NX 軟件在正鏟液壓挖掘機設計中的應用

李 光，仝雷強

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

引言

當代產品的激烈競爭對設計的質量和效率提出了更高的要求，智能設計、虛擬設計、優化設計、模塊化設計等各種設計方法的應用對設計的成敗至關重要。大量的實踐案例證明，三維設計具有二維設計無法比擬的優越性。越來越多的企業已經或準備采用三維軟件進行產品數字化設計與制造。集成化的軟件系統能夠快速建模并分析優化，盡早確定關鍵參數，縮短產品開發周期，降低成本，提高工作效率及產品質量。設計軟件在產品設計周期中的應用主要體現在初步方案、設計具體模型、模型分析、模型校核、三維制圖及導出dwg格式制圖、圖紙校核、審查以及后續的模型（圖紙）更改等階段 。

1 整機參數化概念設計

挖掘機是由上車部分及下車行走兩大部分組成，下車主要包括履帶裝置、底架以及行走系統；上車部分包括動力裝置、液壓系統、回轉平臺、駕駛室、平衡重和工作裝置。正鏟式液壓挖掘機工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗組成。

利用NX軟件的WAVE功能[1]建立正鏟式液壓挖掘機的整機參數控制框架以及概念模型，如圖1所示。

圖1 液壓挖掘機控制框架和概念模型

2 在模型分析優化中的研究及應用

完成產品的建模工作后，需要對設計進行分、仿真[2]，尤其是液壓挖掘機的工作裝置及機構的質量直接影響著系統的效率，同時產品使用工況又對系統的安全性有著較高的要求。對工作裝置的每一個部件進行分析優化就十分必要。

使用NX軟件的分析模塊， 使用主模型方式進行分析，所有工作在一個平臺上展開，分析得到結果后，對應力冗余較大的地方減重處理，對于應力較大、位移較大的部位進行強化，使整個部件受力均衡。由于在同一個平臺，在對模型進行優化后，直接更新有限元模型即可，同時過程簡單、直接，避免了多種軟件之間相互轉化的困難。運用分析仿真軟件對產品工作能進行模擬訪真，發現設計缺陷。根據分析仿真結果，對產品設計結構進行修改。重復上述仿真、找錯、修改的過程，不斷對產品設計結構進行優化，直至達到一定的設計要求。

同時，由于液壓挖掘機各個機構工作過程中位置變化較大，各個部件難免產生相互干涉。同時一些機構的受力在各個位置難于確定極限，因此，運用NX軟件的運動仿真模塊對運動部件進行運動分析，得到各個位置的受力狀況、運動狀況、檢驗各個部件之間的動態干涉是不可避免的。

3 完成施工設計中的應用

用NX軟件完成制圖，這種方法的優點在于能夠實時更新[3]，在設計人員修改產品模型后，投影的視圖以及標注的尺寸隨之更改，且能夠保證制圖的準確、一致。目前，多數新產品由于外購件很多，定制的外購件設計周期較長，不能滿足太重快速設計的要求，為保證設計進度，好多結構件需要提前設計，避免不了對設計的修改，如液壓、電氣設計在設計過程中存在多次與機械協調并更改產品結構的問題，新產品的參數評審中也有多次更改，而三維軟件直接出圖能大大降低設計周期。

4 在模型及圖紙審核修改中的研究及應用

由于三維模型，校核人員能夠盡快熟悉零部件結構，直觀、簡單。且三維軟件的裝配干涉檢查功能[4]減小了校核人員檢查干涉這一部分的工作量， 三維設計的校核人員在三維設計的基礎上進行校核的主要內容較傳統校審內容減少了對設計干涉進行檢查這一部分。因為使用軟件的自動查找干涉功能，這項工作不再必要。校核人員同時利用自動間隙檢查功能查找一些需要對接的零部件之間的間隙是否符合要求。這些主要使用NX軟件的大裝配干涉檢查功能，大大提高了校核的效率和準確性。

5 總結

綜上，在液壓挖掘機設計中綜合運用三維設計軟件包含的各個功能，這些技術所構成的虛擬樣機設計、分析仿真、設計管理一體化解決方案，可以全面改進傳統的產品設計模式，大幅度提高產品設計質量，縮短設計周期，降低設計和制造成本。其應用總結如下：

1）建立設計項目利用參數化功能確定產品的工作原理和基本設計參數。

2）利用三維設計軟件先后進行產品概念、詳細三維結構設計。

3）運用UG軟件分析仿真 （CAE功能）對產品工作能進行模擬仿真，發現設計缺陷。根據分析仿真結果，用三維設計軟件對產品設計結構進行優化，直至達到一定的設計要求。

4）在設計和修改過程完成后，利用NX的制圖功能完成產品的施工圖紙。

5）在圖紙校核、審查階段的使用。

[1] 龔勉.產品相關參數化設計技術培訓講義[M].上海:上海工程技術大學出版社,2004.

[2] 白玉琳,陳進,李世六.大型正鏟液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機研究[J].建筑機械,2008(7):81-84.

[3] 洪如瑾.UG NX6 CAD進階培訓教程[M].北京:清華大學出版社,2009.

[4] 戴春祥.UG NX6大裝配技術培訓教程[M]. 北京:清華大學出版社,2009.