VP技术的自卸车举升机构设计
目 录
1 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 课题国内外研究现状 1
1.3 本课题的主要内容 2
2 自卸车举升机构虚拟样机的构建 3
2.1 软件的选用 3
2.2 自卸车举升机构虚拟样机的建立过程 5
2.3 建模体会 11
3 举升机构的运动仿真及分析 12
3.1 举升机构举升性能的主要评价参数 12
3.2 举升机构的仿真分析 13
4 自卸车举升机构的优化设计 16
4.1 构建优化模型 16
4.2 明确优化路径 17
4.3 创建设变量 18
4.4 查看设计变量 19
4.5 优化设计变量 19
4.6 优化结果 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 概述
在经济建设中，自卸车作为一种工程车辆有着广阔的用武之地。据统计，2014年其大约占专用汽车的25%。
自卸车具有灵活性好和卸货机械化的特点，且其装卸时间较短，工作效率高，劳动力成本及总成本低。但由于需求的不同，自卸车每批次生产量较少，且品种多元化。若制造商要达到较高的市场满意度，必然就要有对客户的需求做出快速反应的能力。
作为自卸车主要工作机构的举升装置是自卸车的重要组成部分，它的作用是将自卸车大厢绕后铰链旋转一定角度，将车厢内的货物卸掉。举升机构在自卸车中比其他部件较复杂且在副车架上的铰点位置的布置也较复杂，因此举升机构是自卸车设计中的一个重点和难点。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
/> 不少自卸车制造企业目前还是使用经验法的技巧来设计举升机构。采用这种经验法的生产方式必然导致设计水平会不高、产品质量无法保证，同时还会使设计、制造周期加长。
虚拟样机技术的出现及其在汽车设计中广泛应用，为解决自卸车设计特别是举升机构设计难点提供了一条有效途径。利用虚拟样机技术建立计算机举升机构的数字模型，代替传统的物理样机，可以使机构性能的仿真测试、机构参数的调整完善直接在电脑中完成，既方便快捷，又可以提高了精度，降低了研发费用。
1.2 课题国内外研究现状
由于国外发达国家的发展与建设比我国较早些，所以发达国家对于自卸车的需求比我国早一些，其自卸车的生产大约始于上个世纪的30年代，而我国大约在上世纪60年代。比我国早了30年的发展历程，使其技术较为先进，其发展历程可以对我国自卸车的设计有借鉴作用。在海外较早的研究举升机构是其在举升机构设计上接纳“类比作图试凑法”。但这种方法存在着盲目性、工作量大的缺点，但是其为举升机构的设计提供了一种新的方法，使举升机构设计开始脱离传统的设计理念[1]。同时，计算机技术也在快速的发展，并逐渐应用于汽车制造行业。不久后，解析法和矩阵换算法在汽车设计中也逐渐推广，这种方法的使用可以使“类比作图试凑法”的缺点减少。之后，随着多体系统动力学的成熟，使一些自卸车制造商在自卸车的设计研究上快速的摆脱传统模式。例如，在自卸车中较出名的A40D铰接式自卸车是瑞典的Volvo公司大胆的使用虚拟样机技术对新车进行研制，并随后建立了虚拟场地来对新车检验。这种方法可以轻易的研究各部件的受力情况并直接的展现出来。
国外在自卸车的设计上已经开始以提高自卸车的科技含量，追求高附加值为方向。例如，瑞典的钢铁集团研究了HARDOX的耐磨钢板，并在自卸车的车厢上应用，这用钢材的屈服强度是16Mn三倍。这就使设计装载量相同时，可以使钢板的重量更低从而使整车的质量降低。
在国内，自卸车的研究在上世纪60年代初，但在20世纪90年得到了快速发展的机遇，从而技术也快速成熟起来。在1995年常思勤和王元良探索举升机构的CAD系统的功能和特点，主要讨论了其优化设计问题，并以计算实例为介绍。还有，吉林工业大学的学者发表了《自卸汽车举升机构优化设计》的文章，在文章中论述了其创建举升机构的优化设计数学模型的思路，并展示了其优化后的油缸最小举升力的成果。2001年，继常思勤等人后，周廷美和崔元捷等人以计算机辅助设计的想法，研究参数化的问题。
近几年，举升机构的研究与探讨也仍为热点，在一些高校也常常作为课题研究。2008年，上海汇众汽车制造有限公司的张桢华，方晓华根据工作经验而总结了自卸车前置举升机构快速设计方法；2010年，武汉理工大学的朱晓霞在其研究论文上探讨了自卸车的优化设计，其根据举升机构的参数化设计的得出最佳布置位置并对三角臂进行优化分析。2013年，我国知名研发中心——中国重汽青岛重工青专技术中心成功的研发了新型的自卸车——推卸式自卸车，这种设计理念有别于传统模式，解决了传统自卸车在自卸车的限高、水平摊铺、倾斜坡度较大及悬壁和定量卸货等特殊工况下的问题，而且这种车型拥有更低的重心和更为安全可靠的性能，为我国自卸车的设计研发开创了新思路[2]。
