采矿车的设计

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1、 基于admas的多功能智能采矿车的设计 班级： 机制0804班 姓名： 韩鑫 学号： 2008307203028 联系方式： 13476028259 Email： 894487856一、该设计的背景、重要意义和用途 我国正处于飞速发展的好时期，各种矿物资源是支持经济发展和保证人民正常生活的基础。资源的开采生产把握着国民经济的命脉，但是开采过程中常常存在很大的安全隐患，而且往往自动化程度不高。该多功能采矿车可以有效缓解这种境况，可以实现自动开矿、上料、卸料，加上自动控制可以无需人员来操作，不仅保证了人员的安全，而且能够有效的减少操作人员，节省人力资源。此外，该多功能智能采矿车也可以在地震泥石流

2、等灾区用作破障，特别在危险地段，能够确实保证救援人员的安全，可以连续作业，提高救援效率，对于我国地形复杂交通不便自然灾害多发地区有着广泛的应用前景。二、 设计的结构组成 该设计为多功能智能采矿车，采矿车由车箱车底盘车头车的机械臂组成。其中车头为摄像头，可以自动识别路面情况和矿物材料。机械臂分为两支，一支连接铲斗，实现将矿料夹持装入车箱内，另一支连接工具盘，工具盘有三个基本工具：水枪、鐕头、转动尖齿轮刀，可在工作过程中根据实际情况，实时进行工具转换，保证工作持续高效。另外，车箱可转动一定角度，实现自动卸料。下图是智能采矿车组成图1. 车箱 2. 车底盘 3.车轮 4.工具机械臂 5. 车铲斗机械

3、臂6. 工具盘 7.旋转小臂 8. 铲斗 9.鐕头 10. 旋转齿轮刀 11. 摄像头 12.路面 13. 水枪 具体工作过程：由车子的智能识别系统自动检测识别周围环境，将信息经过中央控制系统进行分析处理后，传送给执行机构，工具臂首先经喷水打孔，然后用齿轮刀进行开采，采下的矿石可以用铲斗进行装料。当车箱内装满矿石时，车子可行驶到料场进行自动卸料。三、多功能智能采矿车模型的建立过程1. 启动ADAMS/View，在欢迎对话框中选择新建模型，在模型名称输入框中输入zhinengcaikuangche，单位默认设置为MMKS。2.在setting菜单中working grid 下设置工作环境：大小3

4、000mm*2500mm，网格点的间距为50mm，单击F4可打开坐标，有利于尺寸的读取。3.创建车底盘。（1）点击建立L=1000mm,H=550mm,D=1000mm和L=800mm，H=300mm，D=600mm的两个长方体，而后点击进行布尔运算，得到车箱的基本结构，点击变换视图，然后点击，将长方体移动到网格的中心位置。（2）点击建立L=600mm,R=150mm的圆柱，点击建立L=H=150mm,D=600mm长方体，两者进行布尔运算得到带有圆柱曲面的不规则物体，并复制一个以在创建车箱时备用。（3）将（1）（2）两步得到的物体，待两者在正确的位置接触后，点击将两者合并，则得到车底盘的形状

5、。 4.创建车箱。 （1）点击建立L=800mm,H=300mm,D=600mm的长方体，点击创建横截面为300mm*300mm的等边直角三角形，Length=800mm的拉伸体，并复制一个。点击，出现下拉菜单，可以实现选中物体的移动和旋转，将两个拉伸体分别旋转90度和-90度，并移动到（1）所创建的长方体位置。 （2）将（1）所建立的长方体和拉伸体用布尔运算合并为一个整体，则得到车箱的基本形状。 （3）将创建底盘时的备用曲面物体绕Y轴旋转90度，并移动步骤同（1），与（2）得到的车箱基本体进行布尔运算，点击创建得到车箱最终的形状。 （4）点击，超着车箱上表面挖空，只留有10mm的厚度，车箱创

6、建完成。5.创建识别摄像头。 （1）点击创建R=50mm，L=150mm圆柱，并使其绕Y轴旋转90度，点击创建Deepth=100mm，High=40mm，L=50mm的长方体，并在Z轴方向移动到网格中心，在XY平面内移动到圆柱上部。 （2）点击，将（1）创建的两个物体合并，则摄像头形体创建完成。6.创建车轮 （1）点击创建R=100mm，L=100mm圆柱，并使其绕Y轴旋转90度，复制3个，则四个车轮创建完成。 （2）将四个车轮移动到车底盘下部对应的位置。7.创建机械臂转盘 点击创建R=100mm，L=150mm圆柱，并使其绕Y轴旋转90度，复制一个，将两个转盘移动到车底盘上部两边对应位置。

