趙懌杰

(上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 200125)

0 引言

輪胎式集裝箱龍門起重機(簡稱RTG)屬于個性化定制產(chǎn)品，由于其結構龐大，機構眾多，導致了其附屬件梯子平臺的種類繁多。采用傳統(tǒng)的二維設計時，存在設計周期長、制圖工作量大、缺乏直觀性、無法進行物性分析及干涉檢查等問題，設計結構也無法提供給后續(xù)的設計模塊如有限元分析、數(shù)控加工與仿真等有效的設計數(shù)據(jù)。然而，三維CAD技術能夠解決上述問題，利用工程CAD軟件提前進行產(chǎn)品的虛擬設計，可以使得用戶實時從屏幕上看到尚未問世的新產(chǎn)品外觀，并對其進行多方面的評審，為產(chǎn)品的方案設計、標書的編寫提供技術支持，也為企業(yè)縮短產(chǎn)品設計周期、增強市場競爭力、參與國際市場競爭提供了強有力的競爭手段。上海振華重工股份有限公司10年前就開始使用Inventor三維軟件，前期主要針對零部件的設計，2016年下半年開始著手整機的三維參數(shù)化設計及開發(fā)工作。本文介紹一下RTG整機梯子平臺的參數(shù)化設計流程。

1 制定規(guī)則

對RTG這種大型起重運輸機械進行整機梯子平臺的參數(shù)化設計是一項系統(tǒng)化工程，前期大量的準備工作是必不可少的。主要有以下幾點：①三維模板定制：為了BOM表(管理明細表)的格式統(tǒng)一并且符合公司制圖標準，定制了公司統(tǒng)一的零件、裝配、工程圖模板，在零件和裝配模板中增加了自定義屬性，包括材料類型和物料類型等，工程圖模板中定制了公司標準圖框和帶公司logo的標題欄；②命名規(guī)則統(tǒng)一：為了方便后期數(shù)據(jù)及文件的管理，統(tǒng)一規(guī)定了文件名、零件代號、關鍵參數(shù)的命名規(guī)則；③零部件設計規(guī)則總結：只有確定了各零部件的設計規(guī)則，三維軟件才能根據(jù)規(guī)則實現(xiàn)快速配置及變化，因此設計規(guī)則總結是最基礎也是最關鍵的一環(huán)。

2 建立標準件庫

企業(yè)通常會有自己內部的標準件及定制件，為了提高工作效率，減少重復勞動及數(shù)據(jù)冗余，建立企業(yè)標準件庫很有必要。根據(jù)需要建立了4個標準件庫，分別是library、電氣工藝通用標準件、企業(yè)通用標準件和液壓通用件，見圖1。其中，梯子平臺定制的結構型材在企業(yè)通用件庫中，見圖2。另外還有一些裝配體的標準件沒法放在庫中，只能放在服務器上對應的文件夾中，包括安全鏈條、安全門、固定鉤、管夾、管接頭、鉸鏈和重力門等。

圖1 4個標準件庫

圖2 企業(yè)通用件庫

3 參數(shù)化建模流程

前期工作準備好后，開始用Inventor軟件進行參數(shù)化建模，主要有以下幾個步驟。

3.1 總骨架模型的建立

采用自頂向下的設計思路，先建一個總骨架模型零件。RTG所有的主要參數(shù)(包括跨距、基距、起重量、起升高度、內外趴、梯子平臺等)都是由總骨架模型控制，然后向下傳遞給各子部件?？偣羌苣Ｐ拖雀鶕?jù)龍門架的主要參數(shù)建立外形輪廓，然后在此基礎上布置梯子平臺的走向，其中包括平臺長度及定位高度、斜梯寬度及角度等，每個平臺定位高度可根據(jù)龍門架的總高度作相應的調整。骨架模型完成后，編寫各部件之間的驅動規(guī)則以及添加表單，生成參數(shù)選擇及輸入的界面。當RTG的龍門架是標準高度時，程序會讀取后臺Excel表中的預設值，自動更新相應的平臺高度定位；反之，需要在表單中手動輸入。

