探析礦物加工機械三維立體模型技術的應用及發展

王木星 孫艷彬

摘 要：文章從圖紙功能拓展、有限元計算、機械運行分析三個角度入手，分析了礦物加工機械三維立體模型技術的應用表現;結合虛擬現實交叉技術與3D打印技術兩個方面，闡述了礦物加工機械三維立體模型技術的發展前景。

關鍵詞：礦物加工機械;三維模型;制圖設計

引言：近幾年來，受惠于我國現代信息技術與機械制造業的蓬勃發展，礦物加工機械領域與三維立體模型技術的融合程度不斷提高，各類軟件平臺、建模技術也越來越專業化、針對化，為礦物加工機械相關的科研、設計、制造、應用、教育等工作提供了極大便利。

一、礦物加工機械三維立體模型技術的應用表現

（一）三維立體模型技術在圖紙功能拓展中的應用

在三維立體模型技術在礦物加工機械領域的應用初期，相關SD軟件的開發與主體多為科研單位，且表現出明顯的局限性、粗放性技術應用特點。由于技術功能相對簡單，相關人員只能用軟件進行簡單零部件的繪制設計，或通過三維模型大致評估圖紙中各零件結構之間的關聯與沖突情況，再將立體的三維模型轉化為平面的加工圖紙，為后續礦物加工機械的制造活動提供基礎依據。在此階段中，三維立體模型技術在制度設計工作中的角色定位較為單一，即全程人工控制的繪圖工具，模型內容、機械零件的尺寸、形狀、序號、大小等參數信息，都需要設計人員憑感覺進行設置與調整[1]。

2005年以后，三維立體模型技術在我國礦物加工機械領域中已保有了一定的應用經驗，相關科研單位、制造企業經過幾年的研究與實踐，在掌握模型技術工藝方法、建立模型技術操作規范的基礎上，摸索出了技術功能的新方向——圖像演示。與傳統中平面化的設計圖紙相比，三維立體模型更能多角度、直觀化地呈現礦物加工機械的結構樣貌，不僅有助于設計、制造、技術等加工機械應用人員更順暢地進行溝通交流，促進加工機械制圖質量的不斷提升，也能使非專業人員形成對礦物加工機械的充分認知，從而推動礦物加工機械影響面與市場規模的擴大。在此背景下，越來越多的技術裝備企業與設備制造企業將三維立體模型技術應用到市場營銷與產品宣傳當中，為企業與工礦單位的順利合作提供了極大助推。

除此之外，基于三維立體模型技術在礦物加工機械制圖設計中的優越表現，其在推動產品宣傳、促進企業合作的同時，也在會議報告、學校教育等領域中展現出了高水平的應用價值。例如，在傳統的學校教育模式下，學生只能根據圖紙資料與自身想象，對香蕉型振動篩的實際形態產生模糊認知。而在三維立體模型技術的支持下，學生可通過計算機設備對香蕉型振動篩的立體模型進行旋轉、縮放、拆分等靈活處理，從而獲得如吊機提升一般的機械設備觀察體驗，極大提高學生設備認知與制圖學習的效率與質量。

（二）三維立體模型技術在有限元計算中的應用

有限元計算是礦物加工機械設計中經常用到的工作方法，其主要是將機械設備的整體系統拆分成有限個單元體，再對各個單元體實施針對性的數學運算與力學分析，從而獲得相應的最優解。最后，再將最優解下的單元體按合理結構重新聯系起來，得到設備系統整體的高質量設計方案。將三維立體模型技術應用到礦物加工機械的有限元計算當中，可使相關人員更加直觀地了解各單元體在拆分與組合過程中模態特性。以大型香蕉型振動篩的設計為例：

由于大型香蕉型振動篩的自重較大，其結構本身的固有振動頻率必然較低，若振動篩在運行過程中出現結構共振的問題，其固有振動頻率將會對各階段的工作振動頻率產生影響，進而降低大型香蕉型振動篩的工作質量。此時，利用三維立體模型技術對大型香蕉型振動篩進行有限元模態分析，可應用三種計算方法：（1）將振動篩的運行系統分為運行結構、固有頻率、工作頻率等單元，在保持結構不變的基礎上，對固有頻率進行計算，從而對工作頻率進行調整，使其避開固有頻率的影響范圍;（2）保持振動篩的工作頻率不斷，通過修改三維模型參數對振動篩的運行結構進行調整，以改變其固有頻率;（3）不斷進行模型調整與運行模擬，對振動篩的結構、頻率進行全面調整，進而選擇出設備工作質量最佳的設計方案。

