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泥水平衡式全断面掘进机数字样机的运动学仿真与虚拟装配

程金晗  
【摘要】:随着科学技术的飞速发展,人类社会进入了信息时代,作为信息技术核心的计算机技术历经50多年的发展,己经广泛的应用于国计民生的各个角落,极大地拓宽了人类的生活空间,提高了人们认识和改造世界的能力。数字化样机技术是产品设计开发的一项全新技术,它的出现和发展克服了传统的产品设计开发流程周期过长,成本费用过高,不能满足企业对质量、效率以及成本的综合要求的缺点,给传统的产品设计方法带来了一次革命。应用这项技术,工程师在建立产品的数字模型之后可以对它进行各种计算机仿真分析,在产品设计阶段发现其中的潜在问题和不足之处,并快速修正设计错误、改进设计方案,从而降低开发成本,缩短产品开发周期,而且可以提高设计质量和产品性能,增强企业的竞争力。 泥水平衡式全断面掘进机作为一种结构复杂且高度自动化的机电产品,它的设计对于机械结构性能、运动性能、可装配性等方面都有着严格的要求。为了保证设计质量,缩短设计周期并有效降低设计成本,将数字样机技术应用到该产品的整个设计流程中是十分必要的。 本论文以1.182m泥水平衡式盾构机为研究对象。对由三维建模软件Pro/Engineer建立的掘进机关键零、部件的模型并进行整机装配,通过Mechanism模块与Animation模块对掘进机各部分工作状态进行运动学仿真,全面展示掘进机主要的工作动态。 虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)已经成为计算机领域中继多媒体技术、Intenret网络技术之后关注及研究、幵发与应用的热点,也是目前发展最快的一项多学科综合技术。本文对泥水平衡式全断面掘进机进行装配工艺规划,以虚拟现实软件Division Mockup为平台,以SGI (美国图形工作站生产厂商)公司提供的SGI Onyx4与Christie DLP Projector Mirage S+2K双通道立体投影系统以及CrystalEyes立体眼镜等组成的虚拟现实系统为基础,实现了泥水平衡式全断面掘进机的虚拟装配测试、具有沉浸感的三维虚拟装配。改善产品的可装配性,验证了理论研究的正确性,从而为产品的设计与改进提供了理论依据,大大节省了生产成本,缩短了产品的生产周期。 本文所采用数字化样机技术与虚拟现实技术有效地实现了泥水平衡式全断面掘进机的建模与仿真,这种方法不仅适用于此类产品的设计开发,其它机械产品也可以应用同样的方法和思路,并且还可以推广到一些复杂机械系统的研究、设计和开发,因此本文的研究方法及结论具有较强的工程实用性。


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