斗輪堆取料機的三維建模與二維工程圖設計

劉一波

摘要：論述了在三維設計軟件Inventor環境下對斗輪堆取料機相關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計產品的零部件進行有限元應力分析及裝配后部件和整機的干涉檢查，討論了設計后期工程圖文檔的生成過程，完成基于Invento的斗輪堆取料機的整體設計。利用三維軟件縮短了技術改造及新產品的開發時間，提高了設計效率，設計結果安全可靠。

關鍵詞：斗輪堆取料機 二維 三維 設計

斗輪堆取料機是現代化工業大宗散狀物料連續裝卸的高效設備，利用斗輪連續取料，用機上的帶式輸送機連續堆料的有軌式裝卸機械。它是散狀物料（散料）儲料場內的專用機械，是在斗輪挖掘機的基礎上演變而來的，可與卸車（船）機、帶式輸送機、裝船（車）機組成儲料場運輸機械化系統，生產能力每小時可達1萬多噸。斗輪堆取料機的作業有很強的規律性，易實現自動化。控制方式有手動、半自動和自動等。斗輪堆取料機按結構分臂架型和橋架型兩類。有的設備只具有取料一種功能，稱斗輪取料機。

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三維設計軟件；基于AutoCAD平臺開發的二維機械制圖和詳圖軟件AutoCAD Mechanical；還加入了用于纜線和束線設計、管道設計及PCB IDF文件輸入的專業功能模塊，并加入了由業界領先的ANSYS技術支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor軟件中進行應力分析。在此基礎上，集成的數據管理軟件Autodesk Vault-用于安全地管理進展中的設計數據。

二、三維建模

Inventor進行三維實體建模過程分為“普通實體建模”和“多實體建模”。

普通實體建模從草圖開始，利用點、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、放樣、掃掠等方法來創建實體模型，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，再以草圖為基礎創建各個零件的實體模型。在利用拉伸、旋轉、掃掠等功能進行零件創建時，必須選擇“新建實體”按鈕。在模型創建的過程中要注意是否存在相同的零件，在導出的過程中不需要將相同的零件導出。點擊“管理”狀態欄里的“生成零部件”按鈕，在彈出的對話框里選擇需要導出的實體，導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擊“下一步”，在彈出的對話框中進行“零部件名稱”“模板”和“路徑”的編輯。點擊“確定”完成導出。最后補全需要重復裝配的零件，并完成裝配。

斗輪堆取料機主要由走行部、旋回部、俯仰裝置、斗輪、重錘部、懸臂架和尾車七部分組成，根據客戶需要及計劃圖完成各部分的三維模型創建。對于比較規整的結構而言通過普通實體建模的方法就可以完成三維模型的創建，但是對于一些不太規整的結構（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建。

三維軟件之所以在工業設計中能得到廣泛應用，其優勢之一就是能進行干涉檢查，在裝配過程中，同步進行干涉檢查，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系可以進行及時的修改。另外在裝配過程中可以利用不完全的約束來觀察機器的運動狀態，以確保機器在運行過程中也不會出現干涉。

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

三、二維工程圖設計

首先打開要生成工程圖的三維模型，在Inventor狀態下新建工程圖（idw）文件，文件打開后點擊 “基礎視圖”，選擇合適比例后在圖框區域內生成圖形輪廓，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行標注了，雖然Inventor工程圖里也有標注功能，但是就我個人認為還是在CAD里進行圖紙標注更為方便。圖紙的標注主要有尺寸標注、焊接符號標注、機械加工方法等等。尺寸標注主要有外形尺寸、定位尺寸、基準尺寸和尺寸精度等。斗輪堆取料機屬于重型機械設備，大部分部件都屬于結構件，所以焊接標注是斗輪堆取料機工程圖里重要的組成部分，決定了整個設備的穩定性和牢固性。焊接標注主要由焊接符號（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，比如型鋼的規格、鋼板的厚度等。

結束語

隨著計算機的全面普及，三維設計彌補了傳統二維設計的不足，設計人員可以將機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量、體積、慣性矩等物理特征。整臺機器裝配好后還可以進行干涉檢查和有限元分析。三維設計已經成為工程設計的一個部分并服務于工程設計。

參考文獻：

1. 趙衛東.Inventor2011基礎教程與項目指導，同濟大學出版社，2010

2. 李谷音.港口運輸機械，人民交通出版社，2009

3. 邵明亮.斗輪堆取料機，化學工業出版社，2007

（作者單位：武漢三作全盛工程設計有限公司）