MG450/1100-WD電牽引采煤機搖臂虛擬樣機建模及運動仿真

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

MG450/1100-WD電牽引采煤機搖臂虛擬樣機建模及運動仿真

呂宏偉 王潤溥

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本研究對MG450（400）/1100（930）-WD采煤機搖臂采用Creo進行精確虛擬樣機建模及運動仿真分析，主要包括復雜鑄造殼體、齒輪組及行星傳動機構的建模，在建模后按齒輪副關系進行組裝和運動仿真。通過精確的虛擬樣機建模和運動仿真，可直觀觀察模型及運動狀態，并檢驗圖紙設計中的殼體、齒輪組及行星傳動機構的尺寸，杜絕出現干涉、錯位等問題，可使樣機減少試制成本，提早進入市場，帶來經濟效益。

采煤機搖臂；Creo精確虛擬樣機建模；Creo精確虛擬樣機運動仿真

MG450（400）/1100（930）-WD采煤機是一種多電機驅動，電機橫向布置，變頻調速無鏈雙驅動電牽引采煤機。總裝機功率1100（930）kW ，電壓3300V。該機機身短，機面矮，適用于工作面傾角≤35°的綜采工作面。該機搖臂主要由鑄造殼體、齒輪組及行星傳動機構組成。在產品研發過程中建立精確的虛擬樣機模型，并進行運動仿真分析，然后繪制二維圖紙，極大的減少設計失誤，進而避免由設計產生的問題帶來的樣機試制成本，同時減少樣機研制周期，加快研制速度，使設備能更早的投入市場，帶來經濟效益。

1 采煤機搖臂建模

Creo是一個整合Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView三大軟件并重新分發的新型CAD設計軟件包，針對不同的任務應用將采用更為簡單化子應用的方式，所有子應用采用統一的文件格式。在虛擬樣機建模過程中使用Pro/ ENGINEER模塊進行參數化建模。

1.1 采煤機搖臂殼體建模

如圖1，采煤機殼體模型建立使用Pro/ENGINEER模塊拉伸旋轉等功能建立，建立過程可遵循直齒輪傳動中心距

圖1 采煤機殼體組件模型

圖2 漸開線方程

圖3 漸開線曲面陣列

圖4 參數關系

圖5 行星傳動組件

建立參數化模型，如隨后有修改，修改參數模型即可隨之改動。然后在組件模式下創建水道焊接板，利用殼體水道特征為參考，使焊接板可隨水道的變化相繼變化，最后組裝接頭等，其他元器件，直至模型建立完成。

1.2 采煤機漸開線直齒圓柱齒輪及內花鍵建模

如圖2中漸開線方程，以基圓為基準創建漸開線曲線，利用拉伸功能創建漸開線齒面曲面，然后很據分度圓建立漸開線曲面陣列如圖3所示。去除多余曲面，實體化得到齒輪模型。

齒輪中漸開線內花鍵創建過程同漸開線直齒圓柱齒輪，不同之處在于壓力角由20°改為30°即可。

在模型中建立參數化輸入輸出參數，并建立參數關系關系。參數關系如圖4所示。

輸入參數齒輪為：齒數z、模數m、齒寬b、變為系數x和齒頂高變動系數y。

輸入參數內花鍵為：齒數z、模數m、齒寬b。

參數化完成后，其他齒輪可輸入相關參數生成，不必從開始建立，極大地提高建模效率。同時，所建立的模型精確，與加工制造實物差別僅為刀具及工藝加工形成的誤差。

1.3 行星傳動組件建模

行星傳動組件如圖5所示包括內齒圈、齒輪和花鍵等零部件。其建模方法參照1.2采煤機漸開線直齒圓柱齒輪及內花鍵建模中所述，建模并進行參數化。其過程不再贅述。

2 模型組裝及運動仿真

圖6 采煤機搖臂組裝

圖7 采煤機搖臂運動關系

2.1 模型組裝

如圖6所示，所有齒輪及齒輪軸組件以銷軸方式安裝于殼體上。此過程中，可直觀的檢驗殼體、齒輪、齒輪軸等零部件尺寸是否干涉或尺寸錯誤。

2.2 運動仿真

利用機構模塊中齒輪連接功能，建立齒輪副關系。依次選取配對齒輪的齒輪軸，并輸入對應齒數，確立減速比。對所有齒輪副建立齒輪副關系后，在電機軸輸出齒輪上創建伺服電機輸入，參數為1475rpm。

最后利用機構分析功能，輸入時長及幀數，即可完成運動仿真，并形成動畫，方便多次觀察，檢驗。

3 虛擬樣機建立作用及意義

由于采煤機搖臂虛擬樣機是全參數化虛擬樣機，在設計過程中對模型進行簡單的參數輸入即可完成設計的改進和優化，極大地提高了設計效率和精確度。并且在以虛擬樣機核對二維圖紙，發現了在二維圖紙中不宜發現的設計錯誤，其中包括殼體與齒輪干涉及齒輪參數不合理等問題。因此為實物樣機試制減少了制造周期，提高了一次成功率，進而加快了采煤機整機的研制進度，減少了制造成本，可使采煤機提前進入市場，為企業提早創造經濟效益。

虛擬樣機設計方法在世界上已經被大多數企業認可，并廣泛應用與設計及制造領域，對企業來說是創新研發過程中不可或缺的技術手段。

[1]詹友剛.Creo1.0高級應用教程[M].北京：機械工業出版社，2012，05.

[2]成大先.機械設計手冊（單行本）[M].化學工業出版社，2004，01.

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TD42 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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