基于SolidWorks二次開發的帶式輸送機參數化設計

張 鵬

中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司

1 引言

帶式輸送機是一種以連續方式運輸物料的機械，可廣泛用于交通、電力、建材、機械和糧食等行業，其設計生產效率和成本與國民經濟息息相關[1]。帶式輸送機結構復雜，由托輥、中間架、頭尾架等標準件和保護裝置、導料槽等非標準件組成。在進行同類型不同參數的帶式輸送機設計時，傳統的設計過程需要依次對相應部件進行設計和裝配，重復建模工作量大且效率低。

參數化設計是基于復雜科學理論的分形幾何在設計中的應用，是相對傳統歐幾里得幾何的一次飛躍[2]。對于同類型不同尺寸參數的帶式輸送機，在設計過程中有許多可復用工作，利用參數化技術改變關鍵參數，快速完成模型重構，可極大地提高建模和設計效率，提高經濟效益。以SolidWorks三維繪圖軟件參數化和特征建模技術為核心，利用VB.NET語言對SolidWorks進行二次開發，可實現帶式輸送機的參數化設計[3]。

2 設計原理

典型帶式輸送機結構見圖1，主要包括中間架、拉緊裝置、輸送帶、上下托輥、支腿和頭尾架等部件。帶式輸送機的常規建模流程為：首先建立各個零部件的模型，然后根據約束條件將各零部件模型進行裝配，形成整機模型。

1.傳動滾筒 2.上托輥 3.輸送帶 4.拉緊裝置 5.清掃器 6.頭部支架 7.改向滾筒 8.支腿 9.中間架 10.回程托輥 11.尾部支架 12.尾部滾筒圖1 典型帶式輸送機結構圖

根據以上思路，典型帶式輸送機的參數化設計流程見圖2，首先建立相關零部件模型并進行裝配得到整機模型，通過改變零部件的關鍵尺寸參數，得到參數化設計后的整機模型。最后，利用SolidWorks軟件直接將整機模型轉換為DWG、PDF等格式的二維工程圖。

圖2 參數化設計流程

現階段主要有程序驅動法和尺寸驅動法2種典型的參數化設計方法[4]。程序驅動法是利用程序對建模過程進行控制，建模靈活性強且移植性較好，但對開發人員的編程能力要求高，適用于非常復雜的實體造型參數化建模過程。尺寸驅動法是在零件建模時將關鍵參數定義為變量，通過二次開發程序為關鍵參數賦予不同的數值，隨后更新模型后獲得相同結構不同參數的零件模型。

帶式輸送機各部件在應用于不同帶寬時，其模型結構相同，僅關鍵尺寸參數不同，模型實體造型較為簡單。針對這一特點，選擇實用性和操作性較強的尺寸驅動法，實現對帶式輸送機模型的參數化設計。

3 參數化設計實例

3.1 模型簡化

帶式輸送機設計的基本流程為：確定幾何結構形式，計算關鍵幾何尺寸，計算功率并選擇主要部件，繪制帶式輸送機布置圖。帶式輸送機結構復雜，若參數化設計時考慮全部參數，勢必導致建模和編程工作量成倍增加，且影響模型參數化進程的效率，從而降低經濟效益。因此，通過分析初設、投標等階段帶式輸送機設計的深度和技術要求，提出了參數化設計模型的簡化方法。

以水平輸送帶式輸送機為例，其外形結構的關鍵參數包括頭尾滾筒直徑及中心距，帶式輸送機安裝位置等(見圖3)。主尺寸L=R1/2+L1+L2+L3+R2/2，安裝位置由H1、H2確定。其中R1、R2為頭尾滾筒的直徑，H1、H2為頭尾滾筒軸心的離地高度，L2為中間架的總長度，L1、L3為頭尾滾筒軸心距離中間架的距離，頭尾滾筒水平中心距l=L1+L2+L3。將以上幾個影響帶式輸送機外形輪廓和安裝位置的關鍵尺寸定義為需參數化的關鍵尺寸。參數化后的模型可以滿足初設、投標等前期階段的技術要求，也可進一步完善，用于施工圖設計階段，顯著提高施工圖設計效率，加快出圖進度。

圖3 典型帶式輸送機主尺寸示意圖

3.2 參數化程序調用

進行二次開發前，需要進行開發程序與SolidWorks軟件的連接。首先在VB.NET中導入SolidWorks API接口和枚舉常量，然后利用CreatObject方法創建Sldworks對象，主要程序如下：

Dim SwApp As New SldWorks.SldWorks

SwApp=CreateObject("SldWorks.application")

SwApp.Visible=True

利用VB.NET的command命令執行打開零件模板并修改尺寸變量命令的主要程序如下：

Dim Part As SldWorks.PartDoc

Dim Zpart As SldWorks.ModelDoc2

FileName=Application.Path & "帶式輸送機" & "中間架.SLDPRT"

Part=SwApp.OpenDoc4(FileName,1,0,"",longstatus)

Zpart=SwApp.ActivateDoc("中間架")

S1=Val(Form1.TextBox1.Text)

Zpart.Parameter("A@草圖1").SystemValue=A / 1000

3.3 生成模型

帶式輸送機參數化設計界面見圖4，可以依次輸入模型的主要結構參數和細節參數，隨后執行建立模型命令，自動調用SolidWorks程序快速完成模型重構，生成所需模型。典型水平帶式輸送機的參數化模型見圖5。

參數化設計界面中進行了參數的預定義，若未輸入細節參數則按預定義參數執行建模命令。此外，為避免輸入參數不符合基本尺寸約束關系而導致無法生成模型，對每一個數值輸入框定義了相應的約束函數，若輸入參數超出取值范圍便彈出相應提示，重新輸入數值。根據港口及電力行業帶式輸送機設計中常用的關鍵參數，定義了表1所示的細節參數表。

圖4 帶式輸送機參數化建模界面

圖5 帶式輸送機三維模型

表1 帶式輸送機參數化設計細節參數表

得到所需的三維模型后，利用SolidWorks的由裝配體生成工程圖功能，可直接將三維模型轉換為二維工程圖(見圖6)。SolidWorks軟件可以按照實際需求調整工程圖中視圖的比例和位置，并根據需要選擇標注的內容自動添加標注，最后將工程圖保存為DWG、PDF等格式的文件用于后續工作。

圖6 帶式輸送機二維工程圖

4 結語

利用VB.NET語言，對典型水平帶式輸送機進行了結構參數化設計。通過主要結構尺寸和細節的參數化設計，不僅可以得到帶式輸送機的三維模型，還可以得到相應的二維工程圖。該參數化設計方法，能夠很好地解決手工建模在設計方案修改時重復建模工作量繁重的問題，極大地提高了設計效率，縮短了新方案的設計周期，簡化了結構相似、參數不同的帶式輸送機設計過程。