帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)研究

李曉東

[摘 要]科技的不斷發(fā)展，促進(jìn)著我國各種工程理論及設(shè)計(jì)方法的不斷改進(jìn)，并將先進(jìn)的信息計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用其中，大大的提升了工作的效率。帶式輸送機(jī)是我國用于散料運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，主要應(yīng)用在化工、建材和礦山等行業(yè)中，隨著信息計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷應(yīng)用，其設(shè)計(jì)方法也有了顯著提高，虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。本文就以帶式輸送虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容作為研究對(duì)象，進(jìn)行了概述和探討。

[關(guān)鍵詞]帶式輸送機(jī)；虛擬樣機(jī)技術(shù)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0106-01

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)也有了顯著的進(jìn)步，對(duì)于帶式輸送機(jī)的研究也有一定的拓展。帶式輸送機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，使更多的大型帶式輸送機(jī)投入到生產(chǎn)和應(yīng)用中，其設(shè)計(jì)研究技術(shù)也越來越受到關(guān)注。采用計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)，不但能夠有效提高設(shè)計(jì)效率，還能節(jié)省大量的研發(fā)周期，是一種非?？尚械姆椒?。

一、虛擬樣機(jī)技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 概念

虛擬樣機(jī)（VP）是一種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，它是以“虛擬現(xiàn)實(shí)”（VR）技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對(duì)象的設(shè)計(jì)手段，借助計(jì)算機(jī)工具直接在虛擬環(huán)境（計(jì)算機(jī)環(huán)境 ）中創(chuàng)建產(chǎn)品模型，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)，達(dá)到代替物理樣機(jī)的目的[1]。

1.2 特點(diǎn)

虛擬樣機(jī)技術(shù)是以并行工程思想為指導(dǎo)，以CAD / CAM 技術(shù)為基礎(chǔ)，以協(xié)同仿真技術(shù)為核心的先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)相比，它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的觀點(diǎn)、涉及產(chǎn)品全生命周期、支持對(duì)產(chǎn)品的全方位測(cè)試、分析與評(píng)估、強(qiáng)調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計(jì)。

1.3 應(yīng)用

近年來，世界著名的機(jī)械制造公司在生產(chǎn)開發(fā)過程中已普遍使用虛擬樣機(jī)技術(shù)。我國的大多數(shù)機(jī)械工業(yè)企業(yè)已采用先進(jìn)的CAD/CAM一體化技術(shù)，對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)踐具有一定的可行性，一些骨干企業(yè)對(duì)國外先進(jìn)的、商品化的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件正嘗試使用。

二、帶式輸送機(jī)的簡(jiǎn)化、建模

因?yàn)锳DAMS在建模方面的缺陷， 帶塊不易建立，所以選用具有強(qiáng)大建模功能的UG來搭建模型，機(jī)架由于和大地固結(jié)在一起，所以省去，驅(qū)動(dòng)直接加在傳動(dòng)滾筒上，驅(qū)動(dòng)裝置也不建立，將輸送機(jī)簡(jiǎn)化為只有滾筒、軸、托輥（見圖 1）。 帶塊建立不可太大，其包絡(luò)范圍不超過10°，太大將無法仿真，因?yàn)樵趧傂詭K仿真時(shí)接觸少帶動(dòng)不起來，柔性帶塊仿真時(shí)模態(tài)表示的柔性體是在線性范圍內(nèi)變化，帶塊太大在滾筒上包裹貼合時(shí)將有過大的變形。帶封閉時(shí)用同一個(gè)尺寸的帶塊不能實(shí)現(xiàn)封閉，這時(shí)建立一個(gè)小的帶塊以使帶封閉。并且包圍在滾筒上的帶塊要與滾筒建立接觸約束。各部件之間不能有干涉，建好模型后導(dǎo)出為 parasolid格式，以便導(dǎo)入到ADAMS中。

三、虛擬樣機(jī)的仿真

在對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真時(shí)，通常需要設(shè)置一些工作環(huán)境的參數(shù)和帶式輸送機(jī)的自身參數(shù)，而設(shè)置的參數(shù)不同，就代表著帶式輸送機(jī)的不同工作環(huán)境和工作狀態(tài)，為了更好地對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行分析，通常會(huì)采取多組參數(shù)進(jìn)行仿真，對(duì)于一些帶式輸送機(jī)的重要部位，還會(huì)進(jìn)行單獨(dú)的仿真，以便能更好地對(duì)帶式輸送機(jī)的性能進(jìn)行了解。

