橋式起重機(jī)橋架模塊化參數(shù)化設(shè)計(jì)

黃海峰

(銀川科安特起重機(jī)制造有限公司，寧夏銀川，750001)

引言

橋架是橋式起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，主要由主梁、端梁、副主梁電器隔熱層以及附屬鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，是一種大型復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品，已經(jīng)形成多個(gè)系列。但是，目前的設(shè)計(jì)工作主要依靠手工完成，重復(fù)性勞動(dòng)很大，設(shè)計(jì)效率低，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。本文結(jié)合橋式起重機(jī)橋架標(biāo)準(zhǔn)化系列化程度較高的特點(diǎn)，基于模塊化的基本原則，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)討論提高橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率。

1 模塊化參數(shù)化設(shè)計(jì)思想

模塊化是從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，研究產(chǎn)品(或系統(tǒng))的構(gòu)成形式，用分解和組合的方法建立模塊體系，并運(yùn)用模塊組合成產(chǎn)品(或系統(tǒng))的全過(guò)程。模塊化是一種標(biāo)準(zhǔn)化、組合化設(shè)計(jì)，它能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化的需求。參數(shù)化設(shè)計(jì)就是利用三維設(shè)計(jì)軟件完善地參數(shù)化設(shè)計(jì)及二次開(kāi)發(fā)功能，以某一規(guī)格型號(hào)產(chǎn)品作為數(shù)字樣機(jī)，建立一套完整的零部件、整機(jī)三維模型和與此有關(guān)聯(lián)的、全面的工程設(shè)計(jì)輔助視圖，完成系列件、通用件所有規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2 橋架模塊化參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 三維參數(shù)化驅(qū)動(dòng)模塊

（1）參數(shù)化建模。參數(shù)化建模在三維參數(shù)化模型設(shè)計(jì)過(guò)程中有著至關(guān)重要的地位。為充分發(fā)揮參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，在建模過(guò)程中，首先確定主梁各零部件的性能參數(shù)，幾何尺寸系列，基本結(jié)構(gòu)布局與各零部件之間的結(jié)合形式，確定模型上每一個(gè)特征可能的變化情況以及變化過(guò)程中可能對(duì)其他特征的影響。主梁的參數(shù)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(jìn)行建模時(shí)首先應(yīng)該定制好模板，模板中預(yù)先設(shè)置好滿足設(shè)計(jì)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(diǎn)：①主梁上大部分零件為板件，為了后續(xù)驅(qū)動(dòng)方便，建模時(shí)應(yīng)進(jìn)行對(duì)稱拉伸。②考慮到后續(xù)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)各個(gè)特征的變化情況，應(yīng)結(jié)合工藝方法分步進(jìn)行特征的建立，以便于程序設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的靈活性。③特征陣列時(shí)應(yīng)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(yīng)考慮潛在的陣列情況，有時(shí)在典型模型上可能只有一個(gè)特征，但是設(shè)計(jì)新模型的過(guò)程中這種特征有可能變成兩個(gè)或兩個(gè)以上，這時(shí)應(yīng)先做陣列特征，把陣列壓縮掉，在需要多個(gè)特征時(shí)通過(guò)壓縮形成陣列，然后驅(qū)動(dòng)陣列參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多特征要求。

（2）裝配體設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)過(guò)程完全從概念設(shè)計(jì)開(kāi)始，使零部件在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷完善，同時(shí)避免重復(fù)設(shè)計(jì)，能最大限度地發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)潛力，提高設(shè)計(jì)效率。所有零件和子部件原則上采用三個(gè)基準(zhǔn)面和結(jié)構(gòu)控制草圖中的草圖線段進(jìn)行定位，不用其他零件定位，以避免個(gè)別零件更換、或丟失造成整個(gè)裝配體的混亂，所以在進(jìn)行裝配前要全局地考慮整個(gè)裝配過(guò)程，布局好裝配草圖。需要注意的是：裝配過(guò)程中，由于陣列、鏡向等命令參數(shù)不能驅(qū)動(dòng)，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(dá)，則可通過(guò)方程式或父子關(guān)系建立與裝配圖中變量的關(guān)聯(lián)。

