一种水下落位装置的虚拟样机可靠性设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法，其特征在于，所述可靠性设计方法包括如下具体步骤：1)建立落位装置正位托架的力学模型；2)依据上述建立的力学模型，建立落位装置正位托架的虚拟样机并设计虚拟样机试验；3)依据虚拟样机试验结果，获得所述落位装置正位托架的波动度和可靠度；4)根据上述波动度和可靠度，得到落位装置正位托架的评估指标，进而获得可靠性最优的方案。本发明专利技术的方法提高整个落位装置的可靠性，大大缩短了需要不断依靠真实样机进行试验以改进落位装置可靠性水平的研制周期，降低了研制费用。

Reliability design method of virtual prototype for water drop position device

The invention discloses a positioning device is a reliability design method for falling bracket based on virtual prototype, which is characterized in that the reliability of the design method includes the following steps: 1) establishing the mechanical model position device is a bracket; 2) on the basis of the mechanical model, establishing the virtual prototype device is a fall the bracket and design of virtual test; 3) on the basis of virtual prototype test results, the device is a bracket falling volatility and reliability; 4) according to the volatility and the reliability of the device is obtained, falling bracket of evaluation index, and then get the reliability of the optimal solution. The method of the invention improves the reliability of the whole falling position device, greatly shortens the development cycle that needs to be continuously relied on a real prototype to improve the reliability level of the falling position device, and reduces the development cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于落位装置
，具体涉及一种落位装置的正位托架的可靠性设计方法。
技术介绍
长期以来，我国大型装备研制基本上采用传统的序贯式设计方法进行，即先进行主装备功能和性能为主的系统设计，然后再进行可靠性设计。其中，为做好机械装备可靠性设计工作，设计人员在研制过程中充分挖掘研制单位已有的工程经验，并加以总结提高，形成了指导机械产品可靠性设计的一系列准则。基于若干可靠性设计准则的传统可靠性设计方法能指导工程设计人员如何把可靠性设计到产品中去。但该方法以传统的序贯式设计理念为基础，在使用过程中不可避免地会产生以下问题：采用传统可靠性设计方法在提高产品的可靠性水平时需要不断依靠可靠性研制试验对样机进行试验来发现设计中的问题，再不断改进，延长了研制时间，增加了研制成本。落位装置是用于大型装备上的部件，主要是用于限制落在装备上的部件的准确落位。正位托架是落位装置的核心部件，是落位装置可靠性最为薄弱的部分。为确保落位装置的准确可靠，必须对其正位托架进行可靠性设计。但是，采用上述传统的可靠性设计方法，由于其与系统设计并未有机结合，导致只能单独得到可靠性最优或性能最优的局部方案而不能统筹兼顾，寻找出二者共同最优的综合方案。随着装备先进程度的提高，装备复杂程度日益增加，传统的正位托架的可靠性设计方法越来越难以在提高装备性能、保证装备质量以及降低装备寿命周期费用等方面寻找出总体最优方案。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，根据落位装置的主要故障来源于正位托架的双道滑轨变形过大这一特点，提出一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法，用于提高落位装置正位托架的可靠性水平。实现本专利技术目的所采用的具体技术方案如下：一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法，其特征在于，所述可靠性设计方法包括如下具体步骤：1)建立落位装置正位托架的力学模型；2)依据上述建立的力学模型，建立落位装置正位托架的虚拟样机并设计虚拟样机试验；3)依据虚拟样机试验结果，获得所述落位装置正位托架的波动度和可靠度；4)根据上述波动度和可靠度，得到落位装置正位托架的评估指标，进而获得可靠性最优的方案。作为本专利技术的进一步优选，所述落位装置正位托架力学模型包括落位装置正位托架的多刚体动力学模型和正位托架双道滑轨变形力学模型。作为本专利技术的进一步优选，所述落位装置正位托架包括机架固定臂、升降臂、支撑臂，液压支撑套筒和双道滑轨，建立所述落位装置正位托架的多刚体动力学模型即为建立上述各部件之间的动力学关系，具体地：所述机架固定臂一端固定，另一端为与所述升降臂的一端相连，所述升降臂可通过该连接处相对机架固定臂转动；所述升降臂臂中部与设置在所述液压支撑套筒中并可以自所述液压支撑套筒一端以固定速度伸出的所述支撑臂的一端相连，所述支撑臂可以该连接点绕升降臂上中部转动；所述液压支撑套筒另一端可转动地固定在基座上，其可绕该另一端转动；所述双道滑轨一端固定，另一端穿过设置在升降臂自由端的套筒后伸出，可在升降臂转动下通过驱动所述套筒带动所述双道滑轨自由端沿固定端摆动。