1.3 本课题的主要内容
a）对虚拟样机技术的含义和常用软件进行了解，选用课题使用的软件；
b） 学习熟练使用ADAMS软件；
c） 针对选用的STQ3163L9Y6型自卸车，使用ADAMS软件对自卸车举升机构的简化模型进行建模和仿真；
d） 研究对自卸车举升机构进行参数化设计的方法及具体实现步骤，得出优化结果。
2 自卸车举升机构虚拟样机的构建
2.1 软件的选用
近年来，在期刊和专业杂志上有许多关于虚拟样机技术VP(Virtual Prototyping)的文章，但是在这些文章中关于虚拟样机技术的定义都不尽相同，而且他们都对虚拟样机技术有自己的见解，都根据自己的理解做出了相关的定义。不过，普遍认为，虚拟样机技术是用一种虚拟的样机来取代真实中的物理样机的技术。由于物理样机存在局限性，且虚拟样机的出现能尽可能的降低这些局限性。因此我们对虚拟样机采用以下定义：虚拟样机就是用来代替物理产品的计算机数字模型，它可以像真实的物理模型一样，用来对所关心的产品的全寿命周期，如设计、制造、服务、循环利用等，进行展示、分析和测试。这种构造和使用虚拟样机的技术就叫虚拟样机技术[3]。
在理解其概念时，需要注意几点：虚拟样机是替代传统物理样机的一种数字模型；在虚拟样机上的模块是人机交互的；同时，不要把虚拟样机和虚拟样机技术混为一谈。通常，虚拟样机应该包括如下三个主要模块。
3D立体模块：具有描述物理模型的能力。
人际交互模块：虚拟样机技术以虚拟现实技术为基础，实现产品模型的逼真显示、动画仿真和人机交互。
测试评估模块：产品模型分析和评价是虚拟样机技术的核心，主要包括产品可制造性分析和产品性能评价，例如产品几何形状、空间布局、结构学分析、动力学分析、可加工性分析、可装配性分析、可维护性分析等等。
由于我国汽车工业发展较晚，而且在当代环境下，汽车工业是我国重要的支柱产业，因此在诸多因素的推动下，我国的汽车制造商大多是与国外知名的汽车公司合作。通过合资的手段来提高本公司的技术。在这种条件下，我国的汽车制造技术在快速的进步。但是也存在着诸多问题，例如许多设计人员对一些技术的理解还停留在在表面。虚拟样机技术作为一种重要的手段，必然需要广大的技术人员来深入的学习。
1 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 课题国内外研究现状 1
1.3 本课题的主要内容 2
2 自卸车举升机构虚拟样机的构建 3
2.1 软件的选用 3
2.2 自卸车举升机构虚拟样机的建立过程 5
2.3 建模体会 11
3 举升机构的运动仿真及分析 12
3.1 举升机构举升性能的主要评价参数 12
3.2 举升机构的仿真分析 13
4 自卸车举升机构的优化设计 16
4.1 构建优化模型 16
4.2 明确优化路径 17
4.3 创建设变量 18
4.4 查看设计变量 19
4.5 优化设计变量 19
4.6 优化结果 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 概述
在经济建设中，自卸车作为一种工程车辆有着广阔的用武之地。据统计，2014年其大约占专用汽车的25%。
自卸车具有灵活性好和卸货机械化的特点，且其装卸时间较短，工作效率高，劳动力成本及总成本低。但由于需求的不同，自卸车每批次生产量较少，且品种多元化。若制造商要达到较高的市场满意度，必然就要有对客户的需求做出快速反应的能力。
作为自卸车主要工作机构的举升装置是自卸车的重要组成部分，它的作用是将自卸车大厢绕后铰链旋转一定角度，将车厢内的货物卸掉。举升机构在自卸车中比其他部件较复杂且在副车架上的铰点位置的布置也较复杂，因此举升机构是自卸车设计中的一个重点和难点。
/> 不少自卸车制造企业目前还是使用经验法的技巧来设计举升机构。采用这种经验法的生产方式必然导致设计水平会不高、产品质量无法保证，同时还会使设计、制造周期加长。
虚拟样机技术的出现及其在汽车设计中广泛应用，为解决自卸车设计特别是举升机构设计难点提供了一条有效途径。利用虚拟样机技术建立计算机举升机构的数字模型，代替传统的物理样机，可以使机构性能的仿真测试、机构参数的调整完善直接在电脑中完成，既方便快捷，又可以提高了精度，降低了研发费用。
1.2 课题国内外研究现状
