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LMS仿真与试验解决方案
LMS仿真与试验解决方案 (编号 1107) http://www.siemens.com.cn/plm/lms
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Picanol公司与LMS工程咨询合作提高新一代剑杆织机的速度
作者:LMS
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比利时Picanol(必佳乐)公司,世界领先的织机厂商之一,与LMS公司工程咨询部合作,提高其新一代剑杆织机的效率和振动噪声标准。在为Picanol公司成功的GamMax织机提供技术支持之后,LMS公司又对其即将推出的剑杆织机中新型引剑的机械性能进行优化。LMS Virtual.Lab Motion的动力学评估帮助Picanol和LMS的工程师降低冲击力,避免轴承磨损,提高关键部件的疲劳寿命。这使得Picanol公司极大地提高了剑杆织机的纺织速度,将纺织生产率提高15%。

Picanol织机受到纺织业的青睐

世界各地的很多工业纺织厂采用Picanol织机,不断地提供日常纺织产品。比利时Picanol公司是当今世界最具影响力的织机厂商之一。迄今为止,已经有27万多台Picanol的织机运行于世界110多个国家的3000多家纺织企业。各种规模的纺织制造商使用Picanol纺织设备生产高品质纺织品,领先的技术和卓越的质量使其保持较高的生产效率。由于时尚品味和纺织品材料的不断改变,制造商们希望织机具有最大限度的纺织灵活性。为了更好地满足这些纺织需求,Picanol不断改进剑杆织机设计,使其能够灵活地运行,提供不同的风格和颜色设计,适用于各类纺织材质,包括棉、纱、丝绸、羊毛、玻璃丝和凯夫拉尔(纤维B,一种质地牢固重量轻的合成纤维)。

Picanol公司的剑杆织机开发部负责人,Kristof Roelstraete说:“总而言之,一切归结于成本。一个纺织工人能够操作越多的织机,纺织制造商的整体成本就会越低。我们的目标就是开发高品质设备,提供卓越的纺织性能和运行可靠性,生产优质的纺织品并且保证不停产。此外,剑杆织机的模块化设计和电子控制提供了先进的修改程序,有助于织机设定新的设计图。为了保持剑杆织机最佳的效率和灵活性,我们成功地研发并推出了很多先进技术。例如,目前的Sumo主马达,通过电子控制,能够根据需求快速停止和减速,并且减少10%的能源消耗。”

战略性合作伙伴

2002年,Picanol公司完成了GamMax织机的成功开发,与LMS公司合作研究了GamMax剑杆织机的噪声辐射性能。Picanol公司和LMS公司的工程师利用工作模态分析、工作动力学和变形分析,以及声强分析和噪声辐射测量来了解每个工作噪声源。首先,试验测试出最大噪声辐射值大约是1,200Hertz,这个频率能够影响工人在织机周围区域的进行交流。通过试验,工程师还分析得出这个频率下的过量噪音的本质仅仅是运动源引起的,是齿轮接触产生的噪声。试验还显示出在织机运行过程中,轴承的排列和预压有损伤机器的倾向。

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Kristof Roelstraete解释道:“最近,随着2004年GamMax织机的成功开发,Picanol公司决定与LMS公司继续合作。在开发早期阶段进行工程合作,使我们能够提高织机的效率,同时将噪声和振动保持在一个可以接受的水平。从提高织机效率这一角度来考虑,关键问题是创新性引剑的机械性能,好的机械性能可以极大地提高工作速度,但同时也会产生相当大的噪声辐射。这种机械系统的周期运动驱动引剑双向线形运动,特定的零部件能够将纵向线穿过拉伸的十字交叉线,纺织出成品。LMS的工程师仔细调整引剑机械系统的设计,并且成功地大幅度降低了噪声辐射。噪声辐射是目前工程部面临的最大挑战,因为目前的工业剑杆织机的引剑能够飞速地以每小时25,000次的速度来回运动。引剑这种惊人的加速度使得纺织速度甚至超过了F1赛车的发动机加速度。”

