岸边集装箱起重机仿真训练器是以训练为目的的集虚拟现实技术、计算机仿真技术、通讯技术于一体的高科技产品。目前,国内尚没有成型产品和成功经验可以借鉴,从2000年开始,上海海事大学开始了岸边集装箱起重机仿真训练器的研制开发工作。 吊具碰撞动力学方程的建立和求解是岸边集装箱起重机仿真训练器的一个重点和难点。吊具在运动过程中可能同周围的物体发生碰撞,包括船上和集卡上的集装箱、船上的设备、起重机大梁、集卡等。根据发生的碰撞的形式,就可以判断吊具是否着箱,进而将吊具的运动继续下去。 本文的主要研究内容和工作有: 1.分析了吊具运动过程中各种可能的碰撞形式和碰撞后各种可能的运动形式。碰撞前吊具可能只沿一个坐标轴运动,也可能同时沿两个或三个坐标轴运动。碰撞后吊具的运动可能为平面运动,也可能为空间运动。本文在总结了集装箱起重机吊具碰撞模型建立步骤的基础上,分析了吊具各种可能的碰撞形式和碰撞后各种可能的运动形式,包括碰撞前为一维运动时,碰撞后各种可能的运动形式;碰撞前为二维运动时,碰撞后各种可能的运动形式;碰撞前为三维运动时,碰撞后各种可能的运动形式。然后比较详细的分析了一维运动时碰撞后吊具的运动形式。二维运动和三维运动时的碰撞运动形式是一维运动时的叠加。 2.本文针对吊具碰撞前只沿一个坐标轴方向运动时,几种典型的碰撞和碰撞后的运动,建立了动力学方程。对于碰撞过程,运用冲量矩定理和冲量定理建立了吊具的运动微分方程。对碰撞后吊具的平面运动,运用质心运动定理和动量矩定理建立了运动微分方程。对碰撞后吊具的空间三维运动,应用质心运动定理和欧拉方程建立了运动微分方程。 3.对建立的动力学方程,应用基尔公式和米尔尼-哈明预测校正公式,在计算机上用c语言编程求出了方程的数值解,得到吊具三个方向上的坐标及其角度,这样就确定了吊具的位置。然后用c语言进行编程,每隔0.09秒显示一次吊具的位置,在视觉上所看到的就是吊具在连续运动。运动过程显示吊具的运动与理论是相符的,表明正确地实现了吊具的运动。