張 楠

（營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營口 115000）

0 引言

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

1 建立裝載機工作裝置的立體模型

建立裝載機工作裝置的立體模型所遵循的原則是盡量簡化圖形［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。在進行具體的建模時要注意根據(jù)圖形的不同形狀來選擇建模方式，利用Pro／Engineer軟件建模主要是對圖形進行拉伸、旋轉(zhuǎn)以及掃描等操作，最終形成裝載機工作裝置的立體模型［4］。

2 虛擬樣機的裝配

裝載機工作裝置是一種多桿件的機構(gòu)，傳統(tǒng)虛擬樣機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工作裝置的精準度得以保證，但是其效率較低。本文中使用Pr o／Engineer軟件進行裝配的方法比較簡單，動臂連接前車架、動臂連接鏟斗、液壓缸缸筒連接前車架以及搖桿連接動臂的方式都是利用“銷軸”來進行約束，而液壓缸活塞桿連接缸筒、液壓缸活塞桿連接動臂、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”進行約束。另外一些輔助零件，如銷釘或是后車架等均是利用“匹配”或是“插入”等方式來進行約束，此約束方法是一種剛性連接［5］。所有部件連接好后整個裝載機工作裝置的虛擬樣機就裝配完成了。此虛擬樣機裝配時鏟斗及動臂并不需要進行移動，使得整個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工作裝置的虛擬樣機主要是以ZL05為原型，裝配好的裝載機工作裝置虛擬樣機見圖1。

圖1 裝載機工作裝置虛擬樣機

3 虛擬樣機的動態(tài)模擬

虛擬樣機裝配好后，就可以利用Pro／Engineer軟件進行動態(tài)模擬及分析，其動態(tài)模擬及分析流程見圖2。

圖2 工作裝置動態(tài)模擬與分析流程

3.1 虛擬樣機的動態(tài)模擬

裝載機工作裝置主要有6種工況，分別是鏟斗鏟掘后收斗過程、運輸過程、動臂舉升過程、鏟斗卸料過程、動臂下降過程和動臂下降至鏟掘位置時鏟斗的自動放平過程。6種工況的工作是靠6種不同的伺服電機來完成的，將6個不同的伺服電機安裝在鏟斗連接動臂以及動臂連接機架的鉸接點上。

對伺服電動機的收斗、舉臂、翻斗、收斗、降臂和翻斗時的運行時間進行設(shè)置，運行時間的設(shè)置使得各伺服電動機的運行更有序，確定了其運動關(guān)系。最后利用Pr o／Engineer軟件對整個動態(tài)模擬過程進行捕捉就能做成一個完整的動畫影片以仔細觀察裝載機工作裝置的整個運動狀態(tài)。仿真得到的裝載機工作裝置的6種工況見圖3。

圖3 裝載機工作裝置的6種工況

3.2 虛擬樣機的干涉檢查

對裝載機工作裝置進行干涉檢查的目的是為了對裝載機工作裝置工作時其連桿機構(gòu)可能會出現(xiàn)運動干涉及其“死點”的位置進行檢查及分析，以保證工作裝置正常、穩(wěn)定運行。利用Pr o／Engineer軟件進行干涉檢查的流程如下：①點擊“Mechanism”菜單中的“回放”，對虛擬樣機的動態(tài)仿真模擬進行回放以觀察各桿件之間的運動關(guān)系；②在彈出的“回放”對話框中可看到結(jié)果集，選擇運動名稱和干涉模式，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針對所選的運動名稱點擊“播放”并選擇“全局干涉”進行干涉檢查及分析。若有桿件在運動時有干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，那么Pro／Engineer軟件就會有相應(yīng)的提示，并在干涉區(qū)進行加亮以方便修改。在本實驗中，利用Pr o／Engineer軟件進行干涉檢查發(fā)現(xiàn)此裝載機工作裝置并無干涉問題。

3.3 虛擬樣機的仿真結(jié)果

在此利用Pr o／Engineer軟件中的Mechanis m模塊進行運動仿真分析。點擊“測量”就可建立一個或是多個分析測量特征，其對于某個桿件的運動分析結(jié)果主要用一條曲線或是一組曲線來表示。

運動仿真的步驟如下：①點擊Mechanis m模塊中的“測量”命令；②在彈出的對話框中對“圖形類型”進行選擇，在此先點擊“測量與時間”，然后點擊“結(jié)果集”，選擇運動名稱，并點擊“創(chuàng)建新測量”；③在彈出的對話框中選擇測量類型，點擊“點或連接軸”，關(guān)閉對話框切至“測量結(jié)果”；④選擇要進行展示的“測量”曲線就會有相應(yīng)的測量曲線輸出，當然也可以將一組測量曲線輸出于同一坐標下。根據(jù)裝載機工作裝置的特征，一般可設(shè)置8個鉸接點（具體見圖1）。圖4為連桿與搖桿之間的鉸接點A的角位移曲線。

圖4 連桿與搖桿鉸接點A的角位移

由圖4中我們可以看出，此鉸接點的運動狀態(tài)與所設(shè)計的初始條件相符，其曲線也與其運動狀況相吻合?？梢娎肞r o／Engineer軟件有利于設(shè)計的改善，提高裝載機工作裝置的性能。

4 結(jié)語

本文利用Pro／Engineer軟件建立了裝載機工作裝置的模型，通過對虛擬樣機動態(tài)模擬而使得工作裝置的內(nèi)部運動狀況直觀地展現(xiàn)在人們面前，可以及時發(fā)現(xiàn)裝置中的問題并加以解決，完善了裝載機工作裝置的設(shè)計，保障了裝載機工作裝置的可靠運行。

［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，2009（2）：18-19.

［2］丁錦宏，吳國慶.Pro／E軟件在新產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用［J］.機械制造與自動化，2010（4）：45-46.

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

［4］高秀華，李炎亮.機械三維動態(tài)設(shè)計仿真技術(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運動學(xué)仿真和有限元分析［M］.北京：人民郵電出版社，2009.