導(dǎo)語：虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種新興的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)，在工程設(shè)計企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)相比，仿真原型技術(shù)具有更多的系統(tǒng)優(yōu)勢，在機(jī)械設(shè)備工程合計方面處于領(lǐng)先的地位，虛擬樣機(jī)技術(shù)在各行業(yè)中也有了長足的發(fā)展，在抽油機(jī)產(chǎn)品設(shè)計方面也提供了新的設(shè)計理念。本文主要研究虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬樣機(jī)技術(shù)；機(jī)械設(shè)計；抽油機(jī)設(shè)計

虛擬樣機(jī)技術(shù)的興起為機(jī)械設(shè)計提供了新的設(shè)計理念和方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用是指機(jī)械設(shè)計的初級階段，設(shè)計處于初始階段，虛擬樣機(jī)的計算機(jī)創(chuàng)建、計算機(jī)的機(jī)械仿真結(jié)果和功能設(shè)計都是基于各種模擬實驗和試驗。通過虛擬樣機(jī)技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在設(shè)計上的缺陷，同時對力學(xué)性能進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

1虛擬樣機(jī)技術(shù)概述

與傳統(tǒng)的物理原型技術(shù)相比，虛擬樣機(jī)技術(shù)具有明顯的虛擬特征。在計算機(jī)和軟件程序的幫助下，工程師可以有效地建立三維模型。在仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，積極進(jìn)行仿真實驗，對機(jī)械運(yùn)行的具體情況進(jìn)行深入的分析和評價，以保證工程師能夠進(jìn)行設(shè)計。及時發(fā)現(xiàn)工作中的不足，采取適當(dāng)措施，有效地提高和進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械設(shè)計工作的質(zhì)量和效率。虛擬樣機(jī)技術(shù)是利用計算機(jī)輔助設(shè)計等相關(guān)設(shè)計和繪圖模型，合理地利用仿真技術(shù)完成機(jī)械設(shè)計工作的一種新型計算機(jī)技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)最突出的特點是在機(jī)械設(shè)計階段，通過高技術(shù)應(yīng)用完成開發(fā)、分析和設(shè)計任務(wù)，從而縮短了實際的開發(fā)周期和設(shè)計周期。機(jī)械設(shè)計的質(zhì)量和效率可以不斷地提高和降低。設(shè)計成本的目標(biāo)可以實現(xiàn)，以進(jìn)一步提高公司在市場上的競爭力。

2虛擬樣機(jī)優(yōu)勢

虛擬樣機(jī)技術(shù)實質(zhì)上是一種涉及多體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)建模理論及其技術(shù)實現(xiàn)的仿真技術(shù)。虛擬樣機(jī)是一種先進(jìn)的建模技術(shù)，同時也與信息管理和仿真技術(shù)互通。虛擬樣機(jī)是出現(xiàn)在計算機(jī)上的實際產(chǎn)品模型，也稱為數(shù)字原型。虛擬樣機(jī)智能化是一種人機(jī)交互的機(jī)械設(shè)計技術(shù)，由計算機(jī)輔助工程師設(shè)計，而不是由計算機(jī)編程的產(chǎn)品設(shè)計分析。虛擬樣機(jī)不因其虛擬性而落后于材料原型，在一定程度上具有與材料原型相似的功能，檢測的真實性可信?；跈C(jī)械設(shè)計知識和相關(guān)分析軟件，通過分析產(chǎn)品的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、強(qiáng)度分析、疲勞壽命等虛擬模型，對研究的產(chǎn)品進(jìn)行性能測試，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化。