在此過程中，三維立體模型可為有限元計算提供出高水平的直觀顯示、量化數據、工況模擬等功能支持，為礦物加工機械的設計活動符合機械振動理論、獲得最優方案成果提供保障。

（三）三維立體模型技術在機械運行分析中的應用

現階段，業內主要應用ADAMS機械動力學自動分析系統這一三維立體模型技術軟件進行礦物加工機械的運行模擬與工況分析，以此為相關人員的方案改動、工藝調整提供前瞻性、實用性的可靠依據。

以反共振振動篩這一礦物加工機械為例，在傳統時期，相關人員只有制造后才能對振動篩結構中各彈簧組、運動副的工作效果與力學特性進行檢驗，并據此實施相應的設備維修工作。而在應用三維立體模型技術及其ADAMS軟件平臺后，振動篩的性能檢驗與結構調整可在實際制造前進行，從而顯著提高機械設備的產出質量，降低后續的維修難度。將反共振振動篩的各項數據代入到軟件平臺當中，即可快速建立與實體設備一致的三維模型。在模型當中，振動篩的運動副、工作質體、螺旋彈簧、隔振彈簧、激振器等結構部分可直觀呈現出來，共同構成一個聯動運行、相互影響的力學模型整體。基于此，相關人員輸入一定頻率的正弦激振力數據，即可觀察到振動篩上質體與下質體的振動幅度與各彈簧組的變化狀態。在應用不同頻率激振力對三維模型進行多次模擬處理后，相關人員即可通過模擬試驗數據的比對分析，確定反共振振動篩運行中標準化的相位、振幅以及反共振頻率，進而實現振動篩工況點的合理選取。

由此可見，在機械運行分析的應用中，三維立體模型技術可促成設備力學性能分析的靜態變動態、定性變定量、抽象變直觀，并構建出高真實性的設備運行場景。

二、礦物加工機械三維立體模型技術的發展前景

隨著人們技術應用觀念的創新變革，機械行業對三維模型的信息呈現能力與生產力轉化能力提出了新的要求，促使礦物加工機械三維立體模型技術向更加綜合化、創新化的應用方向發展，主要表現在以下兩個方面：

第一，向虛擬現實交叉技術的應用方向發展。虛擬現實交叉技術是一個較大的技術范疇，其包括3D投影技術、全息成像技術、虛擬現實技術等。從本質上來講，這些技術的研究與應用，都是為了突破計算機界面的虛擬環境限制，將三維模型直接投放到真實環境當中。隨著虛擬現實交叉技術的應用發展，相關人員可對礦物機械加工模型實施出全視角、沉浸式的觀察，從而獲得更加便捷、優質的技術體驗[2]。

第二，向3D打印技術的應用方向發展。3D打印技術以三維立體模型技術為基礎，其主要通過逐層打印的方式，利用可粘合材料將三維模型圖轉化為實物。現階段，國內外相關專家學者、技術人員均投入到了3D打印技術的研究實踐當中，并取得了成型機設備、成型材料、分層制造工藝、3D成型學理論等多方面的突破性成果。隨著3D打印技術體系的不斷成熟與推廣，礦物加工機械的設計、制造、研究、教育等領域勢必會實現變革性的巨大發展。

三、結論

總而言之，將三維立體模型技術應用到礦物加工機械領域當中，促進了機械設計、制造、維修、教育、營銷等多方面工作模式的變革，為相關人員提供出了更加直觀化、立體化、動態化的信息資源。同時，隨著三維立體模型技術的研究進步，其對礦物加工機械領域的帶動作用還將不斷增強，為我國機械行業、工礦產業的發展提供不竭動力支持。

參考文獻：

[1]時間.如何有效提升選礦機械的工作效率分析[J].世界有色金屬，2019（07）：35+37.

[2]于文松.3D打印技術在社會生產實踐中的應用[J].科學咨詢（科技？管理），2018（12）：165.

作者簡介：

王木星（1991-）男，吉林省遼源市人，本科，現任助理工程師，研究方向：礦物加工工程設計。