基于虚拟样机技术的牵引机牵引装置数字仿真-研究

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1、第一章绪论1．1工程背景及研究意义高压输电线路的敷设是我国一项非常重要的基础建设，建设高效、优质的输电网络是关系到国计民生的重要工程目标。架线施工是高压输电线路敷设工程中的关键工序之一，而施工中主要采用的关键技术就是张力架线技术。与传统的机械牵引放线和人工放线相比，张力架线技术的优越性显著，采用张力放线，可大大提高工效，加快工程进度，也显著提高了工程质量。采用张力架线的施工方法可使导线或电缆在带有一定张力的情况下展放，不触及地面和任何跨越物，防止了磨损导线的可能性，’大大减少了线路投入运行后的电晕损失；

2、可明显节省人力，减轻施工人员的劳动强度：采用张力架线，跨越带电线路时，被跨越的线路可以不停电或少停电，跨越江河时可以不封航或半封航，减少停电损失和封航损失：采用张力架线还可以减少对农作物和森林的伤害：采用张力架线，使导线在展放过程中保持一定的张力，相当于对导线施加了预拉应力，使他产生初伸长，从而减少导线安装完毕后的儒变现象。保证了紧线后导线驰度的精确性和稳定性【1J。1．1．1开展牵引机研究的重要。陛电力布线牵引机和张力机是在张力架线过程中必备的两种机械设备。除了电力布线工程以外，牵引机还适用于桥梁、管

3、道等的预制梁、管道及电缆铺装的牵引，具有广阔的应用前景。世界上各发达国家如美、德、日、加等园均具有设计制造该种设备的能力，而我国对于牵、张力机的研究才刚起步。牵引机复杂的结构给设计和制造带来了很多的困难。目前，国内使用的牵、张力设备大都是简单的模仿国外产品，大型牵引机仍然是较多地依靠从国外进口，价格昂贵且多为拖车式，施工定位和转场时需要耗费较多的人力物力。因此，研制安全、易用、性能稳定的液压自行驶式牵、张力设备并不断对其进行优化就成为目前急需解决的一项重要课题。1．1．2虚拟样机技术的引入机械产品的开发

4、过程是包括产品的设计、建造和测试在内的一系列的过程。在设基于虚拟样机技术的牵引机晕引装置数字仿真研究计完成后，为了验证设计，通常要制造物理样机进行试验，这些试验有时是破坏性的，往往需要花费大量的人力和物力。当通过试验发现缺陷后，必须回头修改原有设计并再次进行样机验证。只有通过周而复始的设计一试验—设计过程，产品爿’能达到要求的性能吼这一过程非常冗长，特别对于像牵引机这样的大型工程机械，其工作环境恶劣，施工场所经常跨越山地、水域等，给产品的试验带来很大的困难，甚至根本无法对样机进行实验，这就使产品质量得不

5、到保障。在竞争的市场背景下，基于物理样机的传统设计试验方法严重地制约了产品质量的提高、成本的降低和对市场的占有。面对市场的瞬息万变，如何实现牵引机的快速改进与完善?怎样在有效提高产品质量的同时减少产品的设计成本?如何克服试验条件不足带来的困难呢?针对这些问题，本文引入了基于虚拟样机技术(ⅥrtualPrototype，简称VP)的研究方法，对液压自行驶式牵引机进行设计和仿真研究。图l—l影响产品投放市场时间的因素1．1．3课题研究的意义本课题针对企业需求提出了对液压自行驶式牵引机的研究，符合我国输变电设

6、备发展趋势和国内市场需求，是我国电力线路敷设过程中的关键技术之一，具有较高的理论及应用研究价值。液压自行驶式牵引机将工程车辆和拖车式牵引机结合起来，具有体积小，能自身行驶，转场和就位灵活方便等优点，具有较好的市场前景和广阔的推广应用价值。利用虚拟样机技术对牵引机进行建模和动力学、运动学仿真研究，可以在不制造物理样机的前提下对已有的设计结果进行分析研究，免除了设计人员到恶劣的施工环境进行物理样机试验的麻烦，对于缩短产品开发时间，降低设计成本、提高产品质量以及便于网络协同等方面都具有重要意义。除了对牵引机主

7、要工作机构进行了建模仿真之外，本文在课题研究中还探索了柔性体建模及仿真的方法，为虚拟样机技术在复杂产品设计过程中的应用提供了一个新的实例。济南大学硕士学位论文1_2国内外研究现状1_2．1国外研究状况虚拟样机仿真技术是随着工程问题的逐渐复杂、计算机技术以及虚拟现实技术的发展应运而生的，它给用户和设计者提供了更加逼真的仿真过程，这为复杂机构的设计研究提供了可能，同时也为方案论证提供了有力的依据【3】。‘20世纪60年代至70年代，美国的R．E．罗伯森、T’R．凯恩，德国的J．维登伯格等人先后提出了解决负载

8、系统动力学问题的方法。到80年代，CAD／cAM／cAE技术开始进入实用阶段，虚拟样机技术也得到了新的发展。航空航天领域对机构系统的高性能要求推动了复杂系统的虚拟样机仿真技术的研究【4]。美国国家航空航天局(NAsA)的智能综合环境(IntelIigentsynthesisEnvironment，lsE)的目的就是要利用前沿技术构建通用的分布式协同虚拟环境，将地理上分布的科学家和工程技术人员联系起来，开发多领域知识的虚拟样机系统口】。199