基于三维建模的采煤机滚筒螺旋叶片逆向设计和成型工艺研究.pdfVIP

博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

基于三维建模的采煤机滚筒螺旋叶片逆

向设计和成型工艺研究

前言：采煤机滚筒螺旋叶片属于异形曲面钣金结构件，螺旋叶片的成型准确

性对采煤机滚筒运行过程的运行平稳性和装煤等效果具有重要意义。采煤机维修

过程中，有时需要对损坏严重的旋叶进行更换。对于维修行业来说，在没有第一

手设计参数的情况下，如何取得正确的旋叶参数和结构，以便进行旋叶及滚筒的

精准修复，是维修过程一项关键的技术。本文以SOILDWORKS三维设计软件为工

具，对如何进行螺旋叶片的逆向设计做了探索，对异形曲面螺旋结构零件的逆向

设计程序及成型工艺方法做了说明，对维修过程的技术工艺应用具有一定指导意

义。

关键词：数据采集螺旋叶片逆向设计及成型工艺

采煤机维修过程中，经常遇到滚筒螺旋叶片损坏的情况。该螺旋叶片为一空

间螺旋曲面结构，其结构主要参数包括内内径尺寸、外径尺寸、叶片导程、叶片

包角大小等。其中，叶片包角和导程是叶片设计的重要参数，实现螺旋叶片数据

采集，尽量还原设计信息，借助SOILDWORKS三维设计软件得到符合修复技术要

求的合格的螺旋叶片，对解决生产生产现场技术工艺问题，具有重要意义。

一、螺旋叶片逆向设计参数的采集

1、螺旋叶片包角的测量和计算。不同的滚筒上螺旋叶片保教大小不尽相同。

其包角大小可以通过对同型号滚筒进行多次测量和数据换算得

到。

（1）测量得到滚筒筒壁外径尺寸r，并据此测量得到螺旋叶片外径尺寸

R=r+L

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（2）测量得到滚筒端盘直径∳D1，并在端盘端面面上做叶片起始位置标记。

用细钢丝（钢丝可最大程度贴近测量实物的弧线从而减少测量误差）绕端盘外缘

轮廓测量叶片起始位置弧线长度，测量钢丝长度，得到叶片在端盘上的包角弧长

L0。

（3）根据端盘直径尺寸和测量的钢丝长度计算叶片在滚筒上的包角。分别

测量四个叶片的包角α1并进行误差平均，计算单个叶片的围包角α。

计算方法如下：

α1=（L0/Π*D1）*360°

α=（α1+α2+α3+α4）/4

2、螺旋叶片导程的测量与计算

（2）在端盘标记起始位置分别测量4个螺旋叶片起始位置截深尺寸H1、H2、

H3、H4并进行误差平均得到实测平均截深H。

（3）根据测量所得α、H尺寸计算360°范围叶片导程P。

P=H*（360°/α）

其中：P为叶片导程

H为4次测量所得截深尺寸的平均值

α为4次测量所得单个叶片围包角的平均值

3、螺旋叶片三维模型的建立与参数修正

（1）根据计算的螺旋叶片外径D、内径d、导程P等参数，就可利用

SOILWORKS软件建立螺旋叶片三维模型。

（2）在建立的螺旋叶片三维模型上截取等于叶片测量截深参数高度作为螺

旋叶片实际参数，并利用软件评估测量功能实测截深、螺旋叶片外缘弧线长度，

与上述实测平均数据对比偏离值。

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（3）在螺旋叶片3D模型上视面上根据叶片围包角大小绘制角度等于包角大

小的圆心角，并切除此界面外的3D模型，测量叶片外缘弧线长度和叶片截深尺

寸，与实测数据进行对比，并对模型进行修正，直至两种方式测量误差与实物测

量数据误差最小，最终确定叶片导程参数。

（4）以最终确认的螺旋叶片内径、外径、导