基于CATIA的某重型車登機(jī)問題的運(yùn)動(dòng)仿真

王蘭文 盛選禹

摘 要：采用Catia軟件對(duì)某重型車、飛機(jī)艙、過橋板等進(jìn)行參數(shù)化建模，并運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真模擬重型車登機(jī)的全過程，以此來判斷重型車能否完成登機(jī)。分析結(jié)果表明：重型車在登機(jī)過程中會(huì)出現(xiàn)車尾和地面干涉、車頭和過橋板干涉、車頭和機(jī)艙頂干涉。在對(duì)登機(jī)橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案中，減小飛機(jī)自帶登機(jī)橋和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋仰角能夠有效解決干涉，使重型車可以順利登機(jī)。該研究可為設(shè)計(jì)人員規(guī)劃新品重載車型登機(jī)的機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋幾何參數(shù)時(shí)提供參考。

關(guān)鍵詞：CATIA;運(yùn)動(dòng)仿真;重型車登機(jī);結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-95-03

前言

隨著車輛制造業(yè)的快速發(fā)展，用于運(yùn)輸?shù)闹匦蛙嚁?shù)量逐年增加。重型車可通過公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸和航空運(yùn)輸，公路運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸時(shí)，整車容易滿足運(yùn)輸要求。對(duì)于航空運(yùn)輸，由于重型車高度和整車長(zhǎng)度都較大，因此重型車存在較大的登機(jī)問題。

在某些情況下，需要將重型車快速運(yùn)送至指定地點(diǎn)，在此情況下航空運(yùn)輸成為了運(yùn)輸重型車的首選方式，但由于航空運(yùn)輸機(jī)空間有限，以及飛機(jī)自帶過橋板長(zhǎng)度有限，因此，重型車登機(jī)需要配備機(jī)場(chǎng)過橋板。本文采用達(dá)索公司的Catia軟件對(duì)某重型車、飛機(jī)艙、過橋板等進(jìn)行參數(shù)化建模，并運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真模擬重型車登機(jī)的全過程，以此來判斷重型車能否完成登機(jī)并對(duì)機(jī)場(chǎng)過橋板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化[1-2]。

1 重型車登機(jī)模型建立

本文以某重型車為研究對(duì)象，首先建立其三維模型[3]。重型車外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為11810mm×2500 mm×3100 mm，其模型如圖1所示。

運(yùn)輸機(jī)選取我國(guó)最大的航空運(yùn)輸機(jī)伊爾-76運(yùn)輸機(jī)，其截面尺寸如圖2所示，飛機(jī)自帶過橋板長(zhǎng)度為4940mm，簡(jiǎn)化后的飛機(jī)艙和飛機(jī)自帶過橋板模型如圖3所示。

機(jī)場(chǎng)過橋板根據(jù)飛機(jī)自帶過橋板尺寸和角度自行設(shè)計(jì)，首先設(shè)計(jì)飛機(jī)自帶過橋板和機(jī)場(chǎng)過橋板仰角均為14°，以此建立的整個(gè)重型車登機(jī)模型如圖4所示。

2 運(yùn)動(dòng)仿真與通過性校核

重型車登機(jī)模型整體裝配完成后，進(jìn)入Catia的DMU運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行登機(jī)模擬[4]。整個(gè)機(jī)械裝置中機(jī)場(chǎng)過橋板固定并與飛機(jī)剛性接合，重型車輪胎與地面和過橋板滾動(dòng)曲線接合，在運(yùn)動(dòng)過程中保持輪胎與地面的接觸。輪胎與車軸之間保持旋轉(zhuǎn)接合，輪胎側(cè)面與過橋板側(cè)面保持平面接合。設(shè)置輪胎滾動(dòng)距離為整個(gè)裝置的驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)仿真后重型車按給定運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)到飛機(jī)艙內(nèi)，運(yùn)動(dòng)后模型如圖5所示。

在整個(gè)重型車登機(jī)過程中，重型車前輪旋轉(zhuǎn)角度如圖6所示，滾動(dòng)距離如圖7所示。

在過橋板角度為14°的情況下，重型車在登機(jī)過程中共出現(xiàn)三處干涉，分別為車尾和地面干涉、車頭和過橋板干涉、車頭和機(jī)艙頂干涉。車尾和地面干涉原因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)過橋板角度偏大，使得重型車在爬坡時(shí)尾部下降與地面接觸，車頭和過橋板干涉原因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)過橋板角度偏大，使得重型車由地面靠近過橋板時(shí)車頭與過橋板接觸，車頭和機(jī)艙頂干涉原因?yàn)檐囶^高度比機(jī)艙高度小100mm，由于過橋板角度偏大，使得重型車在進(jìn)入機(jī)艙時(shí)車頭與機(jī)艙頂接觸。具體三處干涉如圖8所示。

由上述結(jié)果可得，目前重型車無(wú)法安全登機(jī)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。飛機(jī)艙尺寸固定不可修改，為了不改變重型車形狀和尺寸，只能對(duì)登機(jī)橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3 登機(jī)橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由上一節(jié)可知，登機(jī)橋仰角偏大是造成上述三處干涉的重要原因，在實(shí)際情況中，飛機(jī)自帶登機(jī)橋長(zhǎng)度不可更改，機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋?yàn)樽孕性O(shè)計(jì)，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化采取修改飛機(jī)自帶登機(jī)橋仰角和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋的長(zhǎng)度和仰角的方案。首先將飛機(jī)自帶登機(jī)橋和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋仰角均減少為12°，機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋長(zhǎng)度根據(jù)角度自適應(yīng)增長(zhǎng)。修改模型參數(shù)后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車頭和過橋板干涉、車頭和機(jī)艙頂干涉均得到解決，車尾和地面干涉并沒有解決，但是干涉程度減小。具體結(jié)果如圖9所示。

由上圖可得，減少飛機(jī)自帶登機(jī)橋和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋仰角能夠有效消除重型車登機(jī)過程中的干涉，但由于車尾和地面干涉較為嚴(yán)重，因此需進(jìn)一步減小仰角，將仰角減小為10°和8°，修改模型參數(shù)后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，結(jié)果如圖10、圖11所示。

因此，當(dāng)飛機(jī)自帶登機(jī)橋和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋仰角為8°時(shí)，重型車可以順利登機(jī)。

4 結(jié)論

重型車登機(jī)過程可能存在車尾和地面干涉、車頭和過橋板干涉、車頭和機(jī)艙頂干涉的問題，減小飛機(jī)自帶登機(jī)橋和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋仰角能夠有效解決干涉，在本文重型車登機(jī)模擬中，當(dāng)飛機(jī)自帶登機(jī)橋和機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋仰角為8°時(shí)，重型車可以順利登機(jī)。

本文介紹的基于 CATIA 的簡(jiǎn)易模型僅利用簡(jiǎn)單的重型車和飛機(jī)參數(shù)就能夠快速仿真重型車登機(jī)問題，并判斷重型車是否可以順利登機(jī)，可為設(shè)計(jì)人員規(guī)劃新品重型車型登機(jī)的機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋幾何參數(shù)時(shí)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王志平，孫喜冬.基于CATIA的車輛相對(duì)于路邊石通過性的參數(shù)化分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018，19（39），114-116.

[2] 曾文江等.基于CATIA裝配體模型的干涉分析方法在汽車儀表上的應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018，16（13），37-38.

[3] 李成.CATIAV5從入門到精通.人民郵電出版社.

[4] 魯金忠，羅升玉.CATIA機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用教程.化學(xué)工業(yè)出版社.