RTG整機梯子平臺的參數化設計與應用

趙懌杰

(上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 200125)

0 引言

輪胎式集裝箱龍門起重機(簡稱RTG)屬于個性化定制產品，由于其結構龐大，機構眾多，導致了其附屬件梯子平臺的種類繁多。采用傳統的二維設計時，存在設計周期長、制圖工作量大、缺乏直觀性、無法進行物性分析及干涉檢查等問題，設計結構也無法提供給后續的設計模塊如有限元分析、數控加工與仿真等有效的設計數據。然而，三維CAD技術能夠解決上述問題，利用工程CAD軟件提前進行產品的虛擬設計，可以使得用戶實時從屏幕上看到尚未問世的新產品外觀，并對其進行多方面的評審，為產品的方案設計、標書的編寫提供技術支持，也為企業縮短產品設計周期、增強市場競爭力、參與國際市場競爭提供了強有力的競爭手段。上海振華重工股份有限公司10年前就開始使用Inventor三維軟件，前期主要針對零部件的設計，2016年下半年開始著手整機的三維參數化設計及開發工作。本文介紹一下RTG整機梯子平臺的參數化設計流程。

1 制定規則

對RTG這種大型起重運輸機械進行整機梯子平臺的參數化設計是一項系統化工程，前期大量的準備工作是必不可少的。主要有以下幾點：①三維模板定制：為了BOM表(管理明細表)的格式統一并且符合公司制圖標準，定制了公司統一的零件、裝配、工程圖模板，在零件和裝配模板中增加了自定義屬性，包括材料類型和物料類型等，工程圖模板中定制了公司標準圖框和帶公司logo的標題欄；②命名規則統一：為了方便后期數據及文件的管理，統一規定了文件名、零件代號、關鍵參數的命名規則；③零部件設計規則總結：只有確定了各零部件的設計規則，三維軟件才能根據規則實現快速配置及變化，因此設計規則總結是最基礎也是最關鍵的一環。

2 建立標準件庫

企業通常會有自己內部的標準件及定制件，為了提高工作效率，減少重復勞動及數據冗余，建立企業標準件庫很有必要。根據需要建立了4個標準件庫，分別是library、電氣工藝通用標準件、企業通用標準件和液壓通用件，見圖1。其中，梯子平臺定制的結構型材在企業通用件庫中，見圖2。另外還有一些裝配體的標準件沒法放在庫中，只能放在服務器上對應的文件夾中，包括安全鏈條、安全門、固定鉤、管夾、管接頭、鉸鏈和重力門等。

圖1 4個標準件庫

圖2 企業通用件庫

3 參數化建模流程

前期工作準備好后，開始用Inventor軟件進行參數化建模，主要有以下幾個步驟。

3.1 總骨架模型的建立

采用自頂向下的設計思路，先建一個總骨架模型零件。RTG所有的主要參數(包括跨距、基距、起重量、起升高度、內外趴、梯子平臺等)都是由總骨架模型控制，然后向下傳遞給各子部件。總骨架模型先根據龍門架的主要參數建立外形輪廓，然后在此基礎上布置梯子平臺的走向，其中包括平臺長度及定位高度、斜梯寬度及角度等，每個平臺定位高度可根據龍門架的總高度作相應的調整。骨架模型完成后，編寫各部件之間的驅動規則以及添加表單，生成參數選擇及輸入的界面。當RTG的龍門架是標準高度時，程序會讀取后臺Excel表中的預設值，自動更新相應的平臺高度定位；反之，需要在表單中手動輸入。

3.2 梯子平臺建模

直梯和斜梯都是采用多實體的建模方法，其優點就是生成的零件及部件與多實體關聯，并隨之變化，而且裝配件中的零件或部件不需要裝配約束，直接在原點固定就行，因為它們都是共用同一個坐標系的。總而言之，裝配約束越少，運行速度越快。考慮到斜梯有多種不同的高度，通過Vault數據管理軟件的復制設計功能就能快速復制并重命名多部斜梯，十分方便，然后將總骨架中的各斜梯高度和角度值鏈接到各斜梯骨架中，即可實現參數傳遞及控制。

平臺則是在多實體的基礎上運用插入結構件的方法來完成。在多實體中新建不同的工作面，在這些面上分別畫出平臺框架輪廓、擋腳板、上欄桿、下欄桿、預焊件的草圖，并且它們都是與平臺框架輪廓關聯的。將草圖通過不同特征操作生成對應的實體，其中欄桿的直徑是根據標準變化的，因此要用“掃掠”特征而不能用結構件生成器，然后使用“生成零部件”來生成平臺和預焊件兩個裝配體。在平臺裝配體中，使用“插入結構件”的方式完成平臺框架的建模，這是最高效的方法，不需要再畫型材的截面。在Inventor的結構生成器中，雖然已經內置了國標的型材庫，但是企業定制的型材是沒有的，為此我們添加了很多定制型材發布到企業通用件庫，其中包含平臺框架常用的冷彎槽鋼和冷彎角鋼，這樣平臺框架的建模就非常方便快捷，放置后根據需要進行相應的端部處理即可，最后裝欄桿立柱及緊固件。其中的一個平臺模型見圖3。

圖3 平臺模型

3.3 梯子平臺總裝配及工程圖

在建立每個支腿上的平臺模型時，其原點都是龍門架的支腿中心，將對應高度的支腿截面尺寸鏈接到對應的平臺骨架中。這樣在總裝時，所有支腿上的平臺都是與支腿中心的兩個面約束，再加上一個高度約束就行。裝完平臺，再裝斜梯和直梯，最終的梯子平臺總裝配見圖4。采用相同的方法在龍門架上安裝平臺預焊件，其中一個支腿上的平臺預焊件見圖5。將平臺預焊件拆分到龍門架結構對應的支腿、鞍梁和大梁中，其目的主要是為了模塊化制造，這些結構附件在車間制作結構時一起焊接上去，并進行整體沖刷和油漆，盡量避免漆后動火。當所有三維模型完成后，全自動出工程圖；當需要更改時，只需調整一些標注尺寸即可。需要注意的是，在建模時就要根據工程圖的明細表考慮模型結構樹，因此前期規劃很重要。當然，在出工程圖的過程中，有的零件抑制后再顯示時，其尺寸和引出序號就會丟失，使用者很難發現，為此我們編制了小程序，在工程圖的標注工具欄中通過添加按鈕來解決，見圖6。

圖4梯子平臺總裝配圖5平臺預焊件

圖6 插件

4 數據管理

在此項目中，我們采用Vault軟件進行數據管理，使整個設計團隊可以協同工作，提高了工作效率。Vault還可以安全地存儲和管理工程信息、設計數據和文檔，為設計部門提供跟蹤變更單、管理明細表(BOM表)，從而實現“設計—生產—交貨”全生命周期管理。

5 結束語

通過RTG整機梯子平臺的參數化設計，結合Vault軟件的數據管理，能提高設計效率50%以上，解決了大型設備設計周期長、容易出錯等問題，還能進行干涉檢查、有限元分析，并能為后期的數控加工提供數據支持。可見，三維參數化設計是今后的發展趨勢，能有效地提高企業的競爭力。

參考文獻：

[1] 胡仁喜.Autodesk Inventor 2014基礎培訓教程[M].北京:電子工業出版社，2014.

[2] 馮偉，陳伯雄.Inventor-iLogic程序設計解析與實戰[M].北京:化學工業出版社，2014.