中波塔三维仿真及其研究

刘汉民

摘 要：三维仿真技术，是指应用计算机技术，在电脑中生成逼真的虚拟环境。在当今世界，科技开发、制造业日益发达，三维仿真技术越来越多地渗入大型工业研发及生产过程，尤其是盛行的航天科技及海洋大型船舶制造行业，三维仿真技术发挥着它不可估量的作用。该文运用三维仿真技术，对中波拉线式铁塔及其附属设备进行仿真建模。在建模基础上对模型进行研究，将其应用于实际工作中，如计算铁塔重量、天线区模拟演示等，更直观全面。

关键词：ProE 中波 拉线式 三维仿真

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0012-02

在目前的大型中波铁塔研究生产及日常维护工作中，基本上是应用平面CAD辅助软件绘制，需要结合实物构造对铁塔进行对照理解。应用三维技术绘制铁塔整体装配并不多见。该文结合天线工作实践，将该单位的600型、1000型中波拉线式铁塔，利用三维仿真技术进行3D绘制，在电脑虚拟环境中进行装配，直观再现现实工作场景，加深了对中波拉线式铁塔的研究，从而更好地指导天线业务学习。

1 绘图软件

ProE软件，是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统。操作界面简单，完全参数化的绘图过程，使图像绘制变得方便快捷。ProE软件还具有各种分析功能，满足各种运算需求。该文接下来要涉及到的，就是利用其质量计算功能进行庞大的工程质量计算。

2 拉线式铁塔天线绘制工作

2.1 三维图像展示

2.2 绘图过程中碰到的问题及其解决办法

（1）当零件过于复杂，绘制、修改几十上百次时，一旦违反绘图规则，由于ProE对某些违规操作的不可逆特性，将发生不可复原的损失。绘制复杂图形，操作错误在所难免，须定时对正在进行且绘制正确的图形文件进行保存，以便ProE在发生不可逆错误时，重新打开文件，恢复到最后一次保存的操作正确的位置，避免从头开始绘制零件。

（2）该绘图工作量巨大，当绘制文件累积到几百兆（单位Mb）以后，会因为系统、软件及图象文件结构等原因，经常导致软件、文件崩溃，因此，须对工程项目及时备份。

（3）绘制时，如果图像占据内存过大，会导致系统运行缓慢甚至系统崩溃，导致绘制工作停滞不前，该文采用了分步方法，将模型先分开绘制，最后再进行整体组合。

3 利用三维模型进行研究学习

3.1 中波拉线式铁塔质量分析

该台中波天线主体采用Q235B型号钢材，利用ProE的质量属性功能，完成了对铁塔主体及其拉线的质量计算。

3.1.1 ProE软件具体操作

如图7所示，打开600型发射塔的模型文件，在ProE软件主菜单点击“分析”按钮，然后选择“模型”->“质量属性”，调用质量属性模块，如图9所示。点击“质量属性”页面左下角眼镜形状的计算按钮，显示密度参数界面，如图8所示，输入铁塔材料Q235B的密度 （7.850 000 0e-06kg/mm3），点击确认，经过计算机几秒的处理时间，就可以得到600型铁塔主体质量约24.755t。

按照上述步骤，继续使用ProE对其他模型进行计算，1000型发射铁塔主体质量约59.277t，反射铁塔主体质量约46.727t。1000型铁塔第一层拉线质量约1 986.262kg，第二层拉线质量约2 460.881kg，第三层拉线质量约3 745.438kg，第四层拉线质量约4 466.58kg；600型铁塔第一层拉线质量约1 669.514kg，第二层拉线质量约2 404.659kg。

3.1.2 注意事项

拉线中的钢丝绳、桶形绝缘子密度与Q235B不同，需在密度参数界面输入对应密度。桶形绝缘子密度为3.578 150 0e-06kg/mm3。钢丝绳由于其由多种材质组成，包含钢丝、麻心、浸油等组成，密度分布不均，因此采用了取1m长的钢丝绳，通过计算其质量与体积的比值得到其平均密度为4.856 000 0e-06kg/mm3。铁塔拉线采用了三种不同线径的钢丝绳，通过计算，平均密度基本相同。当然，由于模型与实际铁塔不完全一样，如铁塔的焊接部分在模型中无法体现、铁塔拉线拉紧后油溢出，风吹日晒，质量都会与实际有所差别。

通过使用ProE软件的质量计算功能而得知，模型与现实真实对象尺寸一样，输入材料密度，就能够快速得到整体模型的质量。比人工按件计算快很多，甚至在特定环境下人工无法完成的计算，计算机软件也能快速完成。

3.2 中波拉线式铁塔天线区仿真

建立天线区仿真环境，有利于加深对中波天线的学习，熟悉岗位环境，有利于天线工作的开展。该文应用3DS Max软件，以第一人称视野浏览虚拟天线区。

3.2.1 仿真环境建立

3DS Max是三维动画渲染和制作软件，主要应用于建筑、影视、游戏、动画制作方面。3DS Max可以绘制仿真现实场景的天空、白云、树木、草、山水等各种模型，也可以在场景中布置摄像机，给摄像机指定运动轨迹，在摄像机运动过程中，借助摄像机的拍摄视野，就可以达到以第一人称视角浏览天线区的目的。

3.2.2 具体实现关键问题及仿真效果

要实现天线区的仿真环境，首先关键要实现ProE绘制的三维图像转换成3DS Max可以识别的格式。点击ProE软件主菜单“文件”->“保存副本”，选择保存类型为“*.igs”进行保存。然后在3DS Max软件主菜单点击“文件”->“导入”，选择文件类型为“IGES（*.IGE，*.IGS，*.IGES）”，即可完成图像文件转化。

完成图像文件的转换后，即可在3DS Max环境中布置天线区场景，架设摄像机，设置运动轨迹等操作，该文不再继续详述，将建立的仿真环境进行展示，图10为摄像机运动拍摄中的天馈线截图，图11为摄像机移动到天线区时拍摄的截图。

5 结语

通过应用ProE、3DS Max软件进行大量的绘图、仿真工作，并应用其对中波铁塔天线进行分析，使我们更深入了解自身广播设备的性能，更深层次地体会了三维仿真技术给我们的工作带来的便捷和高效性，在今后的工作，将更多地应用电脑技术为广播事业贡献力量。

参考文献

[1] 尚游，陈岩涛.OpenGL图形程序设计指南[M].北京：中国水利水电出版社.

[2] 王玉梅，姜杰，况军业.3dsMax8从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2007：98-144.

[3] 陈旭.中文版Pro/ENGINEER野火50技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2013：55-326.