CAXA数码大方-CAD软件-PLM系统-数字化转型-三维CAD-PDF转CAD

學(xué)院簡(jiǎn)介

煤炭科學(xué)研究總院太原分院是按照國(guó)家科技體制改革的方針政策首批轉(zhuǎn)制的科技型企業(yè)，是原中國(guó)煤炭工業(yè)部建立的大型專業(yè)科研開發(fā)單位之一。太原分院是專門從事煤炭工業(yè)用采煤、掘進(jìn)、輸送、支護(hù)等煤礦井下機(jī)電成套設(shè)備及其元部件的開發(fā)研制單位。太原分院建院近四十年來，承擔(dān)過國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目３９３項(xiàng)，共取得國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平以上的科研成果２１５項(xiàng)，獲得國(guó)家級(jí)、省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)８１項(xiàng)，批準(zhǔn)授權(quán)的專利３０余項(xiàng) 。開創(chuàng)了中國(guó)煤炭開采設(shè)備的十?dāng)?shù)個(gè)第一臺(tái)。太原分院現(xiàn)有職工692人，其中研究員和教授級(jí)高工35人，高級(jí)工程師206人，現(xiàn)設(shè)有科技產(chǎn)業(yè)中心、掘進(jìn)機(jī)公司、神東創(chuàng)新基地、機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)中心等一批科研型產(chǎn)業(yè)體，分院還擁有4個(gè)大型試驗(yàn)室和產(chǎn)業(yè)基地，成為以采、掘、運(yùn)、支為主導(dǎo)、專業(yè)配套的、具有較強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的新型企業(yè)。

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)立項(xiàng)背景和目的

當(dāng)前，我國(guó)煤礦由于一井一面采煤方法的普遍采用，其開采速度大大加快，因而帶來采掘機(jī)械化比例失調(diào)的矛盾更加突出。特別是易采的中厚煤層資源日益減少，而薄煤層的開采比例逐年增加，在全部采準(zhǔn)巷道中,半煤巖巷的比例已經(jīng)達(dá)到25%，但這些巷道中的90%仍舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差。

目前，我國(guó)大部分局、礦使用的幾種主要機(jī)型多是上世紀(jì)六、七十年代設(shè)計(jì)的，這些老產(chǎn)品設(shè)計(jì)陳舊過時(shí)、元部件可靠性差、開機(jī)率低、維護(hù)量大，而且機(jī)重偏輕、截割功率較小、過斷層和截割巖石的能力差，僅適合在煤巷中使用,因此急待開發(fā)研制綜合性能好、適應(yīng)范圍廣的新型掘進(jìn)機(jī)，來解決掘進(jìn)機(jī)更新?lián)Q代的問題，緩解采掘比例失調(diào)的緊張局面。

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)是針對(duì)半煤巖巷、巖石硬度為≤60MPa的地質(zhì)條件立項(xiàng)的，它研究?jī)?nèi)容的核心是提高中型機(jī)的破巖能力、工作穩(wěn)定性、可靠性和效率，擴(kuò)大它的適用范圍，以保證該機(jī)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

摘要

以EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)為例介紹了CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件在掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并著重介紹了CAXA三維建模對(duì)加速掘進(jìn)機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本所起的重要作用。

關(guān)鍵詞 CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì) 功能特征 設(shè)計(jì)過程 掘進(jìn)機(jī) 應(yīng)用

引言

掘進(jìn)機(jī)是煤炭科學(xué)研究總院太原分院的主導(dǎo)產(chǎn)品。通常，由于掘進(jìn)機(jī)機(jī)型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且缺乏先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，使得掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，一般需用半年左右或者更長(zhǎng)的時(shí)間。EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)是我分院2001年開發(fā)設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品，由于在設(shè)計(jì)中廣泛采用了CAD輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是首次應(yīng)用了CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，因而有效地縮短了設(shè)計(jì)周期，從方案設(shè)計(jì)到交付生產(chǎn)圖紙僅用了3個(gè)月的時(shí)間。

CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介

CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件是分院于2001年引進(jìn)的全中文可視化三維設(shè)計(jì)軟件。它提供從二維到三維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，幫助完成產(chǎn)品的概念、外觀、總體、結(jié)構(gòu)和零部件設(shè)計(jì)等功能。CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)具有友好的設(shè)計(jì)界面（如圖1所示）和清晰簡(jiǎn)單的操作，我們不必學(xué)習(xí)大量的抽象概念和掌握變化多端的專門技能，就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)。

CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件界面

CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)完成的掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)效果圖

CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件中掘進(jìn)機(jī)框架圖

CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)在EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.方案設(shè)計(jì)

在簽定產(chǎn)品開發(fā)合同后，往往需組織多次方案討論會(huì)。按以往的方式，主管工程師需準(zhǔn)備大量的設(shè)計(jì)方案圖，并提供計(jì)算書供大家討論，經(jīng)過論證、修改、再論證的多次反復(fù)，方案才能最后定稿。在EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省方案設(shè)計(jì)和方案匯報(bào)的周期，我們把由CAXA三維實(shí)體軟件設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)樣機(jī)模型以及開目CAD輔助設(shè)計(jì)軟件繪制的零部件二維圖形，儲(chǔ)存于電腦中，供方案討論調(diào)用。在現(xiàn)場(chǎng)討論會(huì)上，根據(jù)與會(huì)者的要求，我們將每一個(gè)結(jié)構(gòu)、每一層裝配關(guān)系都清晰、直觀地顯示了出來，并在討論會(huì)當(dāng)場(chǎng)作出修改后的模擬顯示，以及需增加的零件模型和裝配關(guān)系，保證了修改后結(jié)構(gòu)的合理性和準(zhǔn)確性。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程圖的繪制

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)中使用了相當(dāng)數(shù)量的各種標(biāo)準(zhǔn)件，在傳統(tǒng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)繪制過程中，這無疑將耗去設(shè)計(jì)者大量的精力。在應(yīng)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件后，由于它提供豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（如圖2），包括螺釘、螺栓、螺母、墊圈、銷釘、鍵、滾動(dòng)軸承、彈性密封件、鋼型材以及齒輪、板金的設(shè)計(jì)等,同時(shí)提供各種標(biāo)準(zhǔn)查詢、搜索和添加與預(yù)覽功能，在完成零件的三維設(shè)計(jì)后，通過布局圖輸出符合國(guó)標(biāo)的二維工程圖，因而極大地方便了掘進(jìn)機(jī)零部件設(shè)計(jì)過程，使設(shè)計(jì)人員可以將更多的精力用在創(chuàng)造性構(gòu)思上。

 CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

在EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)機(jī)架和裝載鏟板體等結(jié)構(gòu)件等設(shè)計(jì)過程中，就引入了CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的裝配設(shè)計(jì)。

圖3所示，是利用CAXA軟件設(shè)計(jì)的EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)機(jī)架三維模型，它直觀的將設(shè)計(jì)者的意圖反映出來，可以很方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及干涉檢查、物性計(jì)算、零件列表等其它工作，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖3 EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)機(jī)架

圖4所示的是EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)的鏟尖。以前它是鑄件，由于批量小、成本高，且工序多、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，所以改成了焊接組件。改動(dòng)過程中，由于側(cè)板設(shè)計(jì)形狀復(fù)雜，一般的設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)不夠準(zhǔn)確，采用CAXA設(shè)計(jì)，首先建立板件模型，通過修改符合設(shè)計(jì)要求后，輸出二維布局，轉(zhuǎn)換至我們熟悉的二維繪圖工具，完成準(zhǔn)確的二維工程圖。