3.1 摩擦片單獨(dú)仿真

摩擦片是帶式輸送機(jī)工作時(shí)最重要的部分之一，因此，在對(duì)帶式輸送機(jī)的虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析時(shí)，通常會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)的摩擦片進(jìn)行單獨(dú)的仿真，摩擦的工作狀態(tài)通常有邊界摩擦、混合摩擦、靜摩擦和流體粘性摩擦4種。邊界摩擦?xí)r，由于摩擦片之間的縫隙小，常常會(huì)忽略不計(jì)，認(rèn)為是相互接觸的，這個(gè)時(shí)候的摩擦系數(shù)是很穩(wěn)定的，摩擦片的壽命就和傳遞扭矩能力與摩擦片的形狀、材料有密切關(guān)系；混合摩擦?xí)r摩擦片的一部分發(fā)生凸體接觸，另一部分被油膜隔開，因此，摩擦片之間的縫隙比較小，但是不能忽略不計(jì)，只是低滑差的狀態(tài)，這種狀態(tài)下摩擦片的壽命和扭矩能力與摩擦片的材料、形狀無明顯關(guān)系；靜摩擦與邊界摩擦類似，只是摩擦片之間的縫隙更小，甚至沒有，因此摩擦片之間幾乎沒有滑差，而摩擦片的壽命和扭矩能力與摩擦片的材料和形狀有密切的關(guān)系[2]；流性粘體摩擦就是摩擦片被連續(xù)的油膜完全隔開，摩擦片之間的縫隙很大，所以摩擦片的壽命和扭矩能力與摩擦片的形狀和材料幾乎沒有關(guān)系。

在摩擦片的單獨(dú)仿真時(shí)，相關(guān)參數(shù)的設(shè)置主要就是彈簧，在ADAM中對(duì)摩擦片進(jìn)行單獨(dú)仿真時(shí)，通常會(huì)使用普通的線性彈簧代替實(shí)際的三片彈簧，通過對(duì)線性彈簧的剛度系數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使其與三片彈簧的工作狀態(tài)一致。對(duì)于傳統(tǒng)液體的摩擦的模擬通常用阻尼系數(shù)進(jìn)行，而對(duì)摩擦片4種工作狀態(tài)的模擬就通過摩擦片之間摩擦力進(jìn)行。在對(duì)摩擦片進(jìn)行單獨(dú)仿真時(shí)，應(yīng)該注意設(shè)定摩擦片的陷入深度，以達(dá)到和實(shí)際效果相似的目的。該裝置的額定功率為200kW，額 定轉(zhuǎn)速為1500r/min。額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為ADAMS中默認(rèn)單位為9000deg/sec。帶式輸送機(jī)選用正弦形加速度控制曲線（又稱為Harrison加速度控制曲線），它由外摩擦片帶動(dòng)減速器得到。

3.2 液粘傳動(dòng)系統(tǒng)整體仿真

帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)的仿真主要是針對(duì)液粘傳統(tǒng)系統(tǒng)的仿真。在仿真的過程中，主要對(duì)一些相關(guān)參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，研究帶式輸送機(jī)的虛擬樣機(jī)的工作性能，通過對(duì)帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)的液粘傳統(tǒng)系統(tǒng)的整體仿真主要是為了獲取帶式輸送機(jī)的3個(gè)性能參數(shù)。首先就是帶式輸送機(jī)的性能變化范圍；其次是帶式輸送機(jī)的性能與相關(guān)部件參數(shù)的關(guān)系；最后是分析帶式輸送機(jī)性能的變化范圍。通過不同參數(shù)的對(duì)比，得出一個(gè)相關(guān)部件的最佳參數(shù)，使帶式輸送機(jī)的性能保持在最好的水平。

3.3 液粘傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化分析

在優(yōu)化分析的過程中，可以設(shè)定設(shè)計(jì)變量的變化范圍，并施加一定的限制以保證最優(yōu)化設(shè)計(jì)處于合理的取值范圍。通常優(yōu)化分析問題可以歸結(jié)為：在滿足各種設(shè)計(jì)條件和在制定的變量變化范圍內(nèi)，通過自動(dòng)地選擇設(shè)計(jì)變量，由分析程序求取目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值。

四、裝置的加工制造

通過對(duì)帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)和仿真，如果帶式輸送機(jī)的相關(guān)性能可以滿足設(shè)計(jì)的要求，就要對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)際的加工生產(chǎn)，在帶式輸送機(jī)加工和生產(chǎn)的過程中，可以利用MECHANISM/Pro軟件已經(jīng)建立好的模型直接生成NG代碼和工程圖紙，對(duì)零部件的生產(chǎn)和加工提供直接的參考。

五、結(jié)論

總之，對(duì)帶式輸送機(jī)模擬樣機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，并對(duì)其模式進(jìn)行建立和仿真分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)生產(chǎn)周期的縮短和對(duì)生產(chǎn)流程的簡(jiǎn)化，具有較高的實(shí)際價(jià)值，但在應(yīng)用方面還存在很多細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步的探討，相信在相關(guān)專業(yè)人員的不懈努力下，一定會(huì)盡快的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 許志洋.基于虛擬樣機(jī)的帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)研究[D].安徽理工大學(xué)，2007.

[2] 王鵬彧，郭永存，胡坤.帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)啟動(dòng)工況的研究[J].礦山機(jī)械，2010，09：65-68.