利用虚拟仿真提高性能

高速运动产生极大的力,会施加给整个引剑机械非常大的压力。LMS工程师为引剑装配创建模型,同时优化子系统性能特性,包括降低装配重量,减少零部件磨损,提高疲劳寿命,以及减少声音辐射。在Picanol的新型引剑装配设计中,驱动轮循环运动连接至一个叉形元件。这个叉形元件具有一个十字交叉形的部分,能够约束在一个固定的平面内旋转运动。通过叉形元件的摆动式运动,十字交叉形的部分(和引剑轮)以顺时针和逆时针方向绕着轴运动,这样就能高速运动引剑穿梭于十字交叉线之间。为了减小运动引起的过度动态力,工程师采用刚体模型,重新安排运动装配部件的重心位置。这些改变包括位置、大小、外形和部件重量。

当引剑装配部件在织机运行的过程中有轻微变形时,整个引剑机械系统模型的多体动态性就会表现出来。使用有限元方法将关键零部件创建为柔体模型,当仿真动态装配载荷的情况时,变形和共振现象就会自动考虑进去。LMS工程咨询部项目经理,Stefan Dutre解释说:“在仿真的过程中,零部件的轻微变形就会改变轴承的位置和方向,这会引起轻微的轴承错位和轴向力。采用LMS Virtual.Lab Motion进行仿真,使我们能够在真实的运行环境下创建最优的轴承性能。这可以通过增加轴承和支架刚度,改进轴承排列,以及实施适当的轴压来获得。动态多体动力学仿真通过进一步减轻移动式和振荡式运动的部件的重量,帮助我们减小径向轴力。”

提高疲劳寿命,降低噪声辐射

LMS Virtual.Lab Motion还提供评估引剑机械部件疲劳寿命的基础。利用仿真的动态内部载荷,工程师能够为每个有限元部件模型评估最大局部应力值。耐久性热点可以用来鉴定哪些位置受到应力变形,达到或者超过材料特定耐久性极限。为了修改关键部件的设计,延长使用寿命,这些部件的功能性空洞需要重新定位和重新设计尺寸。耐久性的高标准对于保持织机7至10年不停运转来说至关重要,因此,不能有任何一个部件因为没有达到疲劳寿命而引起问题。

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另一个重要的性能特性是织机的噪声辐射。一个重要的噪声源是引剑系统的部件——齿条-齿轮的声音传递。在织机运行的过程中,引剑的线性运动是由旋转的引剑齿轮上的锯齿状齿条驱动的。Stefan Dutre分析说:“每次引剑改变运动方向,齿条和齿轮之间的间隙会导致冲击激励,这可以用高频带宽来表征。激励能够系统地传递至轴承;反过来,机架结构的初始振动会产生辐射噪声。为了尽可能地解决这个问题,我们使用LMS Virtual.Lab Motion创建特定的多体模型,考虑了传动装置和齿条/齿轮间隙,以及齿牙之间动态咬合时(数学模型)变换的接触应力。我们利用多体仿真获得了动态轴承载荷,并且将这些载荷应用于机架的有限元模型中。然后,我们计算结果的表面振动(位移)的平均值作为辐射噪声的测量。正如仿真结果显示,我们通过增加机架结构阻尼,使用间隙更小的齿轮,和更高品质的齿牙加工技术,减少了噪声辐射,”

将剑杆织机效率提高15%

Kristof Roelstraete认为:“LMS将真实的虚拟仿真技术和高级的测试技术相结合,为设计更好的织机,提供了与以往非常不同的解决方案。在开发过程中,先进的技术帮助我们将新一代剑杆织机的效率提高15%。性能的突破性进展提高了机器速度,降低停工期概率,能够纺织各种纺织品,更加灵活地变换纺织图案,并且降低纺织成本。从这一点来考虑,LMS的解决方案功不可没。高级试验精确地指出机器性能应该如何进一步改进,此外,早期的仿真优化了新型引剑机械的真实运行。LMS Virtual.Lab Motion仿真在耐久性和振动噪声方面提供了改进的基础。总而言之,仿真技术减少了反复进行物理样机试验的复杂性,从而缩短开发周期,降低成本。”(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/25/2008)
LMS仿真与试验解决方案联系方式:
网址: http://www.siemens.com.cn/plm/lms 电话:86--4000920665
地址: 中国·北京·北京市朝阳区望京中环南路7号西门子大厦9层 邮编100101 传真:86--85292998
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