吳紹貴 杜平 單忠剛 周明杰 張立新
[摘 要] 以煤礦甩車場計算的數(shù)據(jù),用三維立體軟件Inventor繪制該動態(tài)立體圖,進(jìn)行課程設(shè)計教學(xué),能明顯促進(jìn)學(xué)生理解設(shè)計,加快設(shè)計,并提高設(shè)計質(zhì)量,它是高職高專煤礦開采專業(yè)教學(xué)方法上的一項創(chuàng)新應(yīng)用。
[關(guān) 鍵 詞] 高職高專;三維軟件Inventor;煤礦甩車場;教學(xué)應(yīng)用
[中圖分類號] TD822 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603(2018)18-0196-02
一、引言
高職高專五年制煤礦開采專業(yè)的學(xué)生,生源是初中畢業(yè)生,立體想象能力還不夠強,對煤礦甩車場這種復(fù)雜立體設(shè)計感覺很難。事實上,對這種設(shè)計如何取得好的教學(xué)效果,在本科教育也一直是個難題,需要突破。針對這一情況,我院積極進(jìn)行了教學(xué)方法的改進(jìn),即把平面圖教學(xué)方式改為動態(tài)立體圖教學(xué),教學(xué)效果取得了顯著提高?,F(xiàn)淺談一下我院利用Inventor軟件在這種課程設(shè)計方面的應(yīng)用,希望有所啟發(fā),利于推廣。
二、Inventor簡介
Inventor軟件是美國AutoDesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件,全稱叫Autodesk Inventor Professional(AIP)。它具有運動仿真、布管設(shè)計、線束設(shè)計、CAD集成、零件設(shè)計、鈑金設(shè)計、裝配設(shè)計、工程圖、數(shù)據(jù)管理等功能,它與AutoCAD同屬AutoDesk公司出品,兩者具有兼容性。
三、繪制三維立體圖的過程
(一)思路
根據(jù)甩車場已知要求,精確計算出繪制立體圖的尺寸和角度數(shù)據(jù),然后以軟件Inventor繪制該圖。
(二)已知:某采區(qū)年產(chǎn)55萬噸,軌道上山β=23度,中部車場決定采用一次回轉(zhuǎn)石門式甩車場,軌型22 kg/m,甩車用5號單開道岔,α1=11°18′36″,a1=3768,b1=4232;分車用4號單開道岔,α2=14°02′10″,a2=3462,b2=3588,空重車軌中心軌S=1900 mm,存車線長1.5列車,存車線里端用4號道岔。
(三)計算
單位用毫米、度。長度精確到0.1毫米。度數(shù)精確到0.01度;
計算式字符外加“( )”,表示在水平面投影長度或角度;
字符外加“< >”,表示在立面投影長度或角度;
字符下標(biāo)“夾”,表示空間線段與立面圖的夾角。
1.角度計算:
(1)α1=11°18′36″=11.31°
(2)α2=14°02′10″=14.04°
(3)δ=α1+α2=25.35°
(4)一次偽角:β1=sin-1(sinβcosα1)=22.53°
(5)二次偽角:β2=sin-1(sinβcosδ)=20.68°
(6)α1在平面投影角:(α1)=θ1=tg-1(tgα1/cosβ)=12.26°
(7)δ在平面投影角:(δ)=θ2=tg-1(tgδ/cosβ)=27.23°
(8)α2在平面投影角:(α2)=θ2-θ1=14.97°
(9)采區(qū)上山岔心以下部分線路在立面投影傾角為:<β>=tg-1(tgβ/cosθ1)=23.48°
(10)采區(qū)上山岔心以下部分線路與立面投影夾角為:α1夾= tg-1(tgθ1·cos<β>)=11.27°
(11)二次偽角β2在立面投影傾角:<β2>=tg-1[tgβ2/cos(θ2-θ1)]=21.34°
(12)二次偽斜線路在立面投影夾角:α2夾=tg-1[tg(θ2-θ1)·cos<β2>]=13.99°
2.尺寸計算:
(1)第一到第二道岔范圍參數(shù)計算
a1=3768.0
(a1)=a1·cosβ=3468.5
m1=S/[sin(θ2-θ1)·cosβ2]=7862.0
(m1)=m1·cosβ2=7355.4
m2=S/[tg(θ2-θ1)·cosβ1]=7692.9
(m2)=m2·cosβ1=7105.8
Tx=Rx·tg(α2 /2)=9000·tg(14.04°/2)=1107.9(Rx取9000;Tx+b2=4696 (Tx)β1=Tx·cosβ1=1023.4 (Tx)β2=Tx·cosβ2=1036.6 Kpx=πRxα2/180=2205.4 (2)線段取值 Tx與lG之間取d=0 (3)高、低道豎曲線范圍參數(shù)計算 lG=RG(sinβ1-sinγG)=4466.0(RG取12000;iG取11‰) hG=RG(cosγG-cosβ1)=915.1 TG=RG·tg[(β1-γG)/2]=2321.7 KPSG=πRG(β1-γG)/180=4586.7 lD=RD(sinβ1+sinγD)=3529.5(RD取9000;iD取9‰) hD=RD(cosγD-cosβ1)=686.5 TD=RD·tg[(β1+γD)/2]=1834.8 KPSD=πRD(β1+γD)/180=3620.0 (4)求L3 取H=500,d=0,由高低道高度循環(huán)一圈∑△H=0有:
