基于SolidWorks/COSMOSMotion的可伸缩水面打捞装置运动仿真研究

   1 引言

    近年来，我国水污染问题日益突出, 其中水面垃圾污染尤为严重。可伸缩水面打捞装置正是针对水面垃圾污染进行设计的，图1是采用所绘制的整体装配图。

图1 整体装配图

    本装置中涉及到的机构比较多，主要包括丝杆螺母机构、四连杆机构以及笔者所定义的可伸缩杆。各个运动机构之间又彼此联系和约束。因此，为了保证整个装置实物能按照设计要求运动，对整个装置进行运动分析显得尤为重要。本文采用的COSMOSMotion对其中各个机构进行运动仿真。

    2 结构分析

    本装置主要由以下几部分组成：

    （1）可伸缩杆件。它是由18根杆件组成的多个X形结构。单节采用1+2的形式，即每一个小节都是由两根平行放置的杆件与另一根相同杆件交错相连，构成一个转动副，如图2所示。此结构有利于增加杆件的刚度。由于靠近船舷边的杆受力较大，故设计时采用了较大的尺寸。

    图2

    （2）水面漂浮装置。其连接于可伸缩杆一端，因浮力作用，对可伸缩杆件起支撑作用。从而有效地减小了伸缩杆因垃圾的重力作用发生变形。

    （3）打捞网用来收集水面垃圾。它通过可伸缩杆件上的挂钩与整个装置联系起来的，并随可伸缩杆件的伸缩而伸缩。

    （4）控制部分主要由丝杠螺母机构和连杆机构组成。通过旋转丝杠末端的手柄，使螺母可以水平移动，从而控制可伸缩杆的伸缩。同时可伸缩杆距水面的距离是可以调节的。通过这种方法本装置便能适合不同大小的船只，从而适应不同的打捞环境。整个伸缩杆件和打捞网可以通过连杆机构拉回，这样有效减小了伸缩杆件及网与船舷的距离，方便取网的同时并保证了操作人员的人身安全。

    （5）辅助设备。包括：铁钩、绳索等。当摇杆将杆件拉回时，可用一铁钩将摇杆和支架锁住，为取网做准备。为了提高效率，可在可伸缩杆和船体斜拉一根绳索，通过此方法一方面能减小杆件的变形，另一方面能加快船体的行驶速度。

    3 COSMOSMotion运动仿真

    COSMOSMotion是集成在中进行仿真软件，能完成对虚拟样机设计的可视化过程。COSMOSMotion旨在帮助用户使用最短的时间，设计出最合理的机构，并检验样机的可行性。使用COSMOSMotion可以对所设计的样机进行运动学和动力学的仿真，模拟现实条件，其中包括运动学中的速度、加速度、运动轨迹，动力学中的重力、摩擦力、弹力等。以下将介绍如何使用COSMOSMotion对可伸缩水面打捞装置进行运动仿真，并用计算机对虚拟原型进行设计和验证。