基于虚拟样机的铲运机工作装置仿真及优化
基于虚拟样机的机械产品设计与优化
基于虚拟样机的机械产品设计与优化在当今科技快速发展的时代，虚拟样机已经逐渐成为机械产品设计和优化的重要工具。
基于虚拟样机的设计方法不仅能够提高产品设计的效率，还可以降低开发成本和风险。
本文将探讨基于虚拟样机的机械产品设计与优化的意义和方法。
虚拟样机是一种以计算机辅助设计和仿真技术为基础的产品开发工具。
它通过建立真实产品的3D模型，并应用物理仿真和虚拟现实技术，能够在计算机上模拟产品在不同环境和工况下的运行情况。
与传统的实物样机相比，虚拟样机具有成本低、灵活性高等优势。
首先，基于虚拟样机的设计方法能够提高产品设计的效率。
传统的产品设计方法往往需要制作实物样机，并进行实际测试才能验证设计方案的可行性。
这不仅费时费力，还存在很大的不确定性。
而虚拟样机可以在计算机上模拟产品的运行情况，包括结构强度、运动性能等方面的分析。
设计者可以根据模拟结果进行优化，从而节省了重复制作实物样机的时间和成本。
其次，基于虚拟样机的设计方法可以降低开发成本和风险。
传统的产品开发过程中，开发人员需要购买材料、加工零件并进行实物测试，这不仅需要大量的投资，还存在失败的风险。
而基于虚拟样机的设计方法可以在计算机上进行模拟测试，避免了上述开支和风险。
设计者可以通过虚拟样机对产品进行多次优化，降低了故障风险，提高了产品的可靠性。
此外，基于虚拟样机的设计方法还能够提供更多的设计自由度。
在传统的产品设计中，设计师需要考虑物理空间的限制，可能会受到零件加工方式的限制。
而虚拟样机可以将产品的设计和制造过程完全数字化，设计师可以在虚拟环境中灵活调整产品的参数和结构，实现更加创新的设计。
那么，应该如何进行基于虚拟样机的机械产品设计与优化呢？首先，设计者需要建立产品的3D模型。
这包括产品的外观和内部结构，以及各种零部件的尺寸和形状。
设计者可以使用计算机辅助设计软件进行建模，并为每个零部件分配合适的材料属性。
其次，设计者需要应用物理仿真技术对产品进行分析和测试。
基于Pro／E的装载机工作装置虚拟样机与仿真分析
关键 词 ：装 载 机 ； 工 作 装 置 ；虚 拟 样 机 ；仿 真
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ是 一 款 包 括 Ｃ ＡＤ／ Ｃ ＡＭ／ Ｃ ＡＥ 的 大型设计 软件 ［ １ ］ ， 其 不 仅 可 用 来 建 立 相 应 的几 何 模 型， 而 且还可 对模 型进 行仿 真模 拟 ， 并 对仿 真模 拟 的结 果 进行 分析 ， 以及 时发 现设计 中所存 在的 问题 ， 从 而 在 设 计 阶段就 解决 这些 问 题 ， 以减 少 生 产及 投 入 使 用 后 的维修 费用 ， 这不 仅有 利于 企业 经济 效益 的提 高 ， 而 且 减 少 了设计 所耗 费的 时 间。
收 稿 Ｈ期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４ ；修 回 ｝ ］ 期 ：２ ０ １ ３ ０ ８ — ２ ４
图ｌ 装 载 机 工 作 装 置 虚 拟 样 机
３ 虚拟样 机 的动态模 拟
虚拟 样机装 配 好后 ， 就 可 以利 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软 件进行 动态模拟及分析 ， 其 动态模拟及 分析流程见 图 ２ 。
作 者 简介 ： 张椭 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 女 ，辽 宁营 口人 ，讲 师 ，本 科 ，主 要 研究 方 向 ：Ｃ ＡＤ／ ＣＡＭ 软 件应 用 。
建立连接 连接轴设定 运 动副伺服 电动 机
建立运动 模型
设置运动 环境 分 析运动机构 获取分析结 果
重 力 ． 执 行电动机 旌加 载荷 初 始条件 运动干 涉检查 运 动 包 络 轨迹 曲线
运 动 学 动态分 析 静态 分析 修 改
轮式装载机工作装置运动仿真与优化设计的开题报告
轮式装载机工作装置运动仿真与优化设计的开题报告一、研究背景轮式装载机是工农业生产中重要的机械装备之一，主要用于装卸土方、石方、砂石、煤柴等散装物料，也可用于地基工程、道路维护、城市清洁等。
随着市场的不断发展和用户的不断提高要求，轮式装载机需要在性能、效率、可靠性等方面得到进一步提高。
在这些方面，工作装置是重要的研究对象。
对工作装置的运动仿真和优化设计可以帮助设计和生产轮式装载机，提高其性能表现。
二、研究内容本研究将对轮式装载机工作装置的运动进行仿真，同时进行优化设计，具体内容如下：1. 轮式装载机工作装置的运动机理分析2. 基于 Solidworks/Simulink 软件，对轮式装载机工作装置进行运动仿真，包括举升、倾斜、回转等动作。
3. 基于仿真结果，优化设计轮式装载机工作装置，提高其性能表现。
4. 对优化后的装置进行验证实验，并与仿真结果进行对比分析。
三、研究意义1. 对轮式装载机工作装置运动机理进行分析，可以揭示其内部结构和动作原理，为优化设计提供更好的基础。
2. 运动仿真和优化设计可以帮助设计人员更好地理解工作装置的运动特性，优化设计方案，提高轮式装载机的性能表现。
3. 研究成果可以为工程实践提供理论支持和技术指导。
四、研究方法本研究将采用以下研究方法：1.文献调研：对轮式装载机工作装置的运动机理、举升、倾斜、回转等基本动作原理进行研究。
2.Solidworks/Simulink 软件：对轮式装载机工作装置进行运动仿真，建立数学模型，对运动过程进行仿真和分析。
3.优化设计方法：基于仿真结果，运用优化设计方法，确定轮式装载机工作装置的优化方案。
4.实验验证：对优化方案进行实验验证，并与仿真结果进行对比分析。
五、研究计划时间安排如下：第一阶段（1-3月）：文献调研，了解轮式装载机工作装置的基本运动原理，熟悉 Solidworks/Simulink 软件等工具的使用。
第二阶段（4-6月）：建立轮式装载机工作装置的数学模型，进行进行运动仿真，并进行初步分析。
基于虚拟样机技术的工程机械仿真分析与应用研究
基于虚拟样机技术的工程机械仿真分析与应用研究摘要：近年来，机械领域的虚拟样机技术发展迅速，并将以迅猛的势头逐渐取代传统的机械设计、试验和研究方法。
本文首先简单阐述了虚拟样机技术，以及一款虚拟仿真软件，然后重点阐述了这款应用仿真软件对工程机械进行优化设计的内容，以及一些机械产品设计中的具体应用，其中，用真实的例子说明了具体方法，希望能够为基于虚拟样机技术的工程机械研究设计提供有价值的参考和借鉴。
