塔式起重机操作培训模拟系统的研究与实现

发布时间：2017-09-13 19:23

  本文关键词：塔式起重机操作培训模拟系统的研究与实现

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【摘要】：塔式起重机在工程建设中的应用十分广泛,具有起升高度高、回转半径大、适用范围广、工作效率高等特点,是工程建设设备的主力军。其属于涉及生命安全的特种设备,由于人为操作不当造成的事故时有发生,培训合格的塔式起重机司机成为预防和减少事故的有效途径。但是,传统的培训和考核存在效率低、成本高、安全性差等问题,研究并开发性能卓越、功能完善的操作培训模拟系统来辅助甚至替代传统培训,是解决这一问题的有效方法之一。本文从安全监督部门培训和考核塔式起重机司机的角度出发,提出了一种基于虚拟现实技术的培训考核模拟系统。通过在Virtools软件平台上构建交互式的三维视景仿真模块,结合实际司机室座椅和六自由度平台等设备,模拟司机在真实塔式起重机上进行培训和考核时的操作以及反应。本文首先根据实际培训考核的需要,提出了该系统所需具备的功能,以此为目标完成了系统总体方案的设计。随后重点研究了起升钢丝绳的柔性建模方法,结合Virtools软件的物理系统和Curve曲线,实现了钢丝绳的柔性仿真,包括钢丝绳的悬链线表达和摆动仿真；依据单位力法方程,求解双吊点水平臂架的挠曲线方程,对臂架变形进行了分析研究；运用虚拟样机技术,求解司机室的位姿参数,得到与六自由度平台的接口参数；依据考核标准,建立考核评价体系,加入碰撞检测功能,实现自动评分机制。最后,研究了系统关键功能的实现,并通过算例验证了系统操作的可行性。本文研究开发的塔式起重机操作培训模拟系统,除具有用真实塔式起重机进行培训考核操作所需的功能之外,还具备了传统考核不便实现的功能,如对超力矩、超起重量这样严重事故的模拟,使学员产生直观的印象,可有效减少安全事故的发生；模拟系统使用资源少,消耗能源低,能够长期使用,系统维护和扩展也相对简单方便；严格按照国家标准设置扣分项目,客观、公正的进行自动评分,大量减少了人工操作的环节,大大提高培训考核的效率。
【关键词】：塔式起重机 虚拟培训考核 位姿仿真 Virtools
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH213.3;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 相关技术国内外研究现状10-13
• 1.2.1 虚拟现实技术10-11
• 1.2.2 塔式起重机动力学技术11-12
• 1.2.3 六自由度平台技术12-13
• 1.3 起重机模拟系统国内外研究现状13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 2 系统总体方案设计16-23
• 2.1 系统功能特点16
• 2.2 系统技术路线16-19
• 2.2.1 系统搭建所需软件及硬件16-18
• 2.2.2 系统技术路线18-19
• 2.3 系统总体设计19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 柔性建模及考核评价体系研究23-40
• 3.1 起升钢丝绳柔性建模仿真研究23-31
• 3.1.1 钢丝绳悬链线方程的建立与求解24-28
• 3.1.2 钢丝绳柔性悬垂效果仿真28-30
• 3.1.3 钢丝绳柔性悬垂效果仿真算例30-31
• 3.2 起重臂变形研究31-35
• 3.2.1 起重臂模型简化与受力分析31-33
• 3.2.2 臂架挠曲线求解与分析33-35
• 3.3 考核评价体系研究35-39
• 3.3.1 考核评价系统中模型的建立35-37
• 3.3.2 考核评价系统自动评分机制的建立37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 系统动感仿真研究40-61
• 4.1 六自由度平台驱动参数分析研究40-41
• 4.2 塔式起重机司机室位姿变化仿真分析41-60
• 4.2.1 塔式起重机有限元模型建立43-45
• 4.2.2 有限元静力学分析45-47
• 4.2.3 塔式起重机动力学仿真47-60
• 4.3 本章小结60-61
• 5 系统关键功能实现61-73
• 5.1 塔式起重机模型的驱动61-64
• 5.2 场景设置及学员档案管理64-66
• 5.3 视角控制66-68
• 5.4 安全限位68
• 5.5 数据处理68-70
• 5.6 仿真算例70-72
• 5.7 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孟宪颐;刘勇;;虚拟现实技术在塔机司机训练培训中的应用[J];中国工程机械学报;2006年04期

2 刘晋川,张华勤 ,洪钐;港机操作模拟器的应用与发展[J];港口装卸;2005年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 郭伟飞;塔式起重机起升机构起制动动载研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

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本文编号：845440