橋式起重機橋架模塊化參數化設計

黃海峰

(銀川科安特起重機制造有限公司，寧夏銀川，750001)

引言

橋架是橋式起重機的主要結構，主要由主梁、端梁、副主梁電器隔熱層以及附屬鋼結構等構成，是一種大型復雜的機械產品，已經形成多個系列。但是，目前的設計工作主要依靠手工完成，重復性勞動很大，設計效率低，設計周期長。本文結合橋式起重機橋架標準化系列化程度較高的特點，基于模塊化的基本原則，利用參數化設計技術來討論提高橋式起重機的設計水平和設計效率。

1 模塊化參數化設計思想

模塊化是從系統觀點出發，研究產品(或系統)的構成形式，用分解和組合的方法建立模塊體系，并運用模塊組合成產品(或系統)的全過程。模塊化是一種標準化、組合化設計，它能實現產品多樣化的需求。參數化設計就是利用三維設計軟件完善地參數化設計及二次開發功能，以某一規格型號產品作為數字樣機，建立一套完整的零部件、整機三維模型和與此有關聯的、全面的工程設計輔助視圖，完成系列件、通用件所有規格的產品設計。

2 橋架模塊化參數化設計過程

2.1 三維參數化驅動模塊

（1）參數化建模。參數化建模在三維參數化模型設計過程中有著至關重要的地位。為充分發揮參數化設計的優勢，在建模過程中，首先確定主梁各零部件的性能參數，幾何尺寸系列，基本結構布局與各零部件之間的結合形式，確定模型上每一個特征可能的變化情況以及變化過程中可能對其他特征的影響。主梁的參數化建模包括單一零部件特征建模和裝配體建模。利用SolidWorks軟件進行建模時首先應該定制好模板，模板中預先設置好滿足設計要求的單位、密度、材料屬性等。單一零部件特征建模主要注意以下幾點：①主梁上大部分零件為板件，為了后續驅動方便，建模時應進行對稱拉伸。②考慮到后續參數化驅動各個特征的變化情況，應結合工藝方法分步進行特征的建立，以便于程序設計驅動的靈活性。③特征陣列時應該考慮所有可能的陣列變化情況，建立靈活的陣列源。另外，還應考慮潛在的陣列情況，有時在典型模型上可能只有一個特征，但是設計新模型的過程中這種特征有可能變成兩個或兩個以上，這時應先做陣列特征，把陣列壓縮掉，在需要多個特征時通過壓縮形成陣列，然后驅動陣列參數來實現多特征要求。

（2）裝配體設計。這種設計過程完全從概念設計開始，使零部件在設計過程中不斷完善，同時避免重復設計，能最大限度地發揮設計人員的設計潛力，提高設計效率。所有零件和子部件原則上采用三個基準面和結構控制草圖中的草圖線段進行定位，不用其他零件定位，以避免個別零件更換、或丟失造成整個裝配體的混亂，所以在進行裝配前要全局地考慮整個裝配過程，布局好裝配草圖。需要注意的是：裝配過程中，由于陣列、鏡向等命令參數不能驅動，因此零部件的建模不能使用這些命令，否則模型難以正常更新。若是零部件的一些局部尺寸在裝配圖中難于表達，則可通過方程式或父子關系建立與裝配圖中變量的關聯。

（3）參數化驅動程序開發。參數化驅動程序是利用Visual Basic編程語言與SolidWorks API函數實現零部件的參數驅動，編輯人機交互操作設計界面。程序的編制過程也盡量地結合模塊化思想，盡可能地把程序分為一個個標準模塊，然后通過調用標準模塊里面的函數或過程來實現整體參數化程序。對主梁進行參數化模型驅動程序開發時建立的標準模塊主要有：遍歷打開關閉模型，主要參數驅動，設置零部件相互關系，零件多特征分布active.bas(激活配置)，修改零件名和參考路徑。程序先把原始模型復制到指定的文件目錄下，在此目錄下打開裝配體；然后一步步實現對各個零件的尺寸、形狀和相對位置的驅動；進而完成對裝配體的模型驅動設計。

