導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇虛擬樣機(jī)技術(shù)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

③中國93593部隊(duì)，三河 065200）

（①Unit 75240 of PLA，Chaozhou 521000，China；②Unit 65370 of PLA，Changchun 130000，China；

③Unit 93593 of PLA，Sanhe 065200，China）

摘要： 為有效解決虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)通用、共享和跨平臺重用的問題，借鑒IETM的S1000D標(biāo)準(zhǔn)以數(shù)據(jù)模塊方式組織數(shù)據(jù)這一思想，構(gòu)建了基于IETM虛擬維修數(shù)據(jù)模型。經(jīng)應(yīng)用證明，基于IETM的虛擬維修數(shù)據(jù)模型有利于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)文檔。

Abstract： To provide effective support for currency, communion and transplantation of Virtual Maintenance Training System, the Virtual Maintenance Data Model was designed based on Interactive Electronic Technology Manual. According to the data module of S1000D, the data model was built. The application showed that the model was useful for data standardization and technology document publishing of the Virtual Maintenance Training System.

關(guān)鍵詞 ： 虛擬維修數(shù)據(jù)模型；交互式電子技術(shù)手冊；維修過程

Key words： Virtual Maintenance Data Model；Interactive Electronic Technology Manual；maintenance process

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0230-02

作者簡介：石永亮（1986-），男，陜西寶雞人，助理工程師，主要研究方向?yàn)檠b備虛擬維修。

0 引言

虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)與交互式電子技術(shù)手冊（Interactive Electronic Technology Manual, IETM）在裝備知識與維修素材等數(shù)據(jù)方面基本一致。

本文主要研究如何借鑒IETM的S1000D標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)虛擬維修數(shù)據(jù)模型（Virtual Maintenance Data Model, VMDM），解決虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)中數(shù)據(jù)重用和共享問題。

1 IETM簡介

IETM的概念最先是由美軍提出來的，其定義是從事武器裝備系統(tǒng)的故障診斷和維護(hù)保障工作所需要的一組信息包，其中的信息內(nèi)容和格式均以最優(yōu)方式進(jìn)行了組織和編排，以便于最終用戶通過數(shù)字屏幕以交互方式使用。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)屬美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-PRF-87269和歐洲標(biāo)準(zhǔn)ASD S1000D。

2 基于IETM的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)

S1000D作為IETM在裝備全生命周期保障方面的重要標(biāo)準(zhǔn)，在其標(biāo)準(zhǔn)下制作的交互式電子技術(shù)手冊可以存儲大量的裝備保障數(shù)據(jù)，不僅包括文本、圖標(biāo)、圖片信息，還包括視頻、音頻等多媒體信息，以及和用戶進(jìn)行交互的信息。因此借鑒IETM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)S1000D設(shè)計(jì)VMDM層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括了虛擬維修訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)、虛擬樣機(jī)數(shù)據(jù)和工具設(shè)備數(shù)據(jù)。

2.1 維修過程VMDM 過程VMDM設(shè)計(jì)如圖2所示，數(shù)據(jù)標(biāo)記的具體含義以及其所包含內(nèi)容的定義如下。

2.1.1 procedural元素 procedural元素是描述整個(gè)虛擬維修訓(xùn)練過程的根元素，由若干個(gè)嵌套的子元素和相應(yīng)的屬性構(gòu)成，具有的屬性包括維修過程起始步驟編號startId、用來判斷維修過程是否結(jié)束的步驟編號endId、進(jìn)行本次維修訓(xùn)練的維修操作人員姓名的operatorName以及維修人員編號operatorId，同時(shí)描述人員所應(yīng)該具有的維修水平、技能skillLevel。

2.1.2 step元素 step是具體維修訓(xùn)練步驟元素，是可以重復(fù)、并列的元素，它有四個(gè)屬性值：partStateType屬性表示樣機(jī)對象子單元的運(yùn)動屬性，主要包括平移運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和復(fù)合運(yùn)動三種；stepId表示維修過程中的當(dāng)前維修步驟編號；name表示當(dāng)前維修操作的名稱；partname表示本次維修操作的樣機(jī)對象單元名稱，該名稱與虛擬維修樣機(jī)模型中對該部件的命名一致。

2.2 工具/設(shè)備VMDM 工具/設(shè)備模型設(shè)計(jì)如3所示，數(shù)據(jù)標(biāo)記的具體含義以及其所包含內(nèi)容的定義如下。

2.2.1 tool_Equipments tool_Equipments元素是工具/設(shè)備數(shù)據(jù)模型的根元素。

2.2.2 toolList toolList元素用來描述工具/設(shè)備，是可以重復(fù)的、并列出現(xiàn)的非空元素，具有三個(gè)屬性值和一個(gè)元素：toolpackageName描述專用工具包的名稱；toolname屬性值為工具設(shè)備的名稱；toolId屬性值為工具/設(shè)備型號編碼；pic元素描述設(shè)備工具的名稱、型號、在工具欄中的布局以及二維圖標(biāo)文件的存儲路徑等。

2.3 虛擬樣機(jī)VMDM 虛擬樣機(jī)，根據(jù)運(yùn)動方式，分為平移運(yùn)動樣機(jī)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動樣機(jī)和復(fù)合運(yùn)動（旋轉(zhuǎn)＋平移）樣機(jī)。本文以復(fù)合運(yùn)動樣機(jī)為例，進(jìn)行介紹。

復(fù)合運(yùn)動樣機(jī)單元VMDM設(shè)計(jì)如圖4所示。

transRotate元素是描述復(fù)合運(yùn)動樣機(jī)單元對象信息的根元素，由若干嵌套的Parts子元素構(gòu)成。Parts元素是可重復(fù)、并列出現(xiàn)的非空元素，具有以下屬性：①ID屬性。②PartID屬性。③partname屬性，為相對應(yīng)樣機(jī)單元漢語名稱。相關(guān)子元素有endXposition元素、endYposition元素、endZposition元素、attributeToObject以及attachToObject描述的內(nèi)容與平移樣機(jī)信息單元模型中所提及元素的內(nèi)容相同、類型相同。AxisRotate元素、rotateDegree元素，與旋轉(zhuǎn)類平移樣機(jī)信息單元模型中所提及的內(nèi)容相同、類型相同。transScale元素描述虛擬維修樣機(jī)單元在復(fù)合運(yùn)動過程中平移段的步長。rotateScale元素描述在復(fù)合運(yùn)動過程中的旋轉(zhuǎn)平移段的步長。length元素描述典型對象單元如螺釘?shù)拈L度，proportion元素描述旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與位移的比例關(guān)系。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

某型復(fù)雜裝備虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，基于上述方法建立VMDM，如圖5所示，編輯完成的系統(tǒng)能夠進(jìn)行，使得系統(tǒng)的推廣使用變得更為方便。

4 結(jié)束語

本文參考IETM的S1000D標(biāo)準(zhǔn)對于內(nèi)容數(shù)據(jù)模型的組織方法，設(shè)計(jì)了基于IETM的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架以及虛擬維修數(shù)據(jù)模型，并利用XML Schema設(shè)計(jì)了虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，包括維修訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)模型、工具/設(shè)備數(shù)據(jù)模型、以及樣機(jī)對象單元數(shù)據(jù)模型，并分析了模型中各個(gè)元素及屬性的具體描述含義，最后進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宏亮.基于IETM的虛擬維修系統(tǒng)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[2]李星新.虛擬維修訓(xùn)練的模型研究與通用平臺實(shí)現(xiàn)[D].石家莊：軍械工程學(xué)院博士論文，2010，06.

篇2

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

On the Virtual Prototype Technology and its Modeling and Simulation

HUANG Di

（Huazhong University of Science and Technology Wenhua College， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract Virtual prototyping technology to computer technology as the basis， a comprehensive multi-disciplinary technology to provide technical support for the design and evaluation of the product life cycle. Designers can achieve product design and product characterization in a virtual environment， so that it can respond quickly to market requirements， thus breaking the traditional design approach， shorten design time， saving design capital. This paper describes the machinery involved in modeling and simulation， control， and co-simulation areas， collaborative modeling and simulation methods needed for the final collaborative modeling from single to multiple disciplines and areas of the implementation process.

Key words virtual prototype； modeling； simulation

0 引言

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)歷了串、并行開發(fā)，到基于虛擬樣機(jī)的開發(fā)過程。而開發(fā)過程中解決多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計(jì)的有效途徑就涉及到了虛擬樣機(jī)技術(shù)。它的設(shè)計(jì)開發(fā)涉及機(jī)械、可視化、協(xié)同仿真、數(shù)據(jù)庫等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，它提供一種加快機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程新的技術(shù)方法和支持環(huán)境。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的概述

1.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義

虛擬樣機(jī)是在CAD/CAM/CAE和物理樣機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它包含有所有產(chǎn)品的關(guān)鍵特征。

它是以一定關(guān)系模擬一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)，在一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域模型上，依賴不同子系統(tǒng)的集成，采用計(jì)算機(jī)輔助的方法，以達(dá)到認(rèn)識現(xiàn)實(shí)或輔助設(shè)計(jì)的目的。

1.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢和局限性

在機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，若采用實(shí)物驗(yàn)證的方法的傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)。首先是對產(chǎn)品進(jìn)行局部設(shè)計(jì)，加工出物理樣機(jī)，再進(jìn)行調(diào)試，再對其各種行為進(jìn)行評估。若不滿足使用要求則選擇返回修改設(shè)計(jì)，然后再加工出新的樣機(jī)，如此反復(fù)評估直至滿足所需要求為止。

虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟相差不大，主要差別是虛擬樣機(jī)技術(shù)集合各個(gè)領(lǐng)域的理論和技術(shù)在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行建模與仿真，它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，能夠?qū)Ξa(chǎn)品使用、制造、維護(hù)等行為進(jìn)行評估分析，優(yōu)化產(chǎn)品性能指標(biāo)，保證設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品能夠達(dá)到制造、使用和維護(hù)的要求，并且它的修改直接改變建模的數(shù)據(jù)即可。因此，虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢在于：縮短了研發(fā)周期、節(jié)約研發(fā)資本、實(shí)現(xiàn)資源共享。

但是，虛擬樣機(jī)技術(shù)涉及的學(xué)科領(lǐng)域太廣，技術(shù)復(fù)雜，給設(shè)計(jì)者提出了很高的要求，而且，對于一些復(fù)雜的問題的計(jì)算上無法得到精確的解，只能是盡量的將誤差控制在允許的范圍內(nèi)，所以技術(shù)本身的不成熟和不完善也在一定程度上制約了它的發(fā)展。而且在對產(chǎn)品進(jìn)行建模時(shí)，很難建立理想的、完整的模型，因此虛擬樣機(jī)始終無法取代物理樣機(jī)。①

1.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)的支撐環(huán)境及關(guān)鍵技術(shù)

圖1 虛擬樣機(jī)支撐環(huán)境框架

虛擬樣機(jī)的開發(fā)和設(shè)計(jì)當(dāng)中，在每一個(gè)階段都涉及到多個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，比如在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就涉及到CAD/CAM/CAE等CAX技術(shù)和DFX技術(shù)，在產(chǎn)品特性分析階段涉及到機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)等相關(guān)技術(shù)，而在分析結(jié)果的時(shí)候又涉及到可視化技術(shù)和動畫技術(shù)。因此，虛擬樣機(jī)技術(shù)需要強(qiáng)大的支撐環(huán)境來保證這些相關(guān)技術(shù)的操作和相互之間的數(shù)據(jù)交流平臺，其所需要的支持環(huán)境框圖如圖1②所示

在這些支撐環(huán)境中，存在一些關(guān)鍵技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展情況直接影響著整個(gè)支撐環(huán)境的發(fā)展。比如多領(lǐng)域的協(xié)同仿真――“建模-仿真-評估/優(yōu)化”一體化平臺、高層建模技術(shù)、仿真模型庫構(gòu)建與管理技術(shù)以及分布式協(xié)同仿真技術(shù)等。

1.4 虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬仿真技術(shù)在美國、德國等一些發(fā)達(dá)國家早已被廣泛地應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)品的涉及由簡單的照相機(jī)快門技術(shù)到龐大的工程機(jī)械技術(shù)，如John Deere 公司通過虛擬樣機(jī)技術(shù)找到了在重載下工程機(jī)械的自激振動問題的原因，并提出了改進(jìn)方案，這同樣在虛擬樣機(jī)上得到了驗(yàn)證。

國外的虛擬樣機(jī)技術(shù)已走向商業(yè)化，美國機(jī)械動力學(xué)公司的機(jī)械系統(tǒng)自動動力學(xué)分析軟件ADAMS是目前比較有影響力的軟件。其中ADAMS占據(jù)了市場的50 % 以上，其它軟件的還有Folw3D、ANSYS 等等。

國內(nèi)的企業(yè)虛擬樣機(jī)技術(shù)主要是集成現(xiàn)成的國外軟件應(yīng)用上，如PRO/E、ADAMS、ANSYS 等，國內(nèi)企業(yè)對國外軟件的依賴性強(qiáng)。有些單位會為了滿足設(shè)計(jì)分析的需要而采用對市場上現(xiàn)有軟件進(jìn)行二次開發(fā)。

