RTG整机梯子平台的参数化设计与应用

赵怿杰

(上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125)

0 引言

轮胎式集装箱龙门起重机(简称RTG)属于个性化定制产品，由于其结构庞大，机构众多，导致了其附属件梯子平台的种类繁多。采用传统的二维设计时，存在设计周期长、制图工作量大、缺乏直观性、无法进行物性分析及干涉检查等问题，设计结构也无法提供给后续的设计模块如有限元分析、数控加工与仿真等有效的设计数据。然而，三维CAD技术能够解决上述问题，利用工程CAD软件提前进行产品的虚拟设计，可以使得用户实时从屏幕上看到尚未问世的新产品外观，并对其进行多方面的评审，为产品的方案设计、标书的编写提供技术支持，也为企业缩短产品设计周期、增强市场竞争力、参与国际市场竞争提供了强有力的竞争手段。上海振华重工股份有限公司10年前就开始使用Inventor三维软件，前期主要针对零部件的设计，2016年下半年开始着手整机的三维参数化设计及开发工作。本文介绍一下RTG整机梯子平台的参数化设计流程。

1 制定规则

对RTG这种大型起重运输机械进行整机梯子平台的参数化设计是一项系统化工程，前期大量的准备工作是必不可少的。主要有以下几点：①三维模板定制：为了BOM表(管理明细表)的格式统一并且符合公司制图标准，定制了公司统一的零件、装配、工程图模板，在零件和装配模板中增加了自定义属性，包括材料类型和物料类型等，工程图模板中定制了公司标准图框和带公司logo的标题栏；②命名规则统一：为了方便后期数据及文件的管理，统一规定了文件名、零件代号、关键参数的命名规则；③零部件设计规则总结：只有确定了各零部件的设计规则，三维软件才能根据规则实现快速配置及变化，因此设计规则总结是最基础也是最关键的一环。

2 建立标准件库

企业通常会有自己内部的标准件及定制件，为了提高工作效率，减少重复劳动及数据冗余，建立企业标准件库很有必要。根据需要建立了4个标准件库，分别是library、电气工艺通用标准件、企业通用标准件和液压通用件，见图1。其中，梯子平台定制的结构型材在企业通用件库中，见图2。另外还有一些装配体的标准件没法放在库中，只能放在服务器上对应的文件夹中，包括安全链条、安全门、固定钩、管夹、管接头、铰链和重力门等。

图1 4个标准件库

图2 企业通用件库

3 参数化建模流程

前期工作准备好后，开始用Inventor软件进行参数化建模，主要有以下几个步骤。

3.1 总骨架模型的建立

采用自顶向下的设计思路，先建一个总骨架模型零件。RTG所有的主要参数(包括跨距、基距、起重量、起升高度、内外趴、梯子平台等)都是由总骨架模型控制，然后向下传递给各子部件。总骨架模型先根据龙门架的主要参数建立外形轮廓，然后在此基础上布置梯子平台的走向，其中包括平台长度及定位高度、斜梯宽度及角度等，每个平台定位高度可根据龙门架的总高度作相应的调整。骨架模型完成后，编写各部件之间的驱动规则以及添加表单，生成参数选择及输入的界面。当RTG的龙门架是标准高度时，程序会读取后台Excel表中的预设值，自动更新相应的平台高度定位；反之，需要在表单中手动输入。

3.2 梯子平台建模

直梯和斜梯都是采用多实体的建模方法，其优点就是生成的零件及部件与多实体关联，并随之变化，而且装配件中的零件或部件不需要装配约束，直接在原点固定就行，因为它们都是共用同一个坐标系的。总而言之，装配约束越少，运行速度越快。考虑到斜梯有多种不同的高度，通过Vault数据管理软件的复制设计功能就能快速复制并重命名多部斜梯，十分方便，然后将总骨架中的各斜梯高度和角度值链接到各斜梯骨架中，即可实现参数传递及控制。

平台则是在多实体的基础上运用插入结构件的方法来完成。在多实体中新建不同的工作面，在这些面上分别画出平台框架轮廓、挡脚板、上栏杆、下栏杆、预焊件的草图，并且它们都是与平台框架轮廓关联的。将草图通过不同特征操作生成对应的实体，其中栏杆的直径是根据标准变化的，因此要用“扫掠”特征而不能用结构件生成器，然后使用“生成零部件”来生成平台和预焊件两个装配体。在平台装配体中，使用“插入结构件”的方式完成平台框架的建模，这是最高效的方法，不需要再画型材的截面。在Inventor的结构生成器中，虽然已经内置了国标的型材库，但是企业定制的型材是没有的，为此我们添加了很多定制型材发布到企业通用件库，其中包含平台框架常用的冷弯槽钢和冷弯角钢，这样平台框架的建模就非常方便快捷，放置后根据需要进行相应的端部处理即可，最后装栏杆立柱及紧固件。其中的一个平台模型见图3。

图3 平台模型

3.3 梯子平台总装配及工程图

在建立每个支腿上的平台模型时，其原点都是龙门架的支腿中心，将对应高度的支腿截面尺寸链接到对应的平台骨架中。这样在总装时，所有支腿上的平台都是与支腿中心的两个面约束，再加上一个高度约束就行。装完平台，再装斜梯和直梯，最终的梯子平台总装配见图4。采用相同的方法在龙门架上安装平台预焊件，其中一个支腿上的平台预焊件见图5。将平台预焊件拆分到龙门架结构对应的支腿、鞍梁和大梁中，其目的主要是为了模块化制造，这些结构附件在车间制作结构时一起焊接上去，并进行整体冲刷和油漆，尽量避免漆后动火。当所有三维模型完成后，全自动出工程图；当需要更改时，只需调整一些标注尺寸即可。需要注意的是，在建模时就要根据工程图的明细表考虑模型结构树，因此前期规划很重要。当然，在出工程图的过程中，有的零件抑制后再显示时，其尺寸和引出序号就会丢失，使用者很难发现，为此我们编制了小程序，在工程图的标注工具栏中通过添加按钮来解决，见图6。

图4梯子平台总装配图5平台预焊件

图6 插件

4 数据管理

在此项目中，我们采用Vault软件进行数据管理，使整个设计团队可以协同工作，提高了工作效率。Vault还可以安全地存储和管理工程信息、设计数据和文档，为设计部门提供跟踪变更单、管理明细表(BOM表)，从而实现“设计—生产—交货”全生命周期管理。

5 结束语

通过RTG整机梯子平台的参数化设计，结合Vault软件的数据管理，能提高设计效率50%以上，解决了大型设备设计周期长、容易出错等问题，还能进行干涉检查、有限元分析，并能为后期的数控加工提供数据支持。可见，三维参数化设计是今后的发展趋势，能有效地提高企业的竞争力。

参考文献：

[1] 胡仁喜.Autodesk Inventor 2014基础培训教程[M].北京:电子工业出版社，2014.

[2] 冯伟，陈伯雄.Inventor-iLogic程序设计解析与实战[M].北京:化学工业出版社，2014.