程序界面主要以典型模型的二維圖來表示。指定用戶輸入的主參數，進行人機會話。設計界面主要包括：頭部參數設計界面，正面參數設計界面，關鍵部分截面參數設計界面。圖2為主梁截面參數設計界面之一。

圖2 主粱參數化設計界面

2.2 數據庫管理模塊

數據庫系統是在文件系統上發展起來的，有數據的結構化，數據共享，數據獨立性，可控冗余度等優點。在對橋架進行參數化設計的過程中，會遇到很多標準件，包括國標件(螺栓、螺母等)和用戶標準(頭部標準、車輪環標準等)，如果把數據庫管理引入參數化過程中，將會大大提高設計效率，簡化設計者的操作步驟。本文對國標件和廠標件設計都采用Microsoft Access數據庫，通過DAO(Data Access Object數據庫訪問對象)方法訪問數據庫(這種方法主要是針對Access數據庫的，存取速度比較快)，然后用Visual Basic編寫數據庫訪問程序。設計中要做到以下兩點：①直接性。對于標準件確定的數值，能在用戶完成檢索后直接給出，無需用戶手工輸入；②智能化。對于標準件中不確定的數值，要在用戶檢索完后給出數值合理范圍的提示，避免用戶盲目嘗試。

2.3 橋架總裝設計

圖3 新設計的橋架模型

橋架總裝設計是把已經設計好的各個橋架基本模塊重新組合成一套新的橋架產品。在完成了三維參數化驅動模塊、數據庫管理模塊和工程圖優化模塊后，利用VB程序把這3個模塊接合起來，最后形成一個獨立的參數化驅動程序。主梁、副主梁、端梁都可以利用這3個模塊來形成自己的參數化驅動程序，從而實現對新的主梁、副主梁、端梁的快速設計。附屬鋼結構形式比較單一，且都有比較規則的排列方式，所以附屬鋼結構可以直接與主梁、副主梁、端梁相關聯，利用關系方程式驅動。橋架總裝同樣也是基于原始模型進行更新的，當橋架的各個基本模塊都設計完成以后，可直接通過程序調入這些基本模塊，對原始橋架進行更新，在更新的過程中利用方程式完成對各連接要素進行關聯。設計完成后的橋架模型如圖3所示。

橋式起重機模塊化參數化設計技術，是利用Visual Basic開發語言，以模塊化為基礎，結合產品結構特點，發揮三維軟件SolidWorks參數化設計的優勢，形成大量的模塊化通用零部件、相似結構件的系列設計和參數化設計，完成了橋架產品的快速設計。以A2165為原始模板開發的橋式起重機模塊化參數化設計系統已在太原重型機械集團有限公司技術中心成功試用，試用中能使工程設計人員從繁重的重復設計中解放出來，極大地提高了起重機橋架的設計效率和質量。

3 結束語

橋式起重機主梁的模塊化和參數化設計系統已通過某起重機生產企業的檢測。測試期間針對相同系列不同代號橋式起重機產品的圖紙進行修改驗證，利用本系統進行的橋式起重機主梁產品設計，在原有設計成果的基礎上使茶品設計周期縮短數個月，提高了設計工作效率。

[1]劉志更, 侯志利, 楊金剛, 等. 基于KBE的橋式起重機橋架參數化設計技術[J].起重運輸機械, 2007(1): 31-33

[2]胡吉全, 楊艷芳, 陳定方.基于模塊化的門座起重機虛擬概念設計[J].武漢理工大學學報, 2005, 29(3): 447-449

[3]謝立新, 張亮有, 等.基于Pro/E的起重機卷筒參數化設計研究[J].機械工程自動化, 2013, (1): 82-83.

[4]程賢福, 王濤, 蘭光英, 等.面向變型的橋式起重機車輪參數化設計[J].制造業自動化, 2013, (18): 112-115.

[5]楊瑞剛, 朱希濤.基于時變可靠性的橋式起重機主梁參數化設計[J].新技術新工藝, 2014(11).