2 虛擬樣機(jī)的模型建立

2.1 虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)原理

作為研究動態(tài)系統(tǒng)行為的有效方法，虛擬樣機(jī)涉及幾何信息，同時(shí)虛擬樣機(jī)系統(tǒng)具有運(yùn)動模擬、操作模擬和動力學(xué)模擬等物理邊界條件，提供人機(jī)交互虛擬現(xiàn)實(shí)三維場景的工具。其一般設(shè)計(jì)原理可歸結(jié)為如圖2所示。

圖2 虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)原理圖

2.2 機(jī)電產(chǎn)品的功能模型分析

影響此類機(jī)電產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)方法是在功能邏輯上的構(gòu)成方式和在物理上的組成方式。在物理組成上，機(jī)電一體化產(chǎn)品包含機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)電接口、運(yùn)動系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等多種電子、機(jī)械零部件。③

將機(jī)電一體化產(chǎn)品劃分為控制子系統(tǒng)、廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、檢測子系統(tǒng)、傳感及信息處理的是上海交通大學(xué)的鄒慧君教授，④這就是所謂的三子系統(tǒng)論。如圖3所示：

圖3 機(jī)電系統(tǒng)的三子系統(tǒng)的組成及其關(guān)聯(lián)

圖4 廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)建模步驟框圖

2.3 廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的建模與求解

廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)主要包括驅(qū)動元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分，它們的建模與求解主要分為幾何建模、物理建模、數(shù)學(xué)建模、數(shù)值求解和結(jié)果分析，其步驟如圖4所示。

幾何建模，主要是建立所設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的幾何模型，它可以用幾何造型軟件Pro/E、UG等導(dǎo)入，也可以由ADAMS幾何造型模塊構(gòu)造，但有些軟件之間的相互導(dǎo)入需要接口模塊，例如Pro/E與ADAMS之間需要MECHANISM/Pro借口模塊來實(shí)現(xiàn)無縫連接。⑤

物理建模，形成表達(dá)系統(tǒng)力學(xué)特性的物理模型，對幾何模型施加外力或外力矩、運(yùn)動學(xué)約束、力元（內(nèi)力）、驅(qū)動約束等物理模型要素。

數(shù)學(xué)建模，由物理模型組裝成系統(tǒng)運(yùn)動方程中的拉格朗日坐標(biāo)或笛卡爾坐標(biāo)建模方法創(chuàng)建各系數(shù)矩陣，得到系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

2.4 控制子系統(tǒng)的建模與求解

可以利用MATLAB建立控制模型。驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動通常有開環(huán)方式和閉環(huán)方式兩種，開環(huán)方式是在驅(qū)動器與執(zhí)行末端之間建立約束關(guān)聯(lián)，執(zhí)行末端為反向運(yùn)動學(xué)驅(qū)動；而閉環(huán)方式是以期望參考信號與傳感器探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較從而得到控制信號。連續(xù)――離散混合信號處理的運(yùn)動控制模型就是采用閉環(huán)控制方式。

2.5 協(xié)同建模

控制實(shí)現(xiàn)的多學(xué)科協(xié)同與多體動力學(xué)的建?？梢栽贏DAMS/ Controls 模塊中的與控制仿真軟件的接口上。它首先導(dǎo)出ADAMS動力學(xué)模型，然后導(dǎo)出動力學(xué)模型到控制仿真環(huán)境最后構(gòu)建動力學(xué)一控制集成模型。

3 虛擬樣機(jī)的仿真實(shí)現(xiàn)

在建立共享的集成模型基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真運(yùn)行，有基于MATLAB 和基于ADAMS 兩種解算方式：⑥

3.1 基于ADAMS的方式

求解線性或非線性的結(jié)果在在ADAMS 環(huán)境中虛擬樣機(jī)控制子模型的共享模型進(jìn)行仿真運(yùn)行。

3.2 基于MATLAB的方式

機(jī)械動力學(xué)解算通過在MATLAB 環(huán)境中植入的ADAMS 模塊控制運(yùn)用解算控制仿真軟件求解器，它們通過S函數(shù)（S-function）或狀態(tài)空間（state -space）進(jìn)行接口變量的聯(lián)系，在MATLAB/ Simulink 中觀察并輸出仿真曲線，同時(shí)，可以觀察到虛擬樣機(jī)的三維仿真運(yùn)行動畫和生成仿真結(jié)果數(shù)據(jù)文件。

4 小結(jié)

虛擬樣機(jī)技術(shù)為機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)支持環(huán)境和新的方法，它與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，縮短了研發(fā)周期、節(jié)約研發(fā)資本，實(shí)現(xiàn)資源共享、提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此它目前廣泛用于汽車制造、航空航天、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。

整個(gè)虛擬樣機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵是虛擬樣機(jī)的仿真和實(shí)現(xiàn)，從單個(gè)領(lǐng)域的建模仿真到多個(gè)領(lǐng)域的協(xié)同仿真，從幾何建模到物理建模到數(shù)學(xué)建模到數(shù)值求解再到結(jié)果分析，這一系列的過程涉及到多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。因此，要做好虛擬樣機(jī)技術(shù)，一方面要依賴于其本身技術(shù)的發(fā)展，另一方面則要求設(shè)計(jì)者本身具備過硬的專業(yè)技術(shù)知識以及配置完備的團(tuán)隊(duì)。

參考文獻(xiàn)

① 李丹，李印川.虛擬樣機(jī)技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀.機(jī)械，2008（6）總第35卷：2-3.

② 寧芊.機(jī)電一體化產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同建模與仿真技術(shù)研究.四川大學(xué)博士畢業(yè)論文，2006：21-22.

③ B.Jung，M.Latoschik， I. Wachsmuth： Knowledge- Based Assembly Simulation for Virtual Prototype Modeling. IECON'98- Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society， Vol. 4， IEEE，1998：2152-2157.

篇3

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0089-02

一、前言

隨著科技的快速發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)已由原來的賣方市場轉(zhuǎn)化為買方市場?，F(xiàn)代企業(yè)要在激烈的市場競爭中占有一席之地，必須解決TQCSE難題，即以快速交貨T（Time）、高質(zhì)量Q（Quality）、低成本C（Cost）、優(yōu)質(zhì)服務(wù)S（Service）和保護(hù)環(huán)境E（Environment）來滿足不同客戶的需求，快速響應(yīng)市場需求。

虛擬樣機(jī)技術(shù)是20世紀(jì)80年展起來的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，是以虛擬樣機(jī)模型代替物理樣機(jī)，在計(jì)算機(jī)模擬物理樣機(jī)的運(yùn)行。近年來，虛擬樣機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為機(jī)械專業(yè)方向研究生以上層次人才的必修課程。用戶可以利用ADAMS軟件或使用其他三維軟件建立虛擬樣機(jī)模型后，導(dǎo)入ADAMS軟件，通過添加各種約束、驅(qū)動或接觸力進(jìn)行動態(tài)仿真，模擬物理樣機(jī)的運(yùn)行。通過ADAMS強(qiáng)大的后處理功能生成各種曲線、動畫等，進(jìn)而了解設(shè)計(jì)的復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動性能，為物理樣機(jī)的試制提供理論依據(jù)。在大學(xué)本科教學(xué)中開展ADAMS的教學(xué)工作，采用ADAMS多體動力學(xué)仿真軟件對機(jī)械原理中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維運(yùn)動仿真后驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，觀察主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度、加速度等數(shù)據(jù)變化情況，可以使學(xué)生更好地理解機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)中的相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，能運(yùn)用ADAMS軟件對其所設(shè)計(jì)的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，培養(yǎng)和提高學(xué)生的設(shè)計(jì)分析能力，為畢業(yè)后能盡快適應(yīng)專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。

二、面向產(chǎn)業(yè)需求，開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課程

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)是桂林理工大學(xué)機(jī)械工程與控制工程學(xué)院重點(diǎn)發(fā)展的優(yōu)勢和核心專業(yè)。每年大學(xué)新生入學(xué)時(shí)，都需要進(jìn)行專業(yè)導(dǎo)論課程教育。為了將一些現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及理論傳授給新生，面向裝備制造業(yè)的發(fā)展需求，教師在講授專業(yè)導(dǎo)論的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，會將歷年學(xué)生所做的優(yōu)秀仿真作品進(jìn)行動畫演示。為了進(jìn)一步加深學(xué)生對虛擬樣機(jī)技術(shù)的理解，相關(guān)教師還會組織學(xué)生參觀桂林市內(nèi)在虛擬仿真技術(shù)使用較多、較為成功的行業(yè)領(lǐng)頭企業(yè)，如桂林大宇客車有限公司、桂林橡膠機(jī)械廠等大型企業(yè)。企業(yè)工程師會結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)，將一些典型案例采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場演示，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬樣機(jī)的興趣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

三、學(xué)習(xí)ADAMS動力學(xué)仿真軟件，貫穿專業(yè)課程教學(xué)過程

我校機(jī)械專業(yè)在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)中，利用ADAMS軟件三維建模技術(shù)、形象的動畫展示功能以及強(qiáng)大的后處理功能，將機(jī)械原理課程中一些常用機(jī)構(gòu)，如平面四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動情況進(jìn)行動態(tài)仿真，彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足帶來的問題。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中還可以了解到現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法高效、快捷的特點(diǎn)，并從中感受到ADAMS軟件在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的魅力。以凸輪設(shè)計(jì)為例，教師講授凸輪廓線的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通常是圖解法和解析法。傳統(tǒng)的圖解法作圖過程煩瑣、精度不高；解析法雖能獲得很高精度，但須花費(fèi)大量的時(shí)間與精力建立精確的數(shù)學(xué)模型及編制計(jì)算程序。顯然，上述兩種方法都存在難以實(shí)際操作的缺點(diǎn)，使得學(xué)生很難真正理解。通過ADAMS，則可以直接模擬凸輪的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)，設(shè)計(jì)簡單、直觀，還可以使凸輪運(yùn)動起來。通過ADAMS的強(qiáng)大的后處理功能，可測量出從動件的運(yùn)動規(guī)律與給定運(yùn)動規(guī)律的擬合程度，圖1是采用直接法設(shè)計(jì)凸輪的全過程?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的引入，可讓學(xué)生體會到先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)越性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

四、利用ADAMS搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺

為加深學(xué)生對枯燥無味的理論知識的理解，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動提供了一個(gè)真實(shí)直觀、可以動手操作的平臺。工程技術(shù)人員利用虛擬仿真技術(shù)，可以在虛擬環(huán)境中模擬真實(shí)的機(jī)器運(yùn)行，觀測各構(gòu)件的相互運(yùn)動及受力情況，不斷調(diào)整設(shè)計(jì)方案后進(jìn)行仿真試驗(yàn)，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，直到獲得較為滿意的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以后再投入人力和物力制造物理樣機(jī)，從而大幅降低新產(chǎn)品的開發(fā)費(fèi)用，提高產(chǎn)品開發(fā)效率及縮短產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期。為了進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)ADAMS的積極性，如在大學(xué)生科技競賽、創(chuàng)新大賽、機(jī)器人大賽、學(xué)院組織的ADAMS大賽等一系列競賽活動中，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，在計(jì)算機(jī)上利用ADAMS動力學(xué)仿真軟件對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡、速度變化規(guī)律、加速度變化規(guī)律及受力分析等做一個(gè)前期試驗(yàn)，并在虛擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后再加工出物理樣機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。利用ADAMS強(qiáng)大的后處理功能，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，與計(jì)算機(jī)仿真得到的結(jié)果進(jìn)行對比分析，找出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、理論數(shù)值和仿真結(jié)果之間的差距，改進(jìn)虛擬樣機(jī)模型或調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，并對一些優(yōu)秀作品給予物質(zhì)獎勵(lì)。通過上述一系列活動，可加深學(xué)生對常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的構(gòu)造和運(yùn)動原理的掌握，提高分析問題和解決問題的能力。

五、熟練使用ADAMS仿真軟件，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生即將結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)生涯的最后在校學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是對大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識的一次全面檢驗(yàn)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)生將機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識綜合運(yùn)用于設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過畢I設(shè)計(jì)的磨煉，他們的工程實(shí)踐能力、分析問題和解決問題的能力有了提高，學(xué)校的辦學(xué)水平和人才的培養(yǎng)能力也得到了提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生即將走上新工作崗位的一個(gè)重要過渡。為了進(jìn)一步提高學(xué)生使用ADAMS軟件的能力，根據(jù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)課題選題實(shí)際情況，教師可在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中增加ADAMS虛擬仿真分析技術(shù)，提升畢業(yè)論文的檔次。

W生在開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的初期，可在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下查閱相關(guān)文獻(xiàn)，運(yùn)用已掌握的相關(guān)專業(yè)知識，通過原理構(gòu)思進(jìn)行初步設(shè)計(jì)后，利用相關(guān)軟件建立一個(gè)粗略的虛擬樣機(jī)模型，利用ADAMS軟件對方案進(jìn)行動態(tài)仿真，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡、速度（角速度）、加速度（角加速度）或機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中所受的力（力矩）與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，通過對仿真結(jié)果和理論值的比較，找出問題的癥結(jié)，對模型或理論分析進(jìn)行修正，并再次進(jìn)行仿真。之后，在仿真的基礎(chǔ)上，對各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并確定最終方案，最后采用三維CAD軟件對模型進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，導(dǎo)出二維圖紙。通過這樣一個(gè)設(shè)計(jì)、仿真、分析的過程，較為真實(shí)地模擬了機(jī)械新產(chǎn)品開發(fā)的全過程，學(xué)生按照這個(gè)模式進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)能力和畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量可以有較大提高，為即將走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

六、結(jié)束語

虛擬樣機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不斷地體現(xiàn)了優(yōu)越性。為提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，通過專業(yè)導(dǎo)論課程教育、創(chuàng)新大賽、專業(yè)學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等一系列活動，可將ADAMS仿真技術(shù)融入系列的教學(xué)活動中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)理論知識的同時(shí)，能熟練使用ADAMS軟件解決一些具體工程實(shí)際問題。并在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中使用ADAMS模擬機(jī)械新產(chǎn)品開發(fā)的全過程，使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量有了較大提高，增強(qiáng)就業(yè)核心競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭衛(wèi)東.Adams的教學(xué)探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2013，5，22（增刊1）：439-444.

