基于Pro/E的雙梁門式起重機三維建模

馮曉蕾，敖文德

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院，廣東東莞 523120）

基于Pro/E的雙梁門式起重機三維建模

馮曉蕾，敖文德

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院，廣東東莞 523120）

以Pro/Engineer 4.0為建模工具，結(jié)合Top Down裝配原則和雙梁門式起重機的結(jié)構(gòu)特征，創(chuàng)建雙梁門式起重機主要結(jié)構(gòu)件和子裝配件。通過虛擬裝配技術(shù)組建雙梁門式起重機的三維設(shè)計模型，對雙梁門式起重機進行尺寸分析與干涉分析，為后期的CAE做模型準備。

Pro/Engineer；雙梁門式起重機；裝配技術(shù)

0 引言

隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，三維設(shè)計CAD技術(shù)很好地解決了二維設(shè)計中較困難的問題，例如復(fù)雜的投影線生成問題、漏標尺寸、漏畫圖線問題、機構(gòu)幾何關(guān)系和運行關(guān)系的分析討論問題、設(shè)計的更新與修改問題、設(shè)計工程管理問題等[1]。在提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，降低設(shè)計成本，促進設(shè)計管理水平等方面得到了共認。起重機行業(yè)CAD技術(shù)經(jīng)歷了甩圖板階段，正在經(jīng)歷著專用系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，向著基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM的一體化集成應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展[2]。本文基于三維設(shè)計CAD技術(shù)，以Pro/E 4.0為建模工具，根據(jù)起重機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，結(jié)合Top_Down（自頂向下）與Down_Top（自底向上）裝配設(shè)計特色，建立雙梁門式起重機的三維模型。對產(chǎn)品進行虛擬裝配、尺寸分析和干涉分析，為CAE分析做前期模型準備。

1 雙梁門式起重機基本參數(shù)

建立三維模型要確定雙梁門式起重機的基本參數(shù)和主要部件：基本參數(shù)主要指額定起重量Q＝20 t，跨度S＝28 m，懸臂L＝10 m，起升高度H＝8m；主要零部件有主梁、支腿、下橫梁、馬鞍和小車架等。根據(jù)起重機設(shè)計過程中要對其確定的結(jié)構(gòu)，進行受力分析，過程可能會反復(fù)多次。根據(jù)Top_Down的裝配設(shè)計原則，確定主梁為Master Part。其他部件以主梁為核心，根據(jù)主梁尺寸確定自身形狀與尺寸。由于為了清晰表達雙梁門式起重機三維實體，則根據(jù)Down_Top（自底向上）裝配設(shè)計思路進行敘述。

2 Pro/Engineer Wildfire4.0的系統(tǒng)規(guī)劃與配置

Pro/Engineer的系統(tǒng)規(guī)劃和配置決定其使用環(huán)境、使用界面、各種庫文件的調(diào)用，對Pro/Engineer的實施和應(yīng)用至關(guān)重要。首先設(shè)置Pro/ Engineer的工作目錄，然后在工作目錄中建立Pro/ Engineer的主配置文件Config.pro。在主配置文件中寫入對軌跡文件Trail的存放位置、系統(tǒng)菜單顯示語言，設(shè)置模板文件夾的路徑，并建立自己的零件模板、組件模板，對模板中設(shè)置缺省單位、模型精度和模型材料，設(shè)立通用零件和標準零件的標準庫。具體的配置代碼如下所示：

！設(shè)置軌跡文件存放路徑

trail_dir D:proeTrail

！設(shè)置系統(tǒng)菜單顯示語言

menu_translation no

!設(shè)置模板文件夾的路徑

start_model_dir D:proestart_files

！設(shè)置零件模板

template_solidpart D:proestart_filesstartpart.prt

！設(shè)置組件模板

template_designasm D:proestart_filesstartpart. asm

!保證能正確找?guī)旌蚦atalog文件的位置,并設(shè)定不改不往庫中存新版本

pro_library_dir C:Program FilesproeWildfire 4.0ProLibs

pro_catalog_dirC:Program FilesproeWildfire 4.0ProLibs

！只保存那些修改過的對象save_objects changed

3 雙梁門式起重機主要零部件三維模型建立

雙梁門式起重機主要零部件大部分是比較規(guī)則的幾何模型，建模時用到基本的特征命令較多，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔等。為了在裝配期時快捷與準確，在建立模型零件的時候以基準面為對稱面。為提高建模效率，還要用到鏡像、復(fù)制、陣列等命令。