作为本专利技术的进一步优选，所述正位托架双道滑轨变形力学模型具体为：w(y)=1EIz[P(l-y1)+MO6ly3-12MOy2],0≤y≤y11EIz[MO-Py16ly3+12(Pa-MO)y2-12Pa2y+16Pa3],y1yl]]>式中，双道滑轨固定端O与升降臂的接触点沿y轴方向的坐标为y1，沿x轴方向的作用力为P，E为双道滑轨的杨氏模量，Iz为双道滑轨绕z轴方向的惯性矩，Mo为双道滑轨下端点O处附加力矩，l为双道滑轨OG的臂长，a为双道滑轨固定端G与升降臂接触点之间的距离，其中，坐标系的原点为双道滑轨的固定端中心，x轴和y轴分别是由升降臂和双道滑轨构成的平面上的水平方向和竖直方向；附加力矩Mo的计算公式为：MO=Py1-3Py122l+Py132l2,]]>双道滑轨绕z轴方向的惯性矩Iz的计算公式为：Iz=112hz[hx3+hx03-(hx0+2δx)3]]]>hx0为双道滑轨两导轨的间距，δx为单个滑轨的宽度，hx为滑枕沿x轴方向的宽度，hz为滑枕沿z轴方向的宽度。作为本专利技术的进一步优选，所述落位装置正位托架的波动度为r=max(|vy(y1)-vy0|)vy0]]>式中，升降臂与双道滑轨接触点的速度vy(y1)，该接触点的y轴坐标为y1，vy0为升降臂开始上升时vy(y1)的初始值。作为本专利技术的进一步优选，所述落位装置正位托架的可靠度R为R=n/N其中，N为虚拟样机可靠性试验次数，n为N中双道滑轨最大变形量不大于许可变形量的次数，亦即双道滑轨沿x轴方向的挠度w(y)小于或等于许用挠度[w]的次数。作为本专利技术的进一步优选，所述可靠性最优方案通过公式F／10+r确定，其中，r为波动度，F为失效概率，F=1-R，R为可靠度。本专利技术解决了使用传统可靠性设计方法无法兼顾性能和可靠性并行推进、使用真实样机进行可靠性研制试验时试验时间较长、研制成本较高的问题。附图说明图1为本专利技术实施例的基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法的实施步骤示意图；图2为本专利技术实施例的落位装置正位托架简化结构示意图；图3为本专利技术实施例的一端固支、一端简支、承受集中力的双道滑轨结构示意图；图4a为本专利技术实施例的双道滑轨的组合弯曲变形的受力示意图；图4b为本专利技术实施例的双道滑轨的组合弯曲变形的截面尺寸示意图；图5为本专利技术实施例的落位装置备选设计方案示意图；图6为本专利技术实施例的对应于图5不同设计方案的上升速度波动度与可靠度的试验结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。此外，下面描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。本专利技术实施例的基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法如图1所示，具体包括如下步骤：1)建立落位装置正位托架的力学模型；2)依据上述建立的力学模型，建立落位装置正位托架的虚拟样机并设计虚拟样机试验；3)依据虚拟样机试验结果，获得所述落位装置正位托架的波动度和可靠度；4)根据上述波动度和可靠度，得到落位装置正位托架的评估指标，进而获得可靠性最优的方案。具体地，本专利技术实施例的具体设计步骤如下：1)建立落位装置正位托架的力学模型如图2所示，落位装置正位托架可简化为包括机架固定臂AB、升降臂BH、支撑臂IE、液压支撑套筒CD以及双道滑轨OG在内的动力学系统。具体为，机架固定臂AB中的端点A固定，并通过另一端的端点B与升降臂BH相连，而升降臂BH可以绕机架固定臂AB中的端点B转动，升降臂BH中间设置有可以自液压支撑套筒CD中常速度伸出的支撑臂I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法，其特征在于，所述可靠性设计方法包括如下具体步骤：1)建立落位装置正位托架的力学模型；2)依据上述建立的力学模型，建立落位装置正位托架的虚拟样机并设计虚拟样机试验；3)依据虚拟样机试验结果，获得所述落位装置正位托架的波动度和可靠度；4)根据上述波动度和可靠度，得到落位装置正位托架的评估指标，进而获得可靠性最优的方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计方法，其特征在于，
所述可靠性设计方法包括如下具体步骤：
1)建立落位装置正位托架的力学模型；
2)依据上述建立的力学模型，建立落位装置正位托架的虚拟样机并设计虚
拟样机试验；
3)依据虚拟样机试验结果，获得所述落位装置正位托架的波动度和可靠度；
4)根据上述波动度和可靠度，得到落位装置正位托架的评估指标，进而获
得可靠性最优的方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计
方法，其特征在于，所述落位装置正位托架力学模型包括落位装置正位托架的多
刚体动力学模型和正位托架双道滑轨变形力学模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计
方法，其特征在于，所述落位装置正位托架包括机架固定臂、升降臂、支撑臂，
液压支撑套筒和双道滑轨，建立所述落位装置正位托架的多刚体动力学模型即为
建立上述各部件之间的动力学关系，具体地：
所述机架固定臂一端固定，另一端为与所述升降臂的一端相连，所述升降臂
可通过该连接处相对机架固定臂转动；
所述升降臂臂中部与设置在所述液压支撑套筒中并可以自所述液压支撑套
筒一端以固定速度伸出的所述支撑臂的一端相连，所述支撑臂可以该连接点绕升
降臂上中部转动；
所述液压支撑套筒另一端可转动地固定在基座上，其可绕该另一端转动；
所述双道滑轨一端固定，另一端穿过设置在升降臂自由端的套筒后伸出，可
在升降臂转动下通过驱动所述套筒带动所述双道滑轨自由端沿固定端摆动。
4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟样机的落位装置正位托架可靠性设计
方法，其特征在于，所述正位托架双道滑轨变形力学模型具体为：
w(y)=1EIz[P(l-y1)+MO6ly3-12MOy2],0≤y≤y11EIz[MO-Py16ly3+12(Pa...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡刚，李国胜，汪映欣，仇玲萍，徐寒柳，孙卫明，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42