運(yùn)用剛-柔耦合多體系統(tǒng)模擬樣機(jī)技術(shù)

全面提升煤炭礦冶機(jī)械產(chǎn)品可靠性

——北方交通與遼寧工程技術(shù)大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)礦冶機(jī)械系列產(chǎn)品

編者按：根據(jù)遼寧科教大省在全國(guó)的地位及充分的人才資源，結(jié)合沈陽(yáng)鐵西裝備制造業(yè)老工業(yè)基地得天獨(dú)厚的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，沈陽(yáng)北方交通重工集團(tuán)與遼寧工程技術(shù)大學(xué)達(dá)成煤機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)學(xué)研技術(shù)合作雙贏戰(zhàn)略。雙方分別從聯(lián)合申報(bào)重大項(xiàng)目、重點(diǎn)攻關(guān)，聯(lián)合成立設(shè)計(jì)研究院，企業(yè)人才培養(yǎng)與培訓(xùn)，學(xué)生實(shí)習(xí)與就業(yè)，聘任兼職教授等方面進(jìn)行合作，共同開(kāi)發(fā)煤炭礦冶機(jī)械系列產(chǎn)品。

值得一提的是，協(xié)議簽訂后，雙方將首次采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，將剛-柔耦合多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于煤炭礦冶機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)之中，聯(lián)合開(kāi)發(fā)EBZ180、EBZ200Y、EBZ280型掘進(jìn)機(jī)截割部及MG300/700型采煤機(jī)搖臂的可靠性。應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)可使設(shè)計(jì)人員比較容易地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行模擬產(chǎn)品真實(shí)性能試驗(yàn)，早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)乃至運(yùn)行過(guò)程中存在的各類問(wèn)題，低成本地獲得最優(yōu)方案，降低新產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間和成本，在充分滿足客戶的前提下，使產(chǎn)品輕量化、節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

北方交通董事長(zhǎng)曲凱與遼寧工程技術(shù)大學(xué)書記倪國(guó)玉簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議

合影

務(wù)實(shí)創(chuàng)新  強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合

沈陽(yáng)北方交通重工集團(tuán)與遼寧工程技術(shù)大學(xué)達(dá)成產(chǎn)學(xué)研合作是推進(jìn)科技創(chuàng)新的有效形式，是企業(yè)優(yōu)化科技行為、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要形式，也是世界科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢(shì)。通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，不斷加強(qiáng)企業(yè)自主創(chuàng)新和自主品牌建設(shè)，提高產(chǎn)品的附加值和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。

在產(chǎn)學(xué)研合作上，雙方充分借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以互惠共贏為切入點(diǎn)，積極構(gòu)建互動(dòng)機(jī)制，聯(lián)合申報(bào)國(guó)家及省部級(jí)科研課題；聯(lián)合開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品；建立人才培養(yǎng)基地，面向企業(yè)開(kāi)辦工程碩士班、研究生進(jìn)修班和本、專科教學(xué)班，設(shè)立研究生培養(yǎng)基地，選派博士生和碩士生到企業(yè)技術(shù)服務(wù)并完成學(xué)位論文；企業(yè)提供實(shí)習(xí)、社會(huì)實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及青年教師進(jìn)修、掛職鍛煉等方面的機(jī)會(huì)；優(yōu)先考慮錄用畢業(yè)生到企業(yè)工作；聘請(qǐng)技術(shù)人員作為學(xué)校兼職教授，為研究生講課，并兼任研究生導(dǎo)師。北方交通積極吸納創(chuàng)新要素，引進(jìn)模擬樣機(jī)技術(shù)，優(yōu)先選用煤炭行業(yè)專業(yè)人才向企業(yè)聚集，促進(jìn)了科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，提升了企業(yè)自主創(chuàng)新能力，優(yōu)化了礦冶機(jī)械產(chǎn)業(yè)層次，成為2009年中國(guó)最具成長(zhǎng)力的煤機(jī)品牌。

中國(guó)煤炭工業(yè)機(jī)械協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)許亞雄一直非常關(guān)注和支持北方交通的發(fā)展，他殷切地提出指導(dǎo)性建議，“產(chǎn)學(xué)研合作要以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，遵循科技發(fā)展和市場(chǎng)規(guī)律，以企業(yè)為主體，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，通過(guò)政府引導(dǎo)，企業(yè)、高校密切合作，促進(jìn)企業(yè)利用全社會(huì)創(chuàng)新資源，形成創(chuàng)新資源有序流動(dòng)、運(yùn)行機(jī)制較為完善、合作內(nèi)容較為豐富、合作形式較為規(guī)范的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合創(chuàng)新體系，使產(chǎn)學(xué)研合作有效地提升北方交通自主創(chuàng)新能力，推動(dòng)煤炭礦冶機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)上一個(gè)新的臺(tái)階�！�

敢為人先  自主研發(fā)

