三維制圖在“礦物加工機(jī)械”教學(xué)中的應(yīng)用分析

1、三維制圖在“礦物加工機(jī)械”教學(xué)中的應(yīng)用分析“礦物加工機(jī)械”是礦物加工專業(yè)的必修課，內(nèi)容主要是礦物加工過程涉及的機(jī)械設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論，這些機(jī)械設(shè)備是礦物加工過程中礦物的載體，對其加工產(chǎn)品的質(zhì)和量有著非常重要的影響。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，作為我國第一大能源，煤炭的消耗量大幅增加，選煤行業(yè)也經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，大型選煤廠不斷出現(xiàn)，國產(chǎn)選煤設(shè)備遠(yuǎn)不能滿足要求，不得不從國外進(jìn)口大型、可靠、高性能設(shè)備。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）的教材來不及更新和充實(shí)，這方面內(nèi)容相對落后。再者，隨著我現(xiàn)代化企業(yè)的建立，安全生產(chǎn)和環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)，選煤廠的安全防護(hù)和防塵等級不斷提高，有關(guān)措施得到有效

2、落實(shí)，運(yùn)動(dòng)部件都安裝了安全防護(hù)罩，物料的轉(zhuǎn)接點(diǎn)等起塵處都裝有防塵密封或集塵罩，學(xué)生參觀實(shí)習(xí)只是表觀印象，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)識模糊不清，近些年，學(xué)生的現(xiàn)場實(shí)習(xí)收獲有下降的趨勢。1，2為了確保學(xué)生掌握礦物加工機(jī)械的專業(yè)知識和新設(shè)備、新技術(shù)，在教學(xué)中，采用SolidWorks軟件，將多種設(shè)備繪制成三維模型，采用動(dòng)畫演示和模擬等輔助教學(xué)手段，收到了很好的效果。一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多視角展示礦物加工機(jī)械的學(xué)習(xí)，主要是三個(gè)方面的內(nèi)容：一是設(shè)備的用途，二是設(shè)備的結(jié)構(gòu)，三是設(shè)備的工作原理和相關(guān)理論。以前的教學(xué)主要以口述、文字、平面視圖和視頻資料等方式來授課，要搞清楚設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關(guān)系，只能靠復(fù)雜的平面視圖反復(fù)研究。

3、在有限的課時(shí)內(nèi)教師很難講明白，學(xué)生也很難聽明白，這一點(diǎn)師生們都深有體會(huì)。由于立體模型圖具有的直觀實(shí)體特性，適合于不同層次的人群之間相互交流，所以，越來越多地受到人們的關(guān)注。3對于機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)授課來說，教師演示學(xué)生觀看，幾乎不要求學(xué)生機(jī)械（工程）平面制圖的視圖功底，人人都能看懂。利用3600旋轉(zhuǎn)模型圖，比在車間內(nèi)用吊車翻轉(zhuǎn)觀看還隨意、快速，彌補(bǔ)了學(xué)生在選煤廠只能看到設(shè)備的上部外觀，不能看到設(shè)備底面的不足；無論在選煤廠還是設(shè)備制造廠，設(shè)備是不可能切開觀看的，利用三維模型教學(xué)，可以任意處剖分視圖，顯示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，零部件之間的配合關(guān)系一目了然；學(xué)生自己動(dòng)手“拆裝設(shè)備”，在選煤廠，設(shè)備是不會(huì)讓學(xué)生拆

4、裝的，即使在制造廠的裝配車間，設(shè)備的裝配是既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的過程，不可能裝完拆，拆完再裝。利用三維模型圖，可以反復(fù)進(jìn)行零部件的拆裝和配合演示，具有省時(shí)省力、多視角和重復(fù)性觀看等優(yōu)點(diǎn)，能夠加深學(xué)生對設(shè)備結(jié)構(gòu)的印象，給學(xué)生認(rèn)識設(shè)備的原理和理論打下堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。二、機(jī)械傳動(dòng)的模塊動(dòng)畫演示礦物加工機(jī)械中，有些設(shè)備的部件傳動(dòng)原理比較復(fù)雜，教師不易講清楚，學(xué)生也難以理解。例如，煤泥脫水設(shè)備的刮刀離心機(jī)，其關(guān)鍵傳動(dòng)部件是擺線差速器，利用該差速器分別帶動(dòng)篩籃和螺旋刮刀，把篩籃中的已脫水的煤炭輸送出來。但是，學(xué)生的基礎(chǔ)課中沒有接觸過差速器的概念，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用周轉(zhuǎn)輪系講解差速器。周轉(zhuǎn)輪系是機(jī)械原理中比較復(fù)雜

