zl50f裝載機工作裝置三維檢查

zl50f裝載機工作裝置三維檢查

裝載工作裝置由液壓桶驅動，完成了對貨物的鉆孔和裝載。這是安裝工作設備的重要部件之一。其設計水平直接影響到工作設備的性能，也影響到整個機器的性能。若借助目前流行的軟件AutoCAD與3dsmax,利用它們提供的三維造型和三維動畫功能,對裝載機工作裝置進行工況模擬和虛擬裝配仿真,不僅能在設計時直接觀察到零件的三維結構形狀和各種工況下的運動狀態(tài),還能有效檢測工作裝置的各部件間是否發(fā)生干涉與碰撞,驗證設計的合理性,可省去制造樣機時所需的反復實驗、修改等環(huán)節(jié),大大縮短產品的開發(fā)周期,降低產品成本。1拉伸或旋轉生成三維立體模型AutoCAD具有很強的三維功能,可以直接生成一些基本立體,也可以對面域、多段線閉合邊界進行拉伸或旋轉生成三維立體。對三維立體模型可以進行切割、疊加及交、并、差布爾運算等創(chuàng)建復雜的立體模型。下面以ZL50F的動臂為例,利用已有二維工程圖進行三維建模。1.1動臂機構的拉伸動臂結構如圖1所示,它主要是由兩動臂板、橫梁及兩支承板焊接而成的空間結構,在銷軸連接處還有焊接的墊板以加強該處的強度。分析動臂結構可以發(fā)現,動臂板、支承板、橫梁、墊板均可以采用對主體輪廓進行拉伸形成三維立體模型。在利用AutoCAD對其進行三維模型制作時,與實際零件生產過程一樣,分別對各個零件單獨進行制作,零件全部制作完成后,再根據裝配圖將它們組裝到一起。1.2零件模型的建立在AutoCAD中,打開動臂板零件圖,將圖中的文字、標注、點劃線等圖層均凍結或關閉,只余下輪廓線圖層,如圖2所示,然后用面域(Region)命令將輪廓創(chuàng)建為面域,或用邊界(Boundary)命令將輪廓創(chuàng)建為多段線邊界,用拉伸(Extrude)命令將邊界拉伸為三維實體,再用差集(Subtract)命令制作出孔,如圖3所示。用復制命令將制作好的三維模型拷貝到一幅新文件中單獨保存。同理,可制作出橫梁、支承板、墊板零件三維模型。對于零件上的小圓角、倒角等細小結構,一般都是在零件主體生成后,再用圓角、倒角等命令去處理,即先創(chuàng)建大的形體,后創(chuàng)建小的形體。1.3動臂的裝配所有零件生成后進行組裝。對動臂應以大的形體動臂板為基體進行組裝,橫梁的定位可以利用動臂裝配平面圖形進行,利用移動、三維旋轉、對齊等命令將它們組裝在一起。在操作時,利用對象捕捉功能和它們之間的相對位置關系坐標值,快速定位。另一動臂板、支承板采用直接復制和平移,可快速完成制作。組裝好后的渲染圖如圖1所示。1.4裝配結構合理性檢查AutoCAD提供有三維實體干涉檢查功能,可以讓用戶快速驗證設計尺寸和裝配結構的合理性。鍵入interfere命令,選中所有對象后回車,系統開始檢查裝配是否干涉。若有干涉,系統會提示發(fā)生干涉的零件和干涉的部位,然后再按提示進行調整,直到設計完全正確、裝配合理為止。1.5合在一起的治療因為在工作時動臂上各零件之間不存在相對運動,實際零件是通過焊接組合在一起的。為便于操作和控制,應將組裝好的動臂用合并(Union)命令,合并為一個整體。這樣就完成了動臂三維實體的制作。同理可分別制作出鏟斗、搖臂、拉桿、銷軸和油缸三維實體模型,并將它們組裝在一起。2系統的和.dwg文件的轉換在AutoCAD中進行精確建模之后,可將模型導入到3dsmax系統中,為模型賦材質,設置場景燈光、攝像機,進行動畫編輯等操作,最后渲染出逼真的圖像與動畫。AutoCAD與3dsmax都是Autodesk公司的產品,二者之間的坐標系精確配合,數據信息能夠通過*.dwg文件和.3ds文件進行快速轉換。*.dwg文件能提供3dsmax與AutoCAD間幾何上和組織方法上的轉變,且在轉變過程中,保持幾何體在兩種環(huán)境中可能具有的最高精度。導入AutoCAD三維模型的方法是:選擇File|Import,在彈出的Selecttoimport對話框中,設置文件類型為AutoCADDrawing(*.DWG,*.DXF),找到要導入的文件后,單擊打開按鈕;然后對系統彈出的AutoCADDWG/DXFImportOptions對話框進行設置,取消GeometryOptions中的前三項選擇。