CAD/CAM/CAE Observer, №1/2004 2004
Создание новейших мелиоративных машин с применением КОМПАС-3D
Профессор Ревин Ю.Г., аспирант Антонов Е.В., аспирант Панов Д.В.
В области внедрения САПР фраза "связь науки и производства" является далеко не формальной. Все чаще КБ и промышленные предприятия обращаются к опыту использования информационных технологий в профильных институтах для реализации серьезных проектов. Причем востребованы не только сами научные разработки, но и квалифицированные кадры. Эффективность подобной практики демонстрируют проекты, выполненные московскими КБ "ВИСХОМ" и Унитарным государственным предприятием Исследовательский центр (УГП ИЦ) "Луч" совместно с Московским государственным университетом прородообустройства (МГУП).
КБ "ВИСХОМ" осуществляет проектирование машин и оборудования по заказу Мосводоканала. Одним из таких проектов стал каналоочиститель КМ-2002. Задачи, связанные с жизнеобеспечением мегаполиса, были непростыми. Параметры проекта: производительность рабочего оборудования не менее 150 тонн в час, способность к удалению наносов не менее 85%. Значительно осложнял проект неровный характер поверхности каналов. Перекос железобетонных плит на дне достигает 100мм.
Быстро и эффективно решить задачи проектирования машины помогло использование САПР и сотрудничество КБ ВИСХОМ с Кафедрой мелиоративных и строительных машин Московского государственного университета природообустройства (МГУП). На кафедре давно и эффективно применяют САПР, студенты и аспиранты проходят практику в конструкторских бюро. В период подготовки проекта в КБ работал один из авторов статьи, Евгений Антонов.
Конструкторами была разработана необычная конструкция машины. Рама рабочего оборудования опирается на трехточечную навеску базовой машины, гидроцилиндры которой находятся в "плавающем" положении. Рама, на которой установлен шнековый рабочий орган, очищающий дно канала, опирается на "рояльно" закрепленные опорные катки. Это позволяет "копировать" поверхность дна. С откосами канала дело обстояло намного сложнее. Они заложены под углом в 30 градусов, шнеки, которые должны очищать откосы, не могли быть соединены между собой и с основной рамой. Поэтому шнеки были расположены на консольно закрепленной "малой" раме, которая имеет одну степень свободы относительно рамы основной.
Неотъемлемая часть любого проекта — проверка работоспособности машины. Необходимо было, в частности, определить положение центра тяжести для расчета статического равновесия, и моментов инерции для динамических расчетов. При отсутствии модели "в железе" это связано с весьма кропотливой и длительной работой. Конструкторы решили воспользоваться возможностями системы трехмерного моделирования КОМПАС-3D, где полностью создали конструкцию машины и проработали каждый из ее элементов.
В процессе проектирования последовательно появилось пять вариантов машины, все они были построены в "объеме». По результатам определения массо-центровочных характеристик производились расчеты по проверке статического состояния оборудования и машины в целом. В итоговом варианте многие элементы конструкции претерпели коренные изменения.
Помимо построения 3D модели и проверки статической работоспособности, были проведены прочностные расчеты. Возможности экспорта деталей и сборок из КОМПАС в другие системы позволили легко решить данную задачу, обеспечив перевод модели в специализированные пакеты. Полученные результаты также позитивно отразились на качестве итогового проекта.
Полное моделирование процесса сборки, проведенное конструкторами, было крайне важным с точки зрения предстоящего запуска машины в производство. Значительно упростилось также определение сложных мест последующего ремонта каналоочистителя.
В работе широко применялись следующие приложения для КОМПАС-3D: библиотека крепежа; конструкторская библиотека; интегрированная система проектирования тел вращения КОМПАС-SHAFT Plus; система проектирования пружин КОМПАС-SPRING.
Рис.1-3. Трехмерные модели каналоочистителя KM-2002
КМ-2002 представляет собой полунавесное рабочее оборудование для автотрактора Unimog 90. KM-2002 — это комбинация шнековых рабочих органов, приводимых в действие кинематически и объемным гидроприводом. Отгрузка собранных наносов производится с помощью скребковых транспортеров.
