馮曉蕾，敖文德

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院，廣東東莞 523120）

基于Pro/E的雙梁門式起重機(jī)三維建模

馮曉蕾，敖文德

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院，廣東東莞 523120）

以Pro/Engineer 4.0為建模工具，結(jié)合Top Down裝配原則和雙梁門式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，創(chuàng)建雙梁門式起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)件和子裝配件。通過虛擬裝配技術(shù)組建雙梁門式起重機(jī)的三維設(shè)計(jì)模型，對(duì)雙梁門式起重機(jī)進(jìn)行尺寸分析與干涉分析，為后期的CAE做模型準(zhǔn)備。

Pro/Engineer；雙梁門式起重機(jī)；裝配技術(shù)

0 引言

隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，三維設(shè)計(jì)CAD技術(shù)很好地解決了二維設(shè)計(jì)中較困難的問題，例如復(fù)雜的投影線生成問題、漏標(biāo)尺寸、漏畫圖線問題、機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系和運(yùn)行關(guān)系的分析討論問題、設(shè)計(jì)的更新與修改問題、設(shè)計(jì)工程管理問題等[1]。在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本，促進(jìn)設(shè)計(jì)管理水平等方面得到了共認(rèn)。起重機(jī)行業(yè)CAD技術(shù)經(jīng)歷了甩圖板階段，正在經(jīng)歷著專用系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，向著基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM的一體化集成應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展[2]。本文基于三維設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，以Pro/E 4.0為建模工具，根據(jù)起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合Top_Down（自頂向下）與Down_Top（自底向上）裝配設(shè)計(jì)特色，建立雙梁門式起重機(jī)的三維模型。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬裝配、尺寸分析和干涉分析，為CAE分析做前期模型準(zhǔn)備。

1 雙梁門式起重機(jī)基本參數(shù)

建立三維模型要確定雙梁門式起重機(jī)的基本參數(shù)和主要部件：基本參數(shù)主要指額定起重量Q＝20 t，跨度S＝28 m，懸臂L＝10 m，起升高度H＝8m；主要零部件有主梁、支腿、下橫梁、馬鞍和小車架等。根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)過程中要對(duì)其確定的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行受力分析，過程可能會(huì)反復(fù)多次。根據(jù)Top_Down的裝配設(shè)計(jì)原則，確定主梁為Master Part。其他部件以主梁為核心，根據(jù)主梁尺寸確定自身形狀與尺寸。由于為了清晰表達(dá)雙梁門式起重機(jī)三維實(shí)體，則根據(jù)Down_Top（自底向上）裝配設(shè)計(jì)思路進(jìn)行敘述。

2 Pro/Engineer Wildfire4.0的系統(tǒng)規(guī)劃與配置

Pro/Engineer的系統(tǒng)規(guī)劃和配置決定其使用環(huán)境、使用界面、各種庫文件的調(diào)用，對(duì)Pro/Engineer的實(shí)施和應(yīng)用至關(guān)重要。首先設(shè)置Pro/ Engineer的工作目錄，然后在工作目錄中建立Pro/ Engineer的主配置文件Config.pro。在主配置文件中寫入對(duì)軌跡文件Trail的存放位置、系統(tǒng)菜單顯示語言，設(shè)置模板文件夾的路徑，并建立自己的零件模板、組件模板，對(duì)模板中設(shè)置缺省單位、模型精度和模型材料，設(shè)立通用零件和標(biāo)準(zhǔn)零件的標(biāo)準(zhǔn)庫。具體的配置代碼如下所示：

！設(shè)置軌跡文件存放路徑

trail_dir D:proeTrail

！設(shè)置系統(tǒng)菜單顯示語言

menu_translation no

!設(shè)置模板文件夾的路徑

start_model_dir D:proestart_files

！設(shè)置零件模板

template_solidpart D:proestart_filesstartpart.prt

！設(shè)置組件模板

template_designasm D:proestart_filesstartpart. asm

!保證能正確找?guī)旌蚦atalog文件的位置,并設(shè)定不改不往庫中存新版本

pro_library_dir C:Program FilesproeWildfire 4.0ProLibs

pro_catalog_dirC:Program FilesproeWildfire 4.0ProLibs

！只保存那些修改過的對(duì)象save_objects changed

3 雙梁門式起重機(jī)主要零部件三維模型建立

雙梁門式起重機(jī)主要零部件大部分是比較規(guī)則的幾何模型，建模時(shí)用到基本的特征命令較多，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔等。為了在裝配期時(shí)快捷與準(zhǔn)確，在建立模型零件的時(shí)候以基準(zhǔn)面為對(duì)稱面。為提高建模效率，還要用到鏡像、復(fù)制、陣列等命令。

