三維仿真及Java在拖拉機液壓零件設計中的應用

胡 彬，田 磊

(河南工業職業技術學院，河南 南陽 473000)

0 引言

近年來，在農機生產制造工業中，通過引進國外較為先進的CAD、CAM和CAPP技術，使計算機輔助設計制造在農機裝備研發過程中得到了廣泛的應用。Pro/E軟件是業界強大的三維實體軟件，除了強大的建模功能界面外，還具有可以二次開發的API接口，可以實現網絡化和數字化虛擬應用。隨著JAVA技術的發展，網絡應用開始由以前的被動接受向交互式控制轉變，設計人員可以通過網絡交互功能實現設計過程的交流與合作，并利用虛擬建模和網絡數據庫將零部件進行數字化和標準參數化，然后利用網絡共享進行規范化的管理，有利于提高農機設計的效率，對于現代化農機設計的意義非同一般。

1 基于Java的拖拉機液壓零件設計系統

在拖拉機液壓零件的設計過程中，如果能通過仿真軟件和網絡技術將零部件的設計數字化和標準化，將有效地提高拖拉機零部件研發和制造的效率。拖拉機的液壓機構有部分是標準件，可以直接在仿真軟件的零件庫中調用；有部分是非標準件，則需要計算尺寸后利用軟件建模。本次選用Pro/E作為建模軟件，完成拖拉機液壓系統零部件虛擬模型的構建，最后構建出零件庫網站平臺。對于零件庫網站的建設，其靜態部分可以采用Dream Weaver MX和PhotoShop來完成，動態部分主要由Java、JSP和Servlet組成的MVC(模型-試圖-控制器)來設計，開發環境基于Windows 7系統。

基于Java的拖拉機液壓零件設計系統主要分為兩部分，一部分是液壓零件素材的資源模塊，另一部分是資源和系統的維護管理模塊，其總體設計如圖1所示。

圖1 拖拉機液壓零件設計系統

零件系統可以通過前臺進行登錄，方便系統維護人員對液壓零部件信息的上傳、下載、修改和刪除等操作，對于系統的功能還可以利用Java和插件技術進行擴充，如3D模型的上傳和下載、虛擬拆裝圖、液壓回路及動態模擬、工作原理動畫、標準件和非標準件圖紙的獲取等，這些都需要通過三維仿真軟件和Java數據庫進行構建，在下節中將詳細說明。

2 基于三維仿真和Java的建模和數據庫技術

參數化建模是指在參數化造型過程中，通過記錄建模過程和其中的變量及用戶執行的三維仿真軟件建模的功能操作，實現快速建模的一種方法，在液壓件設計時，結構類似的件可以通過參數化建模來實現。

圖2表示采用Pro/E三維建模軟件建立的拖拉機液壓構件的三維模型。利用參數化建模的優勢在于其建模速度較快，在完成建模數據庫后，通過輸入零部件的尺寸和位置等信息，便可以很快地創建零部件的構建，還可以實現構建的參數化仿真，如圖3所示。

圖2 拖拉機液壓構件三維建模

圖3 參數化動態仿真

零部件參數化設計的意義不僅在于可以快速實現建模功能，還可以對模型進行參數化仿真，通過輸入動態仿真數據，可以實現對裝置性能的分析。在拖拉機液壓系統的設計過程中，液壓閥的設計非常關鍵，一般來說，液壓閥體設計遵循的過程如圖4所示。

圖4 液壓閥體設計過程

圖4中，一些模型的設計和原理可以建立成數據庫的形式，方便以后設計直接瀏覽或者調用，而模型和數據庫的接口可以采用Java的JDBC來實現。JDBC(Java Database Connectivity) 是Java 實現數據庫訪問的API(Application Programming Interface)，JDBC主要是對數據庫存放的數據進行管理，且具有一系列和數據庫進行交互的接口，如數據庫連接、SQL 語句、結果集和元數據等。

實現上述JDBC基本功能的3個步驟程序示例如下

connection

con=DriveManager.GetConnection("jdbc:odbc: ghq,"root","password"):

//數據庫連接接口建立

Statement stmt=con.createstatement();

//語句對象建立

ResultSet rs=stmt.executeQuery("SELECT a,b FROM Table")

2.3 無形成果 圈員自品管手法、解決問題的能力、溝通協調能力、責任心、自信心、積極性、團隊凝聚力及和諧度共8項對QCC實施前后進行評分，每項每人最高5分，最低1分，經統計對比，各項總分及平均分提高明顯，見圖5。

//執行SQL命令請求，返回需要查看的數據

while (rs.next()){

int x=getInt("a");

//獲得數據庫表記錄a項的值

}

一般來說，建立數據接口的過程主要分為3步：首先，是與需要查閱的數據庫建立數據連接；然后，發送SQL命令請求，實現對數據庫的操作；最后，返回處理結果，如圖5所示。

圖5 Java數據接口建立流程

Java應用程序利用JDBC應用編程接口，采用純Java JDBC驅動程序與數據庫客戶機庫建立連接，通過命令語言訪問數據庫服務器。當然根據服務的不同類型，還可以有其他流程

3 拖拉機液壓構件參數化建模和Java數據庫構建

圖6 拖拉機模型

拖拉機可以作為前臺登錄的展示圖片，進入網頁系統后可以對液壓系統的設計和原理以及模型等進行瀏覽，其數據接口采用Java Applet來實現，Applet是Web文件的一個重要組成部分，可以利用JDBC訪問數據庫。其原理和流程如圖7所示。

圖7 Applet通過JDBC訪問數據庫流程

在數據的訪問過程中，Web瀏覽器會從Web服務器下載Applet并執行其字節碼，當Java發出訪問語句時，Applet將服務請求發給服務器上的JDBC，JDBC向數據庫發送SQL請求，最后JDBC將處理結果直接返回給Applet。

如圖8所示：本次主要以千斤頂的液壓系統為例，對其閥體零部件和液壓回路進行參數化建模和原理動態仿真，并將模型圖和動態原理圖上傳到系統中，可以直接通過數據接口進行瀏覽。

圖8 拖拉機液壓部件作業示意圖

如圖9所示：采用仿真軟件還可以對液壓回路進行動態仿真模擬進行仿真，仿真過程以動畫形式保存后，可以發布到數據庫系統中，通過瀏覽器數據接口可以對動畫過程進行瀏覽，了解液壓回路的動作過程和裝置的原理。

圖9 液壓回路動態仿真

圖10表示系統中生產的裝配圖。采用Java構建的數據庫可以直接對其進行瀏覽，包括零部件的關鍵信息、尺寸數據和參數化設計的主要參數等，還可以以爆炸圖的形式進行展示，如圖11所示。

為了裝配圖零部件展示的更加清晰，裝配體的各零部件使用爆炸圖的形式展示出來，還可以配備相關的裝配動畫，是液壓零部件的設計參數和功能展示的更加生動和形象，從而可以為零部件的設計提供較有價值的參考。

圖10 液壓零部件缸體裝配圖

圖11 液壓零部件缸體爆炸圖

4 結論

在進行拖拉機液壓系統和零部件的設計時，將Java技術和三維建模與仿真技術引入到了設計過程中，通過三維參數化建模和Java數據接口的建立，有效提高了設計效率。以拖拉機千斤頂液壓系統的設計為例，對該方案進行了可行性驗證，利用三維參數化建模實現了液壓系統閥缸體的裝配圖和爆炸圖的設計，利用參數化動態仿真實現了回路的模擬，最后利用Java Applet實現了數據接口的訪問，為現代化拖拉機零部件的設計制造提供了一種全新的數字化和網絡化方案。