探析矿物加工机械三维立体模型技术的应用及发展

王木星 孙艳彬

摘 要：文章从图纸功能拓展、有限元计算、机械运行分析三个角度入手，分析了矿物加工机械三维立体模型技术的应用表现;结合虚拟现实交叉技术与3D打印技术两个方面，阐述了矿物加工机械三维立体模型技术的发展前景。

关键词：矿物加工机械;三维模型;制图设计

引言：近几年来，受惠于我国现代信息技术与机械制造业的蓬勃发展，矿物加工机械领域与三维立体模型技术的融合程度不断提高，各类软件平台、建模技术也越来越专业化、针对化，为矿物加工机械相关的科研、设计、制造、应用、教育等工作提供了极大便利。

一、矿物加工机械三维立体模型技术的应用表现

（一）三维立体模型技术在图纸功能拓展中的应用

在三维立体模型技术在矿物加工机械领域的应用初期，相关SD软件的开发与主体多为科研单位，且表现出明显的局限性、粗放性技术应用特点。由于技术功能相对简单，相关人员只能用软件进行简单零部件的绘制设计，或通过三维模型大致评估图纸中各零件结构之间的关联与冲突情况，再将立体的三维模型转化为平面的加工图纸，为后续矿物加工机械的制造活动提供基础依据。在此阶段中，三维立体模型技术在制度设计工作中的角色定位较为单一，即全程人工控制的绘图工具，模型内容、机械零件的尺寸、形状、序号、大小等参数信息，都需要设计人员凭感觉进行设置与调整[1]。

2005年以后，三维立体模型技术在我国矿物加工机械领域中已保有了一定的应用经验，相关科研单位、制造企业经过几年的研究与实践，在掌握模型技术工艺方法、建立模型技术操作规范的基础上，摸索出了技术功能的新方向——图像演示。与传统中平面化的设计图纸相比，三维立体模型更能多角度、直观化地呈现矿物加工机械的结构样貌，不仅有助于设计、制造、技术等加工机械应用人员更顺畅地进行沟通交流，促进加工机械制图质量的不断提升，也能使非专业人员形成对矿物加工机械的充分认知，从而推动矿物加工机械影响面与市场规模的扩大。在此背景下，越来越多的技术装备企业与设备制造企业将三维立体模型技术应用到市场营销与产品宣传当中，为企业与工矿单位的顺利合作提供了极大助推。

除此之外，基于三维立体模型技术在矿物加工机械制图设计中的优越表现，其在推动产品宣传、促进企业合作的同时，也在会议报告、学校教育等领域中展现出了高水平的应用价值。例如，在传统的学校教育模式下，学生只能根据图纸资料与自身想象，对香蕉型振动筛的实际形态产生模糊认知。而在三维立体模型技术的支持下，学生可通过计算机设备对香蕉型振动筛的立体模型进行旋转、缩放、拆分等灵活处理，从而获得如吊机提升一般的机械设备观察体验，极大提高学生设备认知与制图学习的效率与质量。

（二）三维立体模型技术在有限元计算中的应用

有限元计算是矿物加工机械设计中经常用到的工作方法，其主要是将机械设备的整体系统拆分成有限个单元体，再对各个单元体实施针对性的数学运算与力学分析，从而获得相应的最优解。最后，再将最优解下的单元体按合理结构重新联系起来，得到设备系统整体的高质量设计方案。将三维立体模型技术应用到矿物加工机械的有限元计算当中，可使相关人员更加直观地了解各单元体在拆分与组合过程中模态特性。以大型香蕉型振动筛的设计为例：

由于大型香蕉型振动筛的自重较大，其结构本身的固有振动频率必然较低，若振动筛在运行过程中出现结构共振的问题，其固有振动频率将会对各阶段的工作振动頻率产生影响，进而降低大型香蕉型振动筛的工作质量。此时，利用三维立体模型技术对大型香蕉型振动筛进行有限元模态分析，可应用三种计算方法：（1）将振动筛的运行系统分为运行结构、固有频率、工作频率等单元，在保持结构不变的基础上，对固有频率进行计算，从而对工作频率进行调整，使其避开固有频率的影响范围;（2）保持振动筛的工作频率不断，通过修改三维模型参数对振动筛的运行结构进行调整，以改变其固有频率;（3）不断进行模型调整与运行模拟，对振动筛的结构、频率进行全面调整，进而选择出设备工作质量最佳的设计方案。

