王木星 孫艷彬

摘 要：文章從圖紙功能拓展、有限元計算、機械運行分析三個角度入手，分析了礦物加工機械三維立體模型技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn);結(jié)合虛擬現(xiàn)實交叉技術(shù)與3D打印技術(shù)兩個方面，闡述了礦物加工機械三維立體模型技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：礦物加工機械;三維模型;制圖設(shè)計

引言：近幾年來，受惠于我國現(xiàn)代信息技術(shù)與機械制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，礦物加工機械領(lǐng)域與三維立體模型技術(shù)的融合程度不斷提高，各類軟件平臺、建模技術(shù)也越來越專業(yè)化、針對化，為礦物加工機械相關(guān)的科研、設(shè)計、制造、應(yīng)用、教育等工作提供了極大便利。

一、礦物加工機械三維立體模型技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)

（一）三維立體模型技術(shù)在圖紙功能拓展中的應(yīng)用

在三維立體模型技術(shù)在礦物加工機械領(lǐng)域的應(yīng)用初期，相關(guān)SD軟件的開發(fā)與主體多為科研單位，且表現(xiàn)出明顯的局限性、粗放性技術(shù)應(yīng)用特點。由于技術(shù)功能相對簡單，相關(guān)人員只能用軟件進行簡單零部件的繪制設(shè)計，或通過三維模型大致評估圖紙中各零件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)與沖突情況，再將立體的三維模型轉(zhuǎn)化為平面的加工圖紙，為后續(xù)礦物加工機械的制造活動提供基礎(chǔ)依據(jù)。在此階段中，三維立體模型技術(shù)在制度設(shè)計工作中的角色定位較為單一，即全程人工控制的繪圖工具，模型內(nèi)容、機械零件的尺寸、形狀、序號、大小等參數(shù)信息，都需要設(shè)計人員憑感覺進行設(shè)置與調(diào)整[1]。

2005年以后，三維立體模型技術(shù)在我國礦物加工機械領(lǐng)域中已保有了一定的應(yīng)用經(jīng)驗，相關(guān)科研單位、制造企業(yè)經(jīng)過幾年的研究與實踐，在掌握模型技術(shù)工藝方法、建立模型技術(shù)操作規(guī)范的基礎(chǔ)上，摸索出了技術(shù)功能的新方向——圖像演示。與傳統(tǒng)中平面化的設(shè)計圖紙相比，三維立體模型更能多角度、直觀化地呈現(xiàn)礦物加工機械的結(jié)構(gòu)樣貌，不僅有助于設(shè)計、制造、技術(shù)等加工機械應(yīng)用人員更順暢地進行溝通交流，促進加工機械制圖質(zhì)量的不斷提升，也能使非專業(yè)人員形成對礦物加工機械的充分認知，從而推動礦物加工機械影響面與市場規(guī)模的擴大。在此背景下，越來越多的技術(shù)裝備企業(yè)與設(shè)備制造企業(yè)將三維立體模型技術(shù)應(yīng)用到市場營銷與產(chǎn)品宣傳當中，為企業(yè)與工礦單位的順利合作提供了極大助推。

除此之外，基于三維立體模型技術(shù)在礦物加工機械制圖設(shè)計中的優(yōu)越表現(xiàn)，其在推動產(chǎn)品宣傳、促進企業(yè)合作的同時，也在會議報告、學(xué)校教育等領(lǐng)域中展現(xiàn)出了高水平的應(yīng)用價值。例如，在傳統(tǒng)的學(xué)校教育模式下，學(xué)生只能根據(jù)圖紙資料與自身想象，對香蕉型振動篩的實際形態(tài)產(chǎn)生模糊認知。而在三維立體模型技術(shù)的支持下，學(xué)生可通過計算機設(shè)備對香蕉型振動篩的立體模型進行旋轉(zhuǎn)、縮放、拆分等靈活處理，從而獲得如吊機提升一般的機械設(shè)備觀察體驗，極大提高學(xué)生設(shè)備認知與制圖學(xué)習(xí)的效率與質(zhì)量。

（二）三維立體模型技術(shù)在有限元計算中的應(yīng)用

有限元計算是礦物加工機械設(shè)計中經(jīng)常用到的工作方法，其主要是將機械設(shè)備的整體系統(tǒng)拆分成有限個單元體，再對各個單元體實施針對性的數(shù)學(xué)運算與力學(xué)分析，從而獲得相應(yīng)的最優(yōu)解。最后，再將最優(yōu)解下的單元體按合理結(jié)構(gòu)重新聯(lián)系起來，得到設(shè)備系統(tǒng)整體的高質(zhì)量設(shè)計方案。將三維立體模型技術(shù)應(yīng)用到礦物加工機械的有限元計算當中，可使相關(guān)人員更加直觀地了解各單元體在拆分與組合過程中模態(tài)特性。以大型香蕉型振動篩的設(shè)計為例：

由于大型香蕉型振動篩的自重較大，其結(jié)構(gòu)本身的固有振動頻率必然較低，若振動篩在運行過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)共振的問題，其固有振動頻率將會對各階段的工作振動頻率產(chǎn)生影響，進而降低大型香蕉型振動篩的工作質(zhì)量。此時，利用三維立體模型技術(shù)對大型香蕉型振動篩進行有限元模態(tài)分析，可應(yīng)用三種計算方法：（1）將振動篩的運行系統(tǒng)分為運行結(jié)構(gòu)、固有頻率、工作頻率等單元，在保持結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，對固有頻率進行計算，從而對工作頻率進行調(diào)整，使其避開固有頻率的影響范圍;（2）保持振動篩的工作頻率不斷，通過修改三維模型參數(shù)對振動篩的運行結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，以改變其固有頻率;（3）不斷進行模型調(diào)整與運行模擬，對振動篩的結(jié)構(gòu)、頻率進行全面調(diào)整，進而選擇出設(shè)備工作質(zhì)量最佳的設(shè)計方案。

