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      淺談軟件Inventor在煤礦甩車場課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

      2018-05-14 09:57:13吳紹貴杜平單忠剛周明杰張立新
      關(guān)鍵詞:立體圖車場課程設(shè)計

      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

      =b1·cosα1夾=4150.4

      =b2·cosα2夾=3481.6

      m1=S/[sin(θ2-θ1)·cosβ2]=7862.0

      =m1·cosα2夾=7628.9

      (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。

      參考文獻(xiàn):

      [1]吳志羲,汪景武,高文禮.煤礦礦井采礦設(shè)計手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1991.

      [2]張榮立,何國緯,李鐸.采礦工程設(shè)計手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2013.

      [3]賈雪艷,涂嘉.Inventor從入門到精通[M].北京:機械工業(yè)出版社,2016.

      [4]時培德.Autodesk Inventor認(rèn)證工程師成長之路叢書[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.

      [5]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2016.

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