华体会虚拟样机技术及其在矿山机械领域的应用展望

导读: 世界经济以及科学技能的飞速成长，市场全世界化以及竞争日趋 猛烈。企业为了提高竞争力，必需缩短新产物研制以及开发周 期，提高产物的设计品质，降低产物的开发成本，举行立异 性设计，如许才气满意 ...

世界经济以及科学技能的飞速成长，市场全世界化以及竞争日趋

猛烈。企业为了提高竞争力，必需缩短新产物研制以及开发周

期，提高产物的设计品质，降低产物的开发成本，举行立异

性设计，如许才气满意市场不停变迁的需求。虚拟样机技能

( Virtual Prototyping )就是于这类火急需要的驱动下产

生的。

新产物的开发与研制触及很多相干的学科，例如机械运

动学与动力学、人机项目学以及美学等，而各个学科理论的最

优实现又彼此制约。已往，为了于这方面作出衡量，需要制

造物理样机并举行实验，研究其布局与机能，并供其别人员

(如发卖与治理职员)举行评价。当发明问题时，便会修改

设计方案，然后再打造物理样机、再举行样机实验。于产物

定型以前，凡是要颠末屡次重复，这便年夜年夜增长了新产物的

开发周期以及成本。产物布局越繁杂，这类人力、物力及财力

的华侈越严峻。并且因为物理样机的单机打造成本很高，加

上急在优先抢占市场，经常使投放市场产物的机能以及功效不

够完美。

虚拟样机技能的逐渐成熟为解决这些问题提供了强无力

的东西以及手腕。应用这项技能，一方面可以节省时间以及资

金，降低产物成本，防止没必要要的华侈;另外一方面可以缩短

产物的开发周期，提高产物品质，加强产物的市场竞争力。

我国的矿山机械行业经常因为新产物的开发周期长、成本

高，致使一些产物严峻老化、缺少市场竞争力，而处在一种

不景气的场合排场。哄骗虚拟样机技能及广泛开展这方面的运用

研究，将对于我国矿山机械行业的前进及提高我国矿山机械产

品于国际市场的竟争力有着主要的意思。

1 虚拟样机技能

作为一种正处在摸索中的新不雅念、新技能，今朝虚拟样

机技能于海内尚没有一个同一的界说，完备的理论系统还没

无形成，对于在它的研究正处在不停的深人以及细化历程傍边，

按照几种比力有代表性的阐述可将其归纳以下：

所谓虚拟样机技能就是于制作第一台物理样机以前，工

程师哄骗计较机技能成立机械体系的数字模子，举行仿真分

析并以图形显示该体系于真实项目前提下的运动特征，从而

修改并获得最优设计方案的技能。虚拟样机是一种计较机模

型，它可以或许反应现实产物的特征，包孕外不雅、空间瓜葛和

运动学以及动力学的特征。借助在这项技能，咱们可以于计较

机上成立机械体系的模子，伴之以三维可视化处置惩罚，模仿于

实际情况下体系的运动以及动力特征并按照仿真成果精化以及优

化体系。也就是说，虚拟样机技能是哄骗虚拟情况于可视化

方面的上风和可交互式地摸索虚拟物体的功效，对于产物进

行几何。功效以及打造等方面交互的建模与阐发。它于CAD模子

的根蒂根基上，把虚拟技能与仿真要领相联合，为产物的研制提

供了一个全新的设计要领。虚拟样机技能应贯串于整个设计

历程傍边。于观点设计以及方案论证中，设计师可以把本身的

经验与想象联合于计较机的虚拟样机里，让想象力以及创举力

充实阐扬。当用虚拟样机来取代现实样机验证设计时，缩短

了开发周期，设计品质以及效率也获得了提高。

传统的设计思惟以及要领是一个串行的历程，从设计到产

品的批量出产根据畴前到后的挨次举行。这类要领存于许多

的毛病，每每是把留意力过度集中于细节上而纰漏了零件性

能，从而致使终极产物存于着很多不曾预计到的问题，这必

将致使设计品质降低并形成严峻华侈。此刻世界规模内已经经

广泛地接管了并行项目(Concurrent而却步Engineerms)的

观点，但年夜大都仅对于单个、零部件接纳并行设计要领，每每

致使零件体系效果不敷抱负。而虚拟样机技能夸大体系层面

上的优化，该技能使产物于开发设计阶段就能够迅速阐发比

较多种设计方案，测试�����APP并革新设计方案，直至得到最优事情

机能。如许，于产物品质获得提高的同时，缩短了产物开发

周期，产物的设计也越发合理、完美。

虚拟样机技能是一门综合多学科的技能。该技能以机械

体系运动学、动力学以及节制理论为焦点，加之成熟的三维计

算机图形技能以及基在图形的用户界面技能，将分离的零部件

设计以及阐发技能(如零部件的CAD以及Flex有限元阐发)集成于

一路，提供一个更周全地研究产物事情机能的要领。它经由过程

设计中的反馈信息不停地引导设计，包管产物寻优开发历程

顺遂举行。

可以说，诸多相干技能的前进以及成熟促成了虚拟样机技

术的孕育发生以及成长。起首，虚拟样性能耗50%摆布。

我国的第一汽车打造厂以及第二汽车打造厂，每一接纳1000t

