大型矿用挖掘机工作装置参数化设计的研究

摘要

大型矿用挖掘机主要应用于露天矿开采作业中，具有高产量、高速度、高效能等优点。随着我国大量露天矿藏的开采，尤其是内蒙古最近几年不断有大量的露天煤矿投入生产，大型矿用挖掘机的需求量逐年攀升。因此，设计和生产大容量的矿用挖掘机，是摆在我国重型机械制造企业面前的首要任务之一。长期以来，我国的重型机械制造企业，为了增大挖掘机的容量，在原有机型的基础上，采用类比的方法设计出新的产品。这种设计方法虽然用时短，速度快，但对一些关键零部件缺少精确地分析和计算，设计结果的盲目性较大。随着现代设计方法和手段的广泛采用，设计部门早已将先进的建模软件和分析系统应用于产品的设计中。然而，对于设计人员来说，针对某一零件、部件或整机的设计建模和分析是不成问题的，现在已经能做到相当熟练的程度，但在此基础上若要进行改型设计就需要重新建模分析。这就需要设计人员进行大量的重复性工作，不仅浪费了大量的时间还容易出错。这种研制方式成本高、周期长，产品更新换代的速度慢，难以适应变化快速的市场需求，所以在大型矿用挖掘机的生产中急需一种新的研发模式。
　　本文主要以太原重工股份有限公司自主研发的WK-75大型矿用挖掘机工作装置为研究对象，以UG为平台建立矿用挖掘机工作装置参数化模型模板，利用Visual Studio2010集成开发环境对UG软件和ANSYS软件进行二次开发。实现了WK系列矿用挖掘机工作装置的设计分析数字化、自动化，完成了大型矿用挖掘机设计分析平台的建立。
　　首先，利用UG的参数化设计模块WAVE的部件间关联复制几何体特性建立了基于装配级的工作装置参数化模型，该模型分为控制结构装配和产品装配两个部分，通过少量的全局参数来控制整个装配体的结构，当控制结构的关键尺寸修改后，产品装配的各零部件自动更新，避免了零部件重复设计的浪费。利用UG的可重用模板设计工具PTS建立了基于工作装置的产品模板，通过PTS的无代码交互式对话框设计功能轻松的制作了包括数据输入、图片输入和选择框等要素的用户操作界面。
　　其次，基于Visual Studio2010集成开发环境，利用二次开发工具UG/OPEN API、MenuScript、UIStyler等设计了工作装置设计分析平台，该平台包括调用界面、菜单、文件管理模块、接口模块、ANSYS分析模块和工程图模块等。调用界面用于启动UG并注册菜单环境变量;菜单通过回调函数的方式可以调用文件管理、接口等模块;文件管理模块用于管理工作装置参数化模型文件;接口模块用于调用ANSYS分析模块及获取分析用模型参数;ANSYS分析模块可以完成载荷、属性等参数输入及自动划分网格、自动施加载荷、自动分析等功能;工程图模块可以实现工程图的智能化出图。
　　本文通过建立大型矿用挖掘机设计分析平台，一定程度上提高了挖掘机设计研发的效率，实现了从设计到分析的自动化，不仅节省了设计人员大量的重复性劳动，而且增加了设计过程的稳定性。
　　本研究课题为国家863项目的子课题，是太原重工股份有限公司的委托项目。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 大型矿用机械式挖掘机概述

1．2 机械式矿用挖掘机工作装置研究现状

1．3 参数化技术的应用及其发展

1．4 CAD软件二次开发的意义

1．5 本论文的主要工作

第二章 大型矿用挖掘机工作装置结构分析

2．1 大型矿用挖掘机简介

2．2 矿用挖掘机主要部件简介

2．2．1 前端工作机构的重要部件

2．2．2 前端工作机构的工作方式

2．3 本章小结

第三章 基于UG的工作装置参数化设计

3．1 UG软件概述

3．2 UG参数化工具

3．2．1 UG／WAVF

3．2．2 UG／PTS

3．2．3 表达式功能

3．3 基于动臂的参数化系统的设计

3．3．1 动臂结构分析

3．3．2 基于UG／WAVE的参数化设计

3．3．4 基于PTS的产品模板的建立

3．4 本章小结

第四章 大型矿用挖掘机设计分析平台的建立

4．1 VC简介

4．2 UG二次开发工具

4．2．1 UG／Open API

4．2．2 UG／OPEN UIStyler

4．2．3 UG／OPEN MenuScript

4．3 ANSYS二次开发

4．3．1 APDL语言

4．3．2 UIDL语言

4．3．3 宏命令

4．4 设计分析平台的建立

4．4．1 调用界面的设计

4．4．2 菜单文件的制作

4．4．3 文件管理模块的设计

4．4．4 接口模块的设计

4．4．5 ANSYS分析模块的设计

4．4．6 工程图模块的设计

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文