胡孟君

(第二重型机械集团公司，四川 618013)

 

    摘  要：应用三维造型软件MDT对新产品造粒机进行了零件的三维造型、部件装配、整机装配、干涉检验模拟并形成了三维样机。同时应用运动分析软件。work modal motion对造粒机模型进行了运动仿真模拟，获得了很好的效果。

    关键词：造粒机；三维建模；运动仿真模拟

 

    1、造粒机简介

 

    造粒机是一种化工机械，用于生产塑料颗粒。它主要由启动部、简体和螺杆、料斗、齿轮泵及驱动装置、换网器、水箱和切粒单元以及一些辅助装置组成。启动部由主电机和主减速器等组成，主减速器有两根输出轴，为混料段提供驱动力，驱动双螺杆作同向旋转，在双螺杆运动过程中，将料斗进来的原料混合均匀并向前输送。双螺杆是混料段的关键部件，由两根双头螺杆和双头螺套构成，双头螺杆上有多段不同螺距的双头螺纹，并有接近椭圆阶梯状异型结构，双头螺套的螺纹则由四段不同螺距的双头螺纹构成。双螺杆的旋转运动将原料在筒体内充分混合，并送到齿轮泵前端。齿轮泵将混合料加压后送到换网器并经过滤网成型形成细条，经过切粒单元切成成品颗粒送出。

在这套设备中双头螺杆是关键部件，双头螺纹的设计和制造都有很高的技术含量。

 

    2、造粒机三维实体模型的建立

 

    2．1建模工具

    目前用于实体造型的软件较多，象CATI-A，UG，Pro／E，Ideas，Solid Edge，MDT，Inventor等都是较好的实体造型软件，其中后三者是中端产品，应用也较广。根据我们的实际情况，采用MDT作为实体造型工具，MDT基本能够满足机械产品零件造型的需要，并且它的装配功能中的干涉检验能够及时发现零件是否干涉，以确定零件设计的正确性。

    2．2零件造型

    MDT的实体造型是基于零件特征的特征造型，MDT的所有零件都可以认为是一系列特征的集合。在一个复杂零件中，从总体上来看这些特征是有序的，但同时这些特征中又有些可能是平行的，在相互平行的特征中，其顺序是可以改变的。由于不同的人对零件的理解不同，对零件特征顺序的安排也各不相同，原则上特征结构要易于理解且相对简单。

    造粒机中，有数百个零件，其中大部分是标准件。由于MDT自带了一个标准件库，象螺栓螺母等标准零件在库中都能找到，不再单独造型。对于标准部件，则只作外形上的示意。一般的零件，按照工程图尺寸，按1：1的比例建立三维实体模型。由于切粒单元和挤压段内部构件的运动是考查的重点，因此，这两处的外部零件均作剖切处理。

    2．3部件装配

    根据造粒机的功能结构特征，将启动部、简体和螺杆、齿轮泵及驱动装置、换网器、水箱和切粒单元等各部件分别组装起来，并进行零件间的干涉检验和装配尺寸检验，如发现干涉，就进行分析确定要修改的发生干涉的零件，然后返回零件造型进行修改，直至解决所有干涉问题为止。所有部件装配完成以后，将各部件进行总装，并检验部件是否发生干涉，如不发生干涉则完成装配，如有干涉则要完成与部件装配相同的步骤。

    至于装配中用到的如螺栓、螺母等标准件往往用量较大，但在模型装配中，则没有必要将这些标准件完全装入，只需装入一组能够反映出其装配关系的标准件即可。

    2．4造粒机整机装配模型

    经过多级装配，最后得到的造粒机模型如图1示：其中切粒单元放大如图2。

 

    3、造粒机运动仿真模拟

 

    前面已经建立好了造粒机模型图，现在将它调入“work modal notion”中进行运动仿真模拟，这里将根据造粒机的工作原理，添加必要的边界条件，使之运动起来。

    3．1固定构件与运动构件的约束

    虽然造粒机直接固定在基础上的构件不多，但由于装配连接的关系，其大部分构件都是不能运动的，为了简化处理和节省机时，将不能运动的构件全作固定处理，给以固定约束。

对于造粒机中的运动构件，根据设计赋予的运动形式，分别添加定轴转动，定向直线运动，运动构件间的相互固定连接等约束。

    3．2驱动条件

    造粒机中，启动部、齿轮泵及驱动装置、换网器和切粒单元都有外力驱动。其中启动部和齿轮泵及驱动装置是旋转运动，驱动方式为电机驱动，因此在此加上软件提供的电动机驱动力。换网器由液压油缸驱动，可以作往复运动，一般只在更换滤网时才有动作，液压油缸由软件提供的线性发生器模拟，其运动是间断的。切粒单元不仅有主轴与刀盘的旋转运动，同时也有轴向的运动，其轴向运动由两种驱动方式组成，一是汽缸运动，一是由手柄、蜗轮、蜗杆等组成的微调，切粒单元的旋转运动由电动机驱动，汽缸运动由线性发生器模拟。

    3．3造粒机的模拟运动状态

    将前面的约束条件和驱动条件设置好以后，就可以进行运动模拟了。经过自动分析计算，可以将运动模拟过程生成视频文件输出，随时放映。在可以见到的运动构件中，筒体和螺杆段，两根双头螺杆同向连续转动，完成原料的混合并同时向前端输送；轮泵的两个齿轮相向转动，可以输出高压混合料；换网器作往复运动，在两个极限位置时进行滤网更换；切粒单元刀盘转动完成切粒动作。

 

    4、结束语

 

    在我厂整机的运动仿真模拟是一个新课题。而造粒机的运动仿真模拟在这方面作了一次有益的尝试，取得了一定的效果。今后，设计将向真正的三维设计发展，并能同时生成数值样机，实现产品的运动模拟。

 

 

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