С момента получения задания до разработки окончательного варианта конструкции прошло четыре месяца. Представленная модель состоит из 335 уникальных деталей и 48 сборок. Всего в файле сборки фигурирует около 3500 элементов без учета стандартных изделий. Стоит отметить, что применение КОМПАС-3D позволило успешно выполнить все работы на компьютере вполне обычной пользовательской конфигурации (AMD Athlon 1800XP/DDR 768Mb 2700/40GB 7200/ATI R9000 128DDR).
На базе построенной модели были выпущены все необходимые чертежи. Во встроенном текстовом редакторе разработана текстово-графическая конструкторская документация. При построении моделей был использован автоматический режим выпуска необходимых спецификаций.
Таким образом, конструкторы успешно и в срок решили задачу, поставленную заказчиком. Разработка была признана лучшим дипломным проектом 2003 года, выполненным на механическом факультете МГУП.
Еще одна интересная разработка — мелиоративный дреноукладчик ЭТЦ-2012, выполненный сотрудниками кафедры совместно с УГП ИЦ "Луч».
Предприятие разрабатывает принципиально новые лазерные системы автоматического управления (САУ). Системы достаточно давно применяются в мелиоративном строительстве, но современные технологии открыли новые горизонты в этом направлении. При работах по выравниванию поверхности орошаемых земель они позволяют не просто корректировать положение рабочего органа, но и проводить анализ поверхности и определять оптимальную траекторию движения машины после предварительной вертикальной съемки (нивелирования).
Лазерные САУ для мелиоративных машин — эффективное средство повышения производительности и качества рабочих процессов. Они позволяют:
- значительно снизить трудоемкость и повысить точность выполнения дренажных и планировочных работ;
- повысить устойчивость системы управления и за счет этого увеличить скорость рабочего процесса;
- автоматизировать управление группой машин с помощью одного лазерного передатчика.
Однако сама по себе САУ без проработки конструкции в комплексе с машиной, без математического анализа качества проведения работ не может гарантировать их эффективность.
И вновь конструкторы воспользовались возможностями САПР. В системе КОМПАС-3D была создана трехмерная модель дреноукладчика. Изменяя геометрию рамы рабочего органа, а также его положения в пространстве, разработчики определили оптимальное положение датчика фотоприемника.
Параллельно выполнению проекта дреноукладчика ведется работа по привязке подобной системы к новой конструкции нивелир-планировщика. Он будет применяться в двух режимах — съемки и планировки. Полевые испытания двух этих машин намечены на лето 2004 года. Вышеописанные проекты являются темами диссертационных работ аспирантов кафедры мелиоративных и строительных машин МГУП Е.В Антонова и Д.В. Панова.
Рис.4—9. Общий вид и узлы дреноукладчика ЭТЦ 2012.
О кафедре мелиоративных и строительных машин МГУП.
Кафедра основана в 1960 году в преддверии бурного развития мелиорации и не менее интенсивного развития новой отрасли машиностроения — мелиоративного машиностроения. Научная работа на кафедре ведётся в следующих областях: создание малогабаритного рабочего оборудования для эксплуатационных работ на мелиоративных осушительных системах, изучение динамических нагрузок мелиоративных машин, повышение качества работы машин, их экологической совместимости с окружающей средой.
Начиная с 1985 года на кафедре активно внедряется компьютерное проектирование. Первоначально применялись зарубежные графические пакеты. В последние два года началось широкое использование отечественной САПР КОМПАС-3D, которую по достоинству оценили сотрудники и студенты механического факультета. С помощью пакета КОМПАС планируется переход на стопроцентное выполнение проектов с помощью компьютера и САПР.
Основными критериями выбора стали: удобство работы по сравнению с другими пакетами САПР, соответствие ЕСКД. Важным является то, что КОМПАС русскоязычная, а не русифицированная система. Разработка отечественных специалистов интуитивно понятна конструктору. В итоге применение КОМПАС-3D дает превосходные результаты в научной и проектной работе сотрудников МГУП.