[2]劉曉敏，趙云偉.ADAMS軟件實(shí)踐教學(xué)方法研究[J].高教學(xué)刊，2015，（16）：165-167.

Application of ADAMS in Practice-Teaching Reform of Mechanical Professional

SHEN Zhong-hua1，2，CHEN Jing1，2

篇4

1、引言

機(jī)械產(chǎn)品全壽命設(shè)計(jì)是衡量產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平先進(jìn)與否的重要指標(biāo)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)過程迫切需要通過工程分析手段預(yù)測產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可靠性。近年來研究人員試圖將虛擬設(shè)計(jì)思想更多地融人到復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)中，借助工程分析軟件對計(jì)算機(jī)中虛擬的產(chǎn)品樣機(jī)進(jìn)行應(yīng)力分布、疲勞壽命和可靠性設(shè)計(jì)等，大大提高了可靠性設(shè)計(jì)水平。

利用國外先進(jìn)有限元軟件豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用項(xiàng)目組成員進(jìn)行的42CrMo硬齒面齒輪的彎曲疲勞可靠性試驗(yàn)及資料，提出該硬齒面齒輪的結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計(jì)方法，由虛擬零部件疲勞工作的情況快捷地得到應(yīng)力一壽命(S一N)曲線，推知其疲勞壽命大樣本，以供可靠性分析設(shè)計(jì)使用。

2、結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計(jì)方法

2.1結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計(jì)軟件

進(jìn)行產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計(jì)首先需要構(gòu)造產(chǎn)品虛擬樣機(jī)，目前國內(nèi)外比較成熟實(shí)用的樣機(jī)幾何造型CAD軟件有AutoCAD， Pro/E等，同時(shí)還有可以進(jìn)行各種系統(tǒng)仿真分析的多體運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)軟件ADAMS， SIMPACK等。

目前國際知名的通用有限元工程分析軟件大多可完成對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析、疲勞壽命測試及壽命概率分析的功能，目前見長的軟件有ANSYS，MSC/Fatigue， MSC/Nastran，考慮虛擬環(huán)境的CFX及FLUENT。近年來，樣機(jī)的運(yùn)動、動力學(xué)及疲勞分析技術(shù)正處于逐漸深人和系統(tǒng)化階段，但有許多重要內(nèi)容要填補(bǔ)，如虛擬環(huán)境的融入、幾何造型、動力學(xué)、疲勞分析技術(shù)的集成及開放式。

2.2疲勞壽命預(yù)測方法

多年來人們發(fā)展了各種疲勞壽命預(yù)測方法，其中名義應(yīng)力壽命法(S-N法)、局部應(yīng)變法(E-N法)與基于斷裂力學(xué)理論的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命方法，已成為三種經(jīng)典的疲勞壽命預(yù)測方法。

(1)名義應(yīng)力壽命法(S-N法)

名義應(yīng)力壽命法通常稱為總壽命法。該方法用于構(gòu)件總壽命的預(yù)測，是以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎(chǔ)的。該方法可以考慮構(gòu)件表面加工和表面處理對其疲勞壽命的影響，也可以考慮構(gòu)件焊縫的疲勞壽命，適用于低應(yīng)力高周疲勞問題。

(2)局部應(yīng)變法(E-N法)

局部應(yīng)變壽命法通常稱為裂紋萌生法。該方法用于預(yù)測構(gòu)件的裂紋萌生壽命。它應(yīng)用了材料的“記憶特性”，計(jì)人了名義應(yīng)力無法計(jì)及的載荷循環(huán)順序的影響，使壽命估算結(jié)果更接近實(shí)際情況，適用于高應(yīng)變低周疲勞問題。

(3)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命方法

基于斷裂力學(xué)理論的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命方法主要用于預(yù)測構(gòu)件從裂紋產(chǎn)生到發(fā)生破壞的疲勞壽命。該方法結(jié)合模擬材料微觀結(jié)構(gòu)變形的數(shù)值方法，是數(shù)值模擬斷裂的主要發(fā)展方向之一。

3、在硬齒面齒輪彎曲疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用

根據(jù)項(xiàng)目要求對42CrMo材質(zhì)的硬齒面齒輪進(jìn)行了彎曲疲勞可靠性全壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)在機(jī)械部機(jī)械科學(xué)研究院英國產(chǎn)INSTRON1603型電磁諧振疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。采用4級應(yīng)力水平，即作4組不同應(yīng)力的輪齒全壽命大樣本試驗(yàn)，得到了硬齒面齒輪定壽命下的R-S-N曲線(見圖4中實(shí)線部分)。本文以此試驗(yàn)為研究基礎(chǔ)，進(jìn)行42CrMo硬齒面齒輪的結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，得到了虛擬試驗(yàn)的各應(yīng)力水平下疲勞壽命數(shù)據(jù)，即S-N曲線。

3.1三維幾何造型設(shè)計(jì)

三維CAD軟件為構(gòu)造精準(zhǔn)的零部件虛擬幾何造型設(shè)計(jì)打下軟件基礎(chǔ)。42CrMo硬齒面齒輪是斜齒圓柱齒輪按漸開線形成的，為從齒輪的造型機(jī)理開始就嚴(yán)格遵循漸開線齒面生成和加工機(jī)理，應(yīng)用三維虛擬造型軟件MDI公司的ADAMS能在幾何形體上展成曲面和使曲面扭曲變形的功能，開發(fā)出以法平面標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形為基準(zhǔn)的斜齒模擬加工過程。

3.2疲勞載荷譜分析

載荷譜是有限壽命設(shè)計(jì)的依據(jù)之一。因此，掌握載荷譜的變化規(guī)律是進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)的先決條件。通常，載荷譜是由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并經(jīng)數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析獲得。現(xiàn)場采集的載荷時(shí)間歷程具有很大的隨機(jī)性，并且因現(xiàn)場各種因素如開關(guān)信號、電磁干擾等影響，會造成原始信號記錄失真，出現(xiàn)偽信號。齒輪結(jié)構(gòu)所承受的疲勞載荷，實(shí)際上是一連續(xù)的隨機(jī)過程，借助動力學(xué)分析軟件Adams平臺，可直接給出機(jī)械構(gòu)件在整個(gè)裝置工作過程中的疲勞載荷譜F-t曲線(見圖2)，以此作為理論分析和結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3.3有限元分析軟件中的應(yīng)力分析

建立一對輪齒的有限元模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，模型主要為六節(jié)點(diǎn)五面體單元，單元總數(shù)為63359個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為15213個(gè)。這樣有利于單元自動生成，有利于提高計(jì)算精度。有限元計(jì)算中，齒輪材料的彈性模量為4. 6 x 107MPa，波松比為0.3。

由有限元法(FEM)分析計(jì)算出隨機(jī)動載荷譜下輪齒在嚙合過程中最大動應(yīng)力齒輪的位置、數(shù)值及周期。

3.4基于斷裂力學(xué)的疲勞裂紋壽命預(yù)測

斷裂力學(xué)是在承認(rèn)裂紋存在的前提下進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算(即微裂紋形成忽略)，失效判據(jù)是裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)發(fā)生疲勞斷裂，應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度可用以下關(guān)系表示

對裂紋半長a的積分求出裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，即疲勞壽命。計(jì)算N時(shí)，應(yīng)力強(qiáng)度因子幅}k、裂紋初始半長a1、裂紋半長極限值a2由式(1)計(jì)出。其中:c為與材料有關(guān)的系數(shù)，a為幾何效應(yīng)因子，山為復(fù)應(yīng)力變化范圍。

3.5虛擬試驗(yàn)結(jié)果分析

以實(shí)作齒輪試驗(yàn)的4級應(yīng)力水平作虛擬疲勞試驗(yàn)，求得各應(yīng)力水平下的疲勞壽命數(shù)據(jù)，這樣可用最小二乘法得出待試驗(yàn)材料齒輪的S一N曲線。

圖4虛線部分為42CrMo材料齒輪采用上述虛擬技術(shù)所作的S一N曲線，試驗(yàn)中取5個(gè)壽命水平N= 0.5 x 1護(hù)，1.0 x 1護(hù)，1.5 x 1護(hù)，2.0 x 1護(hù)，2.5 x 1護(hù)的應(yīng)力分布。與圖4中實(shí)線部分的實(shí)作齒輪試驗(yàn)S一N曲線對比可知，虛擬試驗(yàn)得到的S一N曲線與實(shí)際齒輪高可靠度下的S一N曲線比較接近，有一定的參考價(jià)值。

4、結(jié)語

篇5

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0104-01

隨著技術(shù)的進(jìn)步，作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的仿真模擬技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以多種學(xué)科理論為指導(dǎo)，利用相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬試驗(yàn)的方法來解決問題的技術(shù)。隨著工程機(jī)械產(chǎn)品競爭日益激烈。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開發(fā)成本。在這種需求下，以仿真技術(shù)為代表的技術(shù)成為工程領(lǐng)域一種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段。運(yùn)用仿真設(shè)計(jì)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從實(shí)際對象的物理模型出發(fā)。設(shè)置不同的激勵(lì)信號，利用相應(yīng)曲線，即可對系統(tǒng)進(jìn)行辨識?？梢栽诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和評估產(chǎn)品的性能方面，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。工程中的技術(shù)問題首先是要仿真技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)

對于需要研究的對象，計(jì)算機(jī)一般是不能直接認(rèn)知和處理的，這就要求為之建立一個(gè)既能反映所研究對象的實(shí)質(zhì)，又易于被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型將研究對象的實(shí)質(zhì)抽象出來，計(jì)算機(jī)再來處理這些經(jīng)過抽象的數(shù)學(xué)模型，并通過輸出這些模型的相關(guān)數(shù)據(jù)來展現(xiàn)研究對象的特質(zhì)，當(dāng)然，這種展現(xiàn)可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認(rèn)識研究對象。模型是進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的核心。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型根據(jù)時(shí)間關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型、連續(xù)時(shí)間動態(tài)模型、離散時(shí)間動態(tài)模型和混合時(shí)間動態(tài)模型；根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式可劃分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型。通過這個(gè)關(guān)系還可以看出，數(shù)學(xué)建模的精準(zhǔn)程度是決定計(jì)算機(jī)仿真精度的最關(guān)鍵因素。從模型這個(gè)角度出發(fā)，可以將計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)分為三個(gè)大的步驟：模型的建立、模型的轉(zhuǎn)換和模型的仿真實(shí)驗(yàn)。所謂模型的轉(zhuǎn)換，即是計(jì)算機(jī)語言轉(zhuǎn)換成能夠處理的形式，“仿真模型”是新的系統(tǒng)，利用已有的仿真軟件，如鑄造過程就常用ADSMS軟件來進(jìn)行仿真。將仿真模型載入計(jì)算機(jī)進(jìn)行使用。

2 計(jì)算機(jī)仿真在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

2.1 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)是綜合多學(xué)科的技術(shù)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)和控制理論為核心，運(yùn)用成熟的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)將部件集成在一起，建立機(jī)械系研究的問題，根據(jù)仿真所要達(dá)到的目的抽象出一個(gè)確定的系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)的邊界條件和約束條件，利用各種相關(guān)學(xué)科的知識，把所抽象出來的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)的表達(dá)式描述出來，描述的內(nèi)容，傳統(tǒng)的仿真就是針對單個(gè)子系統(tǒng)的仿真，而仿真技術(shù)則是強(qiáng)調(diào)整體的優(yōu)化，它通虛擬環(huán)境的耦合，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評估，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，直到獲得最優(yōu)化的效果，所以子系統(tǒng)之間的協(xié)同求解，應(yīng)該快速地建立控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等虛擬樣機(jī)。的運(yùn)用目前市場上一批成熟的分析軟件有ANSYS、PATRAN等。運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真軟件可采用ADAMS軟件。控制系統(tǒng)仿真軟件可采用MATLAB軟件。通過三維模型和運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)仿真軟件ADAMS中進(jìn)行分析，對控制方案進(jìn)行仿真。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)可擺脫對物理樣機(jī)的依賴，給企業(yè)帶來高的經(jīng)濟(jì)效益，高效的研發(fā)手段促使產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)降低，提高生產(chǎn)效率，通過虛擬樣機(jī)找到組織生產(chǎn)，使產(chǎn)品制造和市場競爭方面更具靈活性，同時(shí)克服企業(yè)資源的局限性，將具有開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)組成一個(gè)臨時(shí)的企業(yè)聯(lián)盟。仿真技術(shù)必將成為工程機(jī)械領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)的主流。

