泵車臂架受力分析實驗系統(tǒng)

1、泵車臂架受力分析實驗系統(tǒng)、系統(tǒng)簡介泵車臂架受力分析實驗屬于大型綜合、高消耗實驗，實驗室內(nèi)難以完成。混 凝土泵車是輸送混凝土的專用機械，臂架是泵車最主要的關鍵部件之一，了解臂 架的整體應力分布情況非常必要。對泵車這一典型工程機械設備的臂架進行受力 分析，有利于學生對機械設備認知、機構受力分析、有限元工程應用等相關知識 的了解，對于機械工程相關專業(yè)的學生來說非常重要。在目前的實驗教學中，由 于設備昂貴，實驗條件復雜，很難開展相關實驗。本實驗系統(tǒng)采用先進的虛擬現(xiàn)實技術及有限元分析技術，建立了形象逼真的 泵車虛擬工作環(huán)境和泵車臂架數(shù)字模型，在此基礎上，模擬泵車臂架動作和施工 的過程而得到不同的臂架工作

2、工況，通過網(wǎng)絡將工況數(shù)據(jù)發(fā)送給擁有有限元計算 模塊的服務器，服務器將計算好的有限元數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端并顯示出來。通過這 一過程，可快速的實現(xiàn)對不同工況的泵車臂架進行力學分析，完成泵車臂架受力 分析實驗。圖1主界面二、系統(tǒng)功能學生通過泵車臂架受力分析實驗系統(tǒng)可較好的掌握泵車操作、連桿機構受力 分析、有限元工程應用相關知識，增加了學生實驗時間，降低實驗成本，取得了 較好的教學效果。泵車臂受力分析實驗系統(tǒng)包括泵車操作模擬和有限元力學分析兩大模塊。泵車操作模塊泵車操作模擬模塊通過虛擬的泵車遙控器進行操作，控制泵車的轉臺和各節(jié) 臂架的位置，臂架與實際泵車同時控制，同時系統(tǒng)有精確的碰撞檢測功能及文字 提示、

3、聲音模擬等功能。在操作的過程中，虛擬場景可方便的調(diào)整視角，通過鼠 標鍵盤可任意的進行放大、縮小、旋轉等交互操作。系統(tǒng)交互界面如圖2所示。圖2泵車臂架交互操作界面通過對泵車的虛擬操作，不僅可熟悉泵車的操作過程，加深對泵車的理解， 還有利于學生對臂架的力學模型理解及有限元工具的應用能力的提升。遙控器虛擬操作泵車操作通過對虛擬遙控器(圖3)的操作來實現(xiàn)，遙控器的操作方式與真 實的操作保持一致，其操作方法如表1所示。表1泵車操作控制表序號按鈕動作實現(xiàn)功能1轉臺向上正轉向下反轉2臂架1向上逆時鐘旋轉向下順時鐘旋轉3臂架2向上逆時鐘旋轉向下順時鐘旋轉4臂架3向上逆時鐘旋轉向下順時鐘旋轉5臂架4向上逆時鐘旋

4、轉向下順時鐘旋轉6臂架5向上順時鐘旋轉向下逆時鐘旋轉向上扳動臂架5按鈕，臂架5會有相應的展開動作，軟件界面如圖4所示。圖4臂架5操作示例圖查看位置信息點擊“參數(shù)設置”按鈕，可出現(xiàn)參數(shù)面板，查看當前泵車的工作位置，如圖 5所示。圖5泵車當前工作位置顯示參數(shù)調(diào)整位置系統(tǒng)可調(diào)整參數(shù)面板工作位置數(shù)值的大小，虛擬環(huán)境中的泵車臂架會隨之產(chǎn) 生動作及調(diào)整至相應位置。有限元力學分析實驗參數(shù)設置好后，系統(tǒng)提交計算請求，進行有限元計算。系統(tǒng)利用有限元 力學分析模塊，通過云計算技術，快速地處理客服端提交的計算請求，將計算好 的數(shù)據(jù)反饋至客戶端并顯示出來。(1)點擊“參數(shù)設置”按鈕，彈出參數(shù)設置面板，面板主要包括臂架

5、工作 位置、工作狀態(tài)、實驗對象等相關參數(shù)。臂架工作位置：主要指臂架1、臂架2、臂架3、臂架4、臂架5、轉臺的工 作角度，可通過操作遙控器和設置角度參數(shù)兩種方式設置臂架工作位置；泵的工作狀態(tài)：包括空載、泵送狀態(tài)，泵送狀態(tài)下可設置泵送能力，單位為MPa.m3/h;實驗對象：包括臂架1、臂架2、臂架3、臂架4、臂架5和全部臂架六種 對象選擇。(2 )工作位置工作位置的各參數(shù)為當前虛擬泵車的實時位置，輸入相應的位置數(shù)據(jù)或點擊 按鈕自動調(diào)整數(shù)據(jù)，如圖6所示。工作位置C)臂架3 EE匪I謂架4 QQ I皆架5嗷目轉臺圖6位置參數(shù)工作狀態(tài)工作狀態(tài)包括“空載”和“泵送狀態(tài)”兩種選項，如圖8所示。選擇泵送狀 態(tài)

6、，會彈出泵送能力參數(shù)設置窗口，泵送能力調(diào)節(jié)范圍為0-300 MPa.m3/h。實驗對象在參數(shù)設置面板中，可選擇實驗的計算對象，經(jīng)服務器計算后，系統(tǒng)可查看 全部臂架或單節(jié)臂架的受力情況，如圖7所示。實驗對象臂架1霄架2皆架3臂架4圖7實驗對象選擇受力計算選擇設置臂架工作位置和工作狀態(tài)后，選擇實驗對象，點擊“受力計算”按 鈕，系統(tǒng)根據(jù)泵車臂架的數(shù)字模型和實驗條件，將計算請求發(fā)送給服務器(圖8), 計算完成后，彈出有限元計算受力圖，如圖9所示。圖8等待服務器計算圖9計算完成后(5)圖形保存根據(jù)實驗條件計算的圖形，選中圖片，點擊右鍵可直接保存。三、實驗步驟與要求通過泵車臂架受力分析實驗，學生需掌握泵車認知及基本操作、機構受力分 析、有限元工程應用等知識。具體步驟與要求如下：通過泵車三維模型展示和虛擬操作，了解泵車工作原理；熟悉泵車工作條件和臂架受力情況；學習泵車操作過程；掌握有限元分析技術；了解云技計算技術；認知人機交互界面的設計與功能；四、實驗設備與配置硬件配置要求CPU： Pentium (R) 4 2.4GHz 以上；內(nèi)存：1G以上；硬盤：80G以上顯卡：256bit 512M顯存軟件運行環(huán)境操作系統(tǒng)：Windows XP 或 Windows?五、實驗