一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统技术方案

一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统，由仿真计算机系统、测力传感器单元、轮毂机构单元、显示电视机和支承支架组成，仿真计算机系统包括通用计算机软硬件平台和三维仿真软件，测力传感器单元由通孔式测力传感器和信号变送器组成，轮毂机构单元包括轮毂固定法兰盘、轮毂及其轮胎和轮毂螺栓螺母，本系统采用计算机图形图像技术和虚拟现实技术，以半实物半虚拟的方式来进行人员的操作技能训练，提高了训练的精度和速度，具有直观、高效、指标明确、针对性强等特点，适用于大批量的人员的技能培养，有助于提高人员的培训效率和质量。

A training system of pre tightening force control for hub bolt based on hardware in the loop simulation

【技术实现步骤摘要】
一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统
本专利技术属于运载工具维修
，特别涉及半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统。
技术介绍
轮毂是飞机、车辆等运载工具行走部件的重要组成单元，在一些工况下，轮毂所受外部冲击力变化剧烈，轮毂螺栓螺母的拧紧精度直接关系到运载工具的运行安全性，轮毂螺栓螺母的预紧力过大或者过小对运载工具的运行都是极大的安全隐患，预紧力过小时，螺栓螺母容易产生松动，部件联接面之间的摩擦力减小，螺栓负荷增加，极端情况下会造成螺栓断裂和螺母脱落而发生事故，如果预紧力过大，易引起螺纹产生塑性变形进而可能导致螺栓的断裂，可能会导致螺母螺栓联接失效、疲劳磨损。因此，在轮毂安装过程中，准确的控制轮毂螺栓螺母的预紧力是非常重要的。目前来说，在实践中广泛应用的控制轮毂螺栓螺母预紧力的方法是通过对拧紧力矩的直接控制的力矩法，力矩法能较方便的控制好轮毂螺栓螺母的预紧力，一般通过扭矩扳手显示的扭矩值来控制被连接件的预紧力，这种操作操作简单、直观，然而，在特定的环境和情形下，比如作战环境中、野外救灾以及需要快速更换运载工具轮毂等情形下，在没有能显示扭矩值的扭矩扳手或者更换环境不允许使用扭矩扳手的时候，经常出现轮毂螺栓螺母的预紧力设置过高或者过低的情况，给运载工具的运行带来极大的安全隐患。综上所述，要达到可靠安装、更换运载工具轮毂的目的，就必须在平时的训练中对预紧力的控制手法进行练习，维修保障人员通过长时间的反复对预紧力控制手法的练习，让肌肉形成一种记忆，从而达到没有显示工具同样能达到预设预紧力的目的，这种技能在战场、野外救灾抢险的快速可靠修理时特别重要，因此迫切需要一种供维修人员练习的可视高效的轮毂螺栓螺母预紧力控制手法的设备和训练方法来改善当前的困境。
技术实现思路
本专利技术提供一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统，本专利技术将改变当前缺乏供维修保障人员练习的可视高效的轮毂螺栓螺母预紧力控制手法的设备和训练方法的困境，以半实物仿真的形式，运用计算机图形处理技术，结合运载工具轮毂更换工艺，提出了一种具有高科技含量、良好训练效果的轮毂螺栓预紧力控制训练系统。本专利技术的技术方案是：一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统，由仿真计算机系统、测力传感器单元、轮毂机构单元、显示电视机和支承支架组成，仿真计算机系统包括通用计算机软硬件平台和三维仿真软件，测力传感器单元由通孔式测力传感器和信号变送器组成，轮毂机构单元包括轮毂固定法兰盘、轮毂及其轮胎和轮毂螺栓螺母，电视机固定于支承支架立面，轮毂固定法兰盘与支承支架横梁端面刚性连接，通孔式测力传感器固定于轮毂固定法兰盘安装面反面的螺栓孔处，通孔式测力传感器的圆心与螺栓孔同心，通孔式测力传感器的信号输出接信号变送器信号输入口，信号变送器信号输出通过485转USB转接头接仿真计算机USB接口。三维仿真软件包括虚拟三维场景、轮毂及其轮胎三维模型、轮毂螺栓螺母三维模型、图形驱动模块、显示模块、通讯模块和技能考核模块，轮毂三维模型根据轮毂螺栓的个数分为相应的颜色显示区域。