斗輪堆取料機(jī)的三維建模與二維工程圖設(shè)計

劉一波

摘要：論述了在三維設(shè)計軟件Inventor環(huán)境下對斗輪堆取料機(jī)相關(guān)零部件的建模及虛擬裝配的整個過程，并針對建模和虛擬裝配過程中容易出現(xiàn)的問題提出了有效的解決方法。簡要介紹了Inventor附帶的有限元分析功能對所設(shè)計產(chǎn)品的零部件進(jìn)行有限元應(yīng)力分析及裝配后部件和整機(jī)的干涉檢查，討論了設(shè)計后期工程圖文檔的生成過程，完成基于Invento的斗輪堆取料機(jī)的整體設(shè)計。利用三維軟件縮短了技術(shù)改造及新產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高了設(shè)計效率，設(shè)計結(jié)果安全可靠。

關(guān)鍵詞：斗輪堆取料機(jī) 二維 三維 設(shè)計

斗輪堆取料機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效設(shè)備，利用斗輪連續(xù)取料，用機(jī)上的帶式輸送機(jī)連續(xù)堆料的有軌式裝卸機(jī)械。它是散狀物料（散料）儲料場內(nèi)的專用機(jī)械，是在斗輪挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上演變而來的，可與卸車（船）機(jī)、帶式輸送機(jī)、裝船（車）機(jī)組成儲料場運(yùn)輸機(jī)械化系統(tǒng)，生產(chǎn)能力每小時可達(dá)1萬多噸。斗輪堆取料機(jī)的作業(yè)有很強(qiáng)的規(guī)律性，易實現(xiàn)自動化?？刂品绞接惺謩?、半自動和自動等。斗輪堆取料機(jī)按結(jié)構(gòu)分臂架型和橋架型兩類。有的設(shè)備只具有取料一種功能，稱斗輪取料機(jī)。

一、Invenror簡介

Inventor是美國AutoDesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件，目前已推出最新版本AIP2017。Autodesk Inventor Professional包括Autodesk Inventor三維設(shè)計軟件；基于AutoCAD平臺開發(fā)的二維機(jī)械制圖和詳圖軟件AutoCAD Mechanical；還加入了用于纜線和束線設(shè)計、管道設(shè)計及PCB IDF文件輸入的專業(yè)功能模塊，并加入了由業(yè)界領(lǐng)先的ANSYS技術(shù)支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor軟件中進(jìn)行應(yīng)力分析。在此基礎(chǔ)上，集成的數(shù)據(jù)管理軟件Autodesk Vault-用于安全地管理進(jìn)展中的設(shè)計數(shù)據(jù)。

二、三維建模

Inventor進(jìn)行三維實體建模過程分為“普通實體建?！焙汀岸鄬嶓w建?！?。

普通實體建模從草圖開始，利用點(diǎn)、線、圓弧、樣條曲線等幾何元素來定義輪廓截面，然后利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠等方法來創(chuàng)建實體模型，再通過倒角、挖孔等方式得到想要的實體，并生成零件（ipt）文件，再創(chuàng)建部件（iam）文件將生成的零件裝配到一起。

多實體建模的過程主要是在一個零件（ipt）文件中先繪制整個部件的草圖，再以草圖為基礎(chǔ)創(chuàng)建各個零件的實體模型。在利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等功能進(jìn)行零件創(chuàng)建時，必須選擇“新建實體”按鈕。在模型創(chuàng)建的過程中要注意是否存在相同的零件，在導(dǎo)出的過程中不需要將相同的零件導(dǎo)出。點(diǎn)擊“管理”狀態(tài)欄里的“生成零部件”按鈕，在彈出的對話框里選擇需要導(dǎo)出的實體，導(dǎo)出實體需要生成一個部件，所以需要選擇部件的存放路徑并填寫名稱，選擇好路徑并填寫好名稱后點(diǎn)擊“下一步”，在彈出的對話框中進(jìn)行“零部件名稱”“模板”和“路徑”的編輯。點(diǎn)擊“確定”完成導(dǎo)出。最后補(bǔ)全需要重復(fù)裝配的零件，并完成裝配。

