泥水平衡式全断面掘进机数字化样机的运动学仿真与虚拟装配

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，已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Φ11.182m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、Internet网络技术之后关注及研究、开发与应用的热点，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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 数字化样机技术

1．2．1 数字化样机技术的内涵

1．2．2 数字化样机的特点

1．2．3 数字化样机技术的发展

1．3 虚拟现实技术

1．4 全断面掘进机的发展

1．5 论文研究内容

第2章 泥水平衡式全断面掘进机数字化样机的建立建立

2．1 数字化建模理论

2．1．1 几何建模方法

2．1．2 特征造型

2．1．3 参数化造型

2．2 Pro／E简介

2．2．1 Pro／Engineer的基本功能

2．2．2 几何建模的注意事项

2．3 泥水平衡式全断面掘进机数字化样机的组成

2．3．1 刀盘

2．3．2 刀盘驱动系统

2．3．3 管片安装机

2．3．4 盾体

2．3．5 工作仓

2．3．6 推力油缸

2．3．7 后配套设备

2．4 泥水平衡式全断面掘进机的整机装配

2．4．1 数字化产品装配设计概述

2．4．2 泥水平衡式全断面掘进机的整机装配

2．4．3 泥水平衡式全断面掘进机的干涉检验

2．5 本章小结

第3章 泥水平衡式全断面掘进机的运动学仿真

3．1 Mechanism模块与Design Animation模块简介

3．2 泥水平衡式全断面掘进机运动仿真的一般步骤

3．3 泥水平衡式全断面掘进机的运动仿真

3．3．1 泥水平衡式全断面掘进机的仿真分析

3．3．2 掘进机整机掘进的运动仿真

3．3．2 泥水(浆)进出的运动仿真

3．3．3 管片安装的运动仿真

3．4 本章小结

第4章 基于虚拟现实的泥水平衡式全断面掘进机虚拟装配

4．1 虚拟装配仿真技术简介

4．1．1 虚拟装配技术的概念

4．1．2 虚拟装配技术的研究现状

4．1．3 虚拟装配的关键技术

4．2 泥水平衡式全断面掘进机的虚拟装配环境

4．2．1 虚拟装配环境概述

4．2．2 Division模块与功能简介

4．3 泥水平衡式全断面掘进机的模型转换

4．3．1 模型转换的一般方法

4．3．2 基于Division mockup的模型转换方法

4．4 泥水平衡式全断面掘进机的装配工艺规划

4．5 泥水平衡式全断面掘进机虚拟装配的关键技术与步骤

4．5．1 掘进机模型的加载与优化

4．5．2 掘进机模型的调整

4．5．3 掘进机装配工艺规划

4．6 泥水平衡式全断面掘进机的装配过程仿真

4．6．1 刀盘与驱动系统的装配过程仿真

4．6．2 管片安装机的装配过程仿真

4．6．3 盾体的装配过程仿真

4．6．4 整机的装配过程仿真

4．7 基于Division Mockup的干涉检测

4．7．1 Division环境下的静态干涉检验

4．7．2 Division环境下的动态碰撞检测

4．8 虚拟现实输出模块

4．9 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