3抽油機(jī)設(shè)計中虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用

3.1抽油機(jī)三維模型的建立。選用UniGraphicNX2或SolidWorks作為抽油機(jī)三維裝配模型建模平臺。在整個設(shè)計中，運(yùn)用的是自上而下的模型。首先進(jìn)行抽油機(jī)各構(gòu)件的模型建立，其次進(jìn)行抽油機(jī)各部件的模型建立，最后進(jìn)行抽油機(jī)整機(jī)裝配的模型建立。在整個三維模型的建立過程中，通過對零部件建模文件的分割和存儲，可以避免在建模時的文件浪費現(xiàn)象。在數(shù)據(jù)加載的過程中，設(shè)置搜索關(guān)鍵詞，以此實現(xiàn)模型的均勻加載。3.2裝配方面存在的問題。抽油機(jī)的橫梁、游梁采用鋼板切割焊接，每個板的設(shè)計都要充分將焊縫及坡口的大小和形狀問題考慮其中。可以直接按照圖紙模型進(jìn)行裝配，一定程度上確保了裝配件的正確性和可使用性，也為后續(xù)的可行性打下了良好的基礎(chǔ)。對零部件裝配工藝進(jìn)行管理和研究，再根據(jù)焊接后零件的結(jié)構(gòu)，對部分零件的尺寸和端面形狀進(jìn)行了修正。在裝配順序中，先將確定部件外形的較大的零件部分添加到裝配中，然后將其他零件部分按裝配順序添加到裝配中，并根據(jù)外形對零件的尺寸和端面形狀進(jìn)行校正，確保程序正確。3.3誤差方面存在的問。如果虛擬樣機(jī)能夠充分描述抽油機(jī)的所有屬性，就可以得到量化的最優(yōu)設(shè)計。但在現(xiàn)實中，虛擬樣機(jī)技術(shù)對優(yōu)化設(shè)計方法提出了更高的要求。首先，確定適合的抽油機(jī)設(shè)計課題對虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)化是非常重要的，只有確定了方向，才能進(jìn)行下一步驟的實現(xiàn)；其次，優(yōu)化抽油機(jī)設(shè)計中一般情況下都會有幾種或多種設(shè)計目標(biāo)，能夠明確將不同方面的問題進(jìn)行優(yōu)化；最后，對虛擬樣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計，需要考慮到虛擬樣機(jī)存在的誤差問題，優(yōu)化的結(jié)果存在誤差也是必然的，所以對得到誤差和計算存在問題的處理方法和處理模型進(jìn)行優(yōu)化，是非常必要的。3.4從實體模型到虛擬樣機(jī)。裝配模型是虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，虛擬樣機(jī)系統(tǒng)包含更多的內(nèi)容。在ADAMS（機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析）系統(tǒng)中，將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入虛擬樣機(jī)，此時虛擬的樣機(jī)系統(tǒng)基本完成。這時的虛擬樣機(jī)是可以對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的，可以增加樣機(jī)運(yùn)行的正確性。3.5抽油機(jī)運(yùn)動特性虛擬測試分析。在對虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的模擬分析過程中發(fā)現(xiàn)，抽油機(jī)的實際運(yùn)行速度不高，但在上沖程和下沖程的起始段都會出現(xiàn)突然加速的情況。對后處理模塊進(jìn)行運(yùn)動參數(shù)的設(shè)置發(fā)現(xiàn)，抽油機(jī)典型的運(yùn)動點在懸掛點處。通過對懸掛點運(yùn)動參數(shù)的分析可以看出，懸掛點的位移按正弦規(guī)律變化，實際行程略大于設(shè)計值。當(dāng)抽油機(jī)的特定結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，要對理論計算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。從懸掛點的速度和加速度曲線上看，抽油機(jī)在看似運(yùn)行平穩(wěn)的情況下，速度和加速度也會有較大的變化。當(dāng)抽油機(jī)停止于上死點或下死點時，啟機(jī)會引起一定的沖擊載荷，從而影響電機(jī)的工作狀態(tài)。這也是四桿抽油機(jī)常見的故障。從速度曲線分析可知，抽油機(jī)上下沖程的最大速度出現(xiàn)在游梁處于水平位置時，這與四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)行規(guī)律是一致的。在相應(yīng)的位置，加速度也是處在不斷變化中的，但變化是相對平穩(wěn)的。在抽油機(jī)的分析計算中，更有價值的信息包括游梁擺角、擺角速度和擺角加速度。懸掛點的速度實際上是驢頭圓弧處的線速度，所以沒有必要單獨列出參數(shù)。通過以上分析，可以判斷抽油機(jī)是否具有良好的運(yùn)動特性，實現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定和高效率來滿足油田生產(chǎn)的需要。

4虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中未來發(fā)展路徑

4.1發(fā)展為設(shè)計、分析、仿真于一體的技術(shù)。目前，抽油機(jī)設(shè)計還沒有達(dá)到完美的數(shù)據(jù)交換，所以需要新的技術(shù)整合各方面、完善各方面之間的合作，從而減少操作中的煩瑣步驟，讓操作變得更加便利。4.2虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的容錯性。在使用中發(fā)現(xiàn)，虛擬樣機(jī)在機(jī)械工程設(shè)計中無論是方法方面還是工具使用方面，都會存在一定程度的誤差，導(dǎo)致這種誤差的原因有很多，例如計算時間參數(shù)設(shè)置問題、圖像處理時間周期過長等，導(dǎo)致在虛擬環(huán)境中出現(xiàn)很多影響結(jié)果的因素，造成結(jié)果存在差異。在各種平臺的交換中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)也可以被銷毀。所以面對這些問題，容錯虛擬儀器系統(tǒng)非常必要，能夠保證虛擬樣機(jī)在安全的、穩(wěn)定的、可靠的環(huán)境中進(jìn)行機(jī)械工程設(shè)計數(shù)據(jù)的測試。

5結(jié)語

本文將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用于抽油機(jī)的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計中。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，虛擬技術(shù)在我國工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。虛擬樣機(jī)和虛擬制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將改變現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計和制造過程中的傳統(tǒng)模式。可以在產(chǎn)品生產(chǎn)前修正錯誤，實現(xiàn)產(chǎn)品性能的預(yù)測，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和制造周期，具有廣闊的發(fā)展前景。

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作者:王海濤 單位:大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司抽油機(jī)制造分公司