三维仿真及Java在拖拉机液压零件设计中的应用

胡 彬，田 磊

(河南工业职业技术学院，河南 南阳 473000)

0 引言

近年来，在农机生产制造工业中，通过引进国外较为先进的CAD、CAM和CAPP技术，使计算机辅助设计制造在农机装备研发过程中得到了广泛的应用。Pro/E软件是业界强大的三维实体软件，除了强大的建模功能界面外，还具有可以二次开发的API接口，可以实现网络化和数字化虚拟应用。随着JAVA技术的发展，网络应用开始由以前的被动接受向交互式控制转变，设计人员可以通过网络交互功能实现设计过程的交流与合作，并利用虚拟建模和网络数据库将零部件进行数字化和标准参数化，然后利用网络共享进行规范化的管理，有利于提高农机设计的效率，对于现代化农机设计的意义非同一般。

1 基于Java的拖拉机液压零件设计系统

在拖拉机液压零件的设计过程中，如果能通过仿真软件和网络技术将零部件的设计数字化和标准化，将有效地提高拖拉机零部件研发和制造的效率。拖拉机的液压机构有部分是标准件，可以直接在仿真软件的零件库中调用；有部分是非标准件，则需要计算尺寸后利用软件建模。本次选用Pro/E作为建模软件，完成拖拉机液压系统零部件虚拟模型的构建，最后构建出零件库网站平台。对于零件库网站的建设，其静态部分可以采用Dream Weaver MX和PhotoShop来完成，动态部分主要由Java、JSP和Servlet组成的MVC(模型-试图-控制器)来设计，开发环境基于Windows 7系统。

基于Java的拖拉机液压零件设计系统主要分为两部分，一部分是液压零件素材的资源模块，另一部分是资源和系统的维护管理模块，其总体设计如图1所示。

图1 拖拉机液压零件设计系统

零件系统可以通过前台进行登录，方便系统维护人员对液压零部件信息的上传、下载、修改和删除等操作，对于系统的功能还可以利用Java和插件技术进行扩充，如3D模型的上传和下载、虚拟拆装图、液压回路及动态模拟、工作原理动画、标准件和非标准件图纸的获取等，这些都需要通过三维仿真软件和Java数据库进行构建，在下节中将详细说明。

2 基于三维仿真和Java的建模和数据库技术

参数化建模是指在参数化造型过程中，通过记录建模过程和其中的变量及用户执行的三维仿真软件建模的功能操作，实现快速建模的一种方法，在液压件设计时，结构类似的件可以通过参数化建模来实现。

图2表示采用Pro/E三维建模软件建立的拖拉机液压构件的三维模型。利用参数化建模的优势在于其建模速度较快，在完成建模数据库后，通过输入零部件的尺寸和位置等信息，便可以很快地创建零部件的构建，还可以实现构建的参数化仿真，如图3所示。

图2 拖拉机液压构件三维建模

图3 参数化动态仿真

零部件参数化设计的意义不仅在于可以快速实现建模功能，还可以对模型进行参数化仿真，通过输入动态仿真数据，可以实现对装置性能的分析。在拖拉机液压系统的设计过程中，液压阀的设计非常关键，一般来说，液压阀体设计遵循的过程如图4所示。

图4 液压阀体设计过程

图4中，一些模型的设计和原理可以建立成数据库的形式，方便以后设计直接浏览或者调用，而模型和数据库的接口可以采用Java的JDBC来实现。JDBC(Java Database Connectivity) 是Java 实现数据库访问的API(Application Programming Interface)，JDBC主要是对数据库存放的数据进行管理，且具有一系列和数据库进行交互的接口，如数据库连接、SQL 语句、结果集和元数据等。

实现上述JDBC基本功能的3个步骤程序示例如下

connection

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

//数据库连接接口建立

Statement stmt=con.createstatement();

//语句对象建立

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

2.3 无形成果 圈员自品管手法、解决问题的能力、沟通协调能力、责任心、自信心、积极性、团队凝聚力及和谐度共8项对QCC实施前后进行评分，每项每人最高5分，最低1分，经统计对比，各项总分及平均分提高明显，见图5。

//执行SQL命令请求，返回需要查看的数据

while (rs.next()){

int x=getInt("a");

//获得数据库表记录a项的值

}

一般来说，建立数据接口的过程主要分为3步：首先，是与需要查阅的数据库建立数据连接；然后，发送SQL命令请求，实现对数据库的操作；最后，返回处理结果，如图5所示。

图5 Java数据接口建立流程

Java应用程序利用JDBC应用编程接口，采用纯Java JDBC驱动程序与数据库客户机库建立连接，通过命令语言访问数据库服务器。当然根据服务的不同类型，还可以有其他流程

3 拖拉机液压构件参数化建模和Java数据库构建

图6 拖拉机模型

拖拉机可以作为前台登录的展示图片，进入网页系统后可以对液压系统的设计和原理以及模型等进行浏览，其数据接口采用Java Applet来实现，Applet是Web文件的一个重要组成部分，可以利用JDBC访问数据库。其原理和流程如图7所示。

图7 Applet通过JDBC访问数据库流程

在数据的访问过程中，Web浏览器会从Web服务器下载Applet并执行其字节码，当Java发出访问语句时，Applet将服务请求发给服务器上的JDBC，JDBC向数据库发送SQL请求，最后JDBC将处理结果直接返回给Applet。

如图8所示：本次主要以千斤顶的液压系统为例，对其阀体零部件和液压回路进行参数化建模和原理动态仿真，并将模型图和动态原理图上传到系统中，可以直接通过数据接口进行浏览。

图8 拖拉机液压部件作业示意图

如图9所示：采用仿真软件还可以对液压回路进行动态仿真模拟进行仿真，仿真过程以动画形式保存后，可以发布到数据库系统中，通过浏览器数据接口可以对动画过程进行浏览，了解液压回路的动作过程和装置的原理。

图9 液压回路动态仿真

图10表示系统中生产的装配图。采用Java构建的数据库可以直接对其进行浏览，包括零部件的关键信息、尺寸数据和参数化设计的主要参数等，还可以以爆炸图的形式进行展示，如图11所示。

为了装配图零部件展示的更加清晰，装配体的各零部件使用爆炸图的形式展示出来，还可以配备相关的装配动画，是液压零部件的设计参数和功能展示的更加生动和形象，从而可以为零部件的设计提供较有价值的参考。

图10 液压零部件缸体装配图

图11 液压零部件缸体爆炸图

4 结论

在进行拖拉机液压系统和零部件的设计时，将Java技术和三维建模与仿真技术引入到了设计过程中，通过三维参数化建模和Java数据接口的建立，有效提高了设计效率。以拖拉机千斤顶液压系统的设计为例，对该方案进行了可行性验证，利用三维参数化建模实现了液压系统阀缸体的装配图和爆炸图的设计，利用参数化动态仿真实现了回路的模拟，最后利用Java Applet实现了数据接口的访问，为现代化拖拉机零部件的设计制造提供了一种全新的数字化和网络化方案。