2.2 機(jī)械加工仿真

機(jī)械加工過程，是利用計(jì)算機(jī)仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機(jī)理，為提高機(jī)械性能。在機(jī)械的磨削方面，采用時(shí)間變化的描述磨削過程的各個(gè)數(shù)學(xué)模型，通過優(yōu)化和虛擬磨削創(chuàng)造了必要的前提，在銑削方面，建立多齒端銑切削過程動力學(xué)模型，開發(fā)切削振動仿真的微機(jī)通用軟件，得出了端銑切削振動的原理和條件。電火花加工的工藝仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化。建立了連續(xù)擠壓的計(jì)算機(jī)仿真模型，通過模擬連續(xù)擠壓全過程的應(yīng)力場、應(yīng)變場和溫度場。

2.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真

了解了機(jī)構(gòu)需要設(shè)定的運(yùn)動副情況后，進(jìn)行運(yùn)動仿真。新建一個(gè)運(yùn)動學(xué)仿真，創(chuàng)建連桿，根據(jù)各部件相互運(yùn)動方式需建立7個(gè)連桿，對模型的材料特性進(jìn)行加載，定位每個(gè)運(yùn)動副的時(shí)間函數(shù)，在一個(gè)周期內(nèi)完成所有的運(yùn)動。向機(jī)構(gòu)添加一定的外載荷，使整個(gè)機(jī)構(gòu)工作在真實(shí)的工程狀態(tài)下，機(jī)構(gòu)的兩連桿之間，模擬兩個(gè)零件之間的彈性連接。根據(jù)運(yùn)動驅(qū)動的形式，取料機(jī)械手采用恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動，采用恒轉(zhuǎn)速調(diào)速，要求必須設(shè)定運(yùn)動時(shí)間和解算步數(shù)，機(jī)構(gòu)做運(yùn)動仿真分析時(shí)，需要詳細(xì)記錄整個(gè)仿真零件的位移距離，適當(dāng)縮短機(jī)械加工產(chǎn)品開發(fā)周期，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能具有積極的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]曾芬芳.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù).上海：上海交通大學(xué)出版社，1997.

[2]姜虹，朱文海等.結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)協(xié)同并行設(shè)計(jì)技術(shù)研究.美國MDI公司2001年ADAMS中國用戶年會會議論文.

篇6

中圖分類號：U415.52+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

根據(jù)對目前壓實(shí)度檢測系統(tǒng)的研究，要實(shí)現(xiàn)振動壓路機(jī)對壓實(shí)度的實(shí)時(shí)檢測技術(shù)一般需要利用壓路機(jī)振動輪的某一動態(tài)響應(yīng)值來間接反映路基壓實(shí)度的變化。此次仿真研究的目的就是利用虛擬樣機(jī)技術(shù)模擬垂直振動壓路機(jī)的振動壓實(shí)試驗(yàn)，測量振動輪在碾壓代表不同壓實(shí)度路基模型時(shí)的垂直振動加速度幅值，為建立路基壓實(shí)度和振動輪加速度幅值之間的對應(yīng)關(guān)系提供數(shù)據(jù)支持。

1 垂直振動壓實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

（1）垂直振動壓路機(jī)的振動輪在激振機(jī)構(gòu)的帶動下產(chǎn)生的垂直方向上的定向振動，對被壓實(shí)材料不會產(chǎn)生水平方向上的干擾力。垂直振動壓路機(jī)施工過程中不會在振動輪的行駛方向上產(chǎn)出擁土，道路的表面沒有松散層和裂紋出現(xiàn)，因此避免了傳統(tǒng)振動壓實(shí)之后還需要使用靜碾壓路機(jī)進(jìn)行碾壓的施工環(huán)節(jié)，施工效率在同等條件下提高了 3 倍。

（2）垂直振動壓實(shí)之后，得到的鋪層材料壓實(shí)度均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，密封性好。垂直振動還能夠確保瀝青和骨料混合物具有更好的均勻性和良好的道路表面粗糙度。

（3）垂直振動壓路機(jī)適用于各種壓實(shí)材料及工況，廣泛應(yīng)用于砂土、土石填方、瀝青混合料以及水泥混凝土的混合料，其作業(yè)時(shí)的擊實(shí)能量沿道路的表面垂直向下傳遞，具有很小的道路表面波動，因此施工過程中對周圍的環(huán)境影響較小，具有一定的環(huán)保意義。

2垂直振動壓實(shí)仿真的理論分析

垂直振動壓路機(jī)壓實(shí)路基數(shù)學(xué)模型的建立是基于以下假設(shè)的：

（1）振動壓路機(jī)的減振系統(tǒng)和隨振的壓實(shí)材料被認(rèn)為是彈簧—阻尼單元，而且彈簧--阻尼認(rèn)為是沒有質(zhì)量的；

（2）假設(shè)垂直振動壓路機(jī)的振動輪和所有相關(guān)的機(jī)架均為剛性體，而且將它們看成是具有一定質(zhì)量的集中質(zhì)量塊；

垂直振動壓路機(jī)在高頻低幅或者低頻高幅下進(jìn)行工作時(shí)，其它機(jī)械參數(shù)是不變的，只有路基材料的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)發(fā)生變化，從振動輪垂直振動加速度的推導(dǎo)結(jié)果也可以看出壓路機(jī)在工作時(shí)振動輪的垂直加速度和代表壓實(shí)材料的剛度和阻尼有關(guān)。

振動輪在壓實(shí)過程中的動力學(xué)響應(yīng)與被壓實(shí)材料的壓實(shí)度有著緊密的聯(lián)系，振動輪在垂直方向的振動加速度響應(yīng)和壓實(shí)材料的剛度正相關(guān)，與阻尼負(fù)相關(guān)。隨著壓實(shí)度的增加，代表壓實(shí)材料的剛度增大，阻尼減小，因此垂直振動壓路機(jī)振動輪的垂直振動加速度和壓實(shí)度是正相關(guān)的，而且這種規(guī)律具有普遍性不因?yàn)楸粔簩?shí)材料的改變而不同。因此，在ADAMS 利用虛擬樣機(jī)模擬振動壓實(shí)試驗(yàn)，以測量振動輪垂直振動加速度的基頻幅值來反映壓實(shí)材料的壓實(shí)度是可行的。

3垂直振動壓路機(jī)的壓實(shí)仿真模擬

在垂直振動壓路機(jī)的施工過程中，壓實(shí)材料的物理特性是不斷變化的，而在仿真環(huán)境下壓實(shí)材料的這種變化是通過材料本構(gòu)模型物理參數(shù)的改變來描述的。振動壓實(shí)系統(tǒng)動力學(xué)模型中的剛度和阻尼只是壓實(shí)材料的模擬參數(shù)，其數(shù)值是大都是通過經(jīng)驗(yàn)來確定，不能通過土工試驗(yàn)來測定，在描述壓實(shí)材料的物理性能上存在很多的不足。而在 ANSYS 中以本構(gòu)模型為理論基礎(chǔ)建立起的路基仿真模型更接近于路基真實(shí)的物理性能。

通過改變路基材料在不同壓實(shí)度下本構(gòu)模型中物理參數(shù)的值建立起同種路基材料的不同仿真模型，構(gòu)成多組振動壓實(shí)仿真模型模擬實(shí)際的振動壓實(shí)試驗(yàn)。每一組模型完成一次仿真之后即可獲得在不同壓實(shí)度下的振動輪垂直振動加速度，通過幅頻變換得到其在基頻下的加速度幅值。垂直振動壓路機(jī)的虛擬樣機(jī)工作參數(shù)為振幅 2mm，激振頻率為 29Hz，行走速度為 3km/s。某路基材料不同壓實(shí)度下本構(gòu)模型的基本物理參數(shù)如表 1 所示。

表1 路基材料的基本物理參數(shù)

利用 ADAMS/View 的后處理模塊采集垂直振動壓路機(jī)的虛擬樣機(jī)在碾壓壓實(shí)度為67%的路基模型時(shí)振動輪的垂直振動加速度信號波形如圖 1~圖 2 所示。

圖 1 碾壓壓實(shí)度為 67%的路基模型時(shí)振動輪垂直振動加速度信號

圖 2振動輪垂直振動加速度信號的頻譜圖

從振動輪加速度信號的波形圖可以看出：隨著路基模型壓實(shí)度的不斷增加，振動輪的垂直振動加速度信號的幅值也在不斷增大，這與理論分析和相關(guān)文獻(xiàn)的論述是相符合的；從圖 5-8 振動輪垂直振動加速度信號的頻譜圖可知讀取振動輪振動的基頻為 29Hz，這與振動輪的激振頻率是一致的，說明 ADAMS/View的后處理模塊能對虛擬振動壓實(shí)的振動信號進(jìn)行準(zhǔn)確的采集，所建立的仿真系統(tǒng)也是可行的，采集的仿真數(shù)據(jù)具有一定的研究價(jià)值。

4 垂直振動壓路機(jī)的路基壓實(shí)狀態(tài)分析

垂直振動壓路機(jī)在代表不同壓實(shí)度的路基模型上進(jìn)行振動碾壓時(shí)其振動輪將會有不同垂直振動加速度響應(yīng)。表2為垂直振動壓路機(jī)虛擬樣機(jī)在碾壓不同壓實(shí)度路基模型時(shí)獲取的振動輪垂直振動加速度信號在基頻下的響應(yīng)幅值。利用基頻下振動輪垂直振動加速度的幅值對路基模型的壓實(shí)度進(jìn)行標(biāo)定50，從而實(shí)現(xiàn)利用振動輪的動態(tài)響應(yīng)來反推路基壓實(shí)度的目的。

表2 不同壓實(shí)度下振動輪垂直振動加速度的幅值

圖6 為振動輪的垂直振動加速度和路基壓實(shí)度之間的對應(yīng)關(guān)系，振動輪垂直振動加速度在基頻下的幅值和路基壓實(shí)度之間通過數(shù)據(jù)擬合建立起的線性關(guān)系式為：

Y=2.617x-65.821；R2=0.9731 （1）

式中：y—路基壓實(shí)度；x—振動輪垂直振動加速度幅值；R—相關(guān)系數(shù)。

這種檢測方法實(shí)現(xiàn)了對路基壓實(shí)度更全面的檢測，能夠更好的控制施工質(zhì)量，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)被壓實(shí)路段存在的缺陷，避免了人工檢測工作量大和測點(diǎn)不足容易出現(xiàn)漏檢的問題。

5結(jié)束語

論文實(shí)現(xiàn)了垂直振動壓路機(jī)壓實(shí)路基的仿真過程，測得了振動壓路機(jī)的振動輪在碾壓不同壓實(shí)度的路基模型時(shí)在垂直方向上的振動加速度，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算的結(jié)論建立起了振動輪垂直振動加速度和路基模型壓實(shí)度之間的線性關(guān)系式，為建立振動輪動態(tài)響應(yīng)和路基壓實(shí)度之間的關(guān)系提供了一種仿真方法。

參考文獻(xiàn)

篇7

中圖分類號：TD421.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

Abstract： The paper analyzes various design and research literature on hydraulic rock drills in China， enumerates major arguments in some related papers， points out the imperative problems， and puts forward academic and policy-related advice on the R&D of the hydraulic rock drills industry in China.

