Pro/E在低壓電器產(chǎn)品檢驗中的應(yīng)用

曾作欽

（1 福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福建 福州 350002）（2 國家低壓開關(guān)電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，福建 福州 350002）

1 引言

Pro/Engineer(以下簡稱Pro/E)是由美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)推出的一款由設(shè)計到制造的一體化三維設(shè)計軟件。該軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，作為當(dāng)今世界相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣[1]。它涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工成品的全過程，其中還包含了大量的電纜及管道布線、模具設(shè)計與分析等實用模塊[2-6]。

在低壓電器相關(guān)領(lǐng)域，Pro/E也同樣得到了廣泛應(yīng)用。文獻[4]利用 Pro/E 的 mechanism 模塊對開關(guān)電器操動機構(gòu)進行運動學(xué)分析，將產(chǎn)品的優(yōu)化修改工作提前到設(shè)計階段，提高設(shè)計產(chǎn)品的成型效率、精確度以及實用性能；文獻[5、6]將Pro/E與ANSYS結(jié)合分別應(yīng)用到電器元件產(chǎn)品和成套產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)化中，為解決這些產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)方面的問題提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，提高產(chǎn)品的性能。而與這些不同，該文嘗試將Pro/E應(yīng)用到低壓電器產(chǎn)品的檢驗中，以提高電器產(chǎn)品的檢驗效率，更好地服務(wù)企業(yè)，下面將展開這方面應(yīng)用的研究。

2 問題的提出

隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的開展、工業(yè)生產(chǎn)電氣化和自動化程度的提高，電器產(chǎn)品所起的作用越來越大，因此，保證其產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品能穩(wěn)定運行以及性能良好具有重要的意義。而低壓電器產(chǎn)品檢驗是鑒定其產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方法，通過檢驗可以檢查、驗證產(chǎn)品的性能是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；檢查產(chǎn)品在制造上是否存在影響運行的缺陷；另外，通過對檢驗結(jié)果的分析可以判斷產(chǎn)品的性能，找出改進設(shè)計、提高工藝性的途徑，以設(shè)計、生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

在低壓電器產(chǎn)品的檢驗過程中，試驗前的準(zhǔn)備工作影響到檢驗的嚴(yán)格性、試驗的順利開展以及檢驗結(jié)果的可靠性，起著非常重要的作用。我們知道在進行大電流（如幾十千安的電流）試驗時，會產(chǎn)生巨大的電動力，如果樣品安裝不當(dāng)，將會造成不可預(yù)測的危害。因此，在準(zhǔn)備工作中，就包含著樣品安裝這個重要的工序，然而由于新產(chǎn)品層出不窮，產(chǎn)品規(guī)格多樣化，一些傳統(tǒng)的安裝方法、安裝工裝等已無法滿足新產(chǎn)品進行相關(guān)試驗可靠安裝的要求，必須設(shè)計加工專用的匹配工裝。

另外，企業(yè)研發(fā)的同一批同類產(chǎn)品也會有很多的不同規(guī)格，進行試驗就需要各種相互匹配的工裝，其設(shè)計加工過程必然要耗費大量的時間，如果將這部分工作在企業(yè)產(chǎn)品送到之后才開始，就會大大增加該類產(chǎn)品的試驗周期，無意識地延長了企業(yè)在該類產(chǎn)品上的研發(fā)周期；相反地，如果企業(yè)在進行試驗聯(lián)系預(yù)約時，就提供相應(yīng)的產(chǎn)品尺寸參數(shù)，試驗站就提前進行設(shè)計并加工，大大地縮短試驗周期，為企業(yè)提供更高效的服務(wù)。

3 Pro/E的部分功能介紹

Pro/E是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋、槽、倒角和抽殼等，而采用這種手段建立的形體就自然、直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式，主要功能及特點如下：