关键词：虚拟样机技术;工程机械仿真;应用1.虚拟样机技术所谓虚拟样机技术，就是在制造真实样机之前，以计算机虚拟现实的研究平台为基础进行工程机械产品的设计研发，其依托的核心理论基础是多体动力学、现代控制理论等等，同时利用计算机、三维图形处理、信息集成等技术，把需要设计的工程机械产品的分散的零部件的有关分析信息结合在一起，从而建立起工程接卸产品的数学模型，并且针对产品应用中的工况开展仿真分析，从而对该产品的整体性能、使用性能等进行科学的预测，再进行系统的细节上的整改优化[1]。
虚拟样机技术已经被应用于工程机械产品仿真设计开发的整个过程，是一个面向系统的技术设计，其中包括数字样机，包括功能虚拟样机，还包括虚拟工厂仿真，这三个方面有效地结合，从而实现了工程机械产品样机从实体向虚拟的有效转化。
虚拟样机技术为虚拟工程机械产品的开发提供了非常强大的技术支撑。
基于虚拟样机技术设计开发工程机械产品的基本流程可以分为以下四个步骤：第一步是，先建立起工程机械产品的开发模型，利用现有的知识对开发过程进行分析改进;第二步是，利用上一环节得到的模型，建立起产品的数字化、仿真和分析模型;第三步是，运用仿真和分析工具对产品模型进行功能和性能分析;第四步是，根据仿真和分析得出的结果，对虚拟样机产品的各方面性能进行综合评估改进[2]。
与传统的基于物理样机的方法比，它具有更多的优点。
2.虚拟样机技术依托的几款常用软件虚拟样机技术的应用需要借助一些虚拟样机软件来实现，这些软件要求界面比较友好，要求功能比较强大，要求性能比较稳定。
基于虚拟样机技术的机械系统运动仿真与优化
基于虚拟样机技术的机械系统运动仿真与优化在机械系统的开发过程中，运动仿真与优化是至关重要的环节。
而基于虚拟样机技术的机械系统运动仿真与优化可以提供高效、精确的解决方案。
本文将就此主题展开讨论。
一、虚拟样机技术的概述虚拟样机技术是指通过数值计算和仿真软件将一个物理系统的动态行为模拟到计算机中，从而实现对其运动过程进行观察、分析和优化的技术手段。
虚拟样机技术在机械系统的开发过程中，可以减少实际试验的次数和成本，提高开发效率和产品质量。
二、机械系统运动仿真的意义机械系统的运动仿真是指将系统的运动行为模拟到计算机中，通过对系统运动过程的观察和分析，可以帮助开发人员更好地理解系统的运动特性和性能。
通过仿真可以发现系统中存在的问题和不足，提前进行优化，避免在实际制造阶段出现问题，从而节省时间和成本。
三、机械系统运动仿真的方法1. 刚体运动仿真：刚体是指在运动过程中保持形状不变的物体。
在机械系统的仿真过程中，可以将系统的各个部件视为刚体，并通过求解运动方程和约束方程来模拟系统的运动行为。
2. 弹性体运动仿真：弹性体是指在受力作用下发生形变的物体。
在机械系统中，往往涉及到弹性体的运动和变形。
针对这种情况，可以采用有限元法等方法进行仿真，对系统的弹性变形进行模拟和分析。
3. 流体运动仿真：在一些机械系统中，流体的运动行为对系统的性能具有重要影响。
通过数值计算和流体力学仿真软件，可以模拟出流体在系统内部的流动情况，进而对系统的性能进行分析和优化。
四、机械系统运动仿真的优势1. 减少试验次数和成本：通过运动仿真，可以在计算机中对系统进行多次模拟，大大减少了实际试验的次数和成本。
2. 提高开发效率和产品质量：通过仿真可以及早发现系统中的问题和不足，提前进行优化，从而在实际制造阶段避免出现问题，提高了开发效率和产品质量。
3. 优化设计方案：通过仿真可以对不同的设计方案进行模拟比较，找出最优方案，从而优化系统的性能和效果。
装载机铲装装置的虚拟装配和运动仿真研究
ＦＵ￣ ＡＮ ＮＯ ＮＧＪＩ
装载机铲装装置 的虚拟装配和运 动仿真研究
吴 玉 荣
（ 田 市 荣兴 机 械 有 限公 司 ， 建 莆 田 ３ １ ０ ） 莆 福 ５ １０
摘 要 ： 章介 绍 了 Ｐ ｏ Ｅ ｇ ｅ 件在 装载机 铲装 机构 设 计分析 中的应用 。通过 对机构 建立合 理 的 文 ／ｎ１ ｅ ｒ ｎ ｒ软
产 品参 数化 设 计 、 动 校 核及 运 动 力 学等 分 析 ， 过 运 通 其 快速 、 观 的建 模 ， 分显 示 出 各部 件 运 动 中相 互 直 充
间的协调 关 ， 又可 用来检 验 设计过 程 的合理 性和 正
确性 。
１ 铲 装 装 置 的 建 模 及 虚 拟 装 配
速 发展 ， 成为 工程机 械 的主要 机种 之一 。 目前 装载 机 市场 上 出现一 些 有特 殊 构造 、有特 色 的和 多 功 能产
品， 这种 发展趋 势 既体现 各 厂家市场 差 异化 的产 品战 略， 又体 现各 自的技术水 平和 实力 。这 些变 化对 产 品 的设计手 段和 设计 效率 提 出 了更 高 的要求 。
以确 定 ， 重复工 作量 大 。 了解 决这 些 问题 ， 公司采 为 本
实现 。随 着计算 机辅 助设 计技 术 的发展 ， 借助 目前 最
流行 的三 维设计 软件 之一 Ｐ ｏ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｒ ／ ｎ ｉ ｅ ｒ软件 ，进行
用 了 Ｐ ｏ Ｅ ｇ ｅ ｒ ／ ｎ ｅ ｒ软件对 该铲 装装 置进行 仿真和 分 ｉ ｎ 析 ， 拟 它在真 实环 境 的工作状 况 并获取 其主要 机构 模 的受力 分析 ， 以及 早发现 设计缺 陷， 缩短 设计周 期 。
地下铲运机工作装置动态仿真与满意优化研究的开题报告
地下铲运机工作装置动态仿真与满意优化研究的开题报告一、研究背景及目的地下铲运机是一种用于采矿与运输地下矿物的重型机械设备。
工作装置是影响铲运机工作效率和性能的重要因素，因此动态仿真与满意优化研究在实际生产中具有重要的应用价值。
本文旨在研究地下铲运机工作装置的动态仿真与满意优化方法，并通过仿真实验与优化算法的实现使该机械设备的工作效率和性能得到有效提升，为地下矿山的生产提供良好的技术支持。
二、研究内容及方法本文主要研究内容包括以下方面：1. 地下铲运机工作装置动态仿真模型的建立：根据实际工况与设备结构，建立地下铲运机工作装置动态仿真模型，模拟铲运机在采矿过程中的工作状态。
2. 工作装置满意度评价指标的确定：根据地下铲运机的采矿工作特点，选取合适的指标以评价工作装置的满意度，包括采矿效率、能耗、安全性等方面。
3. 工作装置优化算法的设计：基于粒子群算法与遗传算法等优化算法，对地下铲运机工作装置的工作状态和参数进行优化求解，提升工作效率、降低能耗等。