由于国外发达国家的发展与建设比我国较早些，所以发达国家对于自卸车的需求比我国早一些，其自卸车的生产大约始于上个世纪的30年代，而我国大约在上世纪60年代。比我国早了30年的发展历程，使其技术较为先进，其发展历程可以对我国自卸车的设计有借鉴作用。在海外较早的研究举升机构是其在举升机构设计上接纳“类比作图试凑法”。但这种方法存在着盲目性、工作量大的缺点，但是其为举升机构的设计提供了一种新的方法，使举升机构设计开始脱离传统的设计理念[1]。同时，计算机技术也在快速的发展，并逐渐应用于汽车制造行业。不久后，解析法和矩阵换算法在汽车设计中也逐渐推广，这种方法的使用可以使“类比作图试凑法”的缺点减少。之后，随着多体系统动力学的成熟，使一些自卸车制造商在自卸车的设计研究上快速的摆脱传统模式。例如，在自卸车中较出名的A40D铰接式自卸车是瑞典的Volvo公司大胆的使用虚拟样机技术对新车进行研制，并随后建立了虚拟场地来对新车检验。这种方法可以轻易的研究各部件的受力情况并直接的展现出来。
国外在自卸车的设计上已经开始以提高自卸车的科技含量，追求高附加值为方向。例如，瑞典的钢铁集团研究了HARDOX的耐磨钢板，并在自卸车的车厢上应用，这用钢材的屈服强度是16Mn三倍。这就使设计装载量相同时，可以使钢板的重量更低从而使整车的质量降低。
在国内，自卸车的研究在上世纪60年代初，但在20世纪90年得到了快速发展的机遇，从而技术也快速成熟起来。在1995年常思勤和王元良探索举升机构的CAD系统的功能和特点，主要讨论了其优化设计问题，并以计算实例为介绍。还有，吉林工业大学的学者发表了《自卸汽车举升机构优化设计》的文章，在文章中论述了其创建举升机构的优化设计数学模型的思路，并展示了其优化后的油缸最小举升力的成果。2001年，继常思勤等人后，周廷美和崔元捷等人以计算机辅助设计的想法，研究参数化的问题。
近几年，举升机构的研究与探讨也仍为热点，在一些高校也常常作为课题研究。2008年，上海汇众汽车制造有限公司的张桢华，方晓华根据工作经验而总结了自卸车前置举升机构快速设计方法；2010年，武汉理工大学的朱晓霞在其研究论文上探讨了自卸车的优化设计，其根据举升机构的参数化设计的得出最佳布置位置并对三角臂进行优化分析。2013年，我国知名研发中心——中国重汽青岛重工青专技术中心成功的研发了新型的自卸车——推卸式自卸车，这种设计理念有别于传统模式，解决了传统自卸车在自卸车的限高、水平摊铺、倾斜坡度较大及悬壁和定量卸货等特殊工况下的问题，而且这种车型拥有更低的重心和更为安全可靠的性能，为我国自卸车的设计研发开创了新思路[2]。
1.3 本课题的主要内容
a）对虚拟样机技术的含义和常用软件进行了解，选用课题使用的软件；
b） 学习熟练使用ADAMS软件；
c） 针对选用的STQ3163L9Y6型自卸车，使用ADAMS软件对自卸车举升机构的简化模型进行建模和仿真；
d） 研究对自卸车举升机构进行参数化设计的方法及具体实现步骤，得出优化结果。
2 自卸车举升机构虚拟样机的构建
2.1 软件的选用
近年来，在期刊和专业杂志上有许多关于虚拟样机技术VP(Virtual Prototyping)的文章，但是在这些文章中关于虚拟样机技术的定义都不尽相同，而且他们都对虚拟样机技术有自己的见解，都根据自己的理解做出了相关的定义。不过，普遍认为，虚拟样机技术是用一种虚拟的样机来取代真实中的物理样机的技术。由于物理样机存在局限性，且虚拟样机的出现能尽可能的降低这些局限性。因此我们对虚拟样机采用以下定义：虚拟样机就是用来代替物理产品的计算机数字模型，它可以像真实的物理模型一样，用来对所关心的产品的全寿命周期，如设计、制造、服务、循环利用等，进行展示、分析和测试。这种构造和使用虚拟样机的技术就叫虚拟样机技术[3]。
在理解其概念时，需要注意几点：虚拟样机是替代传统物理样机的一种数字模型；在虚拟样机上的模块是人机交互的；同时，不要把虚拟样机和虚拟样机技术混为一谈。通常，虚拟样机应该包括如下三个主要模块。
3D立体模块：具有描述物理模型的能力。
人际交互模块：虚拟样机技术以虚拟现实技术为基础，实现产品模型的逼真显示、动画仿真和人机交互。
测试评估模块：产品模型分析和评价是虚拟样机技术的核心，主要包括产品可制造性分析和产品性能评价，例如产品几何形状、空间布局、结构学分析、动力学分析、可加工性分析、可装配性分析、可维护性分析等等。
由于我国汽车工业发展较晚，而且在当代环境下，汽车工业是我国重要的支柱产业，因此在诸多因素的推动下，我国的汽车制造商大多是与国外知名的汽车公司合作。通过合资的手段来提高本公司的技术。在这种条件下，我国的汽车制造技术在快速的进步。但是也存在着诸多问题，例如许多设计人员对一些技术的理解还停留在在表面。虚拟样机技术作为一种重要的手段，必然需要广大的技术人员来深入的学习。
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