7、8.创建机械臂 （1）点击创建R=50mm，L=400mm圆柱，并复制一个。 （2）点击创建L=400mm，D=40mm的连杆，并复制一个。 （3）点击创建R=50mm，L=50mm圆柱，点击创建D=100mm，H=100mm，L=100mm的正方体，将其两者进行布尔合并，创建转臂。 (4) 将以上几个部分移动到车体的对应位置。在创建和移动过程中可以点击来变换视图，点击【Settings】【Working Grid】中set location来设置网格的坐标原点位置，set orientation来设置网格在哪个平面内显现，这样有利于作图。9.创建道刀具盘 （1）点击创建R=100mm，L=1

8、50mm圆柱，并使其绕Z轴旋转90度，并复制一个。 （2）创建R=100mm，L=250mm和R=20mm，L=200的大小两个圆柱，点击创建小头R=20mm，大头R=50mm的圆锥，将大圆柱和圆柱进行布尔合并，最后将合并体与小圆柱进行布尔相减，则得到水枪的形状。（3）点击创建小头R=10mm，大头R=25mm的圆锥，并点击创建R=25mm，L=200mm的圆柱，将两者合并形成鐕头。（4）点击创建L=200mm，D=10mm，wide=30mm的连杆，并复制一个，然后将（1）创建的圆柱之一与这两个连杆进行合并，得到齿轮转刀臂。（5）点击创建直角三角形拉伸体，depth=50mm，两直角条边长分

9、别为50mm，150mm，然后将拉伸体复制六个，将六个三角形绕其较大的锐角顶点旋转60度，120度，180度等，使六个三角形均匀围成一圈，将六个三角形合并则形成齿轮刀。（6）将以上创建的部分分别组成齿轮刀，鐕头，水枪部件，将其整体移动，旋转到刀具转盘上，其分布在刀具转盘周围，夹角互为120度。（7）将齿轮刀臂，水枪和鐕头臂与刀具盘合并成为一体，则刀具盘创建完成。10.创建铲斗 （1）点击创建截面形状为梯形的拉伸体，梯形上下底边长分别为100mm，300mm，拉伸的depth=200mm。 （2）创建连杆，L=100mm，D=10mm，W=40mm，将连杆与（1）中创建的拉伸体进行合并，得到一个

10、铲斗，并复制一个，将其中一个绕X轴旋转180度将其移动到机械臂转臂相对应的位置。11.创建水分子模型 点击创建R=10mm的小球体，并复制一个。将这两个水分子模型移动到水枪孔内。12.创建山体 点击创建L=600mm，D=800mm，H=400mm，然后创建L=100mm，D=100mm，H=100mm的正方体，并复制2个，为矿石。13.创建路面 点击创建L=5000mm，D=2000mm，H=50mm长方体，路面创造完成。四、各个构建之间添加约束 1.转动副的添加 点击，然后左击要添加约束的两个构件，最后点击约束要添加的位置，则约束添加成功。要添加的转动约束如下：车箱与底盘，四个轮子与底盘，

11、两个机械臂转盘与底盘，两个机械臂与机械连杆，机械连杆与机械转臂，机械转臂与两个铲斗，摄像头与底盘，工具盘与机械臂，齿轮刀与工具盘。2. 移动副的添加点击，然后左击要添加约束的两个构件，最后点击约束要添加的位置，则约束添加成功。要添加的移动约束如下：鐕头与工具盘。 五、添加驱动力（1）转动副驱动力的添加 点击，然后点击要添加驱动力的连接副，驱动力添加完成。要添加的转动驱动力及其驱动力函数如下：车箱与底盘STEP( time , 0 , 0 , 1 , 0 )+STEP( time , 1 , 0 , 2 , -30d )+STEP( time , 2 , 0 , 3 , 30d )，四个轮子与底

12、盘STEP( time, 0 , 0 , 2 ,-480d )+STEP( time , 2, 0, 2.5 ,480d )+STEP( time , 2.5 , 0 , 3.5 , 0 )+STEP( time , 3.5 , 0 , 4 , -150d )+STEP( time , 4.5 , 0 ,5 , 150d )，两个机械臂转盘与底盘STEP( time, 0, 0 , 5 ,0 )，两个机械臂与机械连杆分别为STEP( time , 0, 0, 5 , 0 )+STEP( time , 5 , 0 , 5.5 , 50d )和STEP( time , 0 , 0 , 2 , 0

