水仓自动清淤装置虚拟现实产品仿真系统的设计研究

崔强

（安徽机电职业技术学院机械工程系，安徽芜湖241000）

水仓自动清淤装置虚拟现实产品仿真系统的设计研究

崔强

（安徽机电职业技术学院机械工程系，安徽芜湖241000）

以虚拟现实技术为理论基础、泵吸式水仓清淤系统为研究对象，提出泵吸式水仓清淤装置虚拟现实产品仿真系统的设计方案，完成虚拟现实产品仿真系统的场景建模及优化，构建场景SQL Server信息数据库。最终通过VR-Platform软件平台开发面向网络的交互式虚拟现实产品仿真系统，使所有互联网用户通过访问VRPIE网页即可实现虚拟场景自主漫游和可控漫游、工作过程演示、人机交互等功能。

虚拟现实；水仓清淤；VR-Platform；仿真系统

随着市场经济的发展，我国煤炭工业日益向大型化、集中化、高产高效的方向发展，但矿井下水仓清理的技术难题至今还没有得到根本解决。同时煤矿井下水仓环境复杂，人们无法清楚地掌握清淤设备的工作情况和相关设备的运转状态等，这阻碍了水仓清理技术的进一步发展。

虚拟现实技术的出现为煤矿井下水仓清理的技术发展提供了一种新的思路和方法，即利用虚拟现实技术建立虚拟现实产品仿真系统，模拟煤矿井下水仓的复杂环境及清淤设备的工作情况，实现真正可视化的具有身临其境效果的交互方式，使煤矿井下水仓清理技术的发展走上一个新台阶。

1 泵吸式水仓清淤系统组成及其工作原理

泵吸式水仓清淤系统组成如图1所示。其工作原理如下：潜于水仓底部的清淤泵车由钢丝绳牵引，沿铺设在水仓底部（包括弯道和斜坡）的导轨往复、缓慢地在沉淀池中行走，根据安装在沉淀池底部的沉积槽中沉积物的多少来调节其运行的方向和速度、选择输送泵的流量，将沉积物收集到收集器中，在泥浆泵的作用下，经沉积物输送管道将沉积物送入沉淀池，经过增压渣浆泵将沉淀池中的沉积物输送到压滤机进行处理，再由矿车运输到地面。经压滤机处理沉积物分离出来的水流回水仓，经沉淀池的溢流板进入清水仓，再经导流板和细微颗粒防沉积喷水嘴，使进入清水仓中的“清水”保持流动，便于用水泵抽到地面。该系统在水仓连续有效运行的情况下，从根本上解决了水仓清理的技术难题。

图1 泵吸式水仓清淤系统

2 泵吸式水仓清淤装置设计

根据煤矿井下水仓现场调研、煤泥实验结果及清淤系统设计方案要求，得到初始设计参数，见表1。根据初始参数计算并确定泵吸式水仓清淤装置的运行阻力和钢丝绳、清淤泵车、无极绳绞车、滚筒结构等的主要参数。

表1 初始设计参数

3 虚拟现实产品仿真系统场景建模

虚拟现实（VR）场景建模是整个虚拟现实产品仿真系统建立的基础，主要包括三维视觉建模和三维听觉建模。其中视觉建模主要包括几何建模（Geometric Modeling）、运动建模（Kinematric Modeling）、物理建模（Physical Modeling）、对象行为建模 （Object Behavior Modeling）及模型分割（Model Segmentation）等。

VR-Platform三维互动仿真平台是一款与3ds Max无缝集成的三维虚拟现实平台软件，其模型的接口格式为.max文件，即3ds Max文件。3dsMax是VRP的建模工具，VRP是3ds Max功能的延伸，是3ds Max的三维互动展示平台，因此选用3ds Max建立场景模型。图2和图3分别为清淤泵车模型和泵车运动约束路径。