Keywords： hydraulic； rock drill； design & research； opinion

1 我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究歷史回顧

我國液壓鑿巖機(jī)的研制起步非常早，距今已近50年。我國液壓鑿巖機(jī)技術(shù)研究也很早，二十世紀(jì)七十年代，我國長沙礦冶研究院等就翻譯了大量國外液壓鑿巖機(jī)專利和論文，七十年代后期，我國作者撰寫了大量液壓鑿巖機(jī)的技術(shù)論文，直到現(xiàn)在，關(guān)于液壓鑿巖機(jī)的論文與專利仍然不斷出現(xiàn)在各類期刊與網(wǎng)絡(luò)上。

我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究方面的論文，有博士論文，碩士論文，學(xué)士論文，有期刊論文，也有網(wǎng)絡(luò)論文，在整個(gè)液壓鑿巖機(jī)技術(shù)論文中，占據(jù)了很大一部分。

估計(jì)有20個(gè)高等學(xué)校（其中包括3所師范大學(xué)）和近10個(gè)研究院所的作者發(fā)表過液壓鑿巖機(jī)技術(shù)論文，其中大部分是關(guān)于液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究方面的論文。專利文獻(xiàn)更是與液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。可見，液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究在我國并非冷門。

我國液壓鑿巖機(jī)的技術(shù)論文與設(shè)計(jì)研究論文大量產(chǎn)出。與此形成鮮明對比，我國液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品發(fā)展很緩慢，獨(dú)立開發(fā)的產(chǎn)品，很少能在市場站住腳。

2 我國液壓鑿巖機(jī)文獻(xiàn)的分類

2.1 研究型論文

2.1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算型論文

此類論文數(shù)量多。

設(shè)計(jì)計(jì)算型論文包括了仿真計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)，活塞間隙優(yōu)化設(shè)計(jì)，蓄能器設(shè)計(jì)優(yōu)化，換向閥設(shè)計(jì)優(yōu)化，活塞緩沖設(shè)計(jì)，釬尾緩沖設(shè)計(jì)，沖擊頻率調(diào)節(jié)方法等等。

博士、碩士、學(xué)士的論文幾乎全部屬于此類。高校與研究院所作者的論文大都屬于此類。此類論文數(shù)量多。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)研究型論文

實(shí)驗(yàn)研究型論文包括實(shí)驗(yàn)方法介紹，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器介紹，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目介紹，測試結(jié)果與測試曲線分析，誤差分析等等。

此類論文中介紹實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法的較多。專門介紹液壓鑿巖機(jī)測試結(jié)果與曲線，并且進(jìn)行分析的論文較少，大多散見于設(shè)計(jì)計(jì)算論文中，作為計(jì)算正確性的證明。

高校與研究院所作者有些論文屬于此類，此類論文數(shù)量不多。

2.1.3 材料熱處理研究型論文

材料熱處理研究型論文包括活塞、釬尾的選材與熱處理，銅套的選材等等。關(guān)于活塞、釬尾的選材與熱處理的論文較多，關(guān)于其他零件的論文數(shù)量少。

2.1.4 加工工藝型論文

加工工藝型論文包括鑿巖機(jī)主要零件的機(jī)加工的設(shè)備，工裝夾具，量具與測量方法，工序與工藝步驟，怎樣保證尺寸精度與位置精度，等等，大概是技術(shù)保密的原因，此類論文數(shù)量極少。

2.2 綜述型論文

2.2.1 產(chǎn)品品種型號綜述型論文

產(chǎn)品品種型號綜述型論文包括當(dāng)時(shí)國內(nèi)外液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品的廠家，系列，型號，主要性能參數(shù)等等。

此類論文數(shù)量較多，但大多是介紹阿特拉斯、山特維克公司的液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品，介紹國內(nèi)產(chǎn)品的較少。

2.2.2 產(chǎn)品歷史發(fā)展綜述型論文

產(chǎn)品歷史發(fā)展綜述型論文包括介紹國內(nèi)外液壓鑿巖機(jī)歷史發(fā)展，產(chǎn)品型號推出的年代，市場情況等等， 此類論文數(shù)量不多，但大多是介紹蒙特貝塔、阿特拉斯、山特維克公司的液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品歷史，介紹國內(nèi)產(chǎn)品歷史的較少。

2.2.3 產(chǎn)品技術(shù)綜述型論文

產(chǎn)品技術(shù)綜述型論文包括液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)類型，技術(shù)進(jìn)展，等等。此類論文數(shù)量少而且內(nèi)容重復(fù)較多。

2.2.4 產(chǎn)品市場調(diào)研分析指導(dǎo)型論文

產(chǎn)品市場調(diào)研分析指導(dǎo)型論文包括當(dāng)時(shí)國內(nèi)使用的液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品的主要型號，市場保有量，年銷售量與銷售額，備件銷售量與銷售額，市場的細(xì)分，將來市場的趨勢預(yù)測，市場對液壓鑿巖機(jī)的性能與技術(shù)要求。

此類論文很重要，對于國家的產(chǎn)業(yè)政策和企業(yè)的產(chǎn)品規(guī)劃指導(dǎo)意義很大。

此類論文數(shù)量極少，幾乎沒有，倒是在網(wǎng)絡(luò)上各種市場調(diào)查公司的廣告不少，只提供提綱，具體內(nèi)容要付費(fèi)才能提供。

由于我國缺乏市場液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品銷售數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，要寫出高可信度的此類論文，必然要花費(fèi)巨大的人力財(cái)力，只靠個(gè)人或一個(gè)單位的力量難以完成，最好有行業(yè)組織與行政力量的參與。

2.3 使用維修型論文

2.3.1 產(chǎn)品使用方法型論文

產(chǎn)品操作方法型論文包括鑿巖機(jī)沖擊壓力，旋轉(zhuǎn)壓力，推進(jìn)壓力的優(yōu)化匹配，鉆頭直徑與旋轉(zhuǎn)速度的匹配，操作方法等等。

此類論文數(shù)量不多，有北京科技大學(xué)高瀾慶教授等的論文“液壓鑿巖機(jī)主要工作參數(shù)對鑿巖速度影響的試驗(yàn)研究”，有廣東省水利水電第二工程局梁明華論文“液壓鑿巖機(jī)旋轉(zhuǎn)速度與鑿孔直徑的關(guān)系” [1]，是鑿巖機(jī)使用實(shí)踐總結(jié)，指導(dǎo)意義更大。

2.3.1 產(chǎn)品維修與故障分析型論文

產(chǎn)品維修與故障分析型論文多數(shù)為水電工程局、鐵路隧道工程局的技術(shù)人員所寫。此類論文來源于生產(chǎn)實(shí)踐，言之有物，參考價(jià)值很大，數(shù)量不多，列舉如下：

煤科總院北京建井所黃園月、李耀武、郭孝先“液壓鑿巖機(jī)的故障分析與防治”；

廣東省水利水電第二工程局何雄彬“HDl35A和COPl238ME型液壓鑿巖機(jī)工作原理及常見故障處理” [2]；

廣東水電二局股份有限公司李同明“阿特拉斯ROCD7鉆機(jī)使用中易出現(xiàn)的問題與改進(jìn)” [3]；

李強(qiáng)“Atlas 1838型鑿巖機(jī)六種常見故障的排除”[4]；

張兆欽“COP1238鑿巖機(jī)技術(shù)特點(diǎn)及使用維護(hù)” [5]；

田華軍“HL500型液壓鑿巖機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)” [6]。

2.4 產(chǎn)品介紹型論文

2.4.1 產(chǎn)品性能介紹型論文

產(chǎn)品性能介紹型論文多為介紹阿特拉斯、山特維克公司產(chǎn)品的論文，也有少量介紹國內(nèi)海卓公司產(chǎn)品，樂清采礦機(jī)械廠的液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品的論文。

2.4.2 市場應(yīng)用報(bào)道型論文

國外作者關(guān)于液壓鑿巖機(jī)市場應(yīng)用報(bào)道型論文很多，國內(nèi)此類論文數(shù)量很少，有少量關(guān)于YYT26支腿式液壓鑿巖機(jī)工程案例，使用成本效益分析的報(bào)道。

2.5 專利文獻(xiàn)

最近的十幾年關(guān)于鑿巖機(jī)械的專利有六十多件，大都是液壓鑿巖機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的專利。尚未見到有重大影響，或產(chǎn)生效益的專利。

3 我國液壓鑿巖機(jī)技術(shù)研究的不足

3.1 鑿巖機(jī)文獻(xiàn)的五多五少現(xiàn)象

通過對我國液壓鑿巖機(jī)文獻(xiàn)的分析，我們發(fā)現(xiàn)有五多五少現(xiàn)象。

（1） 設(shè)計(jì)論文多，實(shí)驗(yàn)與工藝論文少；

（2） 研究論文多，使用維修論文少；

（3） 性能介紹型論文多，市場應(yīng)用報(bào)道型論文少；

（4） 歷史發(fā)展綜述論文多，市場調(diào)研分析指導(dǎo)型論文少；

（5） 專利多，影響小。

3.2 缺少學(xué)術(shù)交流討論

我國大概有20多年沒有開過全國性液壓鑿巖機(jī)技術(shù)方面的交流會或研討會。

我們眾多的論文作者，都是在自說自話，沒有交流，沒有討論，更沒有爭論。論文提出的論點(diǎn)，基本沒有人跟進(jìn)，進(jìn)行理論與實(shí)踐兩個(gè)方面的證明或證偽，或補(bǔ)充，只是不加評價(jià)的引用。

我懷疑，很少有人認(rèn)真閱讀這眾多的論文，如果不是博士生，碩士生，大學(xué)生因?yàn)樽霎厴I(yè)論文的需要，閱讀的人就更少了。我國關(guān)于液壓鑿巖機(jī)論文的影響力實(shí)在有限。

3.3 設(shè)計(jì)理論研究與產(chǎn)品生產(chǎn)脫節(jié)

我國大概可稱得上液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究論文數(shù)量大國，但是我國自行開發(fā)的液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品多數(shù)從市場上消失，現(xiàn)在還能在市場上站住腳，有一定銷售量的產(chǎn)品，多數(shù)為1980年代技術(shù)引進(jìn)的產(chǎn)品。這種情況至少說明我們的設(shè)計(jì)研究和產(chǎn)品生產(chǎn)是脫節(jié)的，或者說明我們的設(shè)計(jì)理論還不成熟，還要不斷改進(jìn)。

4 我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)理論的主要論點(diǎn)

4.1 關(guān)于鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論

4.1.1 三段法理論

認(rèn)為活塞往復(fù)運(yùn)動一個(gè)周期是由活塞回程加速、回程減速、沖程加速三個(gè)階段組成的。4.1.2 設(shè)計(jì)變量理論

將一個(gè)無量綱數(shù)稱為設(shè)計(jì)變量，這個(gè)無量綱數(shù)可以是：

（1） 沖程時(shí)間與活塞運(yùn)動周期之比；

（2） 活塞回程加速度與沖程加速度之比；

（3） 活塞行程與可能最大行程之比；

（4） 活塞后腔受壓面積與前腔受壓面積之比，很明顯，第四個(gè)無量綱數(shù)最直觀，最易檢驗(yàn)。

4.1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

根據(jù)以下5個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，求得一個(gè)最佳設(shè)計(jì)變量。

（1） 蓄能器容積變化的最大值最??；

（2） 蓄能器隔膜震動次數(shù)最小；

（3） 能量利用效率最高；

（4） 沖程時(shí)，最大瞬時(shí)流量最??；

（5） 回程時(shí)，最大瞬時(shí)流量最小。

4.2 關(guān)于換向閥設(shè)計(jì)理論

4.2.1 換向閥中位正開口理論

換向閥在中位時(shí)，換向閥的高壓窗口與低壓窗口都有微小開啟，叫正開口。認(rèn)為正開口有益于沖擊機(jī)構(gòu)性能改善。主張應(yīng)該采用正開口。

4.2.2 換向閥最優(yōu)行程理論

換向閥行程的選取受到閥口通流面積，換向時(shí)間與閥耗油量三重制約，存在一個(gè)優(yōu)化點(diǎn)。

4.3 關(guān)于蓄能器設(shè)計(jì)理論

4.3.1 高壓蓄能器與活塞運(yùn)動的最佳耦合理論

蓄能器的蓄油與排油量不僅與蓄能器的容積有關(guān)，而且與系統(tǒng)的工作頻率有關(guān)，如果蓄能器固有頻率選擇不合適，即使加大蓄能器容積，也不能增大蓄能器的蓄油與排油量。

在蓄能器結(jié)構(gòu)參數(shù)固定，鑿巖機(jī)進(jìn)油壓力確定的情況下，可以改變蓄能器充氣壓力來改變諧振頻率，使得系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。

這個(gè)理論是極有理論研究價(jià)值與學(xué)術(shù)價(jià)值的，是一個(gè)動態(tài)的理論，是北京科技大學(xué)首先進(jìn)行研究的，可惜無人跟進(jìn)，這方面的論文太少。

4.3.2 蓄能器一次振動理論

在活塞運(yùn)動一個(gè)周期內(nèi)，蓄能器隔膜只有一次振動。這個(gè)理論已經(jīng)包含在第4.1.2小節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論中了，這是一個(gè)靜態(tài)的理論。

4.4 關(guān)于信號孔位置

4.4.1 活塞回程換向信號孔位置的計(jì)算

這個(gè)理論是由北京科技大學(xué)與中南大學(xué)提出的，這是極其重要的計(jì)算，缺了這個(gè)計(jì)算公式，無法進(jìn)行鑿巖機(jī)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

4.4.2 活塞沖程換向信號孔位置的確定

這個(gè)理論是由北京科技大學(xué)與中南大學(xué)提出的，這也是極其重要的計(jì)算。既不能換向太早，使得撞擊釬尾時(shí)，活塞已經(jīng)被減速，也不能換向太晚，造成活塞二次打擊釬尾。

4.5 釬尾反彈緩沖動力計(jì)算

研究這個(gè)理論的有浙江大學(xué)張新等人，廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院劉智等人，中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院趙宏強(qiáng)等人，楊國平等人，難能可貴的是，張新做了實(shí)驗(yàn)研究，有實(shí)驗(yàn)曲線圖。

4.6 其他理論

（1）活塞密封間隙與長度優(yōu)化理論；

（2） 活塞空打緩沖結(jié)構(gòu)計(jì)算；

（3） 沖擊頻率無級調(diào)節(jié)自動換擋理論。

以上3種理論均有，就不一一論述了。

5 我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究亟待解決的問題

5.1 換向閥的結(jié)構(gòu)尺寸問題

（1） 換向閥中位負(fù)開口的優(yōu)缺點(diǎn)分析；

（2） 最優(yōu)負(fù)開口量的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；

（3） 換向閥最優(yōu)行程理論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5.2 活塞與缸體結(jié)構(gòu)尺寸問題

