塔式起重机模拟安装及操作培训系统的开发分析

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2013年 7月 朔 日 蒜晦 工艺与设备司机及水平、训练要求和安装操作人员眷学会出实训中极少发生的突发事件，实现对实际操作中的故障和解决方法的直观观摩、应用√练能结合受训人员的实际国内外应用塔机的经验，模拟出风雨、雾霾天气等突遇的环境变化和恶劣天气，以便培养学员准确、快速的判断力、灵活的应变能力和 良好的心理素质。

良好的安全性能。塔机操作都在百米高空中进行作业，而且塔机和为完成建筑的周围都是虚空状态，没有安全保护设施，其危险性远远高于地面施工操作和地底钻井施工操作，极易发生起吊重物坠落和撞击建筑物的严重重故，破坏施工现瞅者造成人员伤亡事故。而仿真模拟器可以使安装与控制的培训内容虚拟化，提供可观看的信息指导，避免高空吊装物体的不慎操作引起的种种事故。塔机模拟安装与操作培训系统的研发、引进和使用，具有可靠的安全保障，是确报筑建设安全施工的-大有利措施。

基于安装与操作培训系统的模拟塔机，使用的能源消耗低，运用周期长，极易进行维修养护工作和扩充建设，长期应用于塔机驾驶员技能培训，可大幅度减少建设企业在职工培训中的人力、物力等资源的投放，培训经费投放少。安装与操作培训系统运行的整个过程使用的是计算机仿真软件，通过人机操作的交互方式，以智能化的强大功能和操作实现模拟多种工况的情景，从而很大程度上缩减了驾驶员培训的时间，同时提高了受训人员技能培训的质量。根据塔机驾驶人员和技术人员的不同技术水平，制定长短不-的培训周期和定期培训，提高操作人员的技术水平。

3塔式起重机模拟安装及操作培训系统开发的章 覃 内密我国最早最、先进的塔机模拟训练机由北京建筑工程学院研制开发。机械科研人员根据计算机三维视景的成像原理，结合塔机安全技术的标准参数，综合分析塔机的结构特点和性能，采用计算机 3D-MA软件构造塔机仿真模型和虚拟嘲，并将仿真模型导入 Vimools软件。此项技术的研究和开发达成了国内首次使用计算机 Vimools软件建造仿真模拟塔机的伟大 目标，以实现 了塔机虚拟仿真技术的具体、实质性应用♀决系统研发中的诸多难题，并实现了模拟仿真塔机的手柄操控。

塔机体型高大，其各个构件必须具有大型结构的尺寸与 自重，构件的连接处多，整体重心高，机体拆装操作复杂。塔机的安装、拆卸和重物吊装等各种操作都是高空作业 ，危险性高，要求技术水平高。在塔机的突发事故中，不慎重的拆装操作引发的大型事故居多，要求塔机虚拟安装系统以计算机控制技术为基础，结合仿真技术、数据传感和通讯技术，建立室内模拟安装的模型，实现塔机的安全拆装操作。

塔机安装必须安装好所有构件，比如预埋支腿、基蹿、标准节、顶升套架、起重臂、回转塔身和塔尖、平衡臂和平衡重、剩余平衡重，才能进行机身整体的调试及加高。

运用计算机 3D-MAX软件绘制塔机标准节、底架、附着装置等所有部件的模型，建立塔机的虚拟模型，添加塔机模型的细节。之后，将各所有构件的模型输入计算机 Nviools软件中，模拟塔机安装的整个过程。添加各个构建模型必要性的物理特征，安装与培训操作系统的稳定性，使模拟的仿真操作符合实际操作的规范要求。

该模拟系统模拟雾、风等天气下的自然环境：模拟出钢丝 吊物、更换吊物等逼真的视觉效果；支持手柄机械操作，成功模拟出塔机所有的操控功能，实现了逼真模拟现实操作；建立塔机操作和考核平台，以及考核评分体制，有益的探索该平台数据库的编程模式。

但是，基于 Nviools软件的该系统，建立的模型比较简单，钢丝吊绳的感官效果不清晰，模拟的吊物不存在惯性、弹性等物理特性，难以保持吊物的沉浸性；模拟机负载吊物的类型很单-。

结合塔机的关键技术和机构特点，分析塔机整个操作过程，运用计算机各种技术和虚拟仿真建模技术，辅助性建立高层建筑和起重物等几何模型，并添加模型结构的物理属性，加强建模的真实感。

把 3D-MAX软件中的塔机模型导入 Viools软件中，并完成虚拟模型的操控操作。运用 Viaools软件 中的Dhysics library模块，添加各个构件、吊物、建筑物的重力、质量、运动、弹力、力尝摩擦力等物理属性。改进吊物的使用范围和外形特征，可以使用粗细、大孝长短、形状均不同的木桶、钢筋、楼板等作为吊物包括。添加土地、街道、障碍物等情景细节。

塔机的水平臂是该模拟模型系统中最重要的构件，是重物吊装所有操作的使用工具。水平臂受模拟系统的虚拟控制面板操控，通过计算机的键盘实现每-步虚拟操作，其操作的标准参数都会反馈到显示屏，以便控制驾驶室的手柄，实现实际的操作步骤 。

4 实现途径与方法塔机安装与操作培训模拟系统依靠自身的人机交互技术和模型碰撞技术来实现，这两项智能化的技术可以充分验证该系统科研、开发和应用的可行性。人机交互技术是虚拟仿真系统的关键技术，此技术具有更 自然的人机交互模式。碰撞技术应用于检测机体、吊物和建筑发生碰撞的具体位置，以及计算碰撞后机体、吊物和建筑的反应。

人机交互功能的动态依靠 Viools软件来实现，并且使虚拟制造具有经济快捷的特点。整个动态依托于 3D-MAX软件或者Pro/E等软件建立三维虚拟模型，再运用 Vimools软件实施动态人机交互功能。

计算机各种成像技术和3D影频技术是建立三维模型和场景的关键技术，生成具备工地、建筑物和天空背景等物象的虚拟环境，以完成塔机、天空、训练场地等各种仿真模型的系列化的建立。

5结束语塔机模拟安装及操作培训系统的开发，表明了建设设备正向科技化和现代化的方向发展。该系统将塔机安装和操作的培训操作虚拟化，解决了塔机驾驶人员在技术培训上的诸多问题，提高了受训人员的技术水平和综合素质，从而促进建设事业的进- 步发展，提高建设企业的综合性经济效益。塔机模拟安装及操作培训系统的优越性可见-斑，具有良好的发展前景。