训练者启动系统后，按照轮毂安装工艺进行轮毂安装，轮毂螺栓螺杆穿过位于轮毂固定法兰盘安装面反面的通孔式测力传感器的通孔，随着轮毂螺栓的拧紧，螺栓头部或者螺母的压力传递给测力传感器，测力传感器将该压力转换成电信号，信号变送器将该电信号转变成数字量并通过485总线发送至仿真计算机，三维仿真软件通过其通讯模块获取到该压力值后，与预设值进行对比，根据对比结果，图形驱动模块将轮毂螺栓螺母三维模型及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域的颜色改变，如橙色代表当前值低于预设值，绿色代表当前值在预设值范围内，红色代表当前值高于预设值，以直观可视化的形式在显示电视机上显示出来，三维仿真软件在帧循环里进行压力值读取，并根据当前值对三维模型颜色变化的刷新，直至所有轮毂螺栓按要求安装完毕。训练者从安装第一颗轮毂螺栓开始计时，在计时显示区域和当前值与设定值文字提示信息区域的文字信息提示下，以最快的速度将所有轮毂螺栓安装并根据虚拟场景中轮毂螺栓螺母三维模型及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域的颜色提示将预紧力控制在预设值范围内，以时间短为佳，训练者亦可以以一颗轮毂螺栓为训练对象，在计时显示区域和当前值与设定值文字提示信息区域的文字信息提示下，根据轮毂螺栓螺母三维模型及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域的颜色提示反复将其拧紧至预设值范围，在预设时间段内，达标次数多为佳，由此进行手感的培养和形成肌肉记忆，以便在作战环境中、野外救灾等缺乏专门测量工具的情况下，掌握快速可靠的更换轮毂的技能。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：相对于当前的训练手段，本装置采用计算机图形图像技术和虚拟现实技术，以半实物半虚拟的方式来进行人员的操作技能训练，实物部分与真实设备一致以保证操作对象的真实性，虚拟部分用于轮毂螺栓螺母拧紧力的图形指示，大大的提高了训练的精度和速度，较传统的训练方式，本专利技术提供的训练系统具有直观、高效、指标明确、针对性强等特点，适用于大批量的人员的技能培养，有助于提高人员的培训效率和质量。附图说明图1为本专利技术的组成结构图。图2为本专利技术的轮毂固定法兰盘和测力传感器布局图。图3为本专利技术的轮毂螺栓与通孔式测力传感器配合图。图4为本专利技术的系统电气连接关系图。图5为本专利技术的三维仿真界面布局图。图6为本专利技术的软件工作流程图。图中标号说明：1、支承支架；2、显示电视机；3、仿真计算机；4、信号变送器；5、通孔式测力传感器；6、轮毂固定法兰盘；7、轮毂及其轮胎；8、轮毂螺栓螺母；9、计时显示区域；10当前值与设定值文字提示信息区域；11、三维虚拟轮毂螺栓（变色区）；12、三维虚拟轮毂安装面（变色区）；13、三维虚拟轮胎；14、三维虚拟轮毂。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统，由仿真计算机系统、测力传感器单元、轮毂机构单元、显示电视机和支承支架组成，仿真计算机系统包括通用计算机软硬件平台和三维仿真软件，测力传感器单元由通孔式测力传感器和信号变送器组成，轮毂机构单元包括轮毂固定法兰盘、轮毂及其轮胎和轮毂螺栓螺母。通孔式测力传感器采用LZ-TH通孔式测力传感器，信号变送器采用配套的LZ-JXF紧密型放大变送器，信号变送器与仿真计算机采用485总线通讯。显示电视机（2）固定于支承支架（1）立面，轮毂固定法兰盘（6）与支承支架（1）横梁端面刚性连接，通孔式测力传感器（5）固定于轮毂固定法兰盘（6）安装面反面的螺栓孔处，通孔式测力传感器（5）的圆心与螺栓孔同心，通孔式测力传感器（5）的信号输出接信号变送器（4）信号输入口，信号变送器（4）信号输出通过485转USB转接头接仿真计算机（3）USB接口。三维仿真软件包括虚拟三维场景、轮毂及其轮胎三维模型、轮毂螺栓螺母三维模型、图形驱动模块、显示模块、通讯模块和技能考核模块，轮毂三维模型根据轮毂螺栓的个数分为相应的颜色显示区域。三维仿真软件采用OSG图形引擎开发。系统开始工作前，需将测力传感器单元测得的压力值与扭矩扳手显示的扭矩值进行标定，以建立轮毂螺栓预紧力和测力传感器单元测得的压力值关系表。