（1） 活塞前后腔面積的確定及優(yōu)化；

（2） 活塞回程換向信號孔位置的確定；

（3） 最優(yōu)沖程換向信號孔位置計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5.3 蓄能器與活塞運(yùn)動的最佳耦合理論

研究蓄能器隔膜的動態(tài)頻率響應(yīng)，蓄能器最佳充氣壓力的計(jì)算。

5.4 釬尾反彈緩沖系統(tǒng)動力計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

不但研究緩沖機(jī)構(gòu)本身，進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，更要研究釬尾反彈緩沖系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，將緩沖機(jī)構(gòu)，釬具與緩沖液壓油路作為一個(gè)系統(tǒng)，研究緩沖活塞的頻率響應(yīng)，緩沖液壓系統(tǒng)是否能有效吸收釬尾反彈的能量，又是否能迅速將釬頭重新抵緊巖石。

5.5 鑿巖機(jī)反打系統(tǒng)動力計(jì)算

既要研究反打機(jī)構(gòu)本身，進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算。更要將反打機(jī)構(gòu)與反打液壓油路作為一個(gè)系統(tǒng)，研究反打活塞的位移，運(yùn)動速度與沖擊能量。

5.6 零件的氣蝕與腐蝕問題

（1）活塞前后腔氣蝕問題的計(jì)算與解決方法；

（2）鑿巖機(jī)殼體聯(lián)接平面點(diǎn)蝕的原因與預(yù)防。

6 我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究的學(xué)術(shù)建議

6.1 反求法

對國外高端液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的分析，用反求法研究鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式與方法。反求法基本屬于歸納法，反求法需要統(tǒng)計(jì)多臺高端液壓鑿巖機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)越多，代數(shù)計(jì)算公式越接近實(shí)際，設(shè)計(jì)指導(dǎo)作用越大。這方面的工作似乎還沒有人去做。

6.2 驗(yàn)證法

將我們國內(nèi)的設(shè)計(jì)理論，如用最佳設(shè)計(jì)變量理論，換向閥最優(yōu)行程理論，蓄能器設(shè)計(jì)理論，分析國外高端液壓鑿巖機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸、充氣壓力等參數(shù)，檢驗(yàn)是否符合我們的理論。如果大致符合，則驗(yàn)證了我們理論的正確性，如果相差很大，則要尋找原因。

6.3 代數(shù)計(jì)算公式研究

6.3.1 液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究方法的分類

理論分析與公式計(jì)算，實(shí)驗(yàn)研究，計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真是鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究的三駕馬車。

三段法，最佳設(shè)計(jì)變量等屬于理論分析計(jì)算。

理論分析與公式計(jì)算是鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)，是實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值計(jì)算的的基礎(chǔ)與指導(dǎo)。

6.3.2 液壓鑿巖機(jī)代數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式的建立

公式計(jì)算必須將鑿巖機(jī)的物理（實(shí)際）模型簡化為力學(xué)模型，再進(jìn)一步簡化為數(shù)學(xué)模型，再簡化為代數(shù)公式。簡化必須是合理的，不能與力學(xué)模型有大的矛盾和沖突。

在不斷的簡化中，必然有失真，這時(shí)就要用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)去校正。這方面我們還有許多工作要做，對每一結(jié)構(gòu)類型的鑿巖機(jī)，都可以研究出一套基本通用的計(jì)算公式。

6.3.3 液壓鑿巖機(jī)代數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式的輸入輸出

代數(shù)公式計(jì)算輸入的是沖擊能，沖擊頻率，沖擊末速度，進(jìn)油壓力， 輸出的是活塞質(zhì)量，活塞前后受壓面積，活塞行程，信號孔位置，閥的結(jié)構(gòu)尺寸，閥行程，開口量，鑿巖機(jī)進(jìn)油流量等等。

6.4 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)研究

6.4.1 液壓鑿巖機(jī)實(shí)驗(yàn)的分類

在理論分析指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究是必不可少的，我們的力學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型是否正確，簡化是否合理，都需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。數(shù)值仿真計(jì)算就更需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了。

這里所說的實(shí)驗(yàn)主要是鑿巖機(jī)內(nèi)部機(jī)理實(shí)驗(yàn)，也可是型式實(shí)驗(yàn)，而不是出廠實(shí)驗(yàn)。

6.4.2 液壓鑿巖機(jī)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范

實(shí)驗(yàn)的各種條件，包括樣機(jī)，液壓系統(tǒng)，測量方法，儀器儀表，都應(yīng)該是明確的，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)該是真實(shí)的，可重復(fù)的，重復(fù)實(shí)驗(yàn)的誤差應(yīng)該進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)與參加人應(yīng)該注明。

6.5 數(shù)值計(jì)算研究

6.5.1 數(shù)值計(jì)算的定義

數(shù)值計(jì)算就是虛擬樣機(jī)技術(shù)，因此數(shù)學(xué)模型要盡可能逼近力學(xué)模型與物理模型，數(shù)值計(jì)算需要輸入的數(shù)據(jù)很多，需要詳細(xì)的鑿巖機(jī)圖紙數(shù)據(jù)，否則不能稱之為虛擬樣機(jī)。

數(shù)值計(jì)算又叫動態(tài)仿真，我國在數(shù)值計(jì)算方面的論文太多了。有基于AMESim的仿真，基于Simulink的動態(tài)仿真，基于MATLAB的計(jì)算機(jī)仿真，準(zhǔn)勻加速度法仿真計(jì)算，鍵合圖方法仿真，等等。

6.5.2 液壓鑿巖機(jī)數(shù)值計(jì)算輸入輸出的基本要求

沖擊機(jī)構(gòu)數(shù)值計(jì)算中，進(jìn)油流量必須是輸入值，而壓力是輸出值。

數(shù)值計(jì)算輸出結(jié)果不能僅僅是沖擊能，沖擊頻率等，必須能輸出活塞運(yùn)動速度、位移，換向閥的速度、位移，活塞前后腔壓力的曲線。并且能夠描述出液壓油的空化與氣蝕現(xiàn)象。

數(shù)值計(jì)算的結(jié)果曲線應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)曲線驗(yàn)證，未經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的仿真計(jì)算是不可信的。

數(shù)值計(jì)算的結(jié)果應(yīng)該是真實(shí)的，不能弄虛作假，其他人也可以重復(fù)運(yùn)行程序。

6.5.3 液壓鑿巖機(jī)數(shù)值計(jì)算程序的基本要求

數(shù)值計(jì)算的程序應(yīng)該模塊化，數(shù)值計(jì)算需要花費(fèi)大量的精力與時(shí)間，不是一個(gè)人短時(shí)間能夠完成的，因此數(shù)值計(jì)算的程序應(yīng)該模塊化，可以由一組人員分工，進(jìn)行編寫。

數(shù)值計(jì)算程序應(yīng)該界面友好，參數(shù)的改變，應(yīng)在界面中進(jìn)行，而不應(yīng)在程序中進(jìn)行。

數(shù)值計(jì)算的模型與程序應(yīng)該是持續(xù)改進(jìn)的，和所有的計(jì)算機(jī)軟件一樣，應(yīng)該有版本號。液壓鑿巖機(jī)數(shù)值計(jì)算程序應(yīng)該通用工具化，不要搞成專用工具。不能只有作者自己用，換一個(gè)人就不能用。

6.5.3 液壓鑿巖機(jī)數(shù)值計(jì)算程序的難點(diǎn)

虛擬樣機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)浩繁的工程，但是并不是遙不可及。內(nèi)燃機(jī)的燃燒過程，牽涉到化學(xué)，燃燒學(xué)，熱學(xué)，力學(xué)，都可以做到數(shù)值仿真，并且在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中起到重要作用。沖擊機(jī)構(gòu)的數(shù)值仿真也一定能做到，但是這要求有一個(gè)精干的團(tuán)隊(duì)和一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)條件。

數(shù)值計(jì)算程序都是針對某一個(gè)特定的圖紙的，因此通用性較差。不要指望適合于單腔回油的鑿巖機(jī)，也能適合非單腔回油的鑿巖機(jī)。也不要指望適合于芯閥結(jié)構(gòu)的鑿巖機(jī)，也能適合套閥結(jié)構(gòu)的鑿巖機(jī)。這也是數(shù)值計(jì)算應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)。我們至少應(yīng)該做到，對某一相同結(jié)構(gòu)類型的液壓鑿巖機(jī)，具有通用性。

7 我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究的政策建議

7.1 以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

過去幾十年，我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究是以高校和研究所為主體的，和企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)聯(lián)系較少。事實(shí)證明，我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究進(jìn)步不大，只有以有實(shí)力的大企業(yè)為主體，廠學(xué)研結(jié)合，學(xué)校與研究所自己不搞產(chǎn)品生產(chǎn)，只為社會和企業(yè)提供知識與技術(shù)，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢，才是我國液壓鑿巖機(jī)技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展道路。

7.2 以行業(yè)協(xié)會為主體，組織技術(shù)交流

與鑿巖機(jī)的生產(chǎn)、使用有關(guān)的行業(yè)有鑿巖機(jī)械氣動工具、煤炭、礦山、鐵路、水電、冶金等等，在1980年代，礦山機(jī)械行業(yè)組織過液壓鑿巖機(jī)技術(shù)交流會， 1990年代初期， 煤炭建井行業(yè)組織過液壓鑿巖機(jī)技術(shù)交流會。

8 結(jié)語

（1）對我國液壓鑿巖機(jī)研究文獻(xiàn)進(jìn)行了分類，5大類，13個(gè)小類；

（2）分析了我國液壓鑿巖機(jī)技術(shù)研究的不足，3個(gè)方面的不足；

（3）列舉了我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)理論的主要觀點(diǎn)，6大類，13個(gè)觀點(diǎn)；

（4）列舉了我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)中亟待解決的5大類共11個(gè)問題；

（5）提出了我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究的5條學(xué)術(shù)建議；

（6）提出了我國液壓鑿巖機(jī)設(shè)計(jì)研究的2條政策建議。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁明華.液壓鑿巖機(jī)旋轉(zhuǎn)速度與鑿巖直徑的關(guān)系[J].工程機(jī)械，2001，32（6）.

[2]何雄彬.HDl35A和COPl238ME型液壓鑿巖機(jī)工作原理及常見故障處理[J].廣東水利水電，2001（8）.

[3] 李同明.阿特拉斯ROCD7鉆機(jī)使用中易出現(xiàn)的問題與改進(jìn)[J].四川水利，2004（3）.

篇8

隨著礦山設(shè)備的發(fā)展，礦用車輛輪胎機(jī)械手也不斷更新發(fā)展，逐漸向大型化，自動化方向發(fā)展，這給輪胎機(jī)械手的設(shè)計(jì)帶來了諸多的挑戰(zhàn)和難題。設(shè)計(jì)一種能夠代替人力，操作簡單，安全實(shí)用，適用于大型輪胎拆裝、搬運(yùn)需求的設(shè)備成為當(dāng)務(wù)之急。這有利于提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，保證作用安全。研究表明85%的輪胎機(jī)械手的破壞發(fā)生在連桿機(jī)構(gòu)，這種破壞主要是連桿機(jī)構(gòu)在動態(tài)載荷下發(fā)生的疲勞失效或者應(yīng)力屈服破壞。為了解決輪胎機(jī)械手連桿機(jī)構(gòu)的破壞難題，本文將對該連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)應(yīng)力仿真，考場連桿機(jī)構(gòu)在動態(tài)載荷的作用下連桿所發(fā)生的變化，并提出連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1、輪胎機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r

國外的輪胎機(jī)械手的發(fā)展已經(jīng)十分成熟。第一臺輪胎機(jī)械手由美國佩蒂伯恩公司生產(chǎn)的Super 20型輪胎夾裝機(jī)，該機(jī)械手具備更換運(yùn)輸卡車和重型設(shè)備輪胎的作用，還可以當(dāng)做叉車使用；該設(shè)備顯著的特點(diǎn)是高效，大量減少勞動量。改型輪胎機(jī)械手主要由以下幾個(gè)部分組成：前伸式夾持裝置，四輪驅(qū)動裝置，四輪空氣制動裝置和一臺GM型柴油機(jī)組成。該裝置的最大夾持承載能力在伸出時(shí)為4309kg，縮回時(shí)為6804kg，夾持裝置能夠向兩側(cè)轉(zhuǎn)動45°，叉架能夠左右移動127mm，以準(zhǔn)確完成輪胎的定位。此裝置能夠平穩(wěn)的夾起輪胎，并將輪胎準(zhǔn)確的定位在輪轂螺栓上。

