使用 Simcenter Amesim 优化葡萄收割机的紧急制动

液压系统挑战

液压系统是实现新型技术创新设计的关键要素。除用于解决各种工程问题外，液压系统还可支持产品创新，从而提高转向系统的舒适性、燃油喷射导轨的环保性、防抱死系统的安全性以及热回收系统的性能。

随着嵌入式电子器件的出现，系统复杂性越来越高，设计周期往往会延长，成本也随之增加。现在，实施机电一体化系统仿真已成为控制这些因素的标准方法。然而，这不仅需要软件知识，还需要专业的应用知识。Fluidesign 的销售和营销主管文森特·穆兰表示：“Fluidesign 在智能液压组件制造方面拥有深厚的背景，并已认识到仿真对于掌握工程复杂性的重要性。”“我们在若干年前就开始使用 Simcenter Amesim，现在已经成为行业领导者的理想合作伙伴，帮助他们通过仿真来优化其先进、强大的产品。”

因此，New Holland Agriculture（纽荷兰）向 Fluidesign 寻求帮助，以对其新型自走式葡萄收割机的液压系统进行创新。三十多年来，纽荷兰专门为葡萄园开发设计了多种机械，并推出了包括摆动式收割机头、Noria 输送系统、SDC 采摘系统和更加舒适的驾驶室等在内的多项创新技术。这些创新为纽荷兰在质量、安全、性能和效率方面带来了盛誉。其机器广受赞誉，使纽荷兰成为无可争议的市场领导者之一。

欧洲有关减少污染物排放的法规已经无所不包，将配有内燃机的每台车辆都置于其监管之下。这些标准推动了新型发动机技术的实施，例如废气再循环和选择性催化还原。因此，葡萄收割机也不能例外，必须遵守这些标准。然而，减少排放会增加成本和重量。

考虑到这些问题，一种解决方案是提高葡萄收割机的使用率。在葡萄藤之间来回运送机器所花费的时间越少，机器的盈利能力就越高。为此，收割机配备了更强大的发动机，以更快到达葡萄园并优化使用时间。

在柏油路面上行驶也有严格的安全法规，尤其是制动距离。紧急制动法规规定了具体的制动距离和明确的认证标准。随着收割机械总重量的增加，这些要求越来越难以达到。更不用说在罚款和处罚以及市场份额方面，不遵守法规可能会付出非常高昂的代价。

因此，纽荷兰委托 Fluidesign 为其提供技术解决方案，使其 VN9040 型葡萄收割机能够符合相应法规。

为整个底盘建模

Fluidesign 采用 Simcenter Amesim™ 软件来评估动态行为以及阀门设计对紧急制动的影响。该软件是面向机电一体化系统物理仿真的领先解决方案，是 Simcenter 产品组合的一部分。Fluidesign 的工程师使用现成的 Simcenter Amesim 库对包括 3D 路面上的底盘和轮胎接触面以及静液压传动装置在内的整个底盘系统进行建模，其中包括液压、液压组件设计、液压阻力和车辆动力学。

这项研究的关键是研究传动系统不同元件的动力学和响应时间，例如可变容积式泵的液压控制。根据测量结果校准模型后，该研究重点关注了各种液压和控制参数对紧急制动的影响。“通过使用 Simcenter Amesim，纽荷兰能够快速识别各种载荷和扭矩传递速率，”Fluidesign 的技术主管弗雷德里克·拉格斯说。“根据这些数据，我们对车辆进行了建模和仿真，集成了不同的新阀门，调整了扭矩和载荷的分布并优化了制动。”

通过使用 Simcenter Amesim，Fluidesign 能够验证架构选择，并启动静液压回路液压阀的工业化生产。这项虚拟研究帮助纽荷兰确定了可实现其更好制动目标的理想参数集。此外，该研究还帮助该公司设计了一种特殊的制动辅助阀，并将其用于液压回路中以高效优化紧急制动。该液压流量控制阀仅在紧急情况下通过控制单元启动。

提供对理想方法的见解

“Simcenter Amesim 3D 动画工具提供了结果可视化功能，工程师就像在观察真实的机器一样，并且能够充分利用强大的分析工具，”拉格斯说。“该功能为结果赋予了具体而直接的意义，是图形和图表的良好补充。随后，工程师可以快速对不同的产品配置进行虚拟测试，选择更适合的配置以获得更深入的见解。”

通过使用 Simcenter Amesim，Fluidesign 能够更好地了解葡萄收割机整个底盘的物理特性，并识别液压回路中影响紧急制动的更重要的部分。工程师能够详细了解和精确观察通常难以直接在机器上测量的液压现象，例如流量、压力和时间响应，并设计出相关的解决方案。“大多数情况下，所需的解决方案在技术上很简单，”穆兰说。“出现困难问题时，工程师可以通过软件确定问题的原因。这是 Simcenter Amesim 的强项，即帮助工程师专注于他们的专业技能而不是工具。”

因此，可以对现实测试中不可能出现的恶劣状况和极端条件进行虚拟评估。这是安全优化的一大改进。“使用 Simcenter Amesim 带来了真正的优势，为纽荷兰在开展该安全优化项目时节省了数月的工程研究时间，”拉格斯说。

为了发现问题的根本原因或是研究工程解决方案，葡萄种植者通常会采用较为传统的方法在葡萄园中进行实际测量。但对收割机来说，这可能意味着为运输、工程和测试材料付出昂贵的费用。另外，结果也不确定。作为采用机电一体化系统仿真的先行者，纽荷兰决定投资于 Fluidesign 的组件和软件专业知识以简化开发流程。

项目总成本降低了 25%，更重要的是找到了可靠的解决方案。通过为其葡萄收割机采用更加安全的紧急制动技术，纽荷兰成为了该领域的技术领导者。纽荷兰的使命始终是为客户提供简单而又高效的机器。通过与 Fluidesign 和 Siemens Digital Industries Software 合作，该公司找到了更智能、更出色、更快速的方法，使技术变得易于访问和使用。