3.2 梯子平臺建模

直梯和斜梯都是采用多實體的建模方法，其優(yōu)點就是生成的零件及部件與多實體關聯(lián)，并隨之變化，而且裝配件中的零件或部件不需要裝配約束，直接在原點固定就行，因為它們都是共用同一個坐標系的。總而言之，裝配約束越少，運行速度越快。考慮到斜梯有多種不同的高度，通過Vault數(shù)據(jù)管理軟件的復制設計功能就能快速復制并重命名多部斜梯，十分方便，然后將總骨架中的各斜梯高度和角度值鏈接到各斜梯骨架中，即可實現(xiàn)參數(shù)傳遞及控制。

平臺則是在多實體的基礎上運用插入結構件的方法來完成。在多實體中新建不同的工作面，在這些面上分別畫出平臺框架輪廓、擋腳板、上欄桿、下欄桿、預焊件的草圖，并且它們都是與平臺框架輪廓關聯(lián)的。將草圖通過不同特征操作生成對應的實體，其中欄桿的直徑是根據(jù)標準變化的，因此要用“掃掠”特征而不能用結構件生成器，然后使用“生成零部件”來生成平臺和預焊件兩個裝配體。在平臺裝配體中，使用“插入結構件”的方式完成平臺框架的建模，這是最高效的方法，不需要再畫型材的截面。在Inventor的結構生成器中，雖然已經(jīng)內置了國標的型材庫，但是企業(yè)定制的型材是沒有的，為此我們添加了很多定制型材發(fā)布到企業(yè)通用件庫，其中包含平臺框架常用的冷彎槽鋼和冷彎角鋼，這樣平臺框架的建模就非常方便快捷，放置后根據(jù)需要進行相應的端部處理即可，最后裝欄桿立柱及緊固件。其中的一個平臺模型見圖3。

圖3 平臺模型

3.3 梯子平臺總裝配及工程圖

在建立每個支腿上的平臺模型時，其原點都是龍門架的支腿中心，將對應高度的支腿截面尺寸鏈接到對應的平臺骨架中。這樣在總裝時，所有支腿上的平臺都是與支腿中心的兩個面約束，再加上一個高度約束就行。裝完平臺，再裝斜梯和直梯，最終的梯子平臺總裝配見圖4。采用相同的方法在龍門架上安裝平臺預焊件，其中一個支腿上的平臺預焊件見圖5。將平臺預焊件拆分到龍門架結構對應的支腿、鞍梁和大梁中，其目的主要是為了模塊化制造，這些結構附件在車間制作結構時一起焊接上去，并進行整體沖刷和油漆，盡量避免漆后動火。當所有三維模型完成后，全自動出工程圖；當需要更改時，只需調整一些標注尺寸即可。需要注意的是，在建模時就要根據(jù)工程圖的明細表考慮模型結構樹，因此前期規(guī)劃很重要。當然，在出工程圖的過程中，有的零件抑制后再顯示時，其尺寸和引出序號就會丟失，使用者很難發(fā)現(xiàn)，為此我們編制了小程序，在工程圖的標注工具欄中通過添加按鈕來解決，見圖6。

圖4梯子平臺總裝配圖5平臺預焊件

圖6 插件

4 數(shù)據(jù)管理

在此項目中，我們采用Vault軟件進行數(shù)據(jù)管理，使整個設計團隊可以協(xié)同工作，提高了工作效率。Vault還可以安全地存儲和管理工程信息、設計數(shù)據(jù)和文檔，為設計部門提供跟蹤變更單、管理明細表(BOM表)，從而實現(xiàn)“設計—生產(chǎn)—交貨”全生命周期管理。

5 結束語

通過RTG整機梯子平臺的參數(shù)化設計，結合Vault軟件的數(shù)據(jù)管理，能提高設計效率50%以上，解決了大型設備設計周期長、容易出錯等問題，還能進行干涉檢查、有限元分析，并能為后期的數(shù)控加工提供數(shù)據(jù)支持?？梢姡S參數(shù)化設計是今后的發(fā)展趨勢，能有效地提高企業(yè)的競爭力。

參考文獻：

[1] 胡仁喜.Autodesk Inventor 2014基礎培訓教程[M].北京:電子工業(yè)出版社，2014.

[2] 馮偉，陳伯雄.Inventor-iLogic程序設計解析與實戰(zhàn)[M].北京:化學工業(yè)出版社，2014.