（1）特征驅(qū)動（例如：筋、槽、倒角等）；

（2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、邊界條件等）；

（3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間的關(guān)系來進行設(shè)計；

（4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計（規(guī)則排列的系列組件、交替排列等）；

（5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動），其它輔助模塊進一步提高擴展 Pro/E的基本功能。

該造型不單可以在屏幕上顯示，還可以輸出二維和三維圖形給予其它應(yīng)用軟件使用，如有限元分析及后置處理等，用戶更可配上 Pro/E軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下具有大部分的設(shè)計能力，組裝能力和工程制圖能力，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀。它的工程制圖能力，包括：自動尺寸標(biāo)注、參數(shù)特征生成，自動生成投影面、截面和局部視圖等。而Pro/DETAIL擴展了Pro/E這些基本功能，允許直接從Pro/E的實體造型產(chǎn)品按ANSI/ISO/JIS/DIN標(biāo)準(zhǔn)生成工程圖。這些擴展功能包括：全幾何公差配合、字符高度控制、用戶自定義字體、擴展視圖功能、多層零件圖和布置圖等。下面以一種低壓電器產(chǎn)品為例，利用Pro/E來解決前面提出的問題。

4 Pro/E在實際檢驗中的應(yīng)用

母線夾是一種支持、固定母線的絕緣件，其功能是將母線固定在母線橋架上，并與橋架絕緣，適用于各種低壓開關(guān)、配電柜。該產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10316-2002規(guī)定試驗項目中的短路耐受強度驗證試驗要求：如圖1所示，將母線夾固定在金屬支架上，按GB7251.1-2005中表4規(guī)定系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的功率因數(shù)通以短路峰值電流，時間為0.1s，試驗3次，每次母線夾A1、A2、A3安裝位置互易。

圖1 母線夾短路耐受試驗原理圖

如果沒有相關(guān)的試驗經(jīng)驗，只從圖1去分析，似乎整個試驗安裝很簡單，并不像前面描述的這么困難?？墒?，事實卻完全相反，我們知道為了滿足不同低壓開關(guān)、配電柜中母線走線的要求，企業(yè)所設(shè)計母線夾的總體尺寸，母線夾中母線的安裝尺寸（包括安裝深度、安裝間距等）都不一樣。因此，要保證可靠、安全的安裝，至少需要配備以下三種工裝：與母線夾尺寸匹配的母線末端短接排；與實際試驗斷口尺寸相符的母線前端轉(zhuǎn)接排；整個母線系統(tǒng)（包括母線夾和母線排）的合理固定支架。

圖2所示為利用Pro/E所繪制的某企業(yè)新研發(fā)的母線系統(tǒng)的布置圖，橫向布置的是母線夾產(chǎn)品，縱向布置的是配合母線夾進行試驗專用的母線排。

圖2 母線系統(tǒng)的布置

根據(jù)母線系統(tǒng)的尺寸參數(shù)以及滿足所需短路試驗電流的試驗斷口的尺寸，利用Pro/E進行了所需試驗工裝的設(shè)計，并與母線系統(tǒng)進行了模擬對接安裝，得到的總裝效果如圖3(a)所示。從圖中可見，在該母線系統(tǒng)末端，我們結(jié)合母線排的布置，將短接排設(shè)計成寬度不一的兩個U型排，分別搭接在每極母線排的夾縫里，使得整個系統(tǒng)顯得更加可靠；在母線系統(tǒng)前端，轉(zhuǎn)接排的B極設(shè)計成簡單的直排，而A、C極設(shè)計成中間帶有一定折角的折線排，這樣能使母線系統(tǒng)與試驗斷口間實現(xiàn)可靠的對接，保證試驗安全地進行；在母線系統(tǒng)下方，設(shè)計了帶有間斷性開槽的橫擔(dān)，通過安裝螺桿將母線系統(tǒng)與橫擔(dān)鎖緊，再將橫擔(dān)安裝在固定試驗支架上即可。為了能更清楚看到母線系統(tǒng)總裝中各部分的實際造型，這里另外提供了該總裝的分解圖，如圖3(b)所示。至此，利用Pro/E完成了母線夾產(chǎn)品試驗前所需的工裝核心部分的設(shè)計。

