基于虚拟样机技术的液粘传动系统研究

　　随着我国工业技术的迅速发展,大功率带式输送机的应用越来越广泛,传统的设计理论和刚性传动(或不可控的软传动)方法已经无法满足生产实际的要求,大 型带式输送机的传动问题已经严重影响了我国相关行业的技术应用和发展。目前,主要采用国内调速型液力耦合器和美国的CST系统。我国对带式输送机动态特性 已经进行了大量的理论研究,而改善其动态性能的关键是可控传动系统,这是我国目前亟待研究和解决的重要课题。

　　传统的物理样机)制造)试验方法大大增加了新产品开发的周期和成本,类似传动系统这种多种规格,在不同设备上有不同性能要求的产品,其开发过程是极其漫长 的。本文以虚拟样机技术为手段,利用CAD技术所提供的各种零部件的物理信息及几何信息,在计算机上进行虚拟装配,从而获得虚拟样机,并对其进行仿真分 析。

　　1  液粘传动系统建模方法

　　在最初的仿真分析建模时,不必过分追求构件几何形体的细节部分同实际构件完全一致,因为这往往需要花费大量的几何建模时间,此时的关键是能够顺利地进行仿 真并获得初步结果,从程序的求解原理来看,只要仿真构件几何形体的质量、质心位置、惯性矩和惯性积同实际构件相同,仿真结果是等价的。待获得满意的仿真分 析结果以后,再完善构件几何形体的细节部分和视觉效果[1]。这就存在着一个模型简化的过程,即将现实机构分解为ADAMS的基本元素。而确定系统模型就 是根据所研究的问题来进行合理的简化,这对仿真结果的正确性和有效性有重要的影响。

　　1.1 运用三维建模软件建模

　　MECHANISM/Pro是MDI公司开发的连接三维实体建模软件PRO/ENGINEER与机械系统动力学仿真分析软件ADAMS的接口模块,二者采 用无缝连接的方式,即不需要退出Pro/ENGINEER应用环境,就可以将装配完毕的总成根据其运动关系定义为机械系统模型,进行系统的运动学或动力学 仿真,并进行干涉检查、确定运动锁止的位置、计算约束副的作用力等等;使用它还可以在Pro/ENGI-NEER中定义刚体和施加约束后,将模型传送到 A-MAMS中,以便进行全面的动力学分析。

　　在PRO/ENGINEER中建立的三维模型如图1所示,它是由单独的零件装配而成。利用PRO/E的强大功能,我们可以进行设计、功能仿真和加工制造等 设计开发工作,大大缩短了产品开发的时间与流程。在本设计中,我们采用了干涉分析,保证我们的设计配合没有问题,可以生成工程图交付现场进行机加工,也为 后续的在ADAMS中进行的动力学分析打下一个好的基础。

　　1.2 液粘传动系统的工作原理

　　液体粘性可控传动装置是集机、电、液于一体的新型装置,对其进行系统性地研究、设计和生产在国内尚不多见。北京航空航天大学提出了一种能够实现输送机的软 启动、软制动、无级变速、多驱动平衡、过载自动保护以及能够防止输送机下运时电动机超速的多功能一体化传动装置的方案。这种方案可以克服其他可控传动装置 的缺点,具有结构体积小、传动效率高和工作寿命长等优点。这种液体粘性软启动传动装置主要由差动行星机构、液体粘性制动器、传感器以及液压驱动装置等机械 和电子部件组成,其基本工作原理与CST系统类似,但由于种种原因,并未投入使用。液体粘性新型可控传动装置的理论基础是液体粘性传动,它利用液体粘性的 剪切力来传递动力,其工作原理是基于牛顿内摩擦定律,如图2所示。