虚拟样机技术在300 MN模锻水压机接力器设计中的应用

副标题#e#    1引言
    
     目前，300 MV模锻水压机是我国最大的模锻水压机.也是亚洲最大的模锻水压机.是我国唯一能够生产大型航空航天锻件的关键设备.在我国经济发展和国防建设中起着不可估量的作用。而接力器是水压机分配器的驱动装置.它直接影响到模锻水压机的工作运行情况.作用极其重要.在300 MV模锻水压机操纵系统"油控水"改造项目中.接力器的设计成为机械系统开发的重点之一。
    
     传统的机械产品开发主要通过设计者先在头脑中建立产品的三维图形.然后借助于正投影方法.把头脑中的三维实体模型转化为二维工程图。其开发过程一般要经过概念设计、方案论证、图纸绘制、图纸审核、工艺分析、零件制造、产品装配等过程.装配时如发现设计错误又要对相应图纸进行修改并重新加工制造相应零件.重新进行装配.其设计过程繁琐复杂、设计成本高、费时费力。特别是对结构和装配关系比较复杂的产品.设计周期长.且容易出现错误。
    
     虚拟样机技术是在建造第一台产品之前.设计师利用计算机技术建立机械系统的数字化模型.进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性.并根据仿真结果进一步优化系统的技术。虚拟样机是一种计算机模型.它能够反映实际产品的特性.包括外观、空间关系以及运动学和动力学的特性.它与物理样机相比.在功能和性能上具有本质上的一致性。它用精确的数学模型描述物理样机的各个部分以及整个样机。借助这项技术.设计师可以在设计初期就发现和解决设计中的出现的主要问题。通过使用二维设计软件的虚拟装配和干涉检查功能.在产品开发过程中可以发现在生产装配中可能出现的碰撞情况.以便及时修改.大大降低了成本、缩短了新产品的研发周期。模锻水压机接力器的结构和装配关系较复杂.其内部齿条柱塞的行程有严格的要求.且存在多个零件尺寸的相互制约关系.在接力器设计中采用虚拟样机技术最为有利.本文主要阐述利用SolidWorks进行300MV模锻水压机主分配器接力器虚拟样机开发的过程。
    
     2模锻水压机接力器的结构及工作原理
    
     在300 MV模锻水压机操纵控制系统改造中将操纵系统控制方式由原有的"水控水"改为了"油控水"方式.即新增加一套油压系统.新设计一个接力器作为水压机分配器阀门的驱动装置。接力器由箱体、油缸、齿轮轴、齿条柱塞、导向柱、导向套、密封圈、支撑环、管接头等组成.其结构示意图如图1所示。工作时.接力器某一油缸内油压推动接力器齿条柱塞作水平运动.通过齿轮齿条装置柱塞的水平往复运动转换成传动轴的正反向转动。
    

     传动轴上安装有凸轮.分配器支架上设有顶杆装置.凸轮顶杆装置再将传动轴的转动转换成顶杆的上下运动.顶杆与阀体的阀芯相联接.阀芯向上运动过程中相应的阀门逐渐打开.这样通过液压系统接力器的驱动就可以精确控制分配器各个阀门的开启和闭合.形成一种"油控水"的控制形式。轴的另一端接有编码器.用于检测轴的转角.通过反馈环节实现开启角度的精确控制。其驱动形式可简单概括为:油缸+齿轮齿条+传动轴+凸轮顶杆装置+位移检测装置。
    
     3基于SolidWorks的水压机分配器虚拟样机设计
    
     目前流行的二维图形软件主要有Solidworks ,PRO/E, UC等.其中SolidWorks是在Windows平台下开发的二维机械设计软件.其功能强大.有全面的零件实体建模功能和变量化的草图轮廓绘制功能.并能够自动进行动态约束检查。与其它二维软件相比.Solidworks还具有易学易用的特点.普通的设计人员在很短的时间内就可以掌握SolidWorks的使用方法.并能尽快运用到设计实践中。故而在本次设计中选用了SolidWorks。