浅谈虚拟制造技术在塔机设计中的应用

靳义新

山东大汉建设机械股份有限公司山东省济南市250200

摘要：在数字化时代下，虚拟制造技术持续发展，已被广泛应用到塔机设计中，在设计阶段高效模拟塔机性能以及制造全过程等，持续改进设计质量。因此，本文从不同角度入手客观阐述了虚拟制造技术在塔机设计中的应用，实现高效设计的同时促使塔机生产效率以及效益最大化。

关键词：虚拟制造技术；塔机设计；应用

面对竞争日渐激烈的社会市场，塔机传统设计方法手段弊端不断显现，要在应用虚拟制造技术过程中创新塔机设计，确保设计更加科学、有效，保证设计质量的同时缩短设计周期，确保投入市场的塔机具备多样化性能的同时有着较高质量，满足市场需求变化，增强市场核心竞争力，促进塔机制造行业深化发展。

一、虚拟制造技术

虚拟制造技术属于全新的仿真以及建模技术，可以将产品制造信息数据有效渗透到产品设计中，在计算机设备作用下处理海量信息数据的同时生成产品制造模型，直观、具体模拟不同类型的产品制作。与此同时，在虚拟制造技术作用下，可以系统化剖析数字化产品性能以及制造、装配等方面可行性，深化了解产品的同时持续改进产品设计，为保证制造出的产品有着较高质量提供重要保障。虚拟制造技术应用范围比较广，比如，运动学分析、造型设计，功能作用多样化，仿真是其实际应用中的一项基本功能，对产品加工进行有效仿真、评估的同时利于制造者深层次把握产品性能、工艺流程、部件装配等，优化设计的同时营造良好的制造环境氛围，防止出现资源浪费、不足等问题，确保制造出的产品质量达标。

二、塔机设计中虚拟制造技术的应用

塔机是塔式起重机的简称，又被称之为塔吊，是当下工程项目施工过程中的起重设备。塔机由塔身、平衡臂、起重臂等组成，具有起升、回转等功能作用，要在规范化设计中保证塔机质量，防止实际应用中故障问题、安全事故等频繁出现，在源头上减少应用成本。在塔机设计过程中，虚拟制造技术应用主要体现在实体造型以及分析动力学、强度、疲劳几个层面，发挥功能作用的同时提升塔机设计整体层次。相应地。下面便是塔机设计中虚拟制造技术应用流程的示意图。

塔机设计中虚拟制造技术应用流程的示意图

1、实体造型

传统CAD设计属于二维平面设计，随着计算机技术持续发展，产品设计要求明显提高，要进一步优化塔机信息化设计。设计者要在应用虚拟制造技术中优化完善塔机设计，以塔机零部件几何尺寸为切入点，生成对应的三维实体造型，再生成对应的设计图纸、制造过程，利用三维软件Solidworks，构建基于塔机所有构件的几何模型，进行一系列实践操作，比如，拉伸、旋转、打孔，优化改进塔机设计的同时合理化组装塔机零部件。

2、动力学分析

在虚拟制造技术应用中，设计者要根据塔机性能、特征等，进行合理化动力学分析，优化利用ADAMS软件，以塔机的起升机构齿轮传动系统为基点，进行规范化动力学仿真计算。在此过程中，设计者要根据虚拟制造技术应用以及塔机设计要求，在分析动力学基础上构建可行的动力学模型，明确约束条件、施加荷载的同时利用传动轴等固定好塔机不同轴上面的齿轮，各个齿轮副间要合理施加碰撞力，模拟塔机运行中齿轮啮合传动全过程。随后，在分析动力学模型基础上选取适宜的齿轮副碰撞参数，综合把握的同时深层次探究塔机碰撞力。假设塔机应用中两物体最初的距离大于两个物体碰撞中的距离，两物体没有出现接触情况，碰撞力数值为0；如果两物体最初距离小于或者等于碰撞中的距离，说明两物体碰撞中相互接触，碰撞力的大小和变形量、刚度系数、碰撞力指数等深度联系，在把握塔机实体模型过程中进行深层次动力学分析，优化调整设计中塔机各方面参数，确保其和塔机制造实际情况吻合，提升塔机设计整体质量。在此过程中，设计者要借助虚拟制造技术优势作用，在操作软件设备中优化仿真环节，在规范化仿真计算基础上确保获取的仿真结果更加准确、全面，明确塔机运行性能、制造全过程等，在模拟的真实情景中有效把握齿轮的激振力情况，包括以某一均值为基点，齿轮啮合力上下波动情况等，深入把握塔机制造具体情况，优化设计流程、内容、方法等，在规范化设计中提升设计质量。

3、强度与疲劳分析

在应用虚拟制造技术过程中，强度、疲劳两大层次分析至关重要，要在综合把握基础上深化塔机设计与制造两大环节。设计者要根据塔机设计要求、要点、注意事项等，围绕设置的塔机几何模型，在有限元软件ANSYS中构建可行性较高的有限元模型图，对有限元网格进行科学化划分，规范化设置边界条件的同时明确塔机运行中荷载，准确计算的同时在查看、剖析过程中验证计算结果，有机整合的同时分析塔机荷载前后起重臂前吊点、平衡臂前端等应力、强度等。在此基础上，设计者要在把握塔机荷载、强度等基础上进行疲劳分析，根据塔机几何形状、受力情况等，明确应用其中的零部件，在仿真、模拟的情景中预测塔机实际应用中位移、应力等变化情况，在综合分析动力学、强度、疲劳等过程中预测塔机使用寿命。与此同时，设计者要在疲劳分析基础上联系各方面实际情况，加强设计、制造两大环节中塔机使用寿命管理，合理化预测的同时完善塔机设计关键性环节，深化塔机动力学、强度等方面参数，优化塔机整体结构体系，提高整体性能、强度等，将荷载有效控制在规定范围内。随后，设计者要针对塔机设计重难点，发挥虚拟制造技术多方面功能作用，构建良好的仿真、模拟环境氛围，构建确切可行的模型，动态化展现塔机设计以及制造全过程，包括塔机的运行性能、使用寿命、故障问题、安全事故等，在仿真计算中有效分析、整理计算结果，明确塔机设计关键点以及极易出现的问题，在问题解决中借助新技术、新方法等，持续完善塔机设计全过程，比如，修改设置的参数，调节设计流程，确保设计的塔机有着较高运行性能，深化分析疲劳寿命的同时提高塔机设计成效，满足多层面要求的同时优化利用多方面资源，降低塔机设计与制造成本。

三、结语

总而言之，设计是塔机投入生产的必要前提，直接关系到塔机最终质量，要在联系实际中围绕现代化设计理念，科学应用虚拟制造技术，高效开展设计工作，促使塔机投入生产之前性能与质量得到提升，在实际应用中能够处于安全、稳定运行，降低故障发生率、延长使用寿命的同时发挥最大化效能，顺利实现经济效益目标。

参考文献

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