這樣在AutoCAD2005中制作的三維模型,就能準確地轉換到3dsmax6.0系統中,且對象間保持各自的獨立性。另外,從AutoCAD2005導入到3dsmax6.0中的模型,名稱會發(fā)生變化,系統全部以統一的3dSolid命名各對象。為便于管理和操作,應按“見名知義”的原則重新命名。3等級關系的建立3.1父對象的動態(tài)轉換層級鏈接是指將對象鏈接在一起形成樹狀結構的組合,以供制作動畫使用。在兩個鏈接的對象中,一個是父,一個是子。一個單一的父對象可以有許多子對象,但是,一個子對象只能有一個父對象。當變換作用到父對象上時,通過鏈接關系將變化傳輸給子對象。所以要用3dsmax模擬復雜的運動,各零件間必須建立正確的層級鏈接關系。3.2載機工作裝置建立裝載機工作裝置各組成部件之間的層級鏈接關系,首先要對裝載機工作裝置的機構和運動進行分析。圖4所示是ZL50F裝載機工作裝置,動臂缸活塞推動動臂,動臂繞軸心點(鉸接點)P2轉動,同時帶動鏟斗、搖臂等一起向上運動;當鏟斗達到最高極限位置后,轉斗缸活塞拉動搖臂,搖臂繞搖臂銷軸P3轉動并帶動連桿,連桿通過鏟斗上銷軸P9拉動鏟斗,鏟斗繞下銷軸P1轉動,將物料卸下。根據對裝載機工作裝置的運動分析,利用圖解視圖建立動臂、動臂缸和轉斗缸三組層級鏈接關系,如圖5所示。3.3調整轉動軸心位置如圖4所示,因鏟斗繞P1、動臂繞P2、搖臂繞P3、動臂缸繞P4、轉斗缸繞P5軸心點轉動,所以需要將它們的軸心點調整到各自的轉動軸心位置?？赏ㄟ^打開層級命令面板中Pivot選項卡下的“AffectPivotOnly”按鈕,用移動變換實現這一目的。4基于移動、旋轉和國工商學模型的e在層級鏈接和軸心點位置均調整好后,當轉動動臂時,可看到動臂繞點P2轉動,同時其上的所有子對象鏟斗、搖臂、連桿等均隨之運動,但液壓油缸不隨之運動;當轉動鏟斗時,鏟斗繞點P1轉動,但動臂、搖臂等不隨之運動。在3dsmax的正向運動中,當父對象作移動、旋轉和縮放變換時,其子對象必定隨之變換,但是,子對象變換時,其父對象不隨之作變換。在3dsmax的反向運動中,不但父對象的變換會影響子對象,子對象的移動、旋轉也會影響父對象。所以,要實現動臂缸活塞推動動臂,轉斗缸活塞拉動轉斗,必須采用正、反兩種運動,借助輔助對象虛擬體將三個層級鏈接關系綁定在一起。4.1輔助對象的創(chuàng)建分別在動臂缸銷軸P7、轉斗缸前銷軸P6和鏟斗上銷軸P9處創(chuàng)建三個輔助對象虛擬體(Dummy),并把它們分別鏈接到動臂缸活塞、轉斗缸活塞和連桿上,見圖5。4.2hdiksolter依賴反向運動控制器因液壓缸在工作時,存在缸體活塞的移動和缸體的轉動,所以需利用3dsmax提供的HDIKSolver(依賴反向運動控制器)實現這一功能。分別在虛擬體1→動臂缸活塞→動臂缸和虛擬體2→轉斗缸活塞→轉斗缸之間建立兩個HDIKSolver。4.3缸前銷軸p6分別將虛擬體1綁定到動臂銷軸P7,虛擬體2綁定到轉斗缸前銷軸P6,虛擬體3綁定到鏟斗上銷軸P9處。這時如果轉動鏟斗會發(fā)現所有對象均隨之變化,但是綁定對象的位置變化并不與實際一致,還需要限制液壓缸的滑動和轉動。4.4y軸擺動的控制根據各對象的實際運動情況施加約束,限制實際不存在的滑動和轉動。如動臂、液壓缸、鏟斗只在一定的角度范圍內繞Y軸擺動,液壓缸桿只沿著液壓缸滑動,各銷軸只隨其父對象作平動。為了符合實際和便于控制,需限定各對象的自由度,即將鏟斗、動臂、搖臂、動臂缸、轉斗缸的移動都去掉,僅余下繞Y軸的轉動;將動臂缸和轉斗缸活塞轉動的自由度去掉,僅余其延缸體軸線的移動。約束限定設置好后,開啟IK,轉動鏟斗會發(fā)現所有對象均隨之變化,如圖6所示。4.5動畫的渲染加工在以上各步驟完成之后,可以將其與車身、前車架等模型組裝在一起,開始按實際工況設置動畫。播放動畫檢查無誤后,為各對象賦材質,為場景設置燈光,架設攝像機等。在不同的位置渲染單幀圖像,查看效果滿意后,開始渲染動畫并保存成所需的動畫格式,以便于對外宣傳和技術交流等。渲染后的效果如