中波塔三維仿真及其研究

劉漢民

摘 要：三維仿真技術，是指應用計算機技術，在電腦中生成逼真的虛擬環境。在當今世界，科技開發、制造業日益發達，三維仿真技術越來越多地滲入大型工業研發及生產過程，尤其是盛行的航天科技及海洋大型船舶制造行業，三維仿真技術發揮著它不可估量的作用。該文運用三維仿真技術，對中波拉線式鐵塔及其附屬設備進行仿真建模。在建模基礎上對模型進行研究，將其應用于實際工作中，如計算鐵塔重量、天線區模擬演示等，更直觀全面。

關鍵詞：ProE 中波 拉線式 三維仿真

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0012-02

在目前的大型中波鐵塔研究生產及日常維護工作中，基本上是應用平面CAD輔助軟件繪制，需要結合實物構造對鐵塔進行對照理解。應用三維技術繪制鐵塔整體裝配并不多見。該文結合天線工作實踐，將該單位的600型、1000型中波拉線式鐵塔，利用三維仿真技術進行3D繪制，在電腦虛擬環境中進行裝配，直觀再現現實工作場景，加深了對中波拉線式鐵塔的研究，從而更好地指導天線業務學習。

1 繪圖軟件

ProE軟件，是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，是一套由設計至生產的機械自動化軟件，是新一代的產品造型系統，是一個參數化、基于特征的實體造型系統。操作界面簡單，完全參數化的繪圖過程，使圖像繪制變得方便快捷。ProE軟件還具有各種分析功能，滿足各種運算需求。該文接下來要涉及到的，就是利用其質量計算功能進行龐大的工程質量計算。

2 拉線式鐵塔天線繪制工作

2.1 三維圖像展示

2.2 繪圖過程中碰到的問題及其解決辦法

（1）當零件過于復雜，繪制、修改幾十上百次時，一旦違反繪圖規則，由于ProE對某些違規操作的不可逆特性，將發生不可復原的損失。繪制復雜圖形，操作錯誤在所難免，須定時對正在進行且繪制正確的圖形文件進行保存，以便ProE在發生不可逆錯誤時，重新打開文件，恢復到最后一次保存的操作正確的位置，避免從頭開始繪制零件。

（2）該繪圖工作量巨大，當繪制文件累積到幾百兆（單位Mb）以后，會因為系統、軟件及圖象文件結構等原因，經常導致軟件、文件崩潰，因此，須對工程項目及時備份。

（3）繪制時，如果圖像占據內存過大，會導致系統運行緩慢甚至系統崩潰，導致繪制工作停滯不前，該文采用了分步方法，將模型先分開繪制，最后再進行整體組合。

3 利用三維模型進行研究學習

3.1 中波拉線式鐵塔質量分析

該臺中波天線主體采用Q235B型號鋼材，利用ProE的質量屬性功能，完成了對鐵塔主體及其拉線的質量計算。

3.1.1 ProE軟件具體操作

如圖7所示，打開600型發射塔的模型文件，在ProE軟件主菜單點擊“分析”按鈕，然后選擇“模型”->“質量屬性”，調用質量屬性模塊，如圖9所示。點擊“質量屬性”頁面左下角眼鏡形狀的計算按鈕，顯示密度參數界面，如圖8所示，輸入鐵塔材料Q235B的密度 （7.850 000 0e-06kg/mm3），點擊確認，經過計算機幾秒的處理時間，就可以得到600型鐵塔主體質量約24.755t。

按照上述步驟，繼續使用ProE對其他模型進行計算，1000型發射鐵塔主體質量約59.277t，反射鐵塔主體質量約46.727t。1000型鐵塔第一層拉線質量約1 986.262kg，第二層拉線質量約2 460.881kg，第三層拉線質量約3 745.438kg，第四層拉線質量約4 466.58kg；600型鐵塔第一層拉線質量約1 669.514kg，第二層拉線質量約2 404.659kg。

3.1.2 注意事項

拉線中的鋼絲繩、桶形絕緣子密度與Q235B不同，需在密度參數界面輸入對應密度。桶形絕緣子密度為3.578 150 0e-06kg/mm3。鋼絲繩由于其由多種材質組成，包含鋼絲、麻心、浸油等組成，密度分布不均，因此采用了取1m長的鋼絲繩，通過計算其質量與體積的比值得到其平均密度為4.856 000 0e-06kg/mm3。鐵塔拉線采用了三種不同線徑的鋼絲繩，通過計算，平均密度基本相同。當然，由于模型與實際鐵塔不完全一樣，如鐵塔的焊接部分在模型中無法體現、鐵塔拉線拉緊后油溢出，風吹日曬，質量都會與實際有所差別。

通過使用ProE軟件的質量計算功能而得知，模型與現實真實對象尺寸一樣，輸入材料密度，就能夠快速得到整體模型的質量。比人工按件計算快很多，甚至在特定環境下人工無法完成的計算，計算機軟件也能快速完成。

3.2 中波拉線式鐵塔天線區仿真

建立天線區仿真環境，有利于加深對中波天線的學習，熟悉崗位環境，有利于天線工作的開展。該文應用3DS Max軟件，以第一人稱視野瀏覽虛擬天線區。

3.2.1 仿真環境建立

3DS Max是三維動畫渲染和制作軟件，主要應用于建筑、影視、游戲、動畫制作方面。3DS Max可以繪制仿真現實場景的天空、白云、樹木、草、山水等各種模型，也可以在場景中布置攝像機，給攝像機指定運動軌跡，在攝像機運動過程中，借助攝像機的拍攝視野，就可以達到以第一人稱視角瀏覽天線區的目的。

3.2.2 具體實現關鍵問題及仿真效果

要實現天線區的仿真環境，首先關鍵要實現ProE繪制的三維圖像轉換成3DS Max可以識別的格式。點擊ProE軟件主菜單“文件”->“保存副本”，選擇保存類型為“*.igs”進行保存。然后在3DS Max軟件主菜單點擊“文件”->“導入”，選擇文件類型為“IGES（*.IGE，*.IGS，*.IGES）”，即可完成圖像文件轉化。

完成圖像文件的轉換后，即可在3DS Max環境中布置天線區場景，架設攝像機，設置運動軌跡等操作，該文不再繼續詳述，將建立的仿真環境進行展示，圖10為攝像機運動拍攝中的天饋線截圖，圖11為攝像機移動到天線區時拍攝的截圖。

5 結語

通過應用ProE、3DS Max軟件進行大量的繪圖、仿真工作，并應用其對中波鐵塔天線進行分析，使我們更深入了解自身廣播設備的性能，更深層次地體會了三維仿真技術給我們的工作帶來的便捷和高效性，在今后的工作，將更多地應用電腦技術為廣播事業貢獻力量。

參考文獻

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