3.1 主梁

主梁是起重機的主要受力結(jié)構(gòu)，由腹板、蓋板、大小隔板和加勁肋組成，從外觀分析雙梁門式起重機主梁是橫向和縱向?qū)ΨQ的實體。根據(jù)其特征利用Pro/E的實體命令做出具體的三維模型，如圖1所示。

3.2 支腿

雙梁門式起重機三維建模中，支腿比較復(fù)雜。支腿是變截面，下部截面小，向上逐漸增大。在建模時支腿的四個板是一個不規(guī)則實體，特別是為了能方便地裝配，板的上下平面需要進行拔模處理，得到所需要的傾斜度——拔模的角度。根據(jù)分析做出的三維模型的線框圖如圖2所示。

圖1 單個主梁模型樹與線框圖

圖2 半邊支腿模型樹與線框圖

3.3 馬鞍、下橫梁和小車架

雙梁門式起重機通過馬鞍（馬鞍橫梁與立柱組成）把兩根主梁從上部固定，主梁與支腿根據(jù)支腿支座進行可靠連接，兩根支腿的下部利用下橫梁連接固定，并在下橫梁上安裝大車運行機構(gòu)。在兩根主梁上安裝小車軌道，并在小車架安裝起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)，小車運行在小車軌道上。它們的三維模型幾何較規(guī)則，主要是利用拉伸，復(fù)制，陣列等命令。具體的線框圖如圖3所示。在建模過程中為了減少圖形中的基準，會利用合并的命令把一些實體組合為一個實體；通過組命令，把幾個部件組成一個組直接進行操作；通過隱藏或隱含命令使觀察實體圖形更方便等，來提高建模速度。

4 雙梁門式起重機裝配

通過上述步驟，雙梁門式起重機主要子裝配體和部件的三維模型已經(jīng)建成?？梢赃M行最后的裝配模型。由于雙梁門式起重機是具有空間對稱的幾何特征，在進行裝配時可根據(jù)特征，利用空間坐標系來決定第一根主梁位置。在裝配過程中要設(shè)置好圖層，利用模型樹對零件進行重命名、保存副本和元件顯示等操作。特別是組件的隱含與恢復(fù)，組件裝配順序的更改與插入等功能，來提高裝配速度。裝配總圖如圖4。

圖3 馬鞍、下橫梁和小車架線框圖

圖4 雙梁門式起重機三維模型

5 總結(jié)

通過對雙梁門式起重機三維模型的建立，闡明三維模型設(shè)計是提高起重機設(shè)計效率的方法之一，為提高三維模型的建模效率，要根據(jù)建模實體的特點，選擇合理的虛擬裝配順序，熟練掌握Pro/E的操作技巧，并為后期的動態(tài)模擬和CAE分析做全局的安排。

［1］陳伯雄.三維設(shè)計是CAD技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢［J］.計算機輔助設(shè)計與制造，2000（8）：11-13.

［2］李振強，張美瑩.橋式起重機橋架的參數(shù)化設(shè)計［J］.河南機電高等?？茖W校學報，2006，14（5）：10-12.

［3］林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版綜合教程［M］.北京，電子工業(yè)出版社，2009.

Three-Dimension Modeling of Double Girder Gantry Cranes Based on Pro/E

FENG Xiao-lei，AO Wen-de
（Dongguan Branch of Gungdong Institute of Special Equipment Inspection and Research，Dongguan 523000，China）

Taking Pro/E 4.0 as the modeling tool and Combining with the structure characteristics of double girder gantry crane and the principle of Top Down assembly,the main structure parts and sub assemblies of double girder gantry crane have been created.Three-dimension Modeling of double girder gantry cranes has been set up through virtual assembly technology for taking size analysis and interference analysis of double beam gantry crane and preparing the model for the later CAE.

Pro/Engineer；double girder gantry crane；assembly technology

TP391.72

A

1009－9492(2014)02－0078－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.022

馮曉蕾，男，1983年生，河南舞鋼人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD/CAE仿真、安全評價、可靠性與壽命預(yù)測。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：向 飛)

2013－08－15