橋式起重機(jī)橋架模塊化參數(shù)化設(shè)計

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)形成多個系列。但是，目前的設(shè)計工作主要依靠手工完成，重復(fù)性勞動很大，設(shè)計效率低，設(shè)計周期長。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)計技術(shù)來討論提高橋式起重機(jī)的設(shè)計水平和設(shè)計效率。

1 模塊化參數(shù)化設(shè)計思想

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)）的全過程。模塊化是一種標(biāo)準(zhǔn)化、組合化設(shè)計，它能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化的需求。參數(shù)化設(shè)計就是利用三維設(shè)計軟件完善地參數(shù)化設(shè)計及二次開發(fā)功能，以某一規(guī)格型號產(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)計輔助視圖，完成系列件、通用件所有規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計。

2 橋架模塊化參數(shù)化設(shè)計過程

2.1 三維參數(shù)化驅(qū)動模塊

（1）參數(shù)化建模。參數(shù)化建模在三維參數(shù)化模型設(shè)計過程中有著至關(guān)重要的地位。為充分發(fā)揮參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)勢，在建模過程中，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(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)動方便，建模時應(yīng)進(jìn)行對稱拉伸。②考慮到后續(xù)參數(shù)化驅(qū)動各個特征的變化情況，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)計驅(qū)動的靈活性。③特征陣列時應(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，有時在典型模型上可能只有一個特征，但是設(shè)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(yīng)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(qū)動陣列參數(shù)來實(shí)現(xiàn)多特征要求。

（2）裝配體設(shè)計。這種設(shè)計過程完全從概念設(shè)計開始，使零部件在設(shè)計過程中不斷完善，同時避免重復(fù)設(shè)計，能最大限度地發(fā)揮設(shè)計人員的設(shè)計潛力，提高設(shè)計效率。所有零件和子部件原則上采用三個基準(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，以避免個別零件更換、或丟失造成整個裝配體的混亂，所以在進(jìn)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(shù)不能驅(qū)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(dá)，則可通過方程式或父子關(guān)系建立與裝配圖中變量的關(guān)聯(lián)。

（3）參數(shù)化驅(qū)動程序開發(fā)。參數(shù)化驅(qū)動程序是利用Visual Basic編程語言與SolidWorks API函數(shù)實(shí)現(xiàn)零部件的參數(shù)驅(qū)動，編輯人機(jī)交互操作設(shè)計界面。程序的編制過程也盡量地結(jié)合模塊化思想，盡可能地把程序分為一個個標(biāo)準(zhǔn)模塊，然后通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模塊里面的函數(shù)或過程來實(shí)現(xiàn)整體參數(shù)化程序。對主梁進(jìn)行參數(shù)化模型驅(qū)動程序開發(fā)時建立的標(biāo)準(zhǔn)模塊主要有：遍歷打開關(guān)閉模型，主要參數(shù)驅(qū)動，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，在此目錄下打開裝配體；然后一步步實(shí)現(xiàn)對各個零件的尺寸、形狀和相對位置的驅(qū)動；進(jìn)而完成對裝配體的模型驅(qū)動設(shè)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(shù)，進(jìn)行人機(jī)會話。設(shè)計界面主要包括：頭部參數(shù)設(shè)計界面，正面參數(shù)設(shè)計界面，關(guān)鍵部分截面參數(shù)設(shè)計界面。圖2為主梁截面參數(shù)設(shè)計界面之一。

圖2 主粱參數(shù)化設(shè)計界面

2.2 數(shù)據(jù)庫管理模塊

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在文件系統(tǒng)上發(fā)展起來的，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)。在對橋架進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計的過程中，會遇到很多標(biāo)準(zhǔn)件，包括國標(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)庫管理引入?yún)?shù)化過程中，將會大大提高設(shè)計效率，簡化設(shè)計者的操作步驟。本文對國標(biāo)件和廠標(biāo)件設(shè)計都采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫，通過DAO（Data Access Object數(shù)據(jù)庫訪問對象）方法訪問數(shù)據(jù)庫（這種方法主要是針對Access數(shù)據(jù)庫的，存取速度比較快），然后用Visual Basic編寫數(shù)據(jù)庫訪問程序。設(shè)計中要做到以下兩點(diǎn)：①直接性。對于標(biāo)準(zhǔn)件確定的數(shù)值，能在用戶完成檢索后直接給出，無需用戶手工輸入；②智能化。對于標(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

圖3 新設(shè)計的橋架模型

橋架總裝設(shè)計是把已經(jīng)設(shè)計好的各個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)動模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和工程圖優(yōu)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(dú)立的參數(shù)化驅(qū)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(shù)化驅(qū)動程序，從而實(shí)現(xiàn)對新的主梁、副主梁、端梁的快速設(shè)計。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。橋架總裝同樣也是基于原始模型進(jìn)行更新的，當(dāng)橋架的各個基本模塊都設(shè)計完成以后，可直接通過程序調(diào)入這些基本模塊，對原始橋架進(jìn)行更新，在更新的過程中利用方程式完成對各連接要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)。設(shè)計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)計技術(shù)，是利用Visual Basic開發(fā)語言，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)計的優(yōu)勢，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)計和參數(shù)化設(shè)計，完成了橋架產(chǎn)品的快速設(shè)計。以A2165為原始模板開發(fā)的橋式起重機(jī)模塊化參數(shù)化設(shè)計系統(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)計人員從繁重的重復(fù)設(shè)計中解放出來，極大地提高了起重機(jī)橋架的設(shè)計效率和質(zhì)量。

3 結(jié)束語

橋式起重機(jī)主梁的模塊化和參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)已通過某起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的檢測。測試期間針對相同系列不同代號橋式起重機(jī)產(chǎn)品的圖紙進(jìn)行修改驗證，利用本系統(tǒng)進(jìn)行的橋式起重機(jī)主梁產(chǎn)品設(shè)計，在原有設(shè)計成果的基礎(chǔ)上使茶品設(shè)計周期縮短數(shù)個月，提高了設(shè)計工作效率。