運用剛-柔耦合多體系統模擬樣機技術

全面提升煤炭礦冶機械產品可靠性

——北方交通與遼寧工程技術大學聯合開發礦冶機械系列產品

編者按：根據遼寧科教大省在全國的地位及充分的人才資源，結合沈陽鐵西裝備制造業老工業基地得天獨厚的環境優勢，沈陽北方交通重工集團與遼寧工程技術大學達成煤機產品產學研技術合作雙贏戰略。雙方分別從聯合申報重大項目、重點攻關，聯合成立設計研究院，企業人才培養與培訓，學生實習與就業，聘任兼職教授等方面進行合作，共同開發煤炭礦冶機械系列產品。

值得一提的是，協議簽訂后，雙方將首次采用虛擬樣機技術，將剛-柔耦合多體系統動力學應用于煤炭礦冶機械產品的研發之中，聯合開發EBZ180、EBZ200Y、EBZ280型掘進機截割部及MG300/700型采煤機搖臂的可靠性。應用虛擬樣機技術可使設計人員比較容易地對虛擬樣機進行模擬產品真實性能試驗，早期發現設計乃至運行過程中存在的各類問題，低成本地獲得最優方案，降低新產品的研發時間和成本，在充分滿足客戶的前提下，使產品輕量化、節能降耗，提高產品質量和企業競爭力。

北方交通董事長曲凱與遼寧工程技術大學書記倪國玉簽訂戰略合作協議

合影

務實創新  強強聯合

沈陽北方交通重工集團與遼寧工程技術大學達成產學研合作是推進科技創新的有效形式，是企業優化科技行為、增強核心競爭力的重要形式，也是世界科技和經濟發展的大趨勢。通過產學研合作，不斷加強企業自主創新和自主品牌建設，提高產品的附加值和企業可持續發展能力。

在產學研合作上，雙方充分借鑒先進經驗，以互惠共贏為切入點，積極構建互動機制，聯合申報國家及省部級科研課題；聯合開發新產品；建立人才培養基地，面向企業開辦工程碩士班、研究生進修班和本、專科教學班，設立研究生培養基地，選派博士生和碩士生到企業技術服務并完成學位論文；企業提供實習、社會實踐、畢業設計以及青年教師進修、掛職鍛煉等方面的機會；優先考慮錄用畢業生到企業工作；聘請技術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新要素，引進模擬樣機技術，優先選用煤炭行業專業人才向企業聚集，促進了科技成果向現實生產力轉化，提升了企業自主創新能力，優化了礦冶機械產業層次，成為2009年中國最具成長力的煤機品牌。

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

敢為人先  自主研發

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

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

在虛擬樣機技術中，技術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系并對機械系統進行虛擬裝配，從而獲得機械系統的虛擬樣機。然后針對投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產品的整體性能，為新產品的研發和對現有設備的改造提供了全新的方法，可明顯提高產品的系統級性能，獲得最優化的設計產品。

利用虛擬樣機技術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。在不犧牲產品安全性的前提下大幅度降低成本、縮短設計開發時間。虛擬樣機技術不僅可對系統方案進行論證及評估，而且可用于產品的概念設計階段、設計細化階段、試驗規劃階段以及工作狀態再現等，這也是該技術越來越受重視的根本原因。

運用剛-柔耦合多體系統  提高礦冶機械可靠性

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

北方交通結合“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-柔耦合多體系統虛擬樣機模型，通過與三維參數化CAD軟件Pro/E、有限元分析軟件ANSYS、機械系統運動學和動力學分析軟件ADAMS聯合應用，實現采煤機截割部的穩定性試驗，提高產品穩定性。

在復雜煤層條件下，硬巖掘進機截齒會遇到難截物質，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節，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的齒輪、軸和軸承等傳動件上，離截割頭越近的構件，受到的影響就越嚴重。剛-柔耦合多體系統模擬樣機技術作為現代設計制造領域的一門新技術，取代了物理樣機，為傳統產品設計注入了新活力，降低研發成本和周期，提高了設計質量和產品可靠性。

煤機-模擬樣機圖片

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

“產學研合作，加速了沈陽市高新技術產業的發展，促進了一大批科技成果的就地轉化。”沈陽市科技局局長宋錫坤說。北方交通通過與遼寧工程技術大學強強聯合，將剛-柔耦合多體系統虛擬樣機技術應用于煤炭礦冶機械產品的研發，為2012年實現百億企業規劃，躋身煤炭礦冶機械領域“第一集團軍”，加快沈陽向創新型城市發展，奠定了堅實地基礎。

編輯：煤炭網