5、的部分，礦物加工專業(yè)的學(xué)生一般不講。所以，學(xué)生中能夠聽懂的寥寥無幾，大部分學(xué)生反應(yīng)似懂非懂，理解起來非常抽象，完全理解差速器的計(jì)算公式更無從談起。多年來，一直在尋找一種讓學(xué)生容易理解的教學(xué)方法。將擺線差速器繪制成三維實(shí)體模塊圖，剖分其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用軟件功能將針齒與擺線配合，給輸入軸和殼體施加不同轉(zhuǎn)速，學(xué)生不僅能夠觀察到針齒和擺線的嚙合運(yùn)動(dòng)，還能觀察到殼體、輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，并與針齒齒數(shù)聯(lián)系起來，很容易理解差速比的計(jì)算公式。利用差速器傳動(dòng)模塊的演示，使抽象公式變成了具體的運(yùn)動(dòng)，不僅幫助學(xué)生理解差速原理及公式，而且對加強(qiáng)知識的記憶有很強(qiáng)的感官刺激。三、力學(xué)模型的振動(dòng)模擬振動(dòng)機(jī)械在礦物加

6、工機(jī)械中舉足輕重，有很多作業(yè)是在振動(dòng)床面上完成的。人們普遍認(rèn)為，振動(dòng)設(shè)備無論是設(shè)計(jì)、制造和振動(dòng)理論都比較復(fù)雜，學(xué)生應(yīng)該掌握以下幾個(gè)方面的重要知識點(diǎn)：第一，振動(dòng)利用與隔離振動(dòng)的矛盾統(tǒng)一。在工程實(shí)際中，一方面要利用振動(dòng)來完成某種作業(yè)，另一方面振動(dòng)對基礎(chǔ)和附近人們生活會(huì)帶來不利，應(yīng)使振動(dòng)對外傳遞盡量小，必須采取隔離的方式。在實(shí)際工作中，振動(dòng)與隔振是對立統(tǒng)一、相互并存的一對矛盾，振動(dòng)機(jī)械的利用就是要解決這一矛盾。第二，搞清內(nèi)部結(jié)構(gòu)聯(lián)系，找出彈性元件和質(zhì)量歸屬范圍，建立正確的力學(xué)模型。振動(dòng)設(shè)備的一個(gè)重要知識點(diǎn)是力學(xué)模型的建立，而力學(xué)模型的建立必須搞清設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理順各個(gè)零部件之間的關(guān)系，找出彈性元件

7、并以此劃分質(zhì)量歸屬范圍，確定振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)體數(shù)量。第三，模擬設(shè)備振動(dòng)的幅度，為實(shí)際工程作業(yè)服務(wù)。振動(dòng)幅度的大小是振動(dòng)設(shè)備最重要的指標(biāo)之一，直接影響振動(dòng)床上物料的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而決定產(chǎn)品的質(zhì)和量，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。例如，工程中廣泛應(yīng)用的振動(dòng)篩，振幅太小物料活躍程度不夠，就不能完成好篩分作業(yè)，振幅太大物料跳躍過高過遠(yuǎn)，也會(huì)使篩分質(zhì)量惡化，過大的振幅有時(shí)會(huì)使振動(dòng)篩造成嚴(yán)重破壞，致使篩分作業(yè)不能進(jìn)行。所以，合理利用振動(dòng)篩的振幅，使其既能滿足作業(yè)要求，又能可靠地運(yùn)行是非常必要的。在課堂上，利用已建立的力學(xué)模型彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，在質(zhì)量塊上施加正弦激振力，該質(zhì)量塊就會(huì)振動(dòng)起來，并可觀測到振動(dòng)幅度的大?。患ふ窳Υ笮〔蛔?，

