现代设计技术在工程机械设计中的具体应用探讨

发表时间：2015-12-31T15:29:39.470Z 来源：《基层建设》2015年19期供稿 作者： 刘学文

[导读] IT技术在机械设计中的应用，主要表现在四个方面，即仿真与虚拟设计技术、网络协同设计、并行设计和智能设计。

刘学文

身份证号码：4501041909240539 广西南宁

摘要：工程机械产品的设计，是工程机械产品在生产过程中一个非常重要的环节。工程机械产品设计中的传统设计方法，已经无法满足工程机械在发展中的需求，不能适应工程机械市场的变化，因此必须引入新的现代设计方法。本文在此从设计的应用步骤出发，对现代设计技术在机械设计中的具体应用做了详细的研究。 关键词：现代设计方法；产品设计；应用

一、现代设计方法在工程机械产品设计中的应用步骤 1、三维实体造型

工程机械产品设计中，应用现代设计方法完成全部阶段的前期，必须要完成工程机械产品设计中的原方案，这样能够有效的确定工程机械产品中所有零部件的结构与形状。在这一基础之上，利用三维实体造型软件对工程机械产品中零件的三维模型进行构建，构建出来的零件三维模型能够有效的将设计人员的思想展现出来，还要对工程机械产品采取针对性的力学实验研究，对工程机械产品中每一个零件的所具备的力学特性进行确定。 2、有限元结构分析

工程机械产品的三维实体造型构建好之后，要对工程机械产品中每一个零部件的应变性能与动态性能进行分析，如果分析出来的结果无法满足相关规定中对于零部件的标准与要求，就必须修改零部件的三维实体造型。工程机械产品设计中的有限元结构分析这一阶段，主要的作用就是提升工程机械产品在设计过程中的精确度，防止工程机械产量的设计出现问题。 3、优化设计

在对同一类型的工程机械产品进行生产的过程中，可以采取很多种设计方案对工程机械产品进行设计，不同的设计方案在工程机械产品设计中资源消耗的程度也不相同，所以必须对工程机械产品设计中的设计方案进行优化设计，选择最合理的设计方案，节省工程机械产品在设计中所花费的时间与资金成本，同时确保优良的设计效果。 4、动态仿真设计

在工程机械产品的设计中，一直使用动态设计或者是静态设计，都会在一定程度上增大工程机械产品设计实验的风险，这一形势下的设计成本也相对的比较高。动态仿真设计利用计算机网络技术，对工程机械产品中的结构在各种情况下所能够承受的负载，随着时间变化而变化的这一种情况进行模拟，还对工程机械产品中的位移、速度等一系列事项，采取幅域、时域的统计分析方式。所以，工程机械产品在设计过程中，对于动态仿真设计的应用非常重要。 二、现代设计技术在机械设计中的应用 1、IT技术在机械设计中的应用

IT技术在机械设计中的应用，主要表现在四个方面，即仿真与虚拟设计技术、网络协同设计、并行设计和智能设计。其中，仿真技术以计算机和专业设备为工具，设计的模型模仿实际需要而产生，是一门多学科的综合性技术。虚拟设计则设计者在虚拟环境中进行的设计，这种化人机交互信息环境，使实际产品应有的要求得以在虚拟的环境中实现。网络协同设计结合独到的软件设计理念而产生，对软件模块和项目管理统筹安排，从图形的设计、校审到打印归档等都有机统一起来，使成本可以降低，可以更快地完成设计。并行设计更强调功能上和过程上的集成，是相对于传统的串行设计而言的，更强调功能上和过程上的集成，力求更好的满足客户对产品综合性能的要求。就智能设计方面来说，智能设计采用计算机模拟人类的思维活动，能够较好地支持设计过程自动化，从而成为设计人员的重要辅助工具。

2、数学知识在机械设计中的应用

数学知识在机械设计中的应用要把握好三个关键点，一是有限元法；二是优化设计；三是产品可靠性设计。有限元法又称有限单元法，是一种高效能、常用的计算方法。从数学知识理论方面来说，是求解偏微分方程的一种有效的数值方法。优化设计则要求先建立符合实际的数学模型，将设计要求用抽象化的数学符号表现出来，如约束条件和函数，建立目标函数，并根据所建立的模型，寻求最优的设计方案。如机械设计对载荷和工艺方面的要求就可作为设计参数。另外，在应用现代技术进行机械设计时，对于产品可靠性的设计应建立在产品设计之初，以机械的载荷和强度等影响因素为基准，应用可靠性数学理论与方法，保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标，可以保障机械的可靠性。

