PRO-E 在矿山机械设计中的应用研究
作者
（淮海实业集团安徽矿业机电装备公司，安徽 淮北 235000）
摘 要：介绍了Pro/E软件设计特点,利用Pro/E软件对矿山机械的几个重要零部件进行了三维设计,阐述了Pro/E软件在整机的装配及干涉检验中的应用价值。
关键词：Pro/E；开发设计；矿山机械
中图分类号：TB 文献标识码：A文章编号：1672-3198（2011）01-0257-01
1 矿山机械结构的三维设计
CAD/CAM技术的飞速发展,三维建模技术、参数设计技术和虚拟现实技术等新概念、新方法已渗透到传统的结构设计中,并推动着工程设计技术的发展。三维CAD软件的使用,使设计人员可以直接进行三维建模设计,由于与实际产品更匹配,因而构件尺寸冲突等设计错误就几乎可以避免,从而提高详细设计和施工设计的质量和效率。
三维设计软件Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是美国参数技术公司（ParametricTechnology Corporation）推出的一款CAD/CAE/CAM一体化软件,它的参数化特征和相关性是区别于其它软件的最大特点。在基于Pro/E的虚拟设计中,设计者可以在计算机上仿真产品的实际装配和运动过程,进行生动直观的产品预装配、干涉检测以及产品运动协调性的验证。在不需要实际制造样机的情况下,解决了大部分装配问题。这就使得新产品开发的周期大为缩短,使新的产品能尽早占领市场,为企业赢得最佳效益。矿山起重机械构件数目繁多而且尺寸、形状复杂多变。其结构主要是由骨架和钢板焊接而成。骨架由扁钢、角钢、球扁钢、槽钢、工字钢等型材组成,各种型材通常都有固定的剖面形状,差异主要表现在剖面尺寸上。钢板分为平直钢板、弯曲钢板和折边钢板。
2 矿山起重机械构件的构建方法
2.1 Pro/E的特征设计思想
特征是指将一些普通的机械对象作为产品几何模型的构造要素,并且用参数驱动进行实体建模,是产生模型的基本单元。模型特征就是指图形的拓扑关系、几何参数以及这些几何参数与图形结构参数之间的关系。对于一个零件,首先分析图形的拓扑关系及变化规律,提炼出图形的结构参数,然后建立图形结构参数和几何参数之间的关系,构建图形的参数化模型。
利用Pro/E可以按预先的设置很容易地修改设计。例如:设计特征有弧、圆角、倒角、扫描、拉伸、混合、旋转等等,它们对工程人员来说是很熟悉的,因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些特征。通过给这些特征设置参数（包括几何尺寸和非几何属性）和修改特征参数,很容易进行设计替代。以上这几种特征各有特点,应针对不同的构件选用合适的特征。
改变与特征相关的形状和位置的定义,可以改变与模型相关的形位关系。对于某个特征既可以将其与某个已有的零件相联系,也可以把它从某个已有的零件中删除,还可以与其它多个特征共同组合创建新的实体。
各个特征的几何形状与尺寸大小用变量的方式来表示,这个变量参数不仅可以是常数,而且可以是某种代数式。如果定义某个特征变量参数发生了改变,则零件的这个特征的几何形状或尺寸大小将随这参数的改变而改变。系统将会随之重新生成该特征及其相关的各个特征,而不需要重新绘制。
2.2 臂架的构建
臂架是矿山机械的重要零部件,在Pro/E中采用拉伸特征生成。
构建臂架的钢板多为直线型构件。矿山机械中许多纵向的骨架、依附在骨架上的板材以及支柱均属于直线型构件，直线型构件是指截面形状和尺寸固定,轴线为直线的构件,对直线型构件进行立体建模最方便的方法就是拉伸,拉伸是将二维截面线条沿直线运动而生成实体,拉伸之前必须确定构件的剖面。
臂架钢板的共同特征是只要确定了钢板的厚度即可从材料库中选择到相应的板材,只要确定了型钢的剖面模数也可从材料库中选择到相应的型材。剖面确定之后,輸入相应的拉伸长度,或者通过参照拉伸到指定的位置,便可以得到需要的构件。
臂架的构建也常会采用孔特征、筋特征等。
2.3 卷筒的构建
卷筒在Pro/E中采用旋转特征和螺旋扫描特征生成。
卷筒多为圆柱型或圆锥型构件，主体大部分属于圆柱型构件，多采用旋转特征生成。旋转特征是将二维截面线条沿直线旋转而生成或切剪实体,旋转之前必须确定构件的剖面,剖面确定之后,点击旋转直线,或者通过参照旋转到指定的位置,便可以得到需要的构件,卷筒绳槽采用了螺旋扫描特征。扫描是根据二维截面沿某一任意曲线生成或切剪三维实体的方法。扫描剖面的确定与拉伸基本相同,这里主要考虑扫描曲线的形成。卷筒绳槽是一个圆形截面沿着平行于中心线的一条线作为路径,并且围绕中心线旋转。卷筒的三维设计也会应用镜像特征、孔特征等。
2.4 设计效果分析
09年我们用pro-e设计完工矿山用起重机械,生产了10台起重设备,多个煤矿根据使用情况对该产品相当满意。我们进行跟踪调查,对缺点进行改进,2011年又生产了多台,使用效果很好。因设计上实现了数字化，修改起来方便快捷，有效提高了设计效率，同时更为直观，各方面均很满意。
参考文献
［1］祝凌云,李斌.Pro/ENGINEER运动仿真和有限元分析［M］.北京:人民邮电出版社,2004.
［2］林勇志.Pro/ENGINEER野火版基础教程［M］.北京:人民邮电出版社,2004:23-119.
作者 陈雷