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

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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[1][2]；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[3][4]。以上两种方法对不同举升机构需重新编程或建模，

2、因而效率低、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1．1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、

3、前推连杆式、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。1．2系统体系结构设计为了保

4、证系统能达到总体目标的要求，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

5、于平台的使用、维护和扩充。1．3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

6、出模块得到设计结果，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。1．4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2．1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

7、直接修改ADAMS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