在工程机械中虚拟制造技术的应用- 制造技术- 中国软件网-中国企(2)

挖掘机的工作要求操作精度和重复精度，需要确定摩擦力和摩擦因数以进行控制补偿，达到提高作业精度和运动控制精度的目的.传统的液压缸摩擦力测定方法由于是与工作系统分离测定，不能反映液压缸工作时摩擦力的变化.利用虚拟样机静力学和逆动力学计算的方法，根据挖掘机实际工作时的实验数据计算得到各组油缸的摩擦力数值曲线，较好地反映了挖掘机实际工作时摩擦力的变化情况，找出了摩擦力与运动之间的关系，为挖掘机的控制提供了一定的依据.

虚拟样机技术采用数字仿真进行虚拟产品的设计开发，仿真模型的参数就是物理样机的设计参数，可以用仿真模型代替物理样机进行设计参数的测试评估.因为参数修改方便，能很容易地实现模型的多样化，柔性好.图7利用虚拟样机技术对挖掘机的油缸动作速度曲线进行仿真，通过不断调整液压元件的各个参数，对液压系统进行优化，提高挖掘机的油缸动作速度，进而提升作业效率.

图7 油缸动作速度响应曲线

图8通过虚拟样机技术，结合Craig-Bampton模态综合法，对挖掘机的斗杆进行了刚柔耦合分析及结构优化设计，最终解决了困扰多年的20 t级挖掘机的斗杆开裂问题，并成功开发了一款新一代的SY235威猛型工作装置.

图8 20 t斗杆新结构

3.2利用虚拟样机技术对矿用机械进行仿真

超大型矿用机械在运行时，工况比较恶劣，电控柜等电子控制系统对振动有严格的要求，为了提取振动响应数据，三一重机CAE工程师建立SET230矿用自卸车的整车多体动力学模型，在计算机上再现车辆在路面上爬坡、转弯、卸货、过坎等作业

情况，如图9所示为矿车在30%坡道爬坡时的工作情况.利用虚拟样机技术，提取了底盘系统、转向系统、油气悬挂及车厢等时间历程载荷数据，控制柜的加速度响应数据.并结合有限元技术对车架减重达1 t，大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能.

图9 SET230矿车爬坡工况模拟 3.3利用虚拟样机技术分析蛇行问题

轮式机械在运行时，转向轮突然遇到侧向外力或二轮遇到阻力不等时，转向轮会发生偏摆，而不能迅速回正，车体也随之改变行驶方向.这种改变具有偶然性与经常性.车速愈高，道路条件愈差，此现象愈严重.约翰迪尔(John Deere)公司针对工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及在重载下机械的自激振动问题，利用虚拟样机技术，不仅找到了原因，而且提出了改进方案，并且在虚拟样机上得到了验证，大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能.

3.4利用专用仿真软件对装载机进行优化设计及分析

世界上最大的工程机械制造商卡特彼勒(Caterpillar)公司的工程师们采用了虚拟样机技术，对装载机和挖掘机的工作装置进行了优化设计及分析，对其进行了上万个工位的运动和受力分析仅需要1 d的时间.Caterpillar公司还与美国Iowa大学联合开发了装载机专用仿真软件IDS(Iowa Driving Simulator).装载机专用仿真软件IDS在考虑了轮胎和液压系统作用的前提下，建立装载机开环模型，并仿真装载机行驶过程中的操作性能以及仿真装载机行走过程中和工作过程中驾驶员的运动.除此之外，利用该专用仿真软件的图形用户界面，还可建立装载机在矿山路面和矿山场景的虚拟仿真环境，并且对装载机仿真模型的参数，包括底盘参数、传动系统参数、液压系统参数和轮胎参数进行修改.修改所需要研究的参数后，仿真软件在虚拟环境中快速改变设计参数，装载机按照修改后的参数重新装配，精确性较高，实时性较强.更重要的是，IDS还考虑到装载机的发动机的驱动液压马达，在仿真模型中连接了液压系统与传动系统，对装载机底盘和工作装置模型进行细化，进一步提高仿真精度.模型仿真工作装置的工作过程，研究解决了机械系统与液压系统的协调性能.瑞典的Volvo公司也与瑞典Link6ping大学、瑞典Royal Institute of Technology等合作，发展多学科仿真集

成软件技术，制订了虚拟系统编程(VISP)研究项目，解决了很多关于复杂工程车辆多学科仿真问题.VISP目标针对工程人员采用合适的方法，开发界面友好的动力学分析研究软件平台，进行复杂工程车辆的建模和准确的仿真.VISP以装载机为研究对象，仿真内容包含装载机整车机械系统、控制系统和液压系统.

4 结论

在工程机械行业的制造技术和产品研发中，引用虚拟制造技术具有一定的理论创新和实际应用意义.它已经成为跨学科、融合各种先进技术为一体的现代制造支撑技术之一.在给出虚拟制造技术的定义、特点等的基础上，阐述了虚拟制造在制造装配、车间布局设计、焊接等工程机械制造技术中的应用，进而介绍了虚拟制造技术在挖掘机、矿用机械、装载机等工程机械产品研发中的应用，并对工程机械中的蛇形问题进行了探讨.虚拟制造以产品的“软”模型取代了实物样机，通过对模型的模拟测试进行产品评估，能够以较低的生产成本获得较高的设计质量，缩短了产品的发布周期，提高了企业生产效率.企业的生产因为虚拟制造技术的应用而具有了高度的柔性化和快速的市场反应能力，因而市场竞争能力大大增强.作为一种先进的制造模式，虚拟制造的应用范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益.

查看文档来源：http://www.soft6.com/v9/2011/fzzz_0504/150126.html

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库在工程机械中虚拟制造技术的应用- 制造技术- 中国软件网-中国企(2)在线全文阅读。