在此过程中，三维立体模型可为有限元计算提供出高水平的直观显示、量化数据、工况模拟等功能支持，为矿物加工机械的设计活动符合机械振动理论、获得最优方案成果提供保障。

（三）三维立体模型技术在机械运行分析中的应用

现阶段，业内主要应用ADAMS机械动力学自动分析系统这一三维立体模型技术软件进行矿物加工机械的运行模拟与工况分析，以此为相关人员的方案改动、工艺调整提供前瞻性、实用性的可靠依据。

以反共振振动筛这一矿物加工机械为例，在传统时期，相关人员只有制造后才能对振动筛结构中各弹簧组、运动副的工作效果与力学特性进行检验，并据此实施相应的设备维修工作。而在应用三维立体模型技术及其ADAMS软件平台后，振动筛的性能检验与结构调整可在实际制造前进行，从而显著提高机械设备的产出质量，降低后续的维修难度。将反共振振动筛的各项数据代入到软件平台当中，即可快速建立与实体设备一致的三维模型。在模型当中，振动筛的运动副、工作质体、螺旋弹簧、隔振弹簧、激振器等结构部分可直观呈现出来，共同构成一个联动运行、相互影响的力学模型整体。基于此，相关人员输入一定频率的正弦激振力数据，即可观察到振动筛上质体与下质体的振动幅度与各弹簧组的变化状态。在应用不同频率激振力对三维模型进行多次模拟处理后，相关人员即可通过模拟试验数据的比对分析，确定反共振振动筛运行中标准化的相位、振幅以及反共振频率，进而实现振动筛工况点的合理选取。

由此可见，在机械运行分析的应用中，三维立体模型技术可促成设备力学性能分析的静态变动态、定性变定量、抽象变直观，并构建出高真实性的设备运行场景。

二、矿物加工机械三维立体模型技术的发展前景

随着人们技术应用观念的创新变革，机械行业对三维模型的信息呈现能力与生产力转化能力提出了新的要求，促使矿物加工机械三维立体模型技术向更加综合化、创新化的应用方向发展，主要表现在以下两个方面：

第一，向虚拟现实交叉技术的应用方向发展。虚拟现实交叉技术是一个较大的技术范畴，其包括3D投影技术、全息成像技术、虚拟现实技术等。从本质上来讲，这些技术的研究与应用，都是为了突破计算机界面的虚拟环境限制，将三维模型直接投放到真实环境当中。随着虚拟现实交叉技术的应用发展，相关人员可对矿物机械加工模型实施出全视角、沉浸式的观察，从而获得更加便捷、优质的技术体验[2]。

第二，向3D打印技术的应用方向发展。3D打印技术以三维立体模型技术为基础，其主要通过逐层打印的方式，利用可粘合材料将三维模型图转化为实物。现阶段，国内外相关专家学者、技术人员均投入到了3D打印技术的研究实践当中，并取得了成型机设备、成型材料、分层制造工艺、3D成型学理论等多方面的突破性成果。随着3D打印技术体系的不断成熟与推广，矿物加工机械的设计、制造、研究、教育等领域势必会实现变革性的巨大发展。

三、结论

总而言之，将三维立体模型技术应用到矿物加工机械领域当中，促进了机械设计、制造、维修、教育、营销等多方面工作模式的变革，为相关人员提供出了更加直观化、立体化、动态化的信息资源。同时，随着三维立体模型技术的研究进步，其对矿物加工机械领域的带动作用还将不断增强，为我国机械行业、工矿产业的发展提供不竭动力支持。

参考文献：

[1]时间.如何有效提升选矿机械的工作效率分析[J].世界有色金属，2019（07）：35+37.

[2]于文松.3D打印技术在社会生产实践中的应用[J].科学咨询（科技？管理），2018（12）：165.

作者简介：

王木星（1991-）男，吉林省辽源市人，本科，现任助理工程师，研究方向：矿物加工工程设计。