用户案例 | FLSmith利用MapleSim建立大型矿山设备系统模型

FLSmith公司矿山设备系统模型案例

FLSmidth是大型采矿设备的知名供应商，该公司联系Maplesoft的工程咨询服务团队，希望能够为公司中一款提升式径向堆垛机(一种用于矿山物料搬运的复杂机械设备)的动态行为检测提供虚拟平台。

该堆垛机具有一种可伸缩的结构，在两个履带系统上运行。一个履带是固定的，提供旋转中心，而另一个是由驾驶员驱动。该结构上的输送系统将矿料从采矿点移动到堆料场。由于它臂展很长，重心点多，并且移动时会跨越不平坦的地形，所以稳定性和重量分布是设计的关键因素。因此，FLSmidth的工程师需要这款提升式径向堆垛机的多物理域动态模型，该模型可以用作评估其稳定性的平台，并研究其在不同条件下的动态响应，如操作人员行为、载荷分布和崎岖地形。

Maplesoft的工程解决方案团队使用MapleSim开发构建这款堆垛机的虚拟模型。

MapleSim模型由主框架、可伸缩框架、移动和被动履带、悬挂组件、框架提升组件、调平液压组件以及附加在主框架上的外部组件的质量组成。

主要框架建模，是根据客户堆垛机CAD模型中的尺寸和属性来定义的。该框架有许多组件连接到它包括驾驶室，发电机，皮带，和料斗。模型中每个组件的位置和质量都是参数化的，可以修改，如果有需要可以添加更多组件。部分组件设计成偏心的，用来影响主框架的重心，进而影响整个堆垛机的稳定性。可扩展框架的扩展和收缩是按照用户自定义的速率执行，用来表示影响系统动态的另一个因素。

MapleSim模型中的其他子系统包括车架升降器总成、包含液压缸的框架、连接轨道和框架到主框架的纵向滚轮。整体模型包含了主框架和可伸缩框架的运动、提升气缸的运动、液压系统的控制以及地形的影响。

结合了MapleSim和Maple的堆垛机多领域系统模型，为FLSmidth的工程师提供了一个虚拟环境，可以应用多种方法来评估系统的动态响应。他们可以检查如滚轮等部件的最大载荷，以及在极端加速或减速(如执行紧急停车)情况下结构的最大摆动量。

模型还可以用来检查地形变化对此系统的影响——检测此堆垛机可以安全跨越障碍物的最大高度，以及坑洼地段的最大深度，分析影响平衡的稳定性设计参数,如气缸直径。同时，还可以检查液压系统的动力学，以及整个系统的重量分布，从而确定影响结构稳定的因素。

FLSmidth的工程师还可以进行多种类型的深入分析。例如，他们可以使用Maple开发一个设计工具来评估整个堆垛机的子系统负载，用来验证现有的设计，或者新设计的部件选型。再比如，对于给定的地形轮廓，他们可以创建一个分析工具来确定堆垛机的操作安全极限：它的最大速度行驶，以及它的最大负载和容量。

FLSmidth堆垛机的MapleSim模型是完全参数化的，这使其能够用于多种用途。

它可以被配置为代表现有的堆垛机，用于调查操作安全极限，测试设计变更，并验证提出的改进方案。模型也可以配置成全新的方案设计，用于新设计早期研发阶段的可行性评估。