3、新概念在机械设计中的应用

新概念在机械设计中的应用，主要是指绿色产品设计的概念和机械创新设计的概念。具体说来，绿色产品设计是从产品的安全生命周期出发，将生态环境观念有意识地融入到机械设计中，考虑了生命周期各个阶段对环境的影响。为减小能源消耗，机械设计在应用绿色产品设计的过程中，应考虑废弃产品如何回收、再生和利用，对产品和零部件的回收再生循环或者重新利用，才能最大限度地提高资源的循环利用率。机械创新设计的设计过程大致可以分为三个阶段，分别是直觉思维、逻辑思维和创造过程。其中，直觉思维是意识形态领域对机械产品的直观反映，具有强烈的灵感凸显特点。至于直觉思维是否具有实用性，则需要逻辑思维来判断，通过逻辑推理思维进行分析，在反复实验中确定机械产品设计方案的可行性，而对机械产品的创造过程也就是机械创新设计的过程。 三、引入国际知名工程机械产品的模块化应用

近年来，工程机械装备逐渐朝向一机多用、作业功能多样化的方向发展，扩大了工程机械的应用领域。如液压挖掘机同一主机，通过配备不同的作业模块（如挖掘、装载、压实、剪切和破碎等）就可以完成多样化作业。在国际知名工程机械公司中均可见到模块化设计的“身影”。如世界最大的塔机制造商―― 利勃海尔，构建了利勃海尔模块化系统，使其生产的塔机作为标准配置，可以以多种方式进行组合和扩展；世界最大的土方工程机械和建筑机械厂商―― 卡特彼勒，设计出平地机模块化后轮轴、轮式装载机模块化散热器、履带式推土机

模块化动力传动系统等；还有如宝峨、德马格、马尼托瓦克等公司，均利用模块化设计发挥其产品的最大潜能。其中，马尼托瓦克起重集团的所有产品在设计时均采用了模块化的概念，通过新单元的增加快速扩展了其产品功能。 四、工程机械产品设计中的节能环保 1、降低产品整体噪声及振动

工程机械产品设计过程中的降噪与减震是难点和重点问题，在设计中如何贯穿以人为本的理念，就需要设计人员具备开阔的和创新的思维。例如，在发动机各部分构件中，噪声的主要来源是发动机进气和排气噪声，对于这两部分噪声的抑制主要通过高性能空气滤清器及排气消声器来完成，确保发动机稳定的运行。德国DEUTZ公司在发动机进、排气系统中流阻特性及消声特性较好，所以发动机的整体噪声要比国内发动机的噪声低很多。 2、液压系统防渗漏及清洁

系统中的颗粒污染物是导致液压系统故障的最主要原因，常常导致系统滞环增大、控制失灵及响应缓慢等问题，严重的可能引发灾难事故，所以，液压油的清洁工作非常重要。在设计过滤器时，应该考虑安装形式、过滤材料及过滤比几个方面，可以将液压油中的杂质去除，减少对元器件的磨损及故障的发生，延长设备的使用寿命，也有效的防止了对周围环境的破坏。 3、系统高效节能设计

国内厂家通常为了满足施工现场负载的变化，发动机一般运行设定为最大功率模式，尽管可以满足不同的工况，但是由于发动机转速一直都比较高，需要消耗大量的燃油。因此，动态节能模式的发动机运行状态，能够根据负载的不同，调节油耗，有效的节约了能源，此外在冷却系统节能、节能液压等新技术的开发及使用，都最大限度的降低了能源的消耗，节约了能源，保护了环境。 五、结语

综上，实际工作中应从源头上开始注重节能环保设计，才能有效的推动整个工程机械产品设计行业的发展。节能环保工程机械产品的应用，不但能提高机械产品的经济效益，还能获取更多的社会效益和环境效益。