運用剛-柔耦合多體系統(tǒng)模擬樣機技術(shù)

全面提升煤炭礦冶機械產(chǎn)品可靠性

——北方交通與遼寧工程技術(shù)大學聯(lián)合開發(fā)礦冶機械系列產(chǎn)品

編者按：根據(jù)遼寧科教大省在全國的地位及充分的人才資源，結(jié)合沈陽鐵西裝備制造業(yè)老工業(yè)基地得天獨厚的環(huán)境優(yōu)勢，沈陽北方交通重工集團與遼寧工程技術(shù)大學達成煤機產(chǎn)品產(chǎn)學研技術(shù)合作雙贏戰(zhàn)略。雙方分別從聯(lián)合申報重大項目、重點攻關(guān)，聯(lián)合成立設計研究院，企業(yè)人才培養(yǎng)與培訓，學生實習與就業(yè)，聘任兼職教授等方面進行合作，共同開發(fā)煤炭礦冶機械系列產(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技術(shù)，將剛-柔耦合多體系統(tǒng)動力學應用于煤炭礦冶機械產(chǎn)品的研發(fā)之中，聯(lián)合開發(fā)EBZ180、EBZ200Y、EBZ280型掘進機截割部及MG300/700型采煤機搖臂的可靠性。應用虛擬樣機技術(shù)可使設計人員比較容易地對虛擬樣機進行模擬產(chǎn)品真實性能試驗，早期發(fā)現(xiàn)設計乃至運行過程中存在的各類問題，低成本地獲得最優(yōu)方案，降低新產(chǎn)品的研發(fā)時間和成本，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)競爭力。

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

合影

務實創(chuàng)新  強強聯(lián)合

沈陽北方交通重工集團與遼寧工程技術(shù)大學達成產(chǎn)學研合作是推進科技創(chuàng)新的有效形式，是企業(yè)優(yōu)化科技行為、增強核心競爭力的重要形式，也是世界科技和經(jīng)濟發(fā)展的大趨勢。通過產(chǎn)學研合作，不斷加強企業(yè)自主創(chuàng)新和自主品牌建設，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)學研合作上，雙方充分借鑒先進經(jīng)驗，以互惠共贏為切入點，積極構(gòu)建互動機制，聯(lián)合申報國家及省部級科研課題；聯(lián)合開發(fā)新產(chǎn)品；建立人才培養(yǎng)基地，面向企業(yè)開辦工程碩士班、研究生進修班和本、�？平虒W班，設立研究生培養(yǎng)基地，選派博士生和碩士生到企業(yè)技術(shù)服務并完成學位論文；企業(yè)提供實習、社會實踐、畢業(yè)設計以及青年教師進修、掛職鍛煉等方面的機會；優(yōu)先考慮錄用畢業(yè)生到企業(yè)工作；聘請技術(shù)人員作為學校兼職教授，為研究生講課，并兼任研究生導師。北方交通積極吸納創(chuàng)新要素，引進模擬樣機技術(shù)，優(yōu)先選用煤炭行業(yè)專業(yè)人才向企業(yè)聚集，促進了科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，提升了企業(yè)自主創(chuàng)新能力，優(yōu)化了礦冶機械產(chǎn)業(yè)層次，成為2009年中國最具成長力的煤機品牌。

中國煤炭工業(yè)機械協(xié)會會長許亞雄一直非常關(guān)注和支持北方交通的發(fā)展，他殷切地提出指導性建議，“產(chǎn)學研合作要以科學發(fā)展觀為指導，遵循科技發(fā)展和市場規(guī)律，以企業(yè)為主體，以市場為導向，通過政府引導，企業(yè)、高校密切合作，促進企業(yè)利用全社會創(chuàng)新資源，形成創(chuàng)新資源有序流動、運行機制較為完善、合作內(nèi)容較為豐富、合作形式較為規(guī)范的產(chǎn)學研結(jié)合創(chuàng)新體系，使產(chǎn)學研合作有效地提升北方交通自主創(chuàng)新能力，推動煤炭礦冶機械產(chǎn)品技術(shù)上一個新的臺階�！�

敢為人先  自主研發(fā)

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

虛擬樣機技術(shù)基于并行工程（Concurrent Engineering），強調(diào)系統(tǒng)觀點，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對產(chǎn)品全方位的測試、分析與評估，強調(diào)不同領(lǐng)域的協(xié)同設計，是一門綜合多學科的技術(shù)。

在虛擬樣機技術(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，在計算機上定義其連接關(guān)系并對機械系統(tǒng)進行虛擬裝配，從而獲得機械系統(tǒng)的虛擬樣機。然后針對投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產(chǎn)品的整體性能，為新產(chǎn)品的研發(fā)和對現(xiàn)有設備的改造提供了全新的方法，可明顯提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級性能，獲得最優(yōu)化的設計產(chǎn)品。

利用虛擬樣機技術(shù)還可以分析對于物理樣機來說極其危險的工況，如煤礦井下設備的工礦等安全性試驗。在不犧牲產(chǎn)品安全性的前提下大幅度降低成本、縮短設計開發(fā)時間。虛擬樣機技術(shù)不僅可對系統(tǒng)方案進行論證及評估，而且可用于產(chǎn)品的概念設計階段、設計細化階段、試驗規(guī)劃階段以及工作狀態(tài)再現(xiàn)等，這也是該技術(shù)越來越受重視的根本原因。

運用剛-柔耦合多體系統(tǒng)  提高礦冶機械可靠性

隨著經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的不斷發(fā)展，世界制造業(yè)市場環(huán)境發(fā)生了巨大變化，消費者需求日趨主體化、個性化和多樣化，企業(yè)間競爭也越來越激烈。面對多變的買方市場，傳統(tǒng)的設計方法以及大批量的生產(chǎn)模式已經(jīng)不再適應新市場、新形勢的需求。在這種情況下，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對市場需求的靈活反映能力就成了企業(yè)能否在市場競爭中獲勝的重要標志。

北方交通結(jié)合“復雜煤層賦存條件下工作的掘進機截割部可靠性研究”項目，建立剛-柔耦合多體系統(tǒng)虛擬樣機模型，通過與三維參數(shù)化CAD軟件Pro/E、有限元分析軟件ANSYS、機械系統(tǒng)運動學和動力學分析軟件ADAMS聯(lián)合應用，實現(xiàn)采煤機截割部的穩(wěn)定性試驗，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。

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

煤機-模擬樣機圖片

隨著中國煤炭裝備企業(yè)研發(fā)能力的不斷提升，虛擬樣機技術(shù)也將全面普及煤炭機械制造領(lǐng)域，逐步走向成熟。我們預言，虛擬樣機技術(shù)必將成為礦冶機械產(chǎn)品開發(fā)設計的主流趨勢，成為企業(yè)進行科學研究和設計復雜產(chǎn)品的重要手段。

“產(chǎn)學研合作，加速了沈陽市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進了一大批科技成果的就地轉(zhuǎn)化�！鄙蜿柺锌萍季志珠L宋錫坤說。北方交通通過與遼寧工程技術(shù)大學強強聯(lián)合，將剛-柔耦合多體系統(tǒng)虛擬樣機技術(shù)應用于煤炭礦冶機械產(chǎn)品的研發(fā)，為2012年實現(xiàn)百億企業(yè)規(guī)劃，躋身煤炭礦冶機械領(lǐng)域“第一集團軍”，加快沈陽向創(chuàng)新型城市發(fā)展，奠定了堅實地基礎。

編輯：煤炭網(wǎng)