(1500万件)粉末冶金整机，可节省钢材2500t，铜材

300t;用粉末冶金质料热锻120万件行星齿轮，可节省

CrMnTi钢770t。据统计，每一出产20万件粉末冶金整机，可节

约工时10万台时以上。

3 粉末冶金整机可以或许改良主机机能

粉末冶金材质组合设计以及出产实行的自由度较高，可以或许

按照机械整机的使用前提设计质料以及出产要领，可以付与零

件制品用通例工艺没法获得的构造布局，使产物具备所需的

优秀机能，而有益在主机机能的改良以及提高。

(1)于工业车辆中，粉末热锻传动连杆，其疲惫强度优

在钢材模锻件，当运转疲惫轮回次数为106时，其额定载荷可

由29kn提高到34kn。

粉末冶金热锻传动齿轮，当运转疲惫轮回次数为106时，

其额定负荷扭矩为540Nm,而16nr5钢只为430Nm。用粉末冶金

质料凸轮轴，其运转疲惫轮回次数可提高6~7倍。用粉末冶金

质料打造的刹车片耐磨性好，不粘结，不龟裂，刹车效能

高，可受比压为1.5MPa，磨擦系数不变，单面单次磨损于

0.03妹妹如下，使用寿命可提高0.5~1.0倍。用粉末冶金质料

打造的一些耦合件具备显著优胜性，如各类齿轮油泵，其齿

轮啮合性好，耐磨损，泵油效率可提高15%~20%。

(2)于铲装装备中，主传动体系变速箱的齿轮及齿轮

轴，彩粉末冶金热锻工艺打造，当运转疲惫周期为106时，，

其承载扭矩可提高15%~20%。齿轮箱的聚散器、磨擦片接纳粉

末冶金质料后，蒙受事情压力可由95MPa提高到400MPa，通报

扭矩由150Nm提高到1400Nm，使用寿命于5000h以上。事情装

置的几种轴套接纳铁基粉末冶金建造，于50~100℃规模内尺

寸偏差不变，其耐磨机能比30号钢高3~4倍。如用粉末冶金材

料代替锻造青铜，磨损率可降低50%~60%。

(3)于起重运输装备中，用粉末冶金质料制成的固体润

滑轴承以及高石墨青铜含油轴承，能于一IO～15℃规模内连结

不变，耐磨性提高2倍。使主机噪声降低5～6dB。使用的粉末

冶金钨基以及碳化钨基触头，具备较高硬度、抗高温熔焊、高

导电性以及高导热性等长处，其寿命比铜铝合金成品高6～IO

倍。用粉末冶金质料制成的托辊密封件以及轴承连结架等零

件，工艺工时削减3O%，成本降低ZOde，使用效果精良，寿

命延伸2-3倍。

(4)于钻采装备中，各类钻具、切割刃具都需要较高的

硬度及耐磨性，烧结高速钢，钢结硬质合金以及金属陶瓷等粉

末冶金质料可以满意要求，其价格较低而寿命较长。

用硬质合金制做钻具(如钎头、联络套等)以及割齿，构

件成型比力轻易，工艺简捷，成本可降低 ZO %摆布;而钻凿

效率可提高3Ong，寿命延伸 IO～ZO倍，钢结硬质合金可以进

行机械加工以及热处置惩罚，用它制做综采机割头的有孔柱形齿以及

巷道掘进机割盘的滚刀，可按事情前提要求成型，节省工时

3O%，切割效率提高ZO%一25%，其使用寿命比W18Cr4v高3—

5倍。

4 粉末冶金工艺有益在掩护出产情况

如前所述，接纳平凡机械加工工艺打造机械整机，其金

属质料哄骗率仅为50%摆布，年夜部门质料变为金属屑及其它排

遗物，这些固体废料对于情况的水体、年夜气以及泥土城市孕育发生派

生年夜量的酸渣以及酸气，严峻污染情况。废水含有四乙基铅

(Ph[C2H]).铬酸配(CrO三、二氧化锰(MnO2 )以及硫化

硒(SeS)等，此中的年夜量有色金属元素进人清洁用水体系

后，使水体的自然自静威力遭到按捺，进而孕育发生异味、异

臭、异色，出现泡沫以及油膜等，故障水系的一般哄骗。

如前所述，粉末冶金整机成型技能属在少切削或者无切削

加工工艺，没有金属屑等固体排遗物，更没无机械加工孕育发生

的废油，出产历程中虽有少许的粉尘以及废水，但仅为平凡机

械加工工艺的1/15~ l/ ZO。以是，粉末冶金整机成型工艺技

术对于掩护出产情况长短常有益的。

因为粉末冶金工艺技能于机械行业出现出诸多长处，所

以最近几年来工业进步前辈国度的粉末冶金工业成长速率，较着跨越

传统的机械工业以及冶金工业。我国经由过程十几年的起劲，粉末

冶金工业已经具备必然范围，到达必然程度。当前正重点研究

提高铁基质料、铜基质料、磨擦质料以及复合质料等已经有产物

的机能。同时开发各类进步前辈的布局质料以及功效质料。如邃密

陶瓷、超导质料、影象合金以及超微粒质料等。起劲成长倏地

冷凝。机械合金化及STAMP法等新质料打造技能。只有联合工

矿机械产物开发，扩展运用范畴，厂家与用户慎密联合，不

断举行使用机能、使用前提以及运用规模的研究，粉末冶金工

艺技能定会得到更好的经济效益以及社会效益。

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