（3）參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序是利用Visual Basic編程語(yǔ)言與SolidWorks API函數(shù)實(shí)現(xiàn)零部件的參數(shù)驅(qū)動(dòng)，編輯人機(jī)交互操作設(shè)計(jì)界面。程序的編制過(guò)程也盡量地結(jié)合模塊化思想，盡可能地把程序分為一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，然后通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模塊里面的函數(shù)或過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)整體參數(shù)化程序。對(duì)主梁進(jìn)行參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)時(shí)建立的標(biāo)準(zhǔn)模塊主要有：遍歷打開(kāi)關(guān)閉模型，主要參數(shù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置零部件相互關(guān)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(fù)制到指定的文件目錄下，在此目錄下打開(kāi)裝配體；然后一步步實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)零件的尺寸、形狀和相對(duì)位置的驅(qū)動(dòng)；進(jìn)而完成對(duì)裝配體的模型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

程序界面主要以典型模型的二維圖來(lái)表示。指定用戶輸入的主參數(shù)，進(jìn)行人機(jī)會(huì)話。設(shè)計(jì)界面主要包括：頭部參數(shù)設(shè)計(jì)界面，正面參數(shù)設(shè)計(jì)界面，關(guān)鍵部分截面參數(shù)設(shè)計(jì)界面。圖2為主梁截面參數(shù)設(shè)計(jì)界面之一。

圖2 主粱參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是在文件系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的，有數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)獨(dú)立性，可控冗余度等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)橋架進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)遇到很多標(biāo)準(zhǔn)件，包括國(guó)標(biāo)件(螺栓、螺母等)和用戶標(biāo)準(zhǔn)(頭部標(biāo)準(zhǔn)、車輪環(huán)標(biāo)準(zhǔn)等)，如果把數(shù)據(jù)庫(kù)管理引入?yún)?shù)化過(guò)程中，將會(huì)大大提高設(shè)計(jì)效率，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)者的操作步驟。本文對(duì)國(guó)標(biāo)件和廠標(biāo)件設(shè)計(jì)都采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)DAO(Data Access Object數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)對(duì)象)方法訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)(這種方法主要是針對(duì)Access數(shù)據(jù)庫(kù)的，存取速度比較快)，然后用Visual Basic編寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)程序。設(shè)計(jì)中要做到以下兩點(diǎn)：①直接性。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件確定的數(shù)值，能在用戶完成檢索后直接給出，無(wú)需用戶手工輸入；②智能化。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件中不確定的數(shù)值，要在用戶檢索完后給出數(shù)值合理范圍的提示，避免用戶盲目嘗試。

2.3 橋架總裝設(shè)計(jì)

圖3 新設(shè)計(jì)的橋架模型

橋架總裝設(shè)計(jì)是把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的各個(gè)橋架基本模塊重新組合成一套新的橋架產(chǎn)品。在完成了三維參數(shù)化驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊和工程圖優(yōu)化模塊后，利用VB程序把這3個(gè)模塊接合起來(lái)，最后形成一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序。主梁、副主梁、端梁都可以利用這3個(gè)模塊來(lái)形成自己的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新的主梁、副主梁、端梁的快速設(shè)計(jì)。附屬鋼結(jié)構(gòu)形式比較單一，且都有比較規(guī)則的排列方式，所以附屬鋼結(jié)構(gòu)可以直接與主梁、副主梁、端梁相關(guān)聯(lián)，利用關(guān)系方程式驅(qū)動(dòng)。橋架總裝同樣也是基于原始模型進(jìn)行更新的，當(dāng)橋架的各個(gè)基本模塊都設(shè)計(jì)完成以后，可直接通過(guò)程序調(diào)入這些基本模塊，對(duì)原始橋架進(jìn)行更新，在更新的過(guò)程中利用方程式完成對(duì)各連接要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)完成后的橋架模型如圖3所示。

橋式起重機(jī)模塊化參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，是利用Visual Basic開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，以模塊化為基礎(chǔ)，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)揮三維軟件SolidWorks參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，形成大量的模塊化通用零部件、相似結(jié)構(gòu)件的系列設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)，完成了橋架產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。以A2165為原始模板開(kāi)發(fā)的橋式起重機(jī)模塊化參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)已在太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司技術(shù)中心成功試用，試用中能使工程設(shè)計(jì)人員從繁重的重復(fù)設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，極大地提高了起重機(jī)橋架的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

橋式起重機(jī)主梁的模塊化和參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)已通過(guò)某起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的檢測(cè)。測(cè)試期間針對(duì)相同系列不同代號(hào)橋式起重機(jī)產(chǎn)品的圖紙進(jìn)行修改驗(yàn)證，利用本系統(tǒng)進(jìn)行的橋式起重機(jī)主梁產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在原有設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上使茶品設(shè)計(jì)周期縮短數(shù)個(gè)月，提高了設(shè)計(jì)工作效率。

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