在此過程中，三維立體模型可為有限元計算提供出高水平的直觀顯示、量化數(shù)據(jù)、工況模擬等功能支持，為礦物加工機械的設(shè)計活動符合機械振動理論、獲得最優(yōu)方案成果提供保障。

（三）三維立體模型技術(shù)在機械運行分析中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，業(yè)內(nèi)主要應(yīng)用ADAMS機械動力學(xué)自動分析系統(tǒng)這一三維立體模型技術(shù)軟件進行礦物加工機械的運行模擬與工況分析，以此為相關(guān)人員的方案改動、工藝調(diào)整提供前瞻性、實用性的可靠依據(jù)。

以反共振振動篩這一礦物加工機械為例，在傳統(tǒng)時期，相關(guān)人員只有制造后才能對振動篩結(jié)構(gòu)中各彈簧組、運動副的工作效果與力學(xué)特性進行檢驗，并據(jù)此實施相應(yīng)的設(shè)備維修工作。而在應(yīng)用三維立體模型技術(shù)及其ADAMS軟件平臺后，振動篩的性能檢驗與結(jié)構(gòu)調(diào)整可在實際制造前進行，從而顯著提高機械設(shè)備的產(chǎn)出質(zhì)量，降低后續(xù)的維修難度。將反共振振動篩的各項數(shù)據(jù)代入到軟件平臺當中，即可快速建立與實體設(shè)備一致的三維模型。在模型當中，振動篩的運動副、工作質(zhì)體、螺旋彈簧、隔振彈簧、激振器等結(jié)構(gòu)部分可直觀呈現(xiàn)出來，共同構(gòu)成一個聯(lián)動運行、相互影響的力學(xué)模型整體。基于此，相關(guān)人員輸入一定頻率的正弦激振力數(shù)據(jù)，即可觀察到振動篩上質(zhì)體與下質(zhì)體的振動幅度與各彈簧組的變化狀態(tài)。在應(yīng)用不同頻率激振力對三維模型進行多次模擬處理后，相關(guān)人員即可通過模擬試驗數(shù)據(jù)的比對分析，確定反共振振動篩運行中標準化的相位、振幅以及反共振頻率，進而實現(xiàn)振動篩工況點的合理選取。

由此可見，在機械運行分析的應(yīng)用中，三維立體模型技術(shù)可促成設(shè)備力學(xué)性能分析的靜態(tài)變動態(tài)、定性變定量、抽象變直觀，并構(gòu)建出高真實性的設(shè)備運行場景。

二、礦物加工機械三維立體模型技術(shù)的發(fā)展前景

隨著人們技術(shù)應(yīng)用觀念的創(chuàng)新變革，機械行業(yè)對三維模型的信息呈現(xiàn)能力與生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化能力提出了新的要求，促使礦物加工機械三維立體模型技術(shù)向更加綜合化、創(chuàng)新化的應(yīng)用方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

第一，向虛擬現(xiàn)實交叉技術(shù)的應(yīng)用方向發(fā)展。虛擬現(xiàn)實交叉技術(shù)是一個較大的技術(shù)范疇，其包括3D投影技術(shù)、全息成像技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。從本質(zhì)上來講，這些技術(shù)的研究與應(yīng)用，都是為了突破計算機界面的虛擬環(huán)境限制，將三維模型直接投放到真實環(huán)境當中。隨著虛擬現(xiàn)實交叉技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，相關(guān)人員可對礦物機械加工模型實施出全視角、沉浸式的觀察，從而獲得更加便捷、優(yōu)質(zhì)的技術(shù)體驗[2]。

第二，向3D打印技術(shù)的應(yīng)用方向發(fā)展。3D打印技術(shù)以三維立體模型技術(shù)為基礎(chǔ)，其主要通過逐層打印的方式，利用可粘合材料將三維模型圖轉(zhuǎn)化為實物。現(xiàn)階段，國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者、技術(shù)人員均投入到了3D打印技術(shù)的研究實踐當中，并取得了成型機設(shè)備、成型材料、分層制造工藝、3D成型學(xué)理論等多方面的突破性成果。隨著3D打印技術(shù)體系的不斷成熟與推廣，礦物加工機械的設(shè)計、制造、研究、教育等領(lǐng)域勢必會實現(xiàn)變革性的巨大發(fā)展。

三、結(jié)論

總而言之，將三維立體模型技術(shù)應(yīng)用到礦物加工機械領(lǐng)域當中，促進了機械設(shè)計、制造、維修、教育、營銷等多方面工作模式的變革，為相關(guān)人員提供出了更加直觀化、立體化、動態(tài)化的信息資源。同時，隨著三維立體模型技術(shù)的研究進步，其對礦物加工機械領(lǐng)域的帶動作用還將不斷增強，為我國機械行業(yè)、工礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供不竭動力支持。

參考文獻：

[1]時間.如何有效提升選礦機械的工作效率分析[J].世界有色金屬，2019（07）：35+37.

[2]于文松.3D打印技術(shù)在社會生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用[J].科學(xué)咨詢（科技？管理），2018（12）：165.

作者簡介：

王木星（1991-）男，吉林省遼源市人，本科，現(xiàn)任助理工程師，研究方向：礦物加工工程設(shè)計。