同國外相比，國內(nèi)輪胎機(jī)械手發(fā)展起步比較晚，還處于生產(chǎn)小型輪胎拆裝機(jī)階段，對于大型輪胎拆裝設(shè)備的研發(fā)還很少。廣西柳工集團(tuán)生產(chǎn)的ZL40B型裝載機(jī)，使用規(guī)格為20.5-25的輪胎，充氣后質(zhì)量為0.4t，最大直徑為1.55m。該型裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)可以完成動臂的提升和鏟斗的旋轉(zhuǎn)動作。拆下鏟斗，在動臂斗銷的位置上安裝水平放置的兩只夾持臂。兩只夾持臂由液壓缸提供動力，可以實(shí)現(xiàn)張開和閉合動作。這樣，裝載機(jī)自身動臂的提升、鏟斗的旋轉(zhuǎn)外加夾持臂的開合動作就可以滿足輪胎拆裝的需求，具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2、ADMAS軟件的介紹

ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。

3、輪胎機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成

輪胎機(jī)械手的主要功能是實(shí)現(xiàn)礦山大型車輛輪胎的拆裝和搬運(yùn)。動力源為液壓缸，并要求液壓動力在適當(dāng)?shù)暮奢d下運(yùn)作，才能使液壓工作件高效、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的完成液壓元件的各項(xiàng)操作動作；而且液壓動力源的各項(xiàng)操作可以通過電液伺服控制技術(shù)使提高該系統(tǒng)的自動化控制水平。輪胎機(jī)械手可以安裝在裝載機(jī)或叉車上，利用裝載機(jī)和叉車可以將物體舉高的現(xiàn)有動作實(shí)現(xiàn)垂直地面方向的移動，輪胎機(jī)械手自身可以完成對輪胎的夾持、水平移動和兩個(gè)方向的翻轉(zhuǎn)動作以滿足大型輪胎的拆裝和搬運(yùn)過程中所需的各種動作。輪胎機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致由手盤、手臂、轉(zhuǎn)動架、平動架和固定板組成。

4、輪胎機(jī)械手工作原理

輪胎機(jī)械手的執(zhí)行是通過手臂上的兩支液壓缸的伸縮，產(chǎn)生一定的夾緊力同時(shí)對兩支手臂同步完成手臂的張開和閉合動作，其中最大的夾緊重量為5900kg，夾持距離為1092mm~4060mm；另外手臂上的手盤能夠在360°的范圍內(nèi)帶動負(fù)載以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)力矩和要求轉(zhuǎn)速由安裝在手臂的液壓馬達(dá)經(jīng)過減速器產(chǎn)生，要求旋轉(zhuǎn)過程不能發(fā)生打滑現(xiàn)象；同樣轉(zhuǎn)動架以2r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)360°，且旋轉(zhuǎn)所需的力矩是由安裝在平動架上的液壓馬達(dá)提供；而平動架在水平左右移動所需的動力又安裝在平動架和固定板之間的平動液壓缸提供，并且可以在300mm的范圍里移動；最后，整個(gè)裝置由固定板安裝在裝載機(jī)或叉車上。

5、動態(tài)應(yīng)力仿真

由研究表明，85%的輪胎機(jī)械手主要在連桿機(jī)構(gòu)處發(fā)生破壞，而破壞的原因主要是因?yàn)閯虞d荷受力不均勻，導(dǎo)致連桿機(jī)構(gòu)疲勞失效和破壞。針對連桿機(jī)構(gòu)的在動載荷下的破壞，探究桿件在受到動載荷時(shí)桿件的應(yīng)力情況。動態(tài)應(yīng)力仿真的步驟是：首先建立輪胎機(jī)械手的虛擬樣機(jī)模型；然后導(dǎo)入到動態(tài)分析軟件ADAMS中，對樣機(jī)模型進(jìn)行約束、驅(qū)動使模型模擬整個(gè)機(jī)械手的運(yùn)動；最后在ADAMS中記錄模型在受到動載荷下，模型的運(yùn)動狀況以及桿件所產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力。

通過動態(tài)軟件ADAMS仿真可以直觀的輪胎機(jī)械手的動作過程，通過修改參數(shù)可以看出該機(jī)械手的連桿機(jī)構(gòu)在不同載荷下所受到的動應(yīng)力，根據(jù)該動應(yīng)力的情況設(shè)計(jì)合理的連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)對改進(jìn)輪胎機(jī)械手提供了依據(jù)。同時(shí)仿真模型和運(yùn)動過程參數(shù)可以為整個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供理論依據(jù)，繼而為快速、準(zhǔn)確方便的設(shè)計(jì)和制造物理樣機(jī)奠定基礎(chǔ)。

同國外相比，國內(nèi)輪胎機(jī)械手發(fā)展起步比較晚，還處于生產(chǎn)小型輪胎拆裝機(jī)階段，對于大型輪胎機(jī)械手的研發(fā)還很少。主要原因是國內(nèi)輪胎機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，很少考慮連桿機(jī)構(gòu)在動態(tài)載荷下的應(yīng)力變化情況，在對輪胎機(jī)械手的改進(jìn)和研究過程中我們要充分考慮動態(tài)載荷情況，根據(jù)動態(tài)載荷運(yùn)用動態(tài)仿真軟件來模擬其實(shí)際情況，這樣能節(jié)約成本，縮短開發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)：

篇9

隨著計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的飛速發(fā)展，尤其是本世紀(jì)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、高性能圖形系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)方面的誕生了不少的研究成果，維修過程在獲得實(shí)物樣機(jī)或原型機(jī)之前就可以開始進(jìn)行。產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的模式也隨之發(fā)生了變化。DELMIA、Jack等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以輔助設(shè)計(jì)人員完成包含數(shù)字樣機(jī)、虛擬維修人員和虛擬維修工具的虛擬維修操作流程仿真。在設(shè)計(jì)階段即開展對設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)布局的數(shù)字仿真，可以避免實(shí)物原型的制作，節(jié)約了從設(shè)計(jì)到定型的時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率，從而降低了開發(fā)成本；前期開展的虛擬維修工程評價(jià)工作，在一定程度上優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)布局，因此可以避免不合理的設(shè)計(jì)，減少給后續(xù)維修工作造成的不便。

維修操作空間定量評價(jià)方法

維修是一種需要人參與的活動，適當(dāng)?shù)木S修空間將提高維修效率和維修人員的舒適程度。這一節(jié)的主要內(nèi)容是確定適當(dāng)?shù)木S修操作空間的大小。

在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，適當(dāng)?shù)牟僮骺臻g的具體尺寸需要依據(jù)維修人員的身體尺寸和操作姿態(tài)來確定。因此維修操作空間應(yīng)考慮維修人員的影響因素，如實(shí)體可達(dá)性。人的上肢可以接觸到的空間范圍分為最佳范圍、正常范圍和最大范圍。人體上肢的作業(yè)范圍是一個(gè)三維空間，維修人員的最大操作空間和舒適度隨著操作高度、手臂延伸線與人體中線的夾角角度的改變而發(fā)生變化。為了便于分析人體上肢的操作范圍，建立數(shù)學(xué)模型描述人體各部分的尺寸和相對位置。

軟件工具設(shè)計(jì)和案例探究

CATIA是法達(dá)索公司（Dassault Systemes）與IBM公司（International Business Machines Corporation國際商業(yè)機(jī)器公司）聯(lián)合開發(fā)的一款CAD/CAE/CAM軟件，主要為客戶提品外形設(shè)計(jì)、機(jī)械零件設(shè)計(jì)、配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、組裝、數(shù)控加工等功能，并提供大量的標(biāo)準(zhǔn)尺寸零件模型，使得企業(yè)可以縮短開發(fā)周期，快速迭代設(shè)計(jì)方案，對市場需求做出敏捷的反應(yīng)。CATIA是目前應(yīng)用最廣泛數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)軟件之一，應(yīng)用范圍涵蓋等航空航天、建筑、船舶、汽車、鐵路等多個(gè)領(lǐng)域。DELMIA（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）是法國達(dá)索（Dassault Systemes）公司生產(chǎn)的一款數(shù)字化企業(yè)的互動制造應(yīng)用軟件，是PLM（Product Life Management）系列產(chǎn)品之一。該軟件與CATIA互為補(bǔ)充，呈現(xiàn)上下游關(guān)系，共同貫穿產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。利用CATIA制作數(shù)字樣機(jī)后，可在DELMIA中進(jìn)行物流過程分析、維修、裝配、工藝規(guī)劃、與機(jī)器人配合等多種功能的虛擬演示和模擬，是一個(gè)面向設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)、人機(jī)過程的“數(shù)字化工廠”仿真平臺。便于用戶檢查設(shè)計(jì)方案的缺陷和漏洞，及時(shí)更改設(shè)計(jì)方案，降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速上市的目的。DELMIA中含有一個(gè)Human Task Simulation模塊，包含虛擬人模型、人體動作模型、維修工具等內(nèi)容，用于模擬人機(jī)交互過程，實(shí)現(xiàn)虛擬維修、虛擬拆卸、虛擬裝配等功能，也是本研究中重點(diǎn)使用的模塊，包含本研究中所需要的大部分?jǐn)?shù)據(jù)。本研究基于CATIA與DELMIA現(xiàn)有的軟件功能和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行二次開發(fā)，研究目標(biāo)是在客戶已經(jīng)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和數(shù)字樣機(jī)的制作的情況下，根據(jù)已制作好的虛擬維修仿真動畫，針對產(chǎn)品的維修操作空間的完成定量評估。

軟件的二次開發(fā)是在現(xiàn)有軟件產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對軟件功能進(jìn)行延伸和擴(kuò)展，或?qū)崿F(xiàn)和其他軟件的對接并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和傳輸。二次開發(fā)一般針對某一類特定的用戶，通過添加更個(gè)性化、專業(yè)化的功能和模塊，使得軟件功能更具有針對性，用戶的需求得以實(shí)現(xiàn)，工作效率得以提高。DELMIA為不開源的軟件，為實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)必須利用軟件開發(fā)商為用戶專門準(zhǔn)備的二次開發(fā)接口。為靈活地滿足不同客戶的需要，DELMIA提供了多種二次開發(fā)的接口：一是CAD格式接口，方便客戶加載在CAD環(huán)境下設(shè)計(jì)的數(shù)字樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)、尺寸、顏色渲染等數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出；二是知識工程，這是DELMIA的一個(gè)專門模塊，知識工程利用參數(shù)化定義的方法對人體模型和基礎(chǔ)動作單元進(jìn)行了建模，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型庫，用戶可以通過關(guān)鍵參數(shù)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模型庫中的模塊，從而實(shí)現(xiàn)快速建模，完成設(shè)計(jì)任務(wù)；三是采用自動化對象編程的接口Automation API（Application Programming Interface），能夠?qū)崿F(xiàn)宏指令的編寫，或利用宏與VB開發(fā)語言（Visual Basic）相結(jié)合編寫簡易程序；四是開放的基于構(gòu)件的應(yīng)用編程接口CAA（Component Application Architecture，應(yīng)用組件架構(gòu)），這是DELMIA的一套C++函數(shù)庫，這一接口主要用于與C++開發(fā)語言鏈接，方便客戶使用C++編寫所需程序，用戶可通過快速應(yīng)用研發(fā)環(huán)境RADE（Rapid Application Development Environment）和不同的API（Application Programming Interface）接口完成從DELMIA數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)到C++程序中的過程。

該案例為針對拆卸某型號大型客機(jī)APU上六角螺母的維修空間定量評估。目的是利用所提出的方法和開發(fā)的軟件工具，對維修操作空間進(jìn)行定量評價(jià)，以展示方法的靈活性和有效性以及軟件的可用性和可靠性。該大型客機(jī)APU的虛擬維修操作動畫截圖如圖1所示。該大型客機(jī)APU上有12顆六角螺母，選取123號螺母作為典型案例，三顆螺母的位置如圖2所示。

這三顆螺母中，顯然3號周圍的障礙物少，對扳手的使用影響較少，同時(shí)位置較低，距離肩膀較近，手臂只需微微向上伸出即可接觸到，因而上肢舒適度較高。該螺母周圍的空間無需定量評估，定性評估即可確定等級為優(yōu)秀。1號螺母雖然位置很高，但是周圍的障礙物少，手部可達(dá)到1200旋轉(zhuǎn)。2號螺母位置較高且周圍障礙物較多，維修人員手部只能達(dá)到600旋轉(zhuǎn)。本案例中選取2號螺母進(jìn)行分析。

第一步打開程序，連接虛擬環(huán)境，選定虛擬人并連接。第二步選定關(guān)鍵幀，抓取扳手之后，選取手部攜工具接近、旋轉(zhuǎn)卸下六角螺母、手部攜工具離開這三幀內(nèi)容。第三步系統(tǒng)提示選取第一幀的維修活動單元類型，為平移，此時(shí)軟件自動計(jì)算第一幀的掃掠舒適度PV、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=0，z=1，但不在界面中顯示。第四步系統(tǒng)提示選取第二幀的維修活動單元類型，為旋轉(zhuǎn)，如圖3所示，此后軟件自動計(jì)算第一幀的掃掠舒適度Pv、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=1，z=1，但不在界面中顯示。第五步系統(tǒng)提示選取第三幀的維修活動單元類型，為平移，此時(shí)軟件自動計(jì)算第三幀的掃掠舒適度Pv、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=1，z=2，但不在界面中顯示。第六步系統(tǒng)自動根據(jù)已有的x、y、z，計(jì)算s的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，（0.8x+0.75y+0.9z）為優(yōu)秀閾值，（0 5x+0.25y+0.7z）為差閾值，該部分不在界面中顯示。第七步系統(tǒng)輸出三幀中每一幀的s值，并與s的優(yōu)秀閾值和差閾值比較，給出空間評價(jià)結(jié)論。該案例中具體數(shù)據(jù)截圖如圖4所示。得出結(jié)論該部分操作空間維修性差，必須加以改進(jìn)。