13、)，机械连杆与机械转臂STEP( time , 0, 0d , 2, 0d )+STEP( time , 2 , 0d , 3 , 90d )+STEP( time , 3 , 0 , 6.8 , 0 )+STEP(time, 6.8 , 0 , 7.1 , 40d)+STEP( time , 7.1 , 0 , 7.5 , -80d)+STEP( time , 7.5 , 0 , 7.8 , 40d )和STEP( time , 0, 0, 2 , 0d )+STEP( time , 2 ,0, 4 , 30d )，机械转臂与两个铲斗分别为STEP( time , 0 , 0 , 1 , 1

14、5d )+STEP( time , 1 , 0 , 2 , 15d )+STEP( time , 2 , 0 , 4.5 , 0 )+STEP( time , 4.5 , 0 , 5 , -30d )+STEP( time , 5, 0 , 6 , 0)+STEP( time , 6 , 0 , 7 , 30d )和STEP( time , 0 , 0 , 1 , -15d )+STEP( time , 1 , 0 , 2 , -15d )+STEP( time , 2, 0 , 4.5 , 0 )+STEP( time , 4.5 , 0 , 5 , 30d )+STEP( time , 5

15、, 0 , 6 , 0)+STEP( time , 6 , 0 , 7 , -30d )，摄像头与底盘30d*sin(180*time)，工具盘与机械臂STEP( time, 0 , 0 , 1 , 30d )+STEP( time , 1 , 0 , 2 , 0 )+STEP( time , 2 , 0 , 3 , 120d )+STEP( time , 3 , 0 , 4 , 0)+STEP( time, 4, 0 , 5 ,90d)+STEP( time, 5 , 0 , 6 , 0)，齿轮刀与工具盘STEP( time , 0 , 0 , 1 ,0 )+STEP(time , 1 ,

16、0 , 2 , 3600d )+STEP( time , 2 , 0 , 5 , -3600d )。（2）转动副驱动力的添加点击，然后点击要添加驱动力的连接副，驱动力添加完成鐕头与工具盘：40*sin(30 * time)六、添加接触力 点击，则弹出如下对话框，在I Solid文本框中点击右键，选则pick选择要添加接触力的物体，同理J Solid文本框亦如此。要添加接触力的构架为：四个轮子与路面，车箱与车底盘，矿石模型与矿山模型，矿山模型与路面，矿石与铲斗，矿石与车箱。将矿石与铲斗的接触力刚度修改stiffness为1.0E+004：降低其接触弹性。七、运动学仿真分析选择仿真工具图标，设置E

17、nd Time=10,Steps=500，单击进行仿真分析。对采矿车的运动进行分析。（1） 车箱X轴方向速度的分析如图可以看出在2.1s附近，最大速度为863.60.29mms（2） 底盘的加速度仿真分析 可已看出运动过程中底盘有震动（3）摄像头角速度分析从图上看出，摄像头的角速度为周期性。（4）鐕头X方向的速度（5）挖轮Z轴方向的的角速度八、学习心得及设计小结选课的时候，就看了adams这门课的介绍，发现这个软件仿真模拟功能非常的强大，但是我还是不是很了解，出于好奇和兴趣，我就选了这门课。当老师第一次上课时，课堂上展示了很多以前同学做到作业，其中有飞机模型，坦克模型，还可以发射导弹，还有许多

18、我们学过的机械。其最让人倾心的地方是这个软件可以将各个构架在仿真过程中的速度，加速度位移等用函数图形在坐标上表示出来，这样就给设计者节省了许多计算时间，而且更加简洁明了。课程课时虽然不多，但经过平时老师讲解和上机练习，特别是最后做课程结业设计过程中，我对这款软件有了基本的了解。刚开始，思考要做什么，特别纠结，最后，经过一段时间的思考，采矿车的基本模型在我脑海中形成。但是，在具体设计过程中还是遇到了不少问题。首先，我一开始就做出了采矿车的基本构件，没有添加运动副和驱动力，结果造成最后添加了约束以后不能仿真，即使是删掉所有的约束后也是同样的问题，在这个问题上我纠结了较长时间，但还是无法解决。最后问

19、了其他同学，他们也出现过类似问题，在做的过程中要边画构件边添加约束，并要不定时的仿真一下，看有没有问题。后来，我不得已重新画了一个。再就是，在画的过程中要及时改构件的名字，防止到最后混淆，给添加约束造成麻烦。最后就是adams中有庞大的函数可供选择来供给一定的驱动力，这些函数有许多都不懂，经过与同学交流和自己设计的过程中不断摸索，也只搞明白了几个函数而已。我觉得adams这款软件的建模能力不够强大，许多复杂一点的构件难以顺利绘制出来，这也许是由其主要仿真功能决定的吧。学习这门课程我还是学到了不少，虽然这个设计并不复杂，而且也存在一些问题，但是自己独立完成一件自己的作品，内心还是比较有成就感的。最后，多谢老师的辛勤指导。