4. 模拟实验与结果分析：通过动态仿真实验，验证优化算法的有效性，并通过实验数据分析与评价铲运机工作的效率和性能。
本文的研究方法主要包括：文献调研、数据采集、动态仿真建模、算法设计与实现、实验验证等。
三、预期成果及意义通过本文的研究，预期可以实现以下成果：1. 建立地下铲运机工作装置动态仿真模型，模拟铲运机在采矿过程中的工作状态。
2. 确定合适的工作装置满意度评价指标，提高评价工作装置的科学性与准确性。
3. 设计优化算法并实现，为铲运机工作装置提供更优的工作状态和参数设置方案，满足不同采矿场景下的需求。
4. 通过实验验证算法的有效性，提升地下铲运机的工作效率、降低能耗、提高工作安全性，具有较好的应用价值和社会效益。
本文的研究具有推动地下矿山采矿技术发展的作用，为提高国内地下矿山的生产效率和运营质量提供技术支持。
同时，本文的研究方法和思路还可以为动态仿真与工程优化领域的相关研究提供新的参考与借鉴。
基于虚拟样机技术的装载机工作装置的仿真分析
转斗油 缸 、 举升油 缸等 组成 ， 简化 模型 如图 １ 示 。 其 所 其 中 ，标号 ～ 为构 造设计 点 。 １ １ 创建 工作装 置的各 个构件 ．
本 模 型 以 点垂 直 向下 和 Ｇ 点水 平 向右 的交 点
即铲斗 的卸 料角 均小 于或 等 于 ４ 。 ③卸 载性 ： ５； 即保 证 最 大卸 载高 度及 对应 的卸 载距 离 ；④ 自动 放平 性 ：即
动 臂下 降 至下 限位 置时应 保证 铲 斗 自动放 平 ， 自动 进 入 下一 次铲 掘状 态 ；⑤ 连杆机 构 的传 动性 ：即保证 各 个 工况 不 出现 构件相 互 干涉 ，各 机构 的传 动角 不得 小
函数 表达 式使 仿 真结果 接 近要 求 的评价 指标 。转 斗油
缸 的运动 规律 如下 ：
ｓｅ ｔｍｅ， ． ， ． ３ ２， ０）＋ ｓｅ ｔｍｅ ７ １， ． ， ． 一 ５ ｔｐ（ｉ ３ ０ ０ ０， ． ５ ｔ ｐ（ｉ ， ． ０ ０ ７ ３， Ｏ）＋
ｓ ｅ ｔｍｅ， １ ９． ． １ ｌ， １ ４ ＋ ｓ ｅ ｔ ｅ ｌ ． ０ ０， ４ １， ４ ）。 ｔ ｐ（ ｉ ｌ ． ０ ０， 厶 一 ４） ｔ ｐ（ ｉ ， ３ ９， ． １ ． ｌ ４ ｍ
２ （ ２月 ０ ０年 第 １期 １ 总 第 １８期 ） ５
． 机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＡＬ ＥＮＧＩ Ｃ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎｏ．１
Ｆｅ ｂ．
文 章编 号 ： ６ ２ ６ １ （ ０ ０ ０ — ０ ００ １ ７ — ４ ３ ２ １ ） １０ ４ — ３
浅析在挖掘装载机的设计和制造中采用虚拟样机技术
浅析在挖掘装载机的设计和制造中采用虚拟样机技术摘要在设计与制造挖掘装载机物理样机过程中，如果反复制造、试验物理样机，不仅会需要大量时间，也会造成资源、人力的浪费。
而随着计算机技术的迅猛发展，虚拟样机技术日益成熟，在挖掘装载机物理样机试验过程中采用“虚拟样机、仿真实验”的设计方法，可以在物理样机制造出来之前通过反复修改系统动力学模型进行预测、比较、直至获得最优设计方案，省去反复制造试验物理样机所需的时间。
关键词挖掘装载机；虚拟样机；技术虚拟样机技术是科学技术的重大研究成果，特别是在挖掘机的设计和制造中，它可以结合各种不同的设计方案模拟各种挖掘的工作情况，从而做出最正确和符合实际的方案选择。
其中，ADAMS虚拟样机技术在挖掘装载机设计和制造的全过程都可发挥重要作用，在其开发投入期采用该技术能缩短设计周期、节约设计经费；产品制成之后仍可进行虚拟样机仿真实验，代替物理样机实验进行子系统及参数的优化。
1挖掘装载机挖掘装置虚拟样机的参数设计挖掘装载机虚拟样机的建立基于ADAMS软件，可以方便快捷地建立挖掘装置的虚拟样机，估算统计出系统共需24个开关量I/O口，其中输入16个，输出8个。
根据系统要求的I/O点数再加上20%-30％的备用量，确定PLC点数。
综合考虑I/O口配置、以后注塑机功能扩展的需要及性能价格比等因素，综上所述，本文选用选用德国西门子公司的SIMATICS7-300系列PLC作为该系统的下位机，具体的型号为CPU315。
样机模型建成以后，可用模型检验工具来检查错误，结果显示此模型没有多余约束，模型检验正确。
如果处理开关量、模拟量，进行回路调节，并能用简易的语言进行编程，具备大型机的分析运算能力，很适宜被工程技术人员所掌握并能编写复杂的程序进行精密的运动控制。
上位机和下位机（PLC）之间选用MPI通信方式，由于CPU315有一个MPI 可以利用，在中小型控制系统中，上位机数据传输量不会很大，对实时性要求也不是特别高，故用MPI方式能完全满足控制系统的要求。
基于虚拟样机的挖掘机工作装置的设计与仿真的开题报告
基于虚拟样机的挖掘机工作装置的设计与仿真的开题报告一、选题背景挖掘机是一个重要的矿山、建筑、道路等重要设备，其工作装置直接影响到其工作性能和效率。
为了提高挖掘机的工作效率和安全性，设计和优化挖掘机工作装置是非常重要的。
传统的挖掘机工作装置设计需要进行大量的试制和试验，耗时耗力，且成本较高。
随着计算机技术和虚拟仿真技术的不断发展，借助仿真软件进行挖掘机工作装置设计和优化的效率和可行性得到了极大提升。
因此，本次选题旨在基于虚拟样机开展挖掘机工作装置的设计与仿真，利用计算机仿真技术对挖掘机工作装置的设计进行有效的评估，为挖掘机工作装置的优化提供理论与技术支持。
二、选题意义1. 提高挖掘机工作性能和效率传统的挖掘机工作装置设计方法需要进行大量的试制和试验，成本高、效率低。
而基于虚拟样机的设计与仿真可以在计算机上进行快速、准确的仿真分析，理论和实践相结合，使得设计方案更加科学合理，能够有效提高挖掘机工作性能和效率。
2. 降低设计成本和周期借助虚拟样机技术，可以在计算机上进行设计和仿真，极大地降低了设计成本和周期。
避免了试制、试验环节，减少了原材料的浪费、节约了时间和人力成本。
3. 优化挖掘机工作装置结构通过模拟挖掘机工作过程中的变形、应力分布等关键参数的计算，分析不同工作状态下工作装置的性能特点，进而优化其设计，使其更加符合实际的工作需求。
三、研究内容和技术路线1. 挖掘机工作装置的结构设计借助现有的挖掘机工作装置结构和仿真软件，进行结构建模和优化设计。
2. 挖掘机工作过程的仿真模拟利用仿真软件对挖掘机工作过程进行建模和仿真。