3.1 主梁

主梁是起重機(jī)的主要受力結(jié)構(gòu)，由腹板、蓋板、大小隔板和加勁肋組成，從外觀分析雙梁門式起重機(jī)主梁是橫向和縱向?qū)ΨQ的實(shí)體。根據(jù)其特征利用Pro/E的實(shí)體命令做出具體的三維模型，如圖1所示。

3.2 支腿

雙梁門式起重機(jī)三維建模中，支腿比較復(fù)雜。支腿是變截面，下部截面小，向上逐漸增大。在建模時(shí)支腿的四個(gè)板是一個(gè)不規(guī)則實(shí)體，特別是為了能方便地裝配，板的上下平面需要進(jìn)行拔模處理，得到所需要的傾斜度——拔模的角度。根據(jù)分析做出的三維模型的線框圖如圖2所示。

圖1 單個(gè)主梁模型樹與線框圖

圖2 半邊支腿模型樹與線框圖

3.3 馬鞍、下橫梁和小車架

雙梁門式起重機(jī)通過馬鞍（馬鞍橫梁與立柱組成）把兩根主梁從上部固定，主梁與支腿根據(jù)支腿支座進(jìn)行可靠連接，兩根支腿的下部利用下橫梁連接固定，并在下橫梁上安裝大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在兩根主梁上安裝小車軌道，并在小車架安裝起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，小車運(yùn)行在小車軌道上。它們的三維模型幾何較規(guī)則，主要是利用拉伸，復(fù)制，陣列等命令。具體的線框圖如圖3所示。在建模過程中為了減少圖形中的基準(zhǔn)，會(huì)利用合并的命令把一些實(shí)體組合為一個(gè)實(shí)體；通過組命令，把幾個(gè)部件組成一個(gè)組直接進(jìn)行操作；通過隱藏或隱含命令使觀察實(shí)體圖形更方便等，來提高建模速度。

4 雙梁門式起重機(jī)裝配

通過上述步驟，雙梁門式起重機(jī)主要子裝配體和部件的三維模型已經(jīng)建成?？梢赃M(jìn)行最后的裝配模型。由于雙梁門式起重機(jī)是具有空間對(duì)稱的幾何特征，在進(jìn)行裝配時(shí)可根據(jù)特征，利用空間坐標(biāo)系來決定第一根主梁位置。在裝配過程中要設(shè)置好圖層，利用模型樹對(duì)零件進(jìn)行重命名、保存副本和元件顯示等操作。特別是組件的隱含與恢復(fù)，組件裝配順序的更改與插入等功能，來提高裝配速度。裝配總圖如圖4。

圖3 馬鞍、下橫梁和小車架線框圖

圖4 雙梁門式起重機(jī)三維模型

5 總結(jié)

通過對(duì)雙梁門式起重機(jī)三維模型的建立，闡明三維模型設(shè)計(jì)是提高起重機(jī)設(shè)計(jì)效率的方法之一，為提高三維模型的建模效率，要根據(jù)建模實(shí)體的特點(diǎn)，選擇合理的虛擬裝配順序，熟練掌握Pro/E的操作技巧，并為后期的動(dòng)態(tài)模擬和CAE分析做全局的安排。

［1］陳伯雄.三維設(shè)計(jì)是CAD技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢［J］.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，2000（8）：11-13.

［2］李振強(qiáng)，張美瑩.橋式起重機(jī)橋架的參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］.河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2006，14（5）：10-12.

［3］林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版綜合教程［M］.北京，電子工業(yè)出版社，2009.

Three-Dimension Modeling of Double Girder Gantry Cranes Based on Pro/E

FENG Xiao-lei，AO Wen-de
（Dongguan Branch of Gungdong Institute of Special Equipment Inspection and Research，Dongguan 523000，China）

Taking Pro/E 4.0 as the modeling tool and Combining with the structure characteristics of double girder gantry crane and the principle of Top Down assembly,the main structure parts and sub assemblies of double girder gantry crane have been created.Three-dimension Modeling of double girder gantry cranes has been set up through virtual assembly technology for taking size analysis and interference analysis of double beam gantry crane and preparing the model for the later CAE.

Pro/Engineer；double girder gantry crane；assembly technology

TP391.72

A

1009－9492(2014)02－0078－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.022

馮曉蕾，男，1983年生，河南舞鋼人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD/CAE仿真、安全評(píng)價(jià)、可靠性與壽命預(yù)測。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：向 飛)

2013－08－15