（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

MG450/1100-WD電牽引采煤機搖臂虛擬樣機建模及運動仿真

呂宏偉 王潤溥

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本研究對MG450（400）/1100（930）-WD采煤機搖臂采用Creo進行精確虛擬樣機建模及運動仿真分析，主要包括復(fù)雜鑄造殼體、齒輪組及行星傳動機構(gòu)的建模，在建模后按齒輪副關(guān)系進行組裝和運動仿真。通過精確的虛擬樣機建模和運動仿真，可直觀觀察模型及運動狀態(tài)，并檢驗圖紙設(shè)計中的殼體、齒輪組及行星傳動機構(gòu)的尺寸，杜絕出現(xiàn)干涉、錯位等問題，可使樣機減少試制成本，提早進入市場，帶來經(jīng)濟效益。

采煤機搖臂；Creo精確虛擬樣機建模；Creo精確虛擬樣機運動仿真

MG450（400）/1100（930）-WD采煤機是一種多電機驅(qū)動，電機橫向布置，變頻調(diào)速無鏈雙驅(qū)動電牽引采煤機。總裝機功率1100（930）kW ，電壓3300V。該機機身短，機面矮，適用于工作面傾角≤35°的綜采工作面。該機搖臂主要由鑄造殼體、齒輪組及行星傳動機構(gòu)組成。在產(chǎn)品研發(fā)過程中建立精確的虛擬樣機模型，并進行運動仿真分析，然后繪制二維圖紙，極大的減少設(shè)計失誤，進而避免由設(shè)計產(chǎn)生的問題帶來的樣機試制成本，同時減少樣機研制周期，加快研制速度，使設(shè)備能更早的投入市場，帶來經(jīng)濟效益。

1 采煤機搖臂建模

Creo是一個整合Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView三大軟件并重新分發(fā)的新型CAD設(shè)計軟件包，針對不同的任務(wù)應(yīng)用將采用更為簡單化子應(yīng)用的方式，所有子應(yīng)用采用統(tǒng)一的文件格式。在虛擬樣機建模過程中使用Pro/ ENGINEER模塊進行參數(shù)化建模。

1.1 采煤機搖臂殼體建模

如圖1，采煤機殼體模型建立使用Pro/ENGINEER模塊拉伸旋轉(zhuǎn)等功能建立，建立過程可遵循直齒輪傳動中心距

圖1 采煤機殼體組件模型

圖2 漸開線方程

圖3 漸開線曲面陣列

圖4 參數(shù)關(guān)系

圖5 行星傳動組件

建立參數(shù)化模型，如隨后有修改，修改參數(shù)模型即可隨之改動。然后在組件模式下創(chuàng)建水道焊接板，利用殼體水道特征為參考，使焊接板可隨水道的變化相繼變化，最后組裝接頭等，其他元器件，直至模型建立完成。

1.2 采煤機漸開線直齒圓柱齒輪及內(nèi)花鍵建模

如圖2中漸開線方程，以基圓為基準創(chuàng)建漸開線曲線，利用拉伸功能創(chuàng)建漸開線齒面曲面，然后很據(jù)分度圓建立漸開線曲面陣列如圖3所示。去除多余曲面，實體化得到齒輪模型。

齒輪中漸開線內(nèi)花鍵創(chuàng)建過程同漸開線直齒圓柱齒輪，不同之處在于壓力角由20°改為30°即可。

在模型中建立參數(shù)化輸入輸出參數(shù)，并建立參數(shù)關(guān)系關(guān)系。參數(shù)關(guān)系如圖4所示。

輸入?yún)?shù)齒輪為：齒數(shù)z、模數(shù)m、齒寬b、變?yōu)橄禂?shù)x和齒頂高變動系數(shù)y。

輸入?yún)?shù)內(nèi)花鍵為：齒數(shù)z、模數(shù)m、齒寬b。

參數(shù)化完成后，其他齒輪可輸入相關(guān)參數(shù)生成，不必從開始建立，極大地提高建模效率。同時，所建立的模型精確，與加工制造實物差別僅為刀具及工藝加工形成的誤差。

1.3 行星傳動組件建模

行星傳動組件如圖5所示包括內(nèi)齒圈、齒輪和花鍵等零部件。其建模方法參照1.2采煤機漸開線直齒圓柱齒輪及內(nèi)花鍵建模中所述，建模并進行參數(shù)化。其過程不再贅述。

2 模型組裝及運動仿真

圖6 采煤機搖臂組裝

圖7 采煤機搖臂運動關(guān)系

2.1 模型組裝

如圖6所示，所有齒輪及齒輪軸組件以銷軸方式安裝于殼體上。此過程中，可直觀的檢驗殼體、齒輪、齒輪軸等零部件尺寸是否干涉或尺寸錯誤。

2.2 運動仿真

利用機構(gòu)模塊中齒輪連接功能，建立齒輪副關(guān)系。依次選取配對齒輪的齒輪軸，并輸入對應(yīng)齒數(shù)，確立減速比。對所有齒輪副建立齒輪副關(guān)系后，在電機軸輸出齒輪上創(chuàng)建伺服電機輸入，參數(shù)為1475rpm。

最后利用機構(gòu)分析功能，輸入時長及幀數(shù)，即可完成運動仿真，并形成動畫，方便多次觀察，檢驗。

3 虛擬樣機建立作用及意義

由于采煤機搖臂虛擬樣機是全參數(shù)化虛擬樣機，在設(shè)計過程中對模型進行簡單的參數(shù)輸入即可完成設(shè)計的改進和優(yōu)化，極大地提高了設(shè)計效率和精確度。并且在以虛擬樣機核對二維圖紙，發(fā)現(xiàn)了在二維圖紙中不宜發(fā)現(xiàn)的設(shè)計錯誤，其中包括殼體與齒輪干涉及齒輪參數(shù)不合理等問題。因此為實物樣機試制減少了制造周期，提高了一次成功率，進而加快了采煤機整機的研制進度，減少了制造成本，可使采煤機提前進入市場，為企業(yè)提早創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

虛擬樣機設(shè)計方法在世界上已經(jīng)被大多數(shù)企業(yè)認可，并廣泛應(yīng)用與設(shè)計及制造領(lǐng)域，對企業(yè)來說是創(chuàng)新研發(fā)過程中不可或缺的技術(shù)手段。

[1]詹友剛.Creo1.0高級應(yīng)用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012，05.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊（單行本）[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004，01.

[3]《重型機械標準》編寫委員會.重型機械標準[M].昆明：云南科技出版社，2007，11.

TD42 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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