8、改變激勵(lì)頻率時(shí)，振幅會(huì)隨之而變化，使同學(xué)們清楚地看到近共振、共振和遠(yuǎn)共振的振動(dòng)情形。這樣再講解振動(dòng)的幅頻特性曲線，學(xué)生就能夠深刻領(lǐng)會(huì)其物理含義。四、課堂上模擬拉力試驗(yàn)機(jī)有些機(jī)械設(shè)備常常要進(jìn)行薄弱環(huán)節(jié)的強(qiáng)度校核，以確定設(shè)備運(yùn)行是否安全可靠。例如，刮板輸送機(jī)是用于煤炭的運(yùn)輸設(shè)備，其薄弱環(huán)節(jié)是圓環(huán)鏈，為了防止斷鏈造成事故，必須對刮板鏈的強(qiáng)度進(jìn)行演算，常規(guī)的校核方法是：計(jì)算鏈條的運(yùn)行阻力，確定最大張力點(diǎn)，計(jì)算圓環(huán)鏈的破斷力是最大張力的多少倍安全系數(shù)。當(dāng)安全系數(shù)大于3時(shí)，即為可靠。學(xué)生對鏈輪輪齒和圓環(huán)鏈哪個(gè)相對更薄弱？為什么不驗(yàn)算鏈輪的輪齒的強(qiáng)度？安全系數(shù)大于3時(shí)，鏈條的安全程度又如何？學(xué)生理解起來感覺

9、是表面，沒有從根本上理解。建立了刮板輸送機(jī)的三維立體模型后，將鏈條和鏈輪配合，尾輪約束固定，頭輪由小到大施加扭矩，可以看出，鏈條的應(yīng)力比鏈輪輪齒的應(yīng)力大的多，進(jìn)一步增加扭矩，會(huì)發(fā)現(xiàn)鏈條首先達(dá)到強(qiáng)度極限。因此，學(xué)生清楚地看到鏈條是該運(yùn)輸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，這就是只校核鏈條強(qiáng)度的理由。另一方面，將鏈條的一端固定，在另一端由小到大施加拉力，當(dāng)鏈條應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，該拉力即為鏈條的破斷拉力，這樣學(xué)生們在課堂上就進(jìn)行了在拉力試驗(yàn)機(jī)上的實(shí)驗(yàn)，對圓環(huán)鏈的破斷力以及圓環(huán)的那個(gè)部位應(yīng)力最大有了具體認(rèn)識和深刻印象。將鏈條的實(shí)際拉力降低到破斷力的以下，同學(xué)們看到了實(shí)際鏈條應(yīng)力的大小變化，使學(xué)生對安全系數(shù)的理解，經(jīng)過了

10、從抽象到具體、從感性到理性的認(rèn)識過程。五、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在學(xué)習(xí)中提高建模和運(yùn)算能力現(xiàn)代大學(xué)生愿意和容易接受新事物，尤其是計(jì)算機(jī)方面的新知識，具有強(qiáng)烈的渴望和求知欲，并有著獨(dú)特的敏感和接納意識。課堂上以三維立體模型教學(xué)，形式生動(dòng)新穎，增強(qiáng)學(xué)生對本專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，組織學(xué)生利用課余時(shí)間，學(xué)習(xí)、交流和提高三維建模及利用開發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)繪圖的時(shí)代意識，為以后實(shí)際工作打下一定的新時(shí)代技術(shù)基礎(chǔ)。第一，根據(jù)學(xué)生的愛好，聯(lián)系礦物加工實(shí)際，組織建模比賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用SolidWorks、UG等三維制圖軟件，制作專項(xiàng)設(shè)計(jì)模型，在比賽中，交流學(xué)習(xí)心得體會(huì)，互幫互學(xué)，學(xué)生們在完成設(shè)計(jì)目標(biāo)的同時(shí)，又鍛煉了自己的制圖技能。第二，利用軟件模擬功能，培養(yǎng)學(xué)生模擬創(chuàng)新意識。現(xiàn)代大學(xué)生，思維活躍、敏捷、寬闊，有很強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識，利用三維制圖技術(shù)，建立創(chuàng)新性模型，可進(jìn)行反復(fù)修改優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)模擬，學(xué)生們的創(chuàng)新意識得以實(shí)現(xiàn)，不僅省時(shí)省力，還節(jié)省創(chuàng)新成本。第三，以模型作為媒介，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)相互交流。礦物加工專業(yè)的學(xué)生，比起機(jī)械類學(xué)科的學(xué)生，平面制圖和視圖基礎(chǔ)較差，與工廠技術(shù)人員用平面視圖的交流，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)工程語言偏差，導(dǎo)致制造出的產(chǎn)品與本人設(shè)計(jì)思想不一致的情況?，F(xiàn)在，學(xué)生首先用三維模型進(jìn)行交流，再由立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，就避免了工程語言的交流錯(cuò)誤，準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。六