CAE技术系列应用案例-大连重工CAE技术系列应用案例

    一、背景介绍
   
    1.企业背景
   
    大连重工集团有限公司是中国重型机械行业的大型骨干企业，是国家520家重点扶持企业之一，是中国机械工业百家最大企业之一。集团于1993年通过IS09001质量认证，是国家计量一级单位，拥有进出口自营权。
   
    大连重工始建于1914年，曾用名大连重型机器厂和大重集团公司。大连重工以在长期发展中培育、积累的综合技术力量为基础，积极为冶金、矿山、能源、交通、化工、建材、粮食和城市建设等行业提供工程成套服务。大连重工的产品不仅行销全国，还出口日本、美国、韩国、新加坡等18个国家和地区，年出口创汇额巧00万美元以上。大连重工连续9年在全国重型机械行业厂际联赛中获得第一名。
   
    近年来，大连重工为了在日益激烈的市场竞争中不断发展，积极参与全球性的技术交流，寻求与世界知名公司的技术合作，不断提高企业产品的技术水平，曾先后与德马克、西马克、克虏伯、亨肖、德拉夫、埃肯、三菱重工、川奇重工、石月岛插磨和西门子等世界13个国家的40多家知名公司以技术转让、联合设计、合作生产等不同形式进行紧密的技术合作，增强了技术实力，提升了企业自身的设计制造技术水平。
   
    设计研究院是大连重工的技术研发中心，现有工程设计人员220余人，下设装卸机械设计室、连铸机械设计室、炼焦机械设计室、冶炼机械设计室、车钢机械设计室、冶金车辆机械设计室、电气控制设计室、计算机室、标准室和科技信息室等。计算机室现有工程技术人员12人，拥有IdeasMS系列软件11套，承担了设计院和全公司的CAD/CAE工作。
   
    2.产品分类
   
    大连重工产品属十典型的客户化定制类型，产品变形设计比较多，单件产品居多，其主导产品分为6大类:
   
    ☆散料装卸设备，包括斗轮取料机、堆料机、单车翻车机、双车拨车机、三车翻车机、装船机、卸船机、排土机、皮带运输机和集装箱桥式起重机等;
    ☆连铸设备，包括板坯连铸机、方坯连铸机、圆坯连铸机和大包转台等;
    ☆焦炉设备，包括推焦机、拦焦机、装煤机、熄焦机、电机车、捣固机和煤气交换机等;
    ☆轧钢设备，包括高速线材轧机、飞剪等;
    ☆冶炼设备，包括钢水包、铁水包、电石炉等;
    ☆冶金车辆，包括混铁水车系列、铁水罐车和渣罐车等。
   
    3. CAD/CAE主要工作及应用效果
   
    (1)产品优化设计计算
   
    大连重工产品钢结构设计计算的比例已达100%，从20世纪80年代初至今，有限元分析计算技术已在大连重工的产品设计中得到了广泛应用。如今的钢结构分析计算已真正成为设计计算，并且于设计过程的始终，做到随算随改，随改随算，而不像过去的事后强度校核计算。因此，有限元分析计算技术真正起到了为设计"把关定向"的作用。由于产品结构设计中应用了有限元分析和优化设计技术，设计出的结构更趋合理，工艺、工装更为简化，节省了大量的人力、物力、财力和时间，同时也大大提高了产品设计的可靠性。
   
    (2)产品预装配及干涉检查
   
    大型产品的关键部位以及复杂结构件在加工之前根据图纸先在计算机内进行三维实体造型，然后预装配成部件或整机，如斗轮堆取料机、翻车机、钢(铁)水包、混铁水车等，并对其关键部位或关键部件进行干涉检查，求解重心和转动惯量，模拟动态过程，找出重心轨迹和力矩变化规律。这样一方面可以为电气或液压传动设计提供理论依据，另一方面又可以大大提高产品设计质量，减少废品率和返修率。
   
    4. CAD/CAE效益分析
   
    (1)合理确定设计方案，降低产品重量
   
    一般情况下，主钢结构设计方案的确定大都经过多次修改才最后确定。在这个过程中，需要经过多次计算，多方案比较，优化设计，最终确定设计方案。经过这样的程序，我们得到的是结构合理、重量轻、工艺工装简单，设计质量高的设计产品。如应用CAD技术对斗轮堆取料机主钢结构的优化设计;对160t盛钢桶的优化设计;对180t铁水罐车优化设计等等均收到了良好的效果。自1988年至今，有限元法分析计算过的主钢结构件总计有1200余件，使用至今未发现任何问题，不仅节省了大量的商修费用，而且为大连重上赢得信誉。有些产品经计算机内预装配和干涉检查，及时发现了设计问题，并解决在加工以前，如C型翻车机、6250堆取料机、重钢SOt转炉等，避免了返修或废品，确保了交货期。
   
    (2)快速解决加工中出现的问题
   
    当产品在加工过程中出现未按图纸加工的问题时，需要立即解决，否则将影响下道工序，进而影响整个工期。在解决这些问题时，手工计算是满足不了要求的，只有应用CAE技术才能及时解决。例如，为攀钢、唐钢生产的大包转台的大臂，由于焊接上出现了问题，需立即计算其强度，经过CAE分析计算，短时间内给出了计算结果，结论是强度和刚度均满足要求，保证了交货期。再如，为洒钢生产的盛钢桶耳轴，其圆弧过渡区尺寸未按图纸加工，易产生应力集中，但经过计算分析，强度满足要求，无需修改。还有，向日本出口的车辆产品，其走行轮幅的厚度在铸造时未按图纸要求，经过计算，其强度满足要求，只需修改图纸尺寸即可，避免了损失，保证了按期交货。
   
    (3)对外展示大连重工的形象
   
    十几年来，大连重工接待了大量国内外客户的到访，解答了客户关心的许多CADICAE应用问题。譬如，上海宝山钢铁公司、鞍山钢铁公司、本溪钢铁公司、马鞍山钢铁公司、攀枝花钢铁公司和秦皇岛港务局等，还有德国德马克、德国西马克、日本山奇重工以及日本三菱重工等。通过CAD/CAE应用技术的演示、答疑、实际操作和相互交流，对外展示了大连重工的设计水平和设计能力，也让国内外客户充分了解和认识到大连重工所设计的产品是值得信赖的，为拿到下一个合同奠定良好的基础。
    
    二、论文部分
   
    (一)斗轮堆取料机主钢结构的有限元分析计算和优化设计
    
    堆取料机械是现代工业中进行连续装卸、搬运的理想高效率设备。自从1967年设计制造国内第一台堆取料机以来，大连重工共生产了200余台堆取料机械，广泛用于港日、矿山、钢铁厂、化工厂、水泥厂及火力发电厂等料场。
   

    大连重工生产的堆取料机械有适用于条形和圆形料场的堆料机、取料机和堆取料机，还有用于混匀料场的混匀堆料机、取料机;机械形式有悬臂式、门式和桥式;工作部件有斗轮、耙推、刮板和滚筒等;堆取的物料有煤、矿石、盐和粮食等;设备能力由125t/h至6000t/h。