淺談軟件Inventor在煤礦甩車場課程設計教學中的應用

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據，用三維立體軟件Inventor繪制該動態立體圖，進行課程設計教學，能明顯促進學生理解設計，加快設計，并提高設計質量，它是高職高專煤礦開采專業教學方法上的一項創新應用。

[關 鍵 詞] 高職高專；三維軟件Inventor；煤礦甩車場；教學應用

[中圖分類號] TD822 [文獻標志碼] 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的學生，生源是初中畢業生，立體想象能力還不夠強，對煤礦甩車場這種復雜立體設計感覺很難。事實上，對這種設計如何取得好的教學效果，在本科教育也一直是個難題，需要突破。針對這一情況，我院積極進行了教學方法的改進，即把平面圖教學方式改為動態立體圖教學，教學效果取得了顯著提高。現淺談一下我院利用Inventor軟件在這種課程設計方面的應用，希望有所啟發，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、布管設計、線束設計、CAD集成、零件設計、鈑金設計、裝配設計、工程圖、數據管理等功能，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

根據甩車場已知要求，精確計算出繪制立體圖的尺寸和角度數據，然后以軟件Inventor繪制該圖。

（二）已知：某采區年產55萬噸，軌道上山β=23度，中部車場決定采用一次回轉石門式甩車場，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“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

根據計算所得值，繪制三維動態立體圖，截圖如下：

四、動態立體圖教學優勢

有史以來，在煤礦開采專業課程設計教學中，結構復雜、形態曲折的立體甩車場一直用二維圖形表達，即使采用了多媒體教學，也沒有改變這種圖示教學方式。面對這種圖形，學生挺難想象、解理和準確把握甩車場真實空間結構，而做不到這一點，對甩車場要想準確計算，并繪出圖來，更是無從談起，這就直接影響了設計速度和質量，由于這種教學手段落后，教學效果自然不好。

但采用由Inventor軟件制作的甩車場動態三維立體圖進行教學，效果就不一樣了。在功能上，對動態三維立體圖所表達的甩車場空間結構，不但可以手動旋轉全方位觀察，而且可以停在任意角度，擴大圖形觀看細節。學生若仍有疑問，教師可以再就圖進行方便的解答。如此，既能激發學生的學習興趣，也使教學難點深入淺出。

五、應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，內存至少8G，應采用獨立顯卡。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一步總結經驗

由于軟件Inventor是為機械設計而生，把它用在煤炭開采專業課程設計教學中，是首創性“移植”應用。有的功能因此變得不常用，而有的功能則變得經常使用，對此我們尚有一些認識不足，需要進一步總結經驗，以提高軟件使用效率。

（三）煤礦開采專業教師會用該類軟件的還太少

當前高職高專類院校的煤礦開采等專業教師，對本專業歷來擅長，但對Inventor這類在各行業逐漸興起的三維立體軟件能熟練使用的相對太少，為了使用這種先進教學方式，院校宜鼓勵他們多接受這類軟件的培訓和應用經驗交流。

六、小結

煤礦甩車場設計是煤礦最常見的技術工作，掌握該設計的過程和要領，是高職高專煤礦開采專業學生的必備技能。然而，在以往專、本科教學效果上一直不理想，對五年制學生來說，問題尤其突出。它既有甩車場空間結構確實較復雜的原因，同時有傳統教學方法落后的問題。通過我院對Inventor軟件的引用和實踐教學，已確實感受到了該教學方法，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上的困擾，也受到了學生歡迎，同時受到了該專業現場工程技術人員的廣泛贊譽。它是對傳統教學方法的創新。

該教學方法也可以根據實際需要應用到其他專業，具有借鑒推廣價值。

參考文獻：

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