悬臂式掘进机变型设计和交互式虚拟展示系统开发

作     者：来航通 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吉晓民;刘玉荣

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：悬臂式掘进机 总体方案设计 交互式虚拟展示 Unity 3D开发 

摘      要：悬臂式掘进机作为煤矿和隧道施工的大型机械装备,其总体方案设计的合理性和高效性对后期的部件结构设计和成本控制至关重要。本文结合企业实际设计需求,针对现有掘进机设计中总体布局参数阶段效率低、易出错的问题,提出了一种基于掘进机技术指标确定总体布局参数的方法。开发了一个基于Unity 3D的悬臂式掘进机变型设计和交互式虚拟展示系统,旨在提升总体设计阶段的效率和合理性以及设计验证过程中的直观性和交互性。论文的主要研究内容如下: (1)分析了悬臂式掘进机的结构组成及各部件的工作原理,基于Solidworks建立了各部件的三维模型及总装结构模型,研究了各部件参数与总体技术指标的关系,确定了掘进机总体布局需要的主要参数,并对现有掘进机机型参数进行了归纳整理; (2)通过对系统需求与可行性分析,确定了悬臂式掘进机变型设计和交互式虚拟展示系统的运行架构和开发方案,并从应用角度将系统分为登录、虚拟展示、设置参数和性能逆算四个模块;从开发角度将系统分为支撑层、模型层、数据库层、UI层、开发层和应用层六个层级; (3)作为Unity 3D开发的前期技术支持,使用Rhino完成了模型的简化,通过Cinema 4D对其进行绑定蒙皮处理,利用MATLAB计算了开发所需的参数组合,采用My SQL构建了相应的数据库,并设计了系统的UI界面; (4)使用C#语言对系统各功能模块进行开发,主要包含性能指标的计算、参数驱动模型变型、性能逆算、运动部件控制和碰撞/干涉检测等,完成了整个系统的开发工作,并通过实例说明该系统的应用效果。 本系统通过对悬臂式掘进机变型设计与交互式虚拟展示,帮助设计师在掘进机设计前期可视化地规划总体布局参数,以最大程度地满足设备的性能需求,在规划阶段发现并解决产品设计中的问题,提高设计效率和可靠性,同时还可以降低设计师与客户之间的沟通成本,使设计师更快速地理解客户的意图。