斗輪堆取料機(jī)主要由走行部、旋回部、俯仰裝置、斗輪、重錘部、懸臂架和尾車七部分組成，根據(jù)客戶需要及計劃圖完成各部分的三維模型創(chuàng)建。對于比較規(guī)整的結(jié)構(gòu)而言通過普通實體建模的方法就可以完成三維模型的創(chuàng)建，但是對于一些不太規(guī)整的結(jié)構(gòu)（如床面、走道、樓梯等）而言，就可以通過多實體建模的方法來完成三維模型的創(chuàng)建。

三維軟件之所以在工業(yè)設(shè)計中能得到廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢之一就是能進(jìn)行干涉檢查，在裝配過程中，同步進(jìn)行干涉檢查，以確保零件與零件之間配合的合理性，對于不合理的位置關(guān)系可以進(jìn)行及時的修改。另外在裝配過程中可以利用不完全的約束來觀察機(jī)器的運(yùn)動狀態(tài)，以確保機(jī)器在運(yùn)行過程中也不會出現(xiàn)干涉。

Inventor自帶的有限元分析模塊，可以對模型進(jìn)行應(yīng)力分析，該功能只能在零件環(huán)境下使用，如果想對裝配體進(jìn)行應(yīng)力分析，必須通過衍生的方法將裝配體（iam）文件轉(zhuǎn)化成零件（ipt）文件。首先加載材料屬性，然后劃分網(wǎng)絡(luò)，得到有限元網(wǎng)格圖，然后進(jìn)行應(yīng)力分析，最后得到應(yīng)力分布圖、受力變形圖和安全系數(shù)估計等數(shù)據(jù)。

三、二維工程圖設(shè)計

首先打開要生成工程圖的三維模型，在Inventor狀態(tài)下新建工程圖（idw）文件，文件打開后點(diǎn)擊 “基礎(chǔ)視圖”，選擇合適比例后在圖框區(qū)域內(nèi)生成圖形輪廓，再利用投影視圖、斜視圖、剖視圖、局部放大視圖等功能生成所需要的其它視圖。所需視圖全部生成完畢后，在Inventor狀態(tài)欄中選擇“文件—另存為—另存副本為”，在彈出的對話框中輸入文件名，保存類型選擇“AutoCAD DWG文件”，點(diǎn)擊“保存”，就得到了可以在CAD里打開的圖形文件了。

接下來就是對圖形進(jìn)行標(biāo)注了，雖然Inventor工程圖里也有標(biāo)注功能，但是就我個人認(rèn)為還是在CAD里進(jìn)行圖紙標(biāo)注更為方便。圖紙的標(biāo)注主要有尺寸標(biāo)注、焊接符號標(biāo)注、機(jī)械加工方法等等。尺寸標(biāo)注主要有外形尺寸、定位尺寸、基準(zhǔn)尺寸和尺寸精度等。斗輪堆取料機(jī)屬于重型機(jī)械設(shè)備，大部分部件都屬于結(jié)構(gòu)件，所以焊接標(biāo)注是斗輪堆取料機(jī)工程圖里重要的組成部分，決定了整個設(shè)備的穩(wěn)定性和牢固性。焊接標(biāo)注主要由焊接符號（如單面焊、雙面焊、剖口焊等）和焊接的檢查方法（如RT、UT等）組成。機(jī)械加工方法主要有鉆孔方法、表面粗糙度等。另外工程圖中還需要一些必要的文字注釋，比如型鋼的規(guī)格、鋼板的厚度等。

結(jié)束語

隨著計算機(jī)的全面普及，三維設(shè)計彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二維設(shè)計的不足，設(shè)計人員可以將機(jī)器的各個零部件在電腦上做出三維模型，并通過Inventor的iProperty選項輕松讀取零部件的質(zhì)量、體積、慣性矩等物理特征。整臺機(jī)器裝配好后還可以進(jìn)行干涉檢查和有限元分析。三維設(shè)計已經(jīng)成為工程設(shè)計的一個部分并服務(wù)于工程設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

1. 趙衛(wèi)東.Inventor2011基礎(chǔ)教程與項目指導(dǎo)，同濟(jì)大學(xué)出版社，2010

2. 李谷音.港口運(yùn)輸機(jī)械，人民交通出版社，2009

3. 邵明亮.斗輪堆取料機(jī)，化學(xué)工業(yè)出版社，2007

（作者單位：武漢三作全盛工程設(shè)計有限公司）