图2 清淤泵车模型

图3 泵车运动约束路径

4 虚拟现实产品仿真系统的建立

建立场景SQL Server信息数据库。虚拟现实场景是对客观世界的反映，场景的构建就是真实环境的数字化过程。场景数据库逼真地反映了真实场景，它主要描述场景中所有的可见目标及其相对的位置关系以及各个相关设备的资料信息。利用SQL Server数据库建立的设备信息表如图4所示，主要包括产品说明、清淤系统工作原理、水仓清淤系统布置图、相关设备图及设备型号、参数信息等。

图4 设备信息数据表

在数据库里建立数据表之后，VR-Platform三维虚拟现实平台软件通过ADO数据库接口，与该表建立链接，调用表中的相应数据，然后在虚拟现实产品仿真系统的界面适当位置显示出来。虽然VR-Platform提供了ADO数据库接口，但是仍需要通过一个DLL来实现数据的管理与访问，因此，设计中需要根据具体的数据库创建不同的DLL。

启动VRP编辑器，将合并存储好的.vrp文件打开，用VRP编辑器对场景模型进行特效编辑，设置好交互功能，建立SQL Server信息数据库并与其链接。

在上述工作完成后，将前期的结果存储起来。之后，就可以将该虚拟现实产品仿真系统编译成一个可独立执行的.exe文件，并对编译结果进行测试发布，建立面向网络的虚拟产品仿真系统。图5和图6是面向网络的井下水仓清淤装置虚拟现实产品仿真系统的应用实例。

图5 二维界面效果图

图6 信息查询功能展示

5 结论

本文在分析国内外煤矿井下水仓清淤设备发展现状的基础上，提出了泵吸式水仓清淤系统的设计方案，并以其为研究对象，利用3ds Max三维建模软件完成了虚拟产品仿真系统的场景建模，并建立了场景SQL Server信息数据库。通过VRP-Builder实现了场景虚拟的漫游，创建了可控漫游和自动漫游两种漫游方式，在系统运行过程中，其漫游模式可以通过热区、热键或操纵按钮等来进行切换。实现了泵吸式水仓清淤系统工作过程的三维仿真演示。

今后随着Internet的飞速发展，必然可以建立一个面向网络的虚拟现实产品仿真系统，使用户可以在任意一台连上互联网的电脑上访问，实现虚拟场景的浏览和交互。

［1］ 王培润，南化鹏，任保明.煤矿水仓新型清淤系统［J］.煤矿机械，2004（9）：104-105.

［2］ 王培润，戴葆青，郭秀欣，等.矿井水仓淤泥清挖及处理新方法［J］.煤矿机电，2004（6）：54-58.

［3］ 丁月梅.浅谈QSJ-15D（L）型矿井水仓清理机装置［J］.中国科技博览，2012（18）：20-21.

［4］ 张超峰.基于VB+SQL Server羊场信息管理系统的开发与应用［D］.哈尔滨：东北农业大学，2007.

［5］ 姜学娟.基于虚拟现实技术的漫游系统研究［D］.长春：长春理工大学，2007.

［6］ 张瑞新，任廷祥.虚拟现实技术及其在采矿工程中的应用［J］.中国矿业大学学报，1998（3）：230-234.

［7］ 汤国水.矿井三维可视化仿真系统研究［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2006.

【责任编辑 黄艳芹】

Research on Designing the Virtual Reality Products Simulation System of the Sum p Silt-dredging Equipment

CUIQiang
（DepartmentofMechanical Engineering,Anhui Technical College ofMechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China）

Based on the virtual reality technique and having studied the pump sump silt-dredging system,this paper has put forth the design projects of virtual reality products simulation system of pump sump silt-dredging equipment,completed the scene modeling and optimization of the system,and built the scene SQL Sever information database,and thus developed the virtual reality products simulation system ultimately through VR-Platform software.By visiting the VRPIE web page,all the internet users can control the system to achieve the functions such as voluntary ramble and controllable ramble of the virtual scene,the demo of the working process and theman-machine interaction.

virtual reality；sump dredging；VR-Platform；simulation system

TP391.9

A

2095-7726（2015）06-0062-04

2014-10-20

崔强（1982-），男，安徽芜湖人，讲师，硕士研究生，研究方向：机械设计与制造。