李 光，仝雷強(qiáng)

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

引言

當(dāng)代產(chǎn)品的激烈競爭對設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率提出了更高的要求，智能設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)等各種設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用對設(shè)計(jì)的成敗至關(guān)重要。大量的實(shí)踐案例證明，三維設(shè)計(jì)具有二維設(shè)計(jì)無法比擬的優(yōu)越性。越來越多的企業(yè)已經(jīng)或準(zhǔn)備采用三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。集成化的軟件系統(tǒng)能夠快速建模并分析優(yōu)化，盡早確定關(guān)鍵參數(shù)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計(jì)軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在初步方案、設(shè)計(jì)具體模型、模型分析、模型校核、三維制圖及導(dǎo)出dwg格式制圖、圖紙校核、審查以及后續(xù)的模型（圖紙）更改等階段 。

1 整機(jī)參數(shù)化概念設(shè)計(jì)

挖掘機(jī)是由上車部分及下車行走兩大部分組成，下車主要包括履帶裝置、底架以及行走系統(tǒng)；上車部分包括動力裝置、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)平臺、駕駛室、平衡重和工作裝置。正鏟式液壓挖掘機(jī)工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗組成。

利用NX軟件的WAVE功能[1]建立正鏟式液壓挖掘機(jī)的整機(jī)參數(shù)控制框架以及概念模型，如圖1所示。

圖1 液壓挖掘機(jī)控制框架和概念模型

2 在模型分析優(yōu)化中的研究及應(yīng)用

完成產(chǎn)品的建模工作后，需要對設(shè)計(jì)進(jìn)行分、仿真[2]，尤其是液壓挖掘機(jī)的工作裝置及機(jī)構(gòu)的質(zhì)量直接影響著系統(tǒng)的效率，同時(shí)產(chǎn)品使用工況又對系統(tǒng)的安全性有著較高的要求。對工作裝置的每一個部件進(jìn)行分析優(yōu)化就十分必要。

使用NX軟件的分析模塊， 使用主模型方式進(jìn)行分析，所有工作在一個平臺上展開，分析得到結(jié)果后，對應(yīng)力冗余較大的地方減重處理，對于應(yīng)力較大、位移較大的部位進(jìn)行強(qiáng)化，使整個部件受力均衡。由于在同一個平臺，在對模型進(jìn)行優(yōu)化后，直接更新有限元模型即可，同時(shí)過程簡單、直接，避免了多種軟件之間相互轉(zhuǎn)化的困難。運(yùn)用分析仿真軟件對產(chǎn)品工作能進(jìn)行模擬訪真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。根據(jù)分析仿真結(jié)果，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。重復(fù)上述仿真、找錯、修改的過程，不斷對產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，直至達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求。

同時(shí)，由于液壓挖掘機(jī)各個機(jī)構(gòu)工作過程中位置變化較大，各個部件難免產(chǎn)生相互干涉。同時(shí)一些機(jī)構(gòu)的受力在各個位置難于確定極限，因此，運(yùn)用NX軟件的運(yùn)動仿真模塊對運(yùn)動部件進(jìn)行運(yùn)動分析，得到各個位置的受力狀況、運(yùn)動狀況、檢驗(yàn)各個部件之間的動態(tài)干涉是不可避免的。

3 完成施工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

用NX軟件完成制圖，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崟r(shí)更新[3]，在設(shè)計(jì)人員修改產(chǎn)品模型后，投影的視圖以及標(biāo)注的尺寸隨之更改，且能夠保證制圖的準(zhǔn)確、一致。目前，多數(shù)新產(chǎn)品由于外購件很多，定制的外購件設(shè)計(jì)周期較長，不能滿足太重快速設(shè)計(jì)的要求，為保證設(shè)計(jì)進(jìn)度，好多結(jié)構(gòu)件需要提前設(shè)計(jì)，避免不了對設(shè)計(jì)的修改，如液壓、電氣設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中存在多次與機(jī)械協(xié)調(diào)并更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的問題，新產(chǎn)品的參數(shù)評審中也有多次更改，而三維軟件直接出圖能大大降低設(shè)計(jì)周期。

4 在模型及圖紙審核修改中的研究及應(yīng)用

由于三維模型，校核人員能夠盡快熟悉零部件結(jié)構(gòu)，直觀、簡單。且三維軟件的裝配干涉檢查功能[4]減小了校核人員檢查干涉這一部分的工作量， 三維設(shè)計(jì)的校核人員在三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行校核的主要內(nèi)容較傳統(tǒng)校審內(nèi)容減少了對設(shè)計(jì)干涉進(jìn)行檢查這一部分。因?yàn)槭褂密浖淖詣硬檎腋缮婀δ?，這項(xiàng)工作不再必要。校核人員同時(shí)利用自動間隙檢查功能查找一些需要對接的零部件之間的間隙是否符合要求。這些主要使用NX軟件的大裝配干涉檢查功能，大大提高了校核的效率和準(zhǔn)確性。

5 總結(jié)

綜上，在液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件包含的各個功能，這些技術(shù)所構(gòu)成的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、分析仿真、設(shè)計(jì)管理一體化解決方案，可以全面改進(jìn)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式，大幅度提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)和制造成本。其應(yīng)用總結(jié)如下：

1）建立設(shè)計(jì)項(xiàng)目利用參數(shù)化功能確定產(chǎn)品的工作原理和基本設(shè)計(jì)參數(shù)。

2）利用三維設(shè)計(jì)軟件先后進(jìn)行產(chǎn)品概念、詳細(xì)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3）運(yùn)用UG軟件分析仿真 （CAE功能）對產(chǎn)品工作能進(jìn)行模擬仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。根據(jù)分析仿真結(jié)果，用三維設(shè)計(jì)軟件對產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，直至達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求。

4）在設(shè)計(jì)和修改過程完成后，利用NX的制圖功能完成產(chǎn)品的施工圖紙。

5）在圖紙校核、審查階段的使用。

[1] 龔勉.產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)培訓(xùn)講義[M].上海:上海工程技術(shù)大學(xué)出版社,2004.

[2] 白玉琳,陳進(jìn),李世六.大型正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)研究[J].建筑機(jī)械,2008(7):81-84.

[3] 洪如瑾.UG NX6 CAD進(jìn)階培訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[4] 戴春祥.UG NX6大裝配技術(shù)培訓(xùn)教程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2009.