对挖掘机工作装置在实际工作中的受力情况、承载能力、变形情况进行分析。
3. 挖掘机工作装置设计参数的优化基于仿真分析结果，优化挖掘机工作装置的设计参数，如工作装置的材料、结构形式等，使其更加符合实际应用需求。
4. 挖掘机工作装置实验验证对仿真优化后的工作装置进行实验验证，进一步验证仿真结果的准确性和可行性。
多功能装载机基于虚拟样机的综合仿真与优化开题报告
多功能装载机基于虚拟样机的综合仿真与优化开题报告一、选题背景多功能装载机是一种目前广泛应用于建筑工地、矿山、码头等场所的重型机械设备，具有操作灵活、效率高等优点。
然而，多功能装载机的结构复杂，关键部件的运动学特性较难直接观测，因此在设计、制造和改进过程中需要进行仿真分析以保证性能和可靠性。
为提高多功能装载机的设计和制造效率，采用虚拟样机技术和综合仿真技术是当前的发展趋势。
虚拟样机技术可以在计算机上构建三维模型，并模拟多功能装载机的运动学和动力学特性，从而可以更加直观地理解和分析机器的性能和优化方案。
综合仿真技术能够将虚拟样机和相关的测试数据进行整合，可以对机器的不同部分和系统进行优化，从而进一步提高多功能装载机的性能和可靠性。
因此，本文主要研究多功能装载机基于虚拟样机的综合仿真与优化，以提高相关设计和制造的效率和质量。
二、研究内容本文将主要包括以下内容：1.多功能装载机的运动学和动力学分析。
基于虚拟样机技术，构建多功能装载机的三维模型，并建立运动学和动力学模型，分析关键部件的运动特性；2.多功能装载机的综合仿真技术研究。
应用综合仿真技术对多功能装载机的运动学和动力学进行综合仿真，模拟机器的工作过程和环境条件，并对其性能进行评估；3.多功能装载机的优化研究。
结合综合仿真结果，对机器的不同部分和系统进行优化，提高多功能装载机的性能和可靠性；4.实验验证和分析。
基于实际测试数据，验证虚拟样机的准确性和仿真结果的可靠性，并对优化方案进行分析和评估。
三、预期成果本文预期达到以下研究成果：1.构建多功能装载机的三维虚拟样机，并建立运动学和动力学模型；2.应用综合仿真技术对多功能装载机进行仿真，以评估其性能；3.通过优化方案，提高多功能装载机的性能和可靠性；4.验证虚拟样机的准确性和优化方案的有效性。
四、研究意义本文的研究意义主要体现在以下几个方面：1.提高多功能装载机的设计和制造效率，降低成本；2.提高多功能装载机的性能和可靠性，提高其使用价值；3.为相关领域的研究提供新的思路和方法。
装载机工作机构SQP算法优化及虚拟样机仿真
ｙ、 、 ，用 向量 示 ｌ 表
＝
（２ ３ Ｒ ，尺 ，Ｒ ，尺 ，Ｒ ，Ｒ ，Ｕ ｌ Ｄ１ Ｇ ， ５ ８ Ａ ，Ｕ ，Ｕ ２
Ｕ ，Ｒ ，Ｒ０ Ｇ ，Ｕ ５ Ｉ Ｇｌ ９ ｌ ，Ｕ ３ Ｇ ，ｙ ， ，ｙ ） ３ ＝ （ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ １ Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ，Ｘ ， ｏ １ ，Ｘ ，
以及 整机 协调 性满 足 了设计 要 求 ，优 化 了整 机 的作业 性能 ，提 升 了作业 效率 和经 济性 能 。利用 Ａ Ａ 软 Ｄ ＭＳ
件 ，对优化后的工作机构进行虚拟样机仿真，仿真结果验证了Ｓ Ｐ Ｑ 算法解决装载机工作机构非线性模型优
化 的可行 性 。
［ 关键词 ］ 装载机；工作机构；二次规划算法 ；优化设计 ；虚拟样机仿真 ［ 中图分类 号 ］ Ｈ ４ Ｔ ２３ ［ 文献 标识 码 ］ Ａ ［ 文章 编号 ］ ０ １５４ （ ０２ ０ — ０６ ０ １０ —５ Ｘ ２ １ ） ６ ０ ８— ６
Ｘ２ ｌ， １，Ｘ５ ｌ，Ｘ７ １，Ｘ３ ４ １，Ｘ６ １） （ ４）
２２ 目标 函数 ．
载机的定制设计 ，文献 ［ ，７ 运用遗传算法对工 位 置 角 Ｕ 确 定 之 后 ，机 构 的运 动 状 态就 被 唯 一确 ６ ］ Ｇ 作机构数学模型全局优化 ，满足客户的不同需求 ， 定 。 因此 ，选 取 和 Ｕ Ｇ为 自变 量 ，采 用 相 对 极 坐 降低制造成本 ；文献 ［ 一 ０ ８ ｌ ］利用Ａ Ａ ／ ｉ 标 建 立 ｚ 连 杆 机 构 的 数学 模 型 ＇＇ 。连 杆 机 Ｄ ＭＳＶ ｅ ｗ 形 。ｎｊ
对工 作装 置进行 虚 拟样机 仿 真和优 化 ，提 出非线性 二 次规 划 （ ＱＰ）优 化方 法 、正交 试 验 法综 合 Ｓ ８ Ｊ 优 化设 计 、利 用ＡＤＡ ／ ｅ ＭＳＶｉｗ的动 态监 测 功 能 构 的性 能 参 数 和 数 学 模 型 符 号 的 物 理 含 义 见 文 献 ［ ２ １ １ ， ３］。
基于COSMOSMotion的装载机工作装置仿真分析
∞ ∞ ∞ 巧
根据 Ｚ ２ 载机 的实 际工 作 情 况设 定 工 作装 Ｌ ０装 置仿 真时 间为 １ｓ ７ ，开始铲 斗沿 料 堆底 部 插 入 时 间 ３ ；上 翻转装 满 铲 斗 时 间 ２ ；动 臂 液 压 缸 运 动 举 ｓ ｓ
行仿 真分析 ，有效 地避 免 了物 理样机 开发模 式存 在
装载机为例 ，采用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 软件对装载机工作 ｏ ｄ ｒｓ ｉ 装置组成零件进行三维建模 ，然后 以前车架为基础 进行虚拟样机模型装配。在铲斗和动臂 、铲斗与拉 杆 、拉杆与下摇臂 、上摇臂与转斗油缸活塞杆、转
斗 油缸 缸简 与前 车架 、举 升 油缸 活塞杆 与 动臂 、举
［ 关键词］装载机 ；仿真 ；Ｓ ｌＷｏｋ ；Ｃ Ｓ Ｓ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｓ Ｏ ＭＯ Ｍｏｉ ｉ ｏ
［ 中图分类号］Ｔ ４２３ Ｄ ２ ． ห้องสมุดไป่ตู้
［ 文献标识码］Ｂ
［ 文章编号］１０—５ Ｘ ２０ ）４０６ — ０１５４ （０７ ０～０８０ ３
Ｓｍｕ ａｉｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｌａ ｅ ’ ｗｏ ｋ ｎ ｅ ｉｅｂ ｓｄ ｏ ＯＳ ＯＳ ｏ ｉｎ ｉ ｌｔｏ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｄ ｒＳ ｒ ｉ ｇｄ ｖｃ ａ ｅ ｎ Ｃ Ｍ Ｍ ｔ ｏ
，物料 重 力 ，插 入 阻 力 和 铲
取 阻力依 次达 到最 大值 ，物料 重力 不发 生变化 。工 作装 置所 受 的外载 荷为 ：