篇10

作者簡介：吳曉剛（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授；周美蘭（1962-），女，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150080）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：JG2201201107）、哈爾濱理工大學(xué)高等教育研究重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：A201200004）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0098-02

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用已成為汽車設(shè)計(jì)研究部門考慮汽車結(jié)構(gòu)革新的重要原因。在國外，平均每輛汽車上的電子裝置在整車成本中占20%～25%，一些豪華轎車上裝有40多個(gè)微處理器，有的汽車電子產(chǎn)品甚至占整車成本的50%以上。許多汽車制造商都認(rèn)為，增加汽車電子裝備的數(shù)量，促進(jìn)汽車電子化是奪取未來汽車市場的有效手段。[1]

在對汽車電子技術(shù)的教學(xué)研究中，文獻(xiàn)[2]提出優(yōu)化“汽車電子與控制”配置課程的內(nèi)容、改革結(jié)構(gòu)體系、改革教學(xué)方法和手段、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)建設(shè)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等改革思路。文獻(xiàn)[3]分析了“汽車電子控制技術(shù)”課程在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方面的問題，提出了靈活多樣的理論教學(xué)改革方案和采用項(xiàng)目教學(xué)法等加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的建議。文獻(xiàn)[4]介紹了汽車電子控制技術(shù)課程精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想、主要環(huán)節(jié)及具體實(shí)踐。文獻(xiàn)[5]將虛擬儀器LabVIEW軟件應(yīng)用于汽車電子技術(shù)綜合性和設(shè)計(jì)性虛擬實(shí)驗(yàn)中，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐。文獻(xiàn)[6]開發(fā)了汽車電子控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的嵌入式系統(tǒng)，完成了實(shí)驗(yàn)箱硬件及教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的支撐軟件，并在此基礎(chǔ)上開展了教學(xué)實(shí)踐。文獻(xiàn)[7]介紹了在電子信息工程專業(yè)開設(shè)汽車電子系列特色課程的研究。

在汽車電子中，涉及到電力電子技術(shù)的內(nèi)容通常稱為汽車電力電子技術(shù)，并且成為了電力電子技術(shù)的重要分支。哈爾濱理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保╇姎夤こ碳捌渥詣踊瘜I(yè)下的電力電子方向，在汽車電子研究上已有了十幾年的基礎(chǔ)。在依托汽車電子驅(qū)動控制與系統(tǒng)集成教育部工程研究中心和黑龍江汽車電子技術(shù)研究中心科研基地的基礎(chǔ)上，形成了以新能源汽車動力系統(tǒng)控制和汽車電子驅(qū)動控制為特色的研究方向，并培養(yǎng)了大量的碩士研究生和博士。因此，為了在本科教學(xué)中體現(xiàn)我校電氣工程及其自動化專業(yè)的辦學(xué)特色，結(jié)合在汽車電子方向上的研究成果，在2010年制定的電氣工程及其自動化專業(yè)電力電子方向本科生培養(yǎng)方案中，特別增設(shè)了“汽車電子技術(shù)”專業(yè)方向選修課。本文以“汽車電子技術(shù)”課程作為研究和實(shí)踐對象，通過課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)置和考核方式改革，結(jié)合現(xiàn)場教學(xué)和研究性教學(xué)的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)具有特色的專業(yè)選修課教學(xué)。

一、“汽車電子技術(shù)”課程結(jié)構(gòu)

“汽車電子技術(shù)”課程開設(shè)在大學(xué)四年級上學(xué)期，為專業(yè)選修課程，2學(xué)分，共32學(xué)時(shí)。其中理論教學(xué)22學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)10學(xué)時(shí)。根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)的基礎(chǔ)課程和平臺課程設(shè)置，結(jié)合汽車電子技術(shù)的主要特點(diǎn)，“汽車電子技術(shù)”課程的理論教學(xué)可分為6個(gè)模塊，如圖1所示。

在“汽車電子技術(shù)”課的理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，第一部分，先介紹汽車電子的基本概念，回顧汽車電子技術(shù)的發(fā)展歷史，通過實(shí)例分析介紹汽車電子對汽車安全與節(jié)能的影響，結(jié)合電氣工程及其自動化專業(yè)的相關(guān)知識，講述汽車電子與電力電子的關(guān)系。

第二部分，介紹汽車電子技術(shù)中常用的器件。包括光電、霍爾、電阻等各類傳感器，常用于汽車電子控制系統(tǒng)中的單片機(jī)選型及選用依據(jù)，汽車電子控制系統(tǒng)中所用的交直流電機(jī)、電磁閥等執(zhí)行器件的工作原理和控制方法。

第三部分，在以上介紹的基礎(chǔ)上，著重介紹汽車變速器電控、ABS系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向電控等汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要內(nèi)容包括電控系統(tǒng)開發(fā)遵循的標(biāo)準(zhǔn)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程方法，特別強(qiáng)調(diào)目前汽車電子控制系統(tǒng)中所用的V流程開發(fā)模式。

第四部分，結(jié)合新能源汽車的熱點(diǎn)問題，充分發(fā)揮電氣工程及其自動化專業(yè)知識在電動汽車方面的運(yùn)用。本門課與目前車輛工程專業(yè)所開設(shè)的“汽車電子技術(shù)”不同之處在于，省去了傳統(tǒng)以發(fā)動機(jī)作為主導(dǎo)的汽車動力系統(tǒng)控制部分，強(qiáng)化了電驅(qū)動系統(tǒng)的匹配與設(shè)計(jì)部分。該部分內(nèi)容除了包含對于汽車動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和匹配規(guī)律的介紹外，還增加了對于電動汽車動力系統(tǒng)控制的一般方法介紹。

第五部分，介紹汽車電器系統(tǒng)，包括汽車儀表系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)、電動門鎖系統(tǒng)、電動車窗、電動后視鏡、電動天窗、電動座椅、車載空調(diào)系統(tǒng)、車載音響系統(tǒng)、車載電視娛樂系統(tǒng)、車載無線通訊系統(tǒng)、電子導(dǎo)航與全球定位系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)和車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。

第六部分是課程的最后部分，介紹汽車電子控制系統(tǒng)中可靠性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和一般的故障診斷方法。

以上六部分構(gòu)成了我校電氣工程及其自動化專業(yè)“汽車電子技術(shù)”理論教學(xué)的主要內(nèi)容。

在“汽車電子技術(shù)”課程的實(shí)踐教學(xué)過程中，主要有實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩種方式。實(shí)驗(yàn)課作為學(xué)生在校內(nèi)實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的一種比較有效的手段，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣由顚φn程理論知識的理解，并能夠培養(yǎng)一定的實(shí)踐能力。我校在電氣工程及其自動化專業(yè)“汽車電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置上，主要分為5個(gè)部分，如圖2所示。

課程設(shè)計(jì)是提高學(xué)生分析問題和解決問題能力的重要手段，它不但可以使學(xué)生加深對理論和實(shí)驗(yàn)課程的理解，而且能夠使學(xué)生將所學(xué)的課程內(nèi)容與相關(guān)課程綜合起來，提高了知識的應(yīng)用能力。[8]“汽車電子技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)主要結(jié)合我校電氣工程及其自動化專業(yè)平臺課的知識，以電動汽車控制系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，讓學(xué)生結(jié)合電力電子技術(shù)的相關(guān)知識進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、“汽車電子技術(shù)”課程教學(xué)方法的改革

對于“汽車電子技術(shù)”課程來說，涉及到的汽車電子控制系統(tǒng)單靠語言描述是很難講清楚的，而通過傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式，也很難清晰勾勒出汽車電子控制系統(tǒng)的原理和工作過程。因此本門課在授課方式上采用多媒體教學(xué)的方式，通過多媒體課件制作出的動畫及示意圖等來展示汽車電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及工作原理，使教學(xué)的內(nèi)容直觀清晰，易于理解。

在“汽車電子技術(shù)”課程的教學(xué)過程中，除了正常的多媒體課堂教學(xué)外，還采用了現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合研究性教學(xué)的授課方法?，F(xiàn)場教學(xué)即依托我校汽車電子驅(qū)動控制與系統(tǒng)集成教育部工程中心的實(shí)驗(yàn)平臺，使學(xué)生到工程中心參觀現(xiàn)場演示，并試用工程中心開發(fā)的汽車電子產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。這些教學(xué)手段可以使學(xué)生對汽車電子的功能及開發(fā)有更直觀的認(rèn)識。除此之外，教學(xué)內(nèi)容中以汽車電子產(chǎn)品的項(xiàng)目開發(fā)作為主導(dǎo)。例如在“汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”這部分內(nèi)容講授時(shí)，可自始至終以工程中心開發(fā)的汽車變速器控制單元作為對象，從汽車電子產(chǎn)品開發(fā)的前期調(diào)研、方案論證，到中間環(huán)節(jié)的樣機(jī)開發(fā)、功能驗(yàn)證，再到最后環(huán)節(jié)的樣機(jī)標(biāo)定、測試等進(jìn)行全方位的介紹。通過這樣的講授，學(xué)生對汽車電子的感性知識加深，在理論學(xué)習(xí)中的目的就會變得明確，清楚地認(rèn)識到需要掌握的主要內(nèi)容。

三、“汽車電子技術(shù)”課程考核方式

為了有效地組織教學(xué)，突出“汽車電子技術(shù)”課程的實(shí)踐性，改革了這門課程的考核方式。我校其他專業(yè)課程的考核方式大部分是以平時(shí)成績占30%，期末卷面成績占70%的比例進(jìn)行綜合評定。而由于“汽車電子技術(shù)”課程面向電氣工程及其自動化專業(yè)電力電子方向的本科生，選課人數(shù)基本維持在40～60人范圍內(nèi)，這樣的人數(shù)規(guī)模便于授課教師進(jìn)行小范圍內(nèi)的專業(yè)指導(dǎo)，因此在考核方式上提出了平時(shí)成績、作業(yè)成績、實(shí)驗(yàn)成績、課程設(shè)計(jì)與專業(yè)論文撰寫相結(jié)合評定的方式。與其他課程不同之處還在于，其他課程安排的課程設(shè)計(jì)都是最終給定一個(gè)獨(dú)立的成績，而作為專業(yè)選修課，本門課程的課程設(shè)計(jì)成績只是最終成績的其中一部分。

目前該門課程的考核采用平時(shí)成績占10%，作業(yè)成績占10%，實(shí)驗(yàn)成績占10%，課程設(shè)計(jì)占30%，專業(yè)小論文占40%的比例權(quán)重進(jìn)行成績的評定。這樣做的好處是，不但能夠充分發(fā)揮本門課理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的特點(diǎn)，并且可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

專業(yè)小論文作為考核的主要部分，在撰寫過程中，授課老師首先利用2學(xué)時(shí)的時(shí)間對學(xué)生進(jìn)行科技論文撰寫的培訓(xùn)，而后引導(dǎo)學(xué)生充分利用學(xué)校圖書館的資源，根據(jù)各自分配到的科技論文主題進(jìn)行文獻(xiàn)的檢索；學(xué)生分成了3至4名成員一組，選擇關(guān)于汽車電子的主題項(xiàng)目，可建議主題為電動汽車整車控制器的設(shè)計(jì)、汽車防抱死ABS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽車自動變速器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，學(xué)生也可以自己提出新的主題。給定主題一段時(shí)間以后，學(xué)生提交科技論文，并以學(xué)術(shù)會議的形式在課堂上進(jìn)行交流，老師和其他同學(xué)可以自由根據(jù)報(bào)告者的內(nèi)容提問，并提出意見和建議。該部分成績可以當(dāng)場給出，這樣做的好處是激發(fā)學(xué)生的積極性，所給定的成績能夠?qū)崿F(xiàn)主觀與客觀兼顧的效果，令所有同學(xué)信服。

四、結(jié)論

根據(jù)“汽車電子技術(shù)”理論與實(shí)際緊密結(jié)合的特點(diǎn)，結(jié)合所開設(shè)課程在電氣工程及其自動化專業(yè)的實(shí)際情況，提出了教學(xué)中課程內(nèi)容優(yōu)化配置，現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合研究性教學(xué)的授課方法；考核上提出了平時(shí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)與科技論文撰寫相結(jié)合的方式。通過這些教學(xué)改革，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，真正能夠在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)獲得最實(shí)用的知識，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建秋，趙六奇，韓曉東.汽車電子學(xué)教程[M].第2版.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]周雅夫，連靜，李琳輝，等.《汽車電子與控制》課程教學(xué)改革的探析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，（16）：190.

[3]趙科.汽車電子控制技術(shù)教學(xué)探討[J].新西部：理論版，2011，（27）：221-222.

[4]趙秀春，徐國凱，陳曉云.汽車電子控制技術(shù)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（5）：497-499.

[5]仇成群.LabVIEW在汽車電子虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2011，18（6）：97-98.