训练者启动系统后，按照轮毂安装工艺进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统，其特征在于：由仿真计算机系统、测力传感器单元、轮毂机构单元、显示电视机和支承支架组成，所述显示电视机（2）固定于支承支架（1）立面，所述轮毂固定法兰盘（6）与支承支架（1）横梁端面刚性连接，所述通孔式测力传感器（5）固定于轮毂固定法兰盘（6）安装面反面的螺栓孔处，所述通孔式测力传感器（5）的圆心与螺栓孔同心，所述通孔式测力传感器（5）的信号输出接信号变送器（4）信号输入口，所述信号变送器（4）信号输出通过485转USB转接头接仿真计算机（3）USB接口；所述半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统工作流程如下：系统启动后，训练者按照轮毂安装工艺进行轮毂安装，轮毂螺栓（8）螺杆穿过位于轮毂固定法兰盘（6）安装面反面的通孔式测力传感器（5）的通孔，随着轮毂螺栓（8）的拧紧，螺栓头部或者螺母的压力传递给测力传感器（5），测力传感器（5）将该压力转换成电信号，信号变送器（4）将该电信号转变成数字量并通过485总线发送至仿真计算机（3），三维仿真软件通过其通讯模块获取到该压力值后，与预设值进行对比，根据对比结果，图形驱动模块将轮毂螺栓螺母三维模型（11）及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域（12）的颜色改变，如橙色代表当前值低于预设值，绿色代表当前值在预设值范围内，红色代表当前值高于预设值，以直观可视化的形式在显示电视机上显示出来，三维仿真软件在帧循环里进行压力值读取，并根据当前值对三维模型颜色变化的刷新，直至所有轮毂螺栓按要求安装完毕；训练者以一颗轮毂螺栓为训练对象，在计时显示区域（9）和当前值与设定值文字提示信息区域（10）的文字信息提示下，根据轮毂螺栓螺母三维模型（11）及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域（12）的颜色提示反复将其拧紧至预设值范围，在预设时间段内，达标次数多为佳，由此进行手感的培养和形成肌肉记忆；作为轮毂螺栓预紧力控制技能考核，在计时显示区域（9）和当前值与设定值文字提示信息区域（10）的文字信息提示下，训练者从安装第一颗轮毂螺栓开始计时，以最快的速度将所有轮毂螺栓安装并根据虚拟场景中轮毂螺栓螺母三维模型（11）及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域（12）的颜色提示将预紧力控制在预设值范围内，以时间短为佳。...

【技术特征摘要】
1.一种半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统，其特征在于：由仿真计算机系统、测力传感器单元、轮毂机构单元、显示电视机和支承支架组成，所述显示电视机（2）固定于支承支架（1）立面，所述轮毂固定法兰盘（6）与支承支架（1）横梁端面刚性连接，所述通孔式测力传感器（5）固定于轮毂固定法兰盘（6）安装面反面的螺栓孔处，所述通孔式测力传感器（5）的圆心与螺栓孔同心，所述通孔式测力传感器（5）的信号输出接信号变送器（4）信号输入口，所述信号变送器（4）信号输出通过485转USB转接头接仿真计算机（3）USB接口；所述半实物仿真的轮毂螺栓预紧力控制训练系统工作流程如下：系统启动后，训练者按照轮毂安装工艺进行轮毂安装，轮毂螺栓（8）螺杆穿过位于轮毂固定法兰盘（6）安装面反面的通孔式测力传感器（5）的通孔，随着轮毂螺栓（8）的拧紧，螺栓头部或者螺母的压力传递给测力传感器（5），测力传感器（5）将该压力转换成电信号，信号变送器（4）将该电信号转变成数字量并通过485总线发送至仿真计算机（3），三维仿真软件通过其通讯模块获取到该压力值后，与预设值进行对比，根据对比结果，图形驱动模块将轮毂螺栓螺母三维模型（11）及该轮毂螺栓螺母两边的轮毂三维模型颜色显示区域（12）的颜色改变，如橙色代表当前值低于预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李力，
申请(专利权)人：李力，
类型：发明
国别省市：湖南,43