Ｆｇ ２ ００ Ｎ ０ ０
＝Ｇ ・ ＝５ １ ６ ２ ３ Ｎ
户对运动仿真分析的各种需求。
１ ３ 仿 真工况 ．
式 中 ，Ｇ 为 装 载 机 的 自重 ，ｋ ； 为 附 着 系 ｇ 数。
轮式装载机工作装置的虚拟设计和三维仿真毕业设计论文
XXXX大学本科毕业设计(论文)学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名班级学号指导教师二零年月XXXX大学本科毕业论文ZL50G式轮式装载机工作装置的虚拟设计和三维仿真The type of ZL50G wheel loader working device virtual design and three-dimensional simulation完整的毕业设计过程ProE 三维建模，包括零件，装配图以及运动仿真这里贴上转载机CAD图该毕业设计成果经过严格而完整的毕业答辩过程，并取得优秀。
如有需要可以联系 球球983091293（理工类）：X X X X大学毕业论文（设计）任务书学院：专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师：职称：20 年月日毕业设计（论文）题目：ZL50G式轮式装载机工作装置的虚拟设计和三维仿真一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1、了解ZL50G轮式装载机的基本机构及工作原理。
2、了解装载机的工况条件完成其工作装置总体方案的选择，例如总体结构与布置、连杆机构的结构形式等。
3、完成装载机工作装置的设计，包括铲斗设计、工作装置连杆系统设计等。
4、对装载机工作装置进行三维建模和运动仿真。
二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 毕业设计论文一份（不少于1.5万字）；2. 外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3. 装配图一张及零件图若干。
三、完成日期及进度自20 年3 月25日起至20 年6月14日止进度安排：1. 3月25日～4月7日：查阅资料、调研，完成开题报告；2. 4月8日～4月28日：完成方案确定和机构设计；3. 4月29日～5月20日：完成零件设计计算及总图4. 5月21日～6月10日：完成造型及仿真，撰写毕业设计论文。
5. 6月10日～6月14日：答辩。
四、同组设计者（若无则留空）：五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1、杨占敏等，轮式装载机[M]，北京：化学工业出版社，2006.12、吉林工业大学工程机械教研室编，轮式装载机的设计[M]，北京：工业建筑出版社，19823、汤宗和，装载机工作装置连杆机构的图解设计法，北京：工程机械，19844、潘科第童仲良，装载机的构造、使用及维修，北京：机械工业出版社，19935、成大仙等著.机械设计手册 [M].化学工业出版社，2004.16、吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，2003.67、朱龙根.《简明机械零件设计手册》.机械工业出版社，1997.11系(教研室)主任：（签章）年月日学院主管领导：（签章）年月日注：1、如页面不够可加附页2、以上一～五项由指导教师填写摘要装载机是铲土运输机械类中的一种，常见的装载机有自行式履带装载机和轮胎式装载机，装载机主要由工作装置、动力系统、传动系统、制动系统、行走系统、液压系统、电气系统等组成。
基于虚拟原型的装载机的优化设计
基于虚拟原型的装载机的优化设计何东德方子凡朱大林宜昌三峡大学机械与材料学院邓守成宜昌三峡大学信息技术中心摘要：装载机工作装置的优化模型是基于ADAMS软件上建立的。
优化设计是通过利用相对来说比较新的非线性方法来将工作装置的圆筒状手臂所受的力作为目标函数来实现的，这种方法是来自OPTDES这门学科的被称作连续二次程序算法。
这种新的方法被提出来应用在装载机的工作装置的设计上。
通过优化分析可以得出工作装置的最优尺寸和手臂的最佳受力情况。
关键词：装载机；优化设计；模拟原型技术；OPTDES1 介绍装载机的工作装置通过连接机构来实现铲、装载、卸载和运输物质等动作的，因此工作效率和质量将直接受它的影响。
由此可知，装载机的工作装置设计的核心就是如何设计出连接机构的尺寸。
目前，用来设计连接机构的方法绝大多数是采用统计数据，参考相同类型的产品来设计连接机构的每个部分并通过图解法来确定连接处的位置。
这种方法非常差劲，低效并且很难设计出好的方案。
装载机的大多数组成参数模型和工作装置的虚拟原型优化模型是基于机械系统动态软件ADAMS旨在解决更复杂问题来建立的。
优化设计是通过利用相对来说比较新的非线性方法来将工作装置的圆筒状支臂所受的力作为目标函数来实现的，这种方法是来自OPTDES这门学科的被称作连续二次程序算法。
这种新的方法被提出来应用在装载机的工作装置的设计上。
通过优化分析可以得出工作装置的最优尺寸和手臂的最佳受力情况。
2 装载机工作装置的分析工作装置是个反向六杆连接机构，见图一图一工作装置简图它是由转向铲头机构和起重活动手臂机构组成，转向铲头机构由六部分组成：圆筒状支臂CD，弧形摇杆CBE，连接杆FE，铲头GF,活动手臂GBA和支架AD。
实际上，它是由两个反向连接机构GFEB 和BCDA组成。
当活动手臂被举起时，假设手臂是固定的杆，支架AD 被看作是输入机构，GF被看做是输出机构，那么这时连接机构就是反向六杆连接机构因为AD和GF的转向是相反的。
铲土运输机械工作装置运动学仿真设计
铲土运输机械工作装置运动学仿真设计[摘要]轮式装载机是用于装运散料为主的工程机械设备，由于轮式装载机经常工作在各种复杂的工况下，这就要求轮式装载机具有良好的适应性和可靠性，尤其是工作装置的各种设计参数直接影响装载机的整机性能，因此对轮式装载机的设计提出了严格的要求。
对轮式装载机工作装置的运动学、动力学、仿真优化进行深入的研究，以提高装载机作业效率，对轮式装载机的整机设计具有特别重要的意义。
据此开展以下几方面工作:1.介绍了虚拟样机技术的基本特征，指出了虚拟样机研究的主要内容，综述了国内外虚拟样机技术研究现状，论证了在轮式装载机开发中应用虚拟样机技术的必要性和重要意义。
2.依据建模与仿真理论，建立了轮式装载机工作装置的数学模型，为轮式装载机虚拟样机的仿真研究奠定了基础。