（a）原鑄造鏟尖                       (b) 改焊接件后CAXA簡(jiǎn)易模型

(c) 形狀復(fù)雜的側(cè)板

圖4  CAXA在鏟尖改型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

裝配圖冊(cè)作為一種工藝指導(dǎo)性文件，是對(duì)操作者進(jìn)行規(guī)范化的指導(dǎo)性文件。運(yùn)用CAXA完成具有獨(dú)立功能的部件模型，按照裝配順序，以爆炸圖方式，并標(biāo)注裝配要求與工序控制以及零件的圖號(hào)和數(shù)量完成的裝配工藝書，具有規(guī)范的格式、清晰的視圖、詳細(xì)的工藝要求，給人們耳目一新的感覺。圖5是掘進(jìn)機(jī)截割部懸臂段的三維爆炸模型。

圖5 掘進(jìn)機(jī)截割部懸臂段裝配爆炸圖

3.快速變型設(shè)計(jì)

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)主要用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)。由于各個(gè)礦區(qū)井下地質(zhì)條件不同，為滿足不同客戶的要求以及增強(qiáng)產(chǎn)品自身的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)能力，產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)，便成為一項(xiàng)經(jīng)常性工作。在已建立掘進(jìn)機(jī)數(shù)字樣機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)客戶的不同要求、或修改、或增加、或刪除各種結(jié)構(gòu)和零部件。基于參數(shù)化建模的CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，能夠更快速、更經(jīng)濟(jì)地完成所要進(jìn)行的工作，它的裝配檢查，也可避免以往變型設(shè)計(jì)中容易產(chǎn)生的碰撞等不合理結(jié)構(gòu)，使變型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更趨完美。

4.輔助產(chǎn)品宣傳

利用CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的高級(jí)渲染功能，我們把已經(jīng)設(shè)計(jì)出的EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)各零部件模型，輸出成具有照片級(jí)真實(shí)感的效果圖，在各煤礦現(xiàn)場(chǎng)向客戶和供貨商宣傳中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，起到了很好的效果，并且免去了以往利用技術(shù)圖紙進(jìn)行產(chǎn)品描述所帶來的不便。

截齒剖切圖                                      截割頭

連接                          掘進(jìn)機(jī)

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)推廣應(yīng)用效果

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)自2002年5月鑒定以來，已推廣應(yīng)用36臺(tái)。先后在平頂山煤業(yè)集團(tuán)、潞安礦業(yè)集團(tuán)、神東煤炭有限責(zé)任公司、兗州礦業(yè)集團(tuán)、汾西煤業(yè)集團(tuán)、晉城王坡等煤礦使用。已累計(jì)進(jìn)尺近50000米，最高日進(jìn)尺35米，最高月進(jìn)尺650米，曾連續(xù)切割巖石硬度為50～60MPa的全巖巷道400米，證明該機(jī)真正具備可經(jīng)濟(jì)切割≤60MPa半煤巖巷能力。EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)因其優(yōu)良的性能和高可靠性已得到用戶的一致肯定，正在逐步占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

截止2003年10月，該項(xiàng)目共實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1.935億元，其中新增利潤(rùn)6819萬元，新增稅收3289.5萬元。

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)是在研究國(guó)內(nèi)外同類機(jī)型的基礎(chǔ)上研制出的新一代國(guó)產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)，該機(jī)的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)綜掘機(jī)械的研究制造水平邁上了一個(gè)新臺(tái)階，對(duì)提高我國(guó)綜掘機(jī)械化程度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及緩解采掘比例失調(diào)具有積極的促進(jìn)作用，為我國(guó)煤礦中型斷面煤及半煤巖巷的掘進(jìn)機(jī)械化提供了理想的換代機(jī)型。

單頭掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品

雙頭掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品

結(jié)束語

EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)2002年5月通過了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)鑒定，專家一致認(rèn)為：EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)在總體設(shè)計(jì)、適應(yīng)性、可靠性上達(dá)到了同類產(chǎn)品的國(guó)際先進(jìn)水平。它的研制成功，為我國(guó)煤礦中型斷面煤及半煤巖巷掘進(jìn)機(jī)械化提供了理想的換代機(jī)型。

CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，對(duì)縮短掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本起到了重要作用，是支持企業(yè)增強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的強(qiáng)有力的手段。同時(shí)也為我分院設(shè)計(jì)人員更新設(shè)計(jì)觀念和推廣先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)手段作了有效的嘗試。