圖3 母線系統(tǒng)部分的總裝及其分解

接下來，我們利用Pro/E對實際的試驗斷口也進行三維造型，再將圖3(a)所示的母線系統(tǒng)總裝與試驗斷口進行連接，如圖4所示。從圖中可以清楚看到，試驗斷口的三個極分別與母線系統(tǒng)的三個極的連接穩(wěn)定可靠，所設(shè)計尺寸也合理。需要說明的是，母線夾下方用于安裝母線夾的橫擔(dān)的固定支架采用普通的固定支架即可，因此在此圖中未畫出；而上文設(shè)計時在橫擔(dān)上留間斷性開槽是為了方便與固定支架進行安裝固定。

圖4 母線系統(tǒng)與試驗斷口的連接

最后，需要做的就是將所有利用Pro/E設(shè)計的工裝造型的工程圖導(dǎo)出，并標(biāo)上相應(yīng)的尺寸，然后提供給企業(yè)或加工廠加工即可。圖5所示為母線系統(tǒng)中A極前端轉(zhuǎn)接排所導(dǎo)出的工程圖，圖中尚未標(biāo)注任何尺寸。

圖5 母線系統(tǒng)A極前端轉(zhuǎn)接排工程圖

為該系列母線夾產(chǎn)品設(shè)計的所有工裝，經(jīng)過實際試驗的驗證，都是合理、穩(wěn)定、可靠的。此外，將產(chǎn)品試驗所需的工裝設(shè)計加工提前到企業(yè)產(chǎn)品送達之前完成，在企業(yè)產(chǎn)品送達之后，我們快速地完成相應(yīng)的試驗，大大提高了服務(wù)效率，得到了企業(yè)的好評?？梢姡琍ro/E的三維造型及其工程圖等功能在低壓電器產(chǎn)品檢驗的前期準(zhǔn)備階段表現(xiàn)出不可忽視的作用。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的安裝工裝已無法滿足不斷更新、變化的電器產(chǎn)品進行相關(guān)試驗可靠安裝的要求。研究嘗試展開三維造型軟件Pro/E在這方面的應(yīng)用研究，并結(jié)合母線夾產(chǎn)品，依據(jù)實際試驗所需，利用Pro/E設(shè)計了該產(chǎn)品進行短路耐受試驗所需的后端短接排、前端轉(zhuǎn)接排和下方的安裝橫擔(dān)等工裝，并與母線夾產(chǎn)品進行了組裝，與試驗斷口進行了模擬連接，最后通過試驗驗證表明，所設(shè)計工裝是合理、可靠的。這種方法可實現(xiàn)將產(chǎn)品安裝工裝的設(shè)計加工階段提前完成，有助于縮短產(chǎn)品的試驗周期，提高檢驗機構(gòu)的檢驗和服務(wù)效率。

[1]支保軍.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0中文版入門與提高[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2011.

[2]邢亮,沈豫鄂.PROE運動仿真中單向勻速電機實現(xiàn)往復(fù)直線運動的方式及分析[J].艦船電子工程:2009,(9).

[3]馮方,胡國軍.基于PROE的平面度數(shù)據(jù)處理分析[J].實驗室研究與探索:2012,(6).

[4]倫智達,趙鵬睿,方俊元.基于Pro/E的高壓開關(guān)分-合閘運動仿真分析[J].儀器儀表與分析監(jiān)測:2013,(1).

[5]蔣昌華.基于虛擬樣機塑殼斷路器的運動仿真與優(yōu)化設(shè)計[D].無錫: 江南大學(xué), 2008.

[6]丁杰,榮智林.基于ProE和ANSYS的變流器柜體結(jié)構(gòu)分析[J].變流技術(shù)與電力牽引:2008,(2).