3.研究了利用 Pro/E 建立轮式装载机三维实体模型的方法，总结了三维实体建模与虚拟装配的技巧，构建了轮式装载机整机三维实体模型，并在 Pro/E 环境下进行了装配干涉检验。
4.研究了 Pro/E 与 ADAMS 的接口技术，在 ADAMS 环境下构建了轮式装载机的虚拟样机并进行了仿真研究，得到了轮式装载机工作性能曲线。
[关键词] 装载机；工作装置；运动特性；动态载荷；仿真Kinematics simulation shoveling transport machinery work[Abstract]The wheeled loader is uses in shipping the bulk primarily project mechanical device, because the wheeled car loader day-to-day work under each kind of complex operating mode, this request wheeled car loader has the good compatibility and the reliability, works the installment each kind of design variable to affect the car loader directly in particular the complete machine performance, therefore set the strict request to the wheeled car loader design.To the wheeled car loader work installment kinematics, dynamics, the simulation optimization conduct the thorough research, enhances the car loader work efficiency, has the specially vital significance to the wheeled car loader complete machine design.According to the above develops following several aspects to work:1. The basic feature of virtual prototype technology is introduced，major contents and difficulties are pointed out in the paper。
基于虚拟样机技术的机械式矿用挖掘机工作装置参数优化设计
Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｙ ｐｅ ｍｉ ｎｅ ｅ ｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｐｍ ｅ ｎｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
挖 掘 过 程 中挖 掘 轨 迹 的平 均 推 压 一 提 升 速 度 比 为
０ ． ７ ６ ，基于仿真过程 中的斗杆伸出量 、钢丝绳缩短
量 、平 均推 压 一 提 升 速度 比和挖 掘 机 作 过 程 中铲
建模原点０
斗 的速 度 变化 规 律 ，计 算 挖 掘 和 推压 运 动 的速
的智能化 水平 。
压齿 轮和提 升钢 丝绳 等构 件组成 。本 文分 析 的矿用 挖掘机铲斗容量为３ ５ ｍ ，动 臂倾 斜 角 为４ ５ 。 。 建 模 时将生 产斗 的斗齿 、斗前壁 、斗后壁 、斗 底装 置 看成 一个 整体 ，提 升钢 丝绳 以刚性 杆代 替 。
工 作 装置 的简 化建 模 如 图 ｌ 所示 ，其 建模 过 程
杆件 质 心位置 不变 ，即仿真 分析 和优化 分 析结果 不 受 影 响 的情 况 下 ，为 了减 少 计 算 量 、提 高 优 化 效 率 ，对 正铲 工作装 置物 理模 型进 行合 理简 化 。
正 铲 工 作 装 置 主 要 由动 臂 、斗 杆 、铲 斗 、推
非自推进铲运机的数字化与虚拟仿真技术
非自推进铲运机的数字化与虚拟仿真技术数字化与虚拟仿真技术在各个行业中得到了广泛应用，而非自推进铲运机作为工程机械领域的一项重要设备，同样可以借助这些技术实现数字化管理以及虚拟仿真训练。
本文将探讨非自推进铲运机数字化与虚拟仿真技术的应用和优势。
一、数字化管理非自推进铲运机数字化管理的核心在于实现设备运行数据的实时监测与分析。
通过传感器等设备获取铲运机在工作过程中的参数信息，如工作时间、运行速度、燃油消耗等多种数据，使得铲运机运行状况得以全面掌握。
这些数据可以通过云平台进行集中管理，实现数据的远程监控与分析。
数字化管理可以帮助企业实现设备运行信息的实时传输和交流，提高工作效率和安全性。
通过对数据的分析，企业可以实现对设备的故障预警和预防性维护，及时采取相应措施，减少停机时间和维修成本。
同时，企业还可以根据铲运机的运行状态和工作负荷，对设备进行优化调度和资源配置，提升生产效率。
二、虚拟仿真训练非自推进铲运机的操作过程中，操作员需要熟悉设备的各项功能和操作方法，并具备一定的应急处理能力。
虚拟仿真技术可以提供逼真的设备操作环境，帮助操作员进行真实场景下的操作训练，降低操控风险和事故发生的概率。
在虚拟仿真训练中，操作员可以通过虚拟界面对铲运机的操作进行模拟，如启动、行驶、装载、转弯等各种操作动作。
通过触摸屏、操纵杆或其他输入设备与虚拟界面进行互动，操作员可以熟悉设备的功能和操作流程，并学习如何正确应对设备故障和紧急情况。
虚拟仿真训练还可以根据实际工作场景进行模拟，使操作员更好地感知设备在不同工况下的行为和性能。
同时，训练过程还可以记录操作员的各项指标，如操作时间、动作准确度等，为操作员提供个性化的训练反馈和改进建议，提升操作技能和工作效率。
三、数字化与虚拟仿真技术的优势应用数字化与虚拟仿真技术带来的最大优势在于降低成本和风险。
传统的设备管理和操作培训往往需要大量的人力资源和物质投入，而数字化管理和虚拟仿真训练可以在很大程度上减少这些成本。
ZL50轮式装载机虚拟样机建模与仿真探讨
ZL50轮式装载机虚拟样机建模与仿真探讨文章以ZL50轮式装载机为对象，在分析其牵引性能的基础上，通过在ADAMS软件中建立动力学模型，应用现代计算机虚拟仿真技术，形成装载机的虚拟样机系统，然后进行初步的性能仿真试验和参数优化，为装载机的不断完善提供方法和依据。
