刘一波

摘要：论述了在三维设计软件Inventor环境下对斗轮堆取料机相关零部件的建模及虚拟装配的整个过程，并针对建模和虚拟装配过程中容易出现的问题提出了有效的解决方法。简要介绍了Inventor附带的有限元分析功能对所设计产品的零部件进行有限元应力分析及装配后部件和整机的干涉检查，讨论了设计后期工程图文档的生成过程，完成基于Invento的斗轮堆取料机的整体设计。利用三维软件缩短了技术改造及新产品的開发时间，提高了设计效率，设计结果安全可靠。

关键词：斗轮堆取料机 二维 三维 设计

斗轮堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，利用斗轮连续取料，用机上的带式输送机连续堆料的有轨式装卸机械。它是散状物料（散料）储料场内的专用机械，是在斗轮挖掘机的基础上演变而来的，可与卸车（船）机、带式输送机、装船（车）机组成储料场运输机械化系统，生产能力每小时可达1万多吨。斗轮堆取料机的作业有很强的规律性，易实现自动化。控制方式有手动、半自动和自动等。斗轮堆取料机按结构分臂架型和桥架型两类。有的设备只具有取料一种功能，称斗轮取料机。

一、Invenror简介

Inventor是美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件，目前已推出最新版本AIP2017。Autodesk Inventor Professional包括Autodesk Inventor三维设计软件；基于AutoCAD平台开发的二维机械制图和详图软件AutoCAD Mechanical；还加入了用于缆线和束线设计、管道设计及PCB IDF文件输入的专业功能模块，并加入了由业界领先的ANSYS技术支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor软件中进行应力分析。在此基础上，集成的数据管理软件Autodesk Vault-用于安全地管理进展中的设计数据。

二、三維建模

Inventor进行三维实体建模过程分为“普通实体建模”和“多实体建模”。

普通实体建模从草图开始，利用点、线、圆弧、样条曲线等几何元素来定义轮廓截面，然后利用拉伸、旋转、放样、扫掠等方法来创建实体模型，再通过倒角、挖孔等方式得到想要的实体，并生成零件（ipt）文件，再创建部件（iam）文件将生成的零件装配到一起。

多实体建模的过程主要是在一个零件（ipt）文件中先绘制整个部件的草图，再以草图为基础创建各个零件的实体模型。在利用拉伸、旋转、扫掠等功能进行零件创建时，必须选择“新建实体”按钮。在模型创建的过程中要注意是否存在相同的零件，在导出的过程中不需要将相同的零件导出。点击“管理”状态栏里的“生成零部件”按钮，在弹出的对话框里选择需要导出的实体，导出实体需要生成一个部件，所以需要选择部件的存放路径并填写名称，选择好路径并填写好名称后点击“下一步”，在弹出的对话框中进行“零部件名称”“模板”和“路径”的编辑。点击“确定”完成导出。最后补全需要重复装配的零件，并完成装配。

斗轮堆取料机主要由走行部、旋回部、俯仰装置、斗轮、重锤部、悬臂架和尾车七部分组成，根据客户需要及计划图完成各部分的三维模型创建。对于比较规整的结构而言通过普通实体建模的方法就可以完成三维模型的创建，但是对于一些不太规整的结构（如床面、走道、楼梯等）而言，就可以通过多实体建模的方法来完成三维模型的创建。

三维软件之所以在工业设计中能得到广泛应用，其优势之一就是能进行干涉检查，在装配过程中，同步进行干涉检查，以确保零件与零件之间配合的合理性，对于不合理的位置关系可以进行及时的修改。另外在装配过程中可以利用不完全的约束来观察机器的运动状态，以确保机器在运行过程中也不会出现干涉。

Inventor自带的有限元分析模块，可以对模型进行应力分析，该功能只能在零件环境下使用，如果想对装配体进行应力分析，必须通过衍生的方法将装配体（iam）文件转化成零件（ipt）文件。首先加载材料属性，然后划分网络，得到有限元网格图，然后进行应力分析，最后得到应力分布图、受力变形图和安全系数估计等数据。

三、二维工程图设计

首先打开要生成工程图的三维模型，在Inventor状态下新建工程图（idw）文件，文件打开后点击 “基础视图”，选择合适比例后在图框区域内生成图形轮廓，再利用投影视图、斜视图、剖视图、局部放大视图等功能生成所需要的其它视图。所需视图全部生成完毕后，在Inventor状态栏中选择“文件—另存为—另存副本为”，在弹出的对话框中输入文件名，保存类型选择“AutoCAD DWG文件”，点击“保存”，就得到了可以在CAD里打开的图形文件了。

接下来就是对图形进行标注了，虽然Inventor工程图里也有标注功能，但是就我个人认为还是在CAD里进行图纸标注更为方便。图纸的标注主要有尺寸标注、焊接符号标注、机械加工方法等等。尺寸标注主要有外形尺寸、定位尺寸、基准尺寸和尺寸精度等。斗轮堆取料机属于重型机械设备，大部分部件都属于结构件，所以焊接标注是斗轮堆取料机工程图里重要的组成部分，决定了整个设备的稳定性和牢固性。焊接标注主要由焊接符号（如单面焊、双面焊、剖口焊等）和焊接的检查方法（如RT、UT等）组成。机械加工方法主要有钻孔方法、表面粗糙度等。另外工程图中还需要一些必要的文字注释，比如型钢的规格、钢板的厚度等。

结束语

随着计算机的全面普及，三维设计弥补了传统二维设计的不足，设计人员可以将机器的各个零部件在电脑上做出三维模型，并通过Inventor的iProperty选项轻松读取零部件的质量、体积、惯性矩等物理特征。整台机器装配好后还可以进行干涉检查和有限元分析。三维设计已经成为工程设计的一个部分并服务于工程设计。

参考文献：

1. 赵卫东.Inventor2011基础教程与项目指导，同济大学出版社，2010

2. 李谷音.港口运输机械，人民交通出版社，2009

3. 邵明亮.斗轮堆取料机，化学工业出版社，2007

（作者单位：武汉三作全盛工程设计有限公司）