我國(guó)從“九五”期間開(kāi)始對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的跟蹤研究，取得了初步的研究成果。目前主要應(yīng)用于航空航天、武器裝備等領(lǐng)域，在煤機(jī)行業(yè)的應(yīng)用尚屬起步階段。近日，北方交通將虛擬樣機(jī)技術(shù)率先應(yīng)用于煤炭礦冶機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)，加速產(chǎn)品的研發(fā)速度，同時(shí)，還對(duì)客戶最關(guān)注的安全性問(wèn)題做了詳盡而周密的試驗(yàn)，提高了產(chǎn)品穩(wěn)定性。

虛擬樣機(jī)技術(shù)基于并行工程（Concurrent Engineering），強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)觀點(diǎn)，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對(duì)產(chǎn)品全方位的測(cè)試、分析與評(píng)估，強(qiáng)調(diào)不同領(lǐng)域的協(xié)同設(shè)計(jì)，是一門綜合多學(xué)科的技術(shù)。

在虛擬樣機(jī)技術(shù)中，技術(shù)人員可以直接利用各零、部件的物理信息及其幾何信息，在計(jì)算機(jī)上定義其連接關(guān)系并對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配，從而獲得機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。然后針對(duì)投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，為新產(chǎn)品的研發(fā)和對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造提供了全新的方法，可明顯提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級(jí)性能，獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

利用虛擬樣機(jī)技術(shù)還可以分析對(duì)于物理樣機(jī)來(lái)說(shuō)極其危險(xiǎn)的工況，如煤礦井下設(shè)備的工礦等安全性試驗(yàn)。在不犧牲產(chǎn)品安全性的前提下大幅度降低成本、縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)間。虛擬樣機(jī)技術(shù)不僅可對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行論證及評(píng)估，而且可用于產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)細(xì)化階段、試驗(yàn)規(guī)劃階段以及工作狀態(tài)再現(xiàn)等，這也是該技術(shù)越來(lái)越受重視的根本原因。

運(yùn)用剛-柔耦合多體系統(tǒng)  提高礦冶機(jī)械可靠性

隨著經(jīng)濟(jì)全球化、貿(mào)易自由化和社會(huì)信息化的不斷發(fā)展，世界制造業(yè)市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生了巨大變化，消費(fèi)者需求日趨主體化、個(gè)性化和多樣化，企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。面對(duì)多變的買方市場(chǎng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法以及大批量的生產(chǎn)模式已經(jīng)不再適應(yīng)新市場(chǎng)、新形勢(shì)的需求。在這種情況下，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對(duì)市場(chǎng)需求的靈活反映能力就成了企業(yè)能否在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的重要標(biāo)志。

北方交通結(jié)合“復(fù)雜煤層賦存條件下工作的掘進(jìn)機(jī)截割部可靠性研究”項(xiàng)目，建立剛-柔耦合多體系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型，通過(guò)與三維參數(shù)化CAD軟件Pro/E、有限元分析軟件ANSYS、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割部的穩(wěn)定性試驗(yàn)，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。

在復(fù)雜煤層條件下，硬巖掘進(jìn)機(jī)截齒會(huì)遇到難截物質(zhì)，如硬度高、研磨性強(qiáng)的巖石，受到的瞬時(shí)沖擊載荷很容易破壞其薄弱環(huán)節(jié)，縮短掘進(jìn)機(jī)使用壽命，甚至使其無(wú)法使用。以重型掘進(jìn)機(jī)為例，其工況特點(diǎn)是低速重載、強(qiáng)沖擊，當(dāng)截割煤巖時(shí)，煤巖的反作用力使截割頭承受著強(qiáng)大的截割阻力和沖擊負(fù)荷，通過(guò)傳動(dòng)鏈傳遞給減速系統(tǒng)的齒輪、軸和軸承等傳動(dòng)件上，離截割頭越近的構(gòu)件，受到的影響就越嚴(yán)重。剛-柔耦合多體系統(tǒng)模擬樣機(jī)技術(shù)作為現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一門新技術(shù)，取代了物理樣機(jī)，為傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)注入了新活力，降低研發(fā)成本和周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和產(chǎn)品可靠性。

煤機(jī)-模擬樣機(jī)圖片

隨著中國(guó)煤炭裝備企業(yè)研發(fā)能力的不斷提升，虛擬樣機(jī)技術(shù)也將全面普及煤炭機(jī)械制造領(lǐng)域，逐步走向成熟。我們預(yù)言，虛擬樣機(jī)技術(shù)必將成為礦冶機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)，成為企業(yè)進(jìn)行科學(xué)研究和設(shè)計(jì)復(fù)雜產(chǎn)品的重要手段。

“產(chǎn)學(xué)研合作，加速了沈陽(yáng)市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了一大批科技成果的就地轉(zhuǎn)化�！鄙蜿�(yáng)市科技局局長(zhǎng)宋錫坤說(shuō)。北方交通通過(guò)與遼寧工程技術(shù)大學(xué)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將剛-柔耦合多體系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用于煤炭礦冶機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)，為2012年實(shí)現(xiàn)百億企業(yè)規(guī)劃，躋身煤炭礦冶機(jī)械領(lǐng)域“第一集團(tuán)軍”，加快沈陽(yáng)向創(chuàng)新型城市發(fā)展，奠定了堅(jiān)實(shí)地基礎(chǔ)。

編輯：煤炭網(wǎng)