MG450/1100-WD电牵引采煤机摇臂虚拟样机建模及运动仿真

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）

MG450/1100-WD电牵引采煤机摇臂虚拟样机建模及运动仿真

吕宏伟 王润溥

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）

本研究对MG450（400）/1100（930）-WD采煤机摇臂采用Creo进行精确虚拟样机建模及运动仿真分析，主要包括复杂铸造壳体、齿轮组及行星传动机构的建模，在建模后按齿轮副关系进行组装和运动仿真。通过精确的虚拟样机建模和运动仿真，可直观观察模型及运动状态，并检验图纸设计中的壳体、齿轮组及行星传动机构的尺寸，杜绝出现干涉、错位等问题，可使样机减少试制成本，提早进入市场，带来经济效益。

采煤机摇臂；Creo精确虚拟样机建模；Creo精确虚拟样机运动仿真

MG450（400）/1100（930）-WD采煤机是一种多电机驱动，电机横向布置，变频调速无链双驱动电牵引采煤机。总装机功率1100（930）kW ，电压3300V。该机机身短，机面矮，适用于工作面倾角≤35°的综采工作面。该机摇臂主要由铸造壳体、齿轮组及行星传动机构组成。在产品研发过程中建立精确的虚拟样机模型，并进行运动仿真分析，然后绘制二维图纸，极大的减少设计失误，进而避免由设计产生的问题带来的样机试制成本，同时减少样机研制周期，加快研制速度，使设备能更早的投入市场，带来经济效益。

1 采煤机摇臂建模

Creo是一个整合Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView三大软件并重新分发的新型CAD设计软件包，针对不同的任务应用将采用更为简单化子应用的方式，所有子应用采用统一的文件格式。在虚拟样机建模过程中使用Pro/ ENGINEER模块进行参数化建模。

1.1 采煤机摇臂壳体建模

如图1，采煤机壳体模型建立使用Pro/ENGINEER模块拉伸旋转等功能建立，建立过程可遵循直齿轮传动中心距

图1 采煤机壳体组件模型

图2 渐开线方程

图3 渐开线曲面阵列

图4 参数关系

图5 行星传动组件

建立参数化模型，如随后有修改，修改参数模型即可随之改动。然后在组件模式下创建水道焊接板，利用壳体水道特征为参考，使焊接板可随水道的变化相继变化，最后组装接头等，其他元器件，直至模型建立完成。

1.2 采煤机渐开线直齿圆柱齿轮及内花键建模

如图2中渐开线方程，以基圆为基准创建渐开线曲线，利用拉伸功能创建渐开线齿面曲面，然后很据分度圆建立渐开线曲面阵列如图3所示。去除多余曲面，实体化得到齿轮模型。

齿轮中渐开线内花键创建过程同渐开线直齿圆柱齿轮，不同之处在于压力角由20°改为30°即可。

在模型中建立参数化输入输出参数，并建立参数关系关系。参数关系如图4所示。

输入参数齿轮为：齿数z、模数m、齿宽b、变为系数x和齿顶高变动系数y。

输入参数内花键为：齿数z、模数m、齿宽b。

参数化完成后，其他齿轮可输入相关参数生成，不必从开始建立，极大地提高建模效率。同时，所建立的模型精确，与加工制造实物差别仅为刀具及工艺加工形成的误差。

1.3 行星传动组件建模

行星传动组件如图5所示包括内齿圈、齿轮和花键等零部件。其建模方法参照1.2采煤机渐开线直齿圆柱齿轮及内花键建模中所述，建模并进行参数化。其过程不再赘述。

2 模型组装及运动仿真

图6 采煤机摇臂组装

图7 采煤机摇臂运动关系

2.1 模型组装

如图6所示，所有齿轮及齿轮轴组件以销轴方式安装于壳体上。此过程中，可直观的检验壳体、齿轮、齿轮轴等零部件尺寸是否干涉或尺寸错误。

2.2 运动仿真

利用机构模块中齿轮连接功能，建立齿轮副关系。依次选取配对齿轮的齿轮轴，并输入对应齿数，确立减速比。对所有齿轮副建立齿轮副关系后，在电机轴输出齿轮上创建伺服电机输入，参数为1475rpm。

最后利用机构分析功能，输入时长及帧数，即可完成运动仿真，并形成动画，方便多次观察，检验。

3 虚拟样机建立作用及意义

由于采煤机摇臂虚拟样机是全参数化虚拟样机，在设计过程中对模型进行简单的参数输入即可完成设计的改进和优化，极大地提高了设计效率和精确度。并且在以虚拟样机核对二维图纸，发现了在二维图纸中不宜发现的设计错误，其中包括壳体与齿轮干涉及齿轮参数不合理等问题。因此为实物样机试制减少了制造周期，提高了一次成功率，进而加快了采煤机整机的研制进度，减少了制造成本，可使采煤机提前进入市场，为企业提早创造经济效益。

虚拟样机设计方法在世界上已经被大多数企业认可，并广泛应用与设计及制造领域，对企业来说是创新研发过程中不可或缺的技术手段。

[1]詹友刚.Creo1.0高级应用教程[M].北京：机械工业出版社，2012，05.

[2]成大先.机械设计手册（单行本）[M].化学工业出版社，2004，01.

[3]《重型机械标准》编写委员会.重型机械标准[M].昆明：云南科技出版社，2007，11.

TD42 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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