H+hG+d·sinβ1+Tx·sinβ1+m1·sinβ2+m2·sinβ1-L3·sinβ1-hD=0 則:L3=2562.6
(5)求L1
L1=NC+CAD=AGC·sinβ1+CB/sinβ1=S·tgθ1·tgβ1·sinβ1+(△h-AGC)/sinβ1=S·tgθ1·tgβ1·sinβ1+(hG+H-hD-S·tgθ1·tgβ1)/sinβ1=1520.2
(6)求L2
BAD+lD-L2-lG=0,把RG、H當(dāng)作變量,其他取原值,得:
L2=CAD·cosβ1+lD-lG=(hG+H-hD-S·tgθ1·tgβ1)ctgβ1+lD-lG
=RG[(costg-1iG-cosβ1)ctgβ1-(sinβ1-sinγG)]+Hctgβ1+1461.7
=2.4106H-0.1884RG+1461.7(試代入H=500,RG=12000)
=406.6(L2≤1~2m,合理)
(7)高、低道自溜水平長度LG、LD計算
設(shè)高道起坡點高為x,低道起坡點高為y,則:
由H=x+y=LGtgγG+(LG-L2)tgγD得:
LG=(H+L2tgγD)/(tgγG+tgγD)=25183.0
LD=LG-L2=24776.4
(四)繪圖
根據(jù)計算所得值,繪制三維動態(tài)立體圖,截圖如下:
四、動態(tài)立體圖教學(xué)優(yōu)勢
有史以來,在煤礦開采專業(yè)課程設(shè)計教學(xué)中,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形態(tài)曲折的立體甩車場一直用二維圖形表達(dá),即使采用了多媒體教學(xué),也沒有改變這種圖示教學(xué)方式。面對這種圖形,學(xué)生挺難想象、解理和準(zhǔn)確把握甩車場真實空間結(jié)構(gòu),而做不到這一點,對甩車場要想準(zhǔn)確計算,并繪出圖來,更是無從談起,這就直接影響了設(shè)計速度和質(zhì)量,由于這種教學(xué)手段落后,教學(xué)效果自然不好。
但采用由Inventor軟件制作的甩車場動態(tài)三維立體圖進(jìn)行教學(xué),效果就不一樣了。在功能上,對動態(tài)三維立體圖所表達(dá)的甩車場空間結(jié)構(gòu),不但可以手動旋轉(zhuǎn)全方位觀察,而且可以停在任意角度,擴大圖形觀看細(xì)節(jié)。學(xué)生若仍有疑問,教師可以再就圖進(jìn)行方便的解答。如此,既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也使教學(xué)難點深入淺出。
五、應(yīng)用該軟件可能遇到的問題
(一)該軟件對多媒體計算機硬件配置要求較高
Inventor軟件占用空間10G,需要計算機64位,內(nèi)存至少8G,應(yīng)采用獨立顯卡。計算機低于該配置,安裝和運行就可能太慢,甚至卡死。因此,該軟件對多媒體計算機硬件要求比較高。
(二)對該軟件使用的技巧需要進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗
由于軟件Inventor是為機械設(shè)計而生,把它用在煤炭開采專業(yè)課程設(shè)計教學(xué)中,是首創(chuàng)性“移植”應(yīng)用。有的功能因此變得不常用,而有的功能則變得經(jīng)常使用,對此我們尚有一些認(rèn)識不足,需要進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗,以提高軟件使用效率。
(三)煤礦開采專業(yè)教師會用該類軟件的還太少
當(dāng)前高職高專類院校的煤礦開采等專業(yè)教師,對本專業(yè)歷來擅長,但對Inventor這類在各行業(yè)逐漸興起的三維立體軟件能熟練使用的相對太少,為了使用這種先進(jìn)教學(xué)方式,院校宜鼓勵他們多接受這類軟件的培訓(xùn)和應(yīng)用經(jīng)驗交流。
六、小結(jié)
煤礦甩車場設(shè)計是煤礦最常見的技術(shù)工作,掌握該設(shè)計的過程和要領(lǐng),是高職高專煤礦開采專業(yè)學(xué)生的必備技能。然而,在以往專、本科教學(xué)效果上一直不理想,對五年制學(xué)生來說,問題尤其突出。它既有甩車場空間結(jié)構(gòu)確實較復(fù)雜的原因,同時有傳統(tǒng)教學(xué)方法落后的問題。通過我院對Inventor軟件的引用和實踐教學(xué),已確實感受到了該教學(xué)方法,在效果上非常顯著。它不僅解決了教師一直以來在該種教學(xué)上的困擾,也受到了學(xué)生歡迎,同時受到了該專業(yè)現(xiàn)場工程技術(shù)人員的廣泛贊譽。它是對傳統(tǒng)教學(xué)方法的創(chuàng)新。
該教學(xué)方法也可以根據(jù)實際需要應(yīng)用到其他專業(yè),具有借鑒推廣價值。
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