結(jié)合,利用JAVA技術(shù)進行平臺開發(fā),將實驗內(nèi)容與知識點、考核點有機融合。
三、發(fā)動機整機裝配虛擬仿真實驗說明
(一)實驗?zāi)康?/p>
(1)通過虛擬認知組件模塊,鞏固和加強發(fā)動機組件的認知,為后續(xù)的裝配工藝實施奠定必要的基礎(chǔ);(2)通過虛擬裝配準備模塊,熟悉發(fā)動機裝配的技術(shù)標準、清洗操作、裝配要點以及檢驗方法,培養(yǎng)良好的工作習慣;(3)通過虛擬實驗裝配模塊,掌握組件正確的裝配方法和工藝過程,解決學生在裝配過程中對零部件損壞以及安全的問題;(4)利用實驗系統(tǒng),完成實驗操作、工藝過程分析及實驗數(shù)據(jù)的提取。
(二)實驗步驟
(1)氣缸套裝配,選用同尺寸分組的氣缸套進行裝配。(2)上主軸瓦(有槽)安裝在機體的主軸承座孔內(nèi)。(3)下主軸瓦(無槽)安裝在主軸承蓋內(nèi)。(4)將曲軸放置裝在上主軸瓦上,主軸頸與軸瓦接觸,涂機油并轉(zhuǎn)動曲軸。(5)在曲軸中間的主軸頸兩側(cè)安裝止推片。(6)將主軸承蓋安裝在主軸承座上,固定曲軸。(7)通過活塞銷將活塞與連桿小頭連接。(8)在活塞上裝配第一、二道氣環(huán)、油環(huán),并裝入活塞銷和活塞銷卡環(huán)。(9)將連桿上瓦片安裝在連桿體的大頭孔。(10)將活塞連桿組通過氣缸孔自頂向下安裝在曲軸的曲柄銷上。(11)將連桿下瓦片按照對應(yīng)的連桿上瓦片安在對應(yīng)的連桿大頭蓋。(12)將連桿大頭蓋安裝在對應(yīng)的連體,實現(xiàn)曲柄連桿機構(gòu)的裝配。(13)油底殼裝配,注意位置正確和周布螺栓的預(yù)緊。(14)氣缸墊裝配,選擇規(guī)格與氣缸體一致的氣缸墊。(15)將氣門罩蓋在氣缸蓋和配氣機構(gòu)上部。(16)氣缸蓋兩側(cè)分別安裝進氣管和排氣管,圓形孔為進氣,方形孔為排氣。(17)其他系統(tǒng)及附件裝配。
(三)實驗方法
用戶登錄進入發(fā)動機裝配工藝虛擬仿真實驗系統(tǒng),除組件認知模塊和裝配準備模塊外,實驗裝配模塊要求用戶需要通過所學知識按照順序進行發(fā)動機組件的裝配。同時,在裝配過程中進行重要知識點的鞏固、相關(guān)裝配工藝規(guī)程問題的考核。以氣缸套裝配為例,進行實驗裝配說明,如圖2所示。
結(jié)論:發(fā)動機裝配工藝虛擬仿真實驗主要圍繞認知組件、裝配準備、實驗裝配三模塊進行,采用虛實結(jié)合、自主學習和交流的實驗教學方法。(1)實驗系統(tǒng)可拓展成機型可變,參數(shù)自定義的靈活裝配訓練;(2)通過對發(fā)動機關(guān)鍵零部件進行“模塊化—特征化—參數(shù)化”的建模,實現(xiàn)發(fā)動機整機裝配的多樣性、工藝參數(shù)的靈活性,加深對裝配工藝的理解和應(yīng)用;(3)通過“多層次、模塊化”的實驗系統(tǒng)設(shè)計,開展發(fā)動機整機裝配工藝實驗實訓的多樣化服務(wù)。
參考文獻:
[1]楊杰,孫丹楓,張麗娟,葛晶.汽車檢測與維修虛擬仿真實驗教學資源建設(shè)[J].時代汽車,2020(23):21-25.
[2]梁彩云,李宏新,隋巖峰,欒旭,石峰.航空發(fā)動機虛擬采辦的構(gòu)建和發(fā)展設(shè)想[J].系統(tǒng)仿真學報,2020,32(12):2485-2493.
(中北大學能源動力工程學院?030051)