通过文章的探讨，以期对相关人员的工作提供参考。
标签：轮式装载机；动力学系统；虚拟分析引言轮式装载机是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的轮胎机械，广泛用于公路、建筑、矿山等工程领域，对于减轻劳动强度，加快工程建设速度，提高工程质量起着重要的作用。
虚拟样机技术作为一种技术手段，在汽车工业里面被普遍采用，通过相应系统进行仿真，可以达到评价汽车操作稳定性和耐久性的目的。
轮式装载机属于循环式作业机械，对其研究目前仍存在不足之处，通过虚拟样机技术来对轮式装载机进行性能仿真试验和参数优化，不失为一种解决问题的方法。
文章主要针对ZL50轮式装载机作为研究对象进行建模与分析，其具体参数如表1所示。
1 ZL50轮式装载机动力学建模由于ZL50轮式装载机是一个非常复杂的多体系统，因此通过建立装载机模型的方式研究各个系统综合性能是一种有效的方法。
虚拟样机在构造上是与实际装载机动力学行为相似的等价模型，该等价模型在物理性能上等同或十分相似于实际系统，但比实际的装载机更简单和便于分析研究。
目前机械系统动力学仿真分析软件较多，基于ADAMS能有效地分析三维机构的运动与力，可模拟大位移的系统和能够分析运动学静定系统，故采用ADAMS来对ZL50轮式装载机进行动力学建模与分析。
以下是在ADAMS操作环境下建立的动力学模型。
2 ZL50轮式装载机动力学仿真纵向稳定度是评价装载机技术性能的重要指标之一，它表明装载机在行驶或工作时抵抗翻车的能力。
ZL50轮式装载机主要在满载上坡动臂伸出最大或满载下坡行驶时或空载上坡运行时容易产生倾翻。
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第23卷第4期系统仿真学报©V ol. 23 No. 4 2011年4月Journal of System Simulation Apr., 2011基于虚拟样机的铲运机工作装置仿真及优化何邕1，贾美薇1，李萍奎2，甘立恒2，何文波2，丁国富1，程立章1(1.西南交通大学机械工程学院先进设计与制造技术研究所, 成都 610031；2.金川公司设备研究所, 金昌 737104)摘要：针对铲运机工作装置传统设计方法的不足，提出在虚拟样机意义下的工作装置优化设计方法。
根据铲运机工作装置的设计要求，建立了正转六杆工作装置的数字化样机模型和数学模型。
采用虚拟样机技术对工作装置进行运动学和动力学仿真分析，针对仿真结果中存在的问题，采用智能优化算法进行优化设计，获得铲运机工作装置智能原型设计系统。
对某型铲运机工作装置实施仿真优化，不仅实现了铲斗自动放平功能，铲斗平移性提高了90.13%，举升油缸的传力比提高了28.47%。
关键词：虚拟样机；仿真优化；工作装置；智能设计；铲运机中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2011) 04-0702-05Simulation and Optimization for Work Mechanism of Load Haul DumpBased on Virtual PrototypeHE Yong1, JIA Mei-wei1, LI Ping-kui2, GAN Li-heng2, HE Wen-bo2, DING Guo-fu1, CHENG Li-zhang1(1. Institute of Advanced Design & Manufacturing, School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2. Equipment Research Institute of JinChuan Group Ltd, Jinchang 737104, China)Abstract: Traditional design method can not meet the design requirements for work mechanism of Load-Haul-Dump.Intellectual design approach based on virtual prototype for the work mechanism was proposed. According to the design requirements of the work mechanism, the digital prototype model and mathematics model for six bar work mechanism were built. By virtual prototype technology, the kinematics and dynamics of work mechanism could be simulated and the design models could be optimized by the intelligence optimization algorithms. The optimized results for some Load-Haul-Dump show that the bucket can automate-level; the translation performance of the bucket is improved by 90.13%; the scale of force of hoist cylinder is raised by 28.47%.Key words: virtual prototype; simulation and optimization; work mechanism; intellectual design; load haul dump引言铲运机作为井下铲装作业的主要设备，在井下矿藏开采中发挥着重要的作用。
铲运机工作装置是铲运机的执行部件，工作装置的优劣直接影响铲运机的工作效率和生产质量。
铲运机作业环境复杂，使得铲运机工作装置的设计有较大难度，传统的设计方法（类比试凑作图法、综合图解设计法等[1]）设计精度低、周期长不易获得满足各项指标的设计方案。
近年来，随着计算机技术、仿真技术和现代设计方法的发展，在工作装置的设计上产生了一些新的设计方法。
