基于CATIA的某重型車登機問題的運動仿真

王蘭文 盛選禹

摘 要：采用Catia軟件對某重型車、飛機艙、過橋板等進行參數化建模，并運用運動仿真模擬重型車登機的全過程，以此來判斷重型車能否完成登機。分析結果表明：重型車在登機過程中會出現車尾和地面干涉、車頭和過橋板干涉、車頭和機艙頂干涉。在對登機橋進行結構優化的方案中，減小飛機自帶登機橋和機場登機橋仰角能夠有效解決干涉，使重型車可以順利登機。該研究可為設計人員規劃新品重載車型登機的機場登機橋幾何參數時提供參考。

關鍵詞：CATIA;運動仿真;重型車登機;結構優化

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）04-95-03

前言

隨著車輛制造業的快速發展，用于運輸的重型車數量逐年增加。重型車可通過公路運輸、鐵路運輸和航空運輸，公路運輸和鐵路運輸時，整車容易滿足運輸要求。對于航空運輸，由于重型車高度和整車長度都較大，因此重型車存在較大的登機問題。

在某些情況下，需要將重型車快速運送至指定地點，在此情況下航空運輸成為了運輸重型車的首選方式，但由于航空運輸機空間有限，以及飛機自帶過橋板長度有限，因此，重型車登機需要配備機場過橋板。本文采用達索公司的Catia軟件對某重型車、飛機艙、過橋板等進行參數化建模，并運用運動仿真模擬重型車登機的全過程，以此來判斷重型車能否完成登機并對機場過橋板進行結構優化[1-2]。

1 重型車登機模型建立

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

運輸機選取我國最大的航空運輸機伊爾-76運輸機，其截面尺寸如圖2所示，飛機自帶過橋板長度為4940mm，簡化后的飛機艙和飛機自帶過橋板模型如圖3所示。

機場過橋板根據飛機自帶過橋板尺寸和角度自行設計，首先設計飛機自帶過橋板和機場過橋板仰角均為14°，以此建立的整個重型車登機模型如圖4所示。

2 運動仿真與通過性校核

重型車登機模型整體裝配完成后，進入Catia的DMU運動工作臺進行登機模擬[4]。整個機械裝置中機場過橋板固定并與飛機剛性接合，重型車輪胎與地面和過橋板滾動曲線接合，在運動過程中保持輪胎與地面的接觸。輪胎與車軸之間保持旋轉接合，輪胎側面與過橋板側面保持平面接合。設置輪胎滾動距離為整個裝置的驅動，經過運動仿真后重型車按給定運動軌跡運動到飛機艙內，運動后模型如圖5所示。

在整個重型車登機過程中，重型車前輪旋轉角度如圖6所示，滾動距離如圖7所示。

在過橋板角度為14°的情況下，重型車在登機過程中共出現三處干涉，分別為車尾和地面干涉、車頭和過橋板干涉、車頭和機艙頂干涉。車尾和地面干涉原因為機場過橋板角度偏大，使得重型車在爬坡時尾部下降與地面接觸，車頭和過橋板干涉原因為機場過橋板角度偏大，使得重型車由地面靠近過橋板時車頭與過橋板接觸，車頭和機艙頂干涉原因為車頭高度比機艙高度小100mm，由于過橋板角度偏大，使得重型車在進入機艙時車頭與機艙頂接觸。具體三處干涉如圖8所示。

由上述結果可得，目前重型車無法安全登機，需要對結構進行優化。飛機艙尺寸固定不可修改，為了不改變重型車形狀和尺寸，只能對登機橋進行結構優化。

3 登機橋結構優化

由上一節可知，登機橋仰角偏大是造成上述三處干涉的重要原因，在實際情況中，飛機自帶登機橋長度不可更改，機場登機橋為自行設計，因此結構優化采取修改飛機自帶登機橋仰角和機場登機橋的長度和仰角的方案。首先將飛機自帶登機橋和機場登機橋仰角均減少為12°，機場登機橋長度根據角度自適應增長。修改模型參數后進行運動仿真，結果發現，車頭和過橋板干涉、車頭和機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。具體結果如圖9所示。

由上圖可得，減少飛機自帶登機橋和機場登機橋仰角能夠有效消除重型車登機過程中的干涉，但由于車尾和地面干涉較為嚴重，因此需進一步減小仰角，將仰角減小為10°和8°，修改模型參數后進行運動仿真，結果如圖10、圖11所示。

因此，當飛機自帶登機橋和機場登機橋仰角為8°時，重型車可以順利登機。

4 結論

重型車登機過程可能存在車尾和地面干涉、車頭和過橋板干涉、車頭和機艙頂干涉的問題，減小飛機自帶登機橋和機場登機橋仰角能夠有效解決干涉，在本文重型車登機模擬中，當飛機自帶登機橋和機場登機橋仰角為8°時，重型車可以順利登機。

本文介紹的基于 CATIA 的簡易模型僅利用簡單的重型車和飛機參數就能夠快速仿真重型車登機問題，并判斷重型車是否可以順利登機，可為設計人員規劃新品重型車型登機的機場登機橋幾何參數時提供參考。

參考文獻

[1] 王志平，孫喜冬.基于CATIA的車輛相對于路邊石通過性的參數化分析[J].汽車實用技術，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用[J].汽車實用技術，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機械設計實用教程.化學工業出版社.