文收稿日期：2009-01-22 修回日期：2009-03-30基金项目：国家自然科学基金（50975240），四川省青年基金项目(09ZQ026-003)作者简介：何邕(1983-), 男, 四川达州人, 博士生, 研究方向为虚拟样机,智能设计, 虚拟制造；贾美薇(1985-), 女, 河北唐山人, 博士生, 研究方向为虚拟样机, 虚拟制造；丁国富(1972-), 男, 四川乐至人, 教授, 博导, 研究方向为VP/VM/VR、先进制造技术、开放式数控技术、仿真及自动化等。
献[2,3]建立了以举升油缸和转斗油缸输出力及输出力方差为目标的优化设计数学模型，采用混合惩罚函数法进行求解，并对WJD1.5立方米矿用铲运机工作机构进行设计分析，这类方法采用一定的智能算法进行优化设计，但没有充分利用虚拟样机技术进行运动学和动力学分析仿真。
文献[4-6]利用虚拟样机软件ADAMS对装载机工作装置进行了优化仿真分析，主要还是考虑产品优化设计的本身，没有将虚拟设计技术与智能设计方法相结合。
基于此，本论文提出在虚拟样机意义下的铲运机工作装置仿真优化设计方法，以某型铲运机工作装置为研究对象，通过仿真优化获得了满意的设计目标。
1 技术及思路产品的设计问题可以抽象为产品设计进程向着既定目标收敛的问题，即设计结果逐渐逼近或达到设计目标。
铲运机物理样机的设计、制造周期长，费用昂贵，其试验需要模第23卷第4期V ol. 23 No. 42011年4月何邕，等：基于虚拟样机的铲运机工作装置仿真及优化 Apr.,2011拟不同工况，破坏性很大，不宜进行反复试验，提高了产品开发成本，虚拟样机技术为这类产品的设计提供了新的思路。
虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，涉及多体系统运动学与动力学建模理论与其技术实现。
它是CAX(如CAD、CAM、CAE)/ DFX(如DFA、DFM等)技术基础上的发展，并融合了信息技术、先进制造技术和先进仿真技术。
它为所设计的产品模型到物理模型之间，建立了一个虚拟的、基本能代替物理样机进行性能测试的数字化环境；能在系统层次上模拟产品的外观、功能和在特定环境下的行为；支持不同领域人员从不同的角度对同一虚拟产品并行地进行测试、分析与评估[7-10]。
产品设计过程具有复杂性和重复性，为了驱动设计过程朝着设计目标收敛，需要设计人员或智能体交互、控制设计过程的更新迭代，提高设计过程的智能性。
根据产品设计要求挖掘产品的功能需求和结构需求，建立产品的设计模型。
通过对设计模型进一步抽象，提取与后续仿真、求解相关的属性，映射为产品的分析模型，分析模型具有不同的模型形式，如各种约束模型、刚体与柔性体间的位置和姿态关系矩阵等，它是性能仿真模型与设计模型的纽带。
性能仿真模型是将设计模型和分析模型表达为计算机能够解算的模型。
通过计算机数值仿真求解，对仿真结果综合判断是否满足设计要求，然后选择相应的优化模型和智能优化算法，实施优化。
最后，根据优化结果修改其设计前端设计模型的设计参数，并再次进行仿真-分析的过程，直至所设计的产品满足综合性能要求，具体流程如图1所示。
图1 仿真优化设计流程按照上述理论，根据铲运机工作装置的设计要求，建立正转六杆工作装置的数字化样机模型和数学模型。
采用虚拟样机技术对工作装置进行运动学和动力学仿真，针对仿真结果中存在的问题，采用智能优化算法进行优化设计，以获得满足设计要求的工作装置。
2 铲运机工作装置建模2.1 设计要求铲运机正转六杆工作装置由铲斗、连杆、摇臂、动臂、转斗油缸和举升油缸组成，铲运机工作装置的设计主要有以下要求[11,12]：(1) 动臂举升过程中，铲斗保持平移运动，以免斗中物料撒落；(2) 铲斗满足自动放平性，即在最高位卸料完成后，转斗油缸闭锁，举升油缸收缩，到达最低铲掘位置时，铲斗能自动呈插入状态；(3) 倍力系数是评价工作装置连杆机构力传递性能优劣的重要参数，倍力系数越大表示传力性能越好。
转斗机构的倍力系数由掘起阻力与转斗油缸输出力的比值确定，举升机构的倍力系数由铲斗额定载重量重力与举升油缸的输出力的比值确定；(4) 保证机构在各个工况下都能正常工作，不出现“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等破坏现象；传动角符合限制范围，以保证工作装置的传力性能良好；(5) 工作装置的极限工作空间、最大卸料高度及最大卸料距离等应满足整机性能要求。
2.2 工作装置样机建模虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，能建立一个虚拟的、基本能代替物理样机进行性能测试的数字化环境，支持产品分析模型、性能仿真模型的一体化表达。
建立工作装置的数字化样机模型，通过ADAMS对其进行运动学和动力学仿真，能够在设计前期及时发现机构存在的问题，如“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等破坏现象，有效地验证机构运动轨迹的合理性，获得动力学性能参数，为优化改进提供数据支持。
样机建模主要是几何和行为建模，几何建模采用CAD软件(UG、PRO/E等)实现铲运机工作装置的实体设计，获得工作机构的几何拓扑结构，以及工作装置的铰接点位置参数。
通过提取几何模型中的相关属性，将其映射为分析模型。
行为建模就是对分析模型添加约束、驱动和载荷。
在ADAMS中仿真求解，对需要参数化的零件和位置，重新建立其实体模型和位置标记坐标，从而实现其位置坐标参数化和几何模型参数化，有利于实现仿真设计自动化，工作装置在ADAMS环境中的仿真模型如图2所示。
设计人员CAD模型数学模型分析模型仿真模型仿真评价模型优化1: 建立实体模型2: 建立数学模型3: 映射分析模型4: 映射仿真模型5: 调用仿真工具6: 运动/动力学仿真7: 输出8: 综合评价9: 反馈评价结果10: 根据反馈结果选择合适的模型11: 选择优化算法12: 实施优化13: 自动修改模型14: 仿真15: 评价第23卷第4期 系统仿真学报V ol. 23 No. 4 2011年4月Journal of System SimulationApr., 2011图2 工作装置在ADAMS 中的模型2.3 工作装置数学建模2.3.1 设计变量将铲运机工作装置简化为平面六杆机构，确定以满足机构设计要求的8个铰接点位置(G 、E 、C 、D 、B 、A 、I 、K)作为设计变量，即16个设计变量X =[X (1)，X (2)，…，X (16)]，各符号如图3所示。