基于SolidWorks二次開(kāi)發(fā)的帶式輸送機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)

張 鵬

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

帶式輸送機(jī)是一種以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械，可廣泛用于交通、電力、建材、機(jī)械和糧食等行業(yè)，其設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率和成本與國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)[1]。帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由托輥、中間架、頭尾架等標(biāo)準(zhǔn)件和保護(hù)裝置、導(dǎo)料槽等非標(biāo)準(zhǔn)件組成。在進(jìn)行同類型不同參數(shù)的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程需要依次對(duì)相應(yīng)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和裝配，重復(fù)建模工作量大且效率低。

參數(shù)化設(shè)計(jì)是基于復(fù)雜科學(xué)理論的分形幾何在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，是相對(duì)傳統(tǒng)歐幾里得幾何的一次飛躍[2]。對(duì)于同類型不同尺寸參數(shù)的帶式輸送機(jī)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中有許多可復(fù)用工作，利用參數(shù)化技術(shù)改變關(guān)鍵參數(shù)，快速完成模型重構(gòu)，可極大地提高建模和設(shè)計(jì)效率，提高經(jīng)濟(jì)效益。以SolidWorks三維繪圖軟件參數(shù)化和特征建模技術(shù)為核心，利用VB.NET語(yǔ)言對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)[3]。

2 設(shè)計(jì)原理

典型帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jī)的常規(guī)建模流程為：首先建立各個(gè)零部件的模型，然后根據(jù)約束條件將各零部件模型進(jìn)行裝配，形成整機(jī)模型。

1.傳動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上思路，典型帶式輸送機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖2，首先建立相關(guān)零部件模型并進(jìn)行裝配得到整機(jī)模型，通過(guò)改變零部件的關(guān)鍵尺寸參數(shù)，得到參數(shù)化設(shè)計(jì)后的整機(jī)模型。最后，利用SolidWorks軟件直接將整機(jī)模型轉(zhuǎn)換為DWG、PDF等格式的二維工程圖。

圖2 參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

現(xiàn)階段主要有程序驅(qū)動(dòng)法和尺寸驅(qū)動(dòng)法2種典型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法[4]。程序驅(qū)動(dòng)法是利用程序?qū)＿^(guò)程進(jìn)行控制，建模靈活性強(qiáng)且移植性較好，但對(duì)開(kāi)發(fā)人員的編程能力要求高，適用于非常復(fù)雜的實(shí)體造型參數(shù)化建模過(guò)程。尺寸驅(qū)動(dòng)法是在零件建模時(shí)將關(guān)鍵參數(shù)定義為變量，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)程序?yàn)殛P(guān)鍵參數(shù)賦予不同的數(shù)值，隨后更新模型后獲得相同結(jié)構(gòu)不同參數(shù)的零件模型。

帶式輸送機(jī)各部件在應(yīng)用于不同帶寬時(shí)，其模型結(jié)構(gòu)相同，僅關(guān)鍵尺寸參數(shù)不同，模型實(shí)體造型較為簡(jiǎn)單。針對(duì)這一特點(diǎn)，選擇實(shí)用性和操作性較強(qiáng)的尺寸驅(qū)動(dòng)法，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3 參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 模型簡(jiǎn)化

帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的基本流程為：確定幾何結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算關(guān)鍵幾何尺寸，計(jì)算功率并選擇主要部件，繪制帶式輸送機(jī)布置圖。帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)考慮全部參數(shù)，勢(shì)必導(dǎo)致建模和編程工作量成倍增加，且影響模型參數(shù)化進(jìn)程的效率，從而降低經(jīng)濟(jì)效益。因此，通過(guò)分析初設(shè)、投標(biāo)等階段帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的深度和技術(shù)要求，提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)模型的簡(jiǎn)化方法。

以水平輸送帶式輸送機(jī)為例，其外形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)包括頭尾滾筒直徑及中心距，帶式輸送機(jī)安裝位置等(見(jiàn)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(zhǎng)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(xiāng)=L1+L2+L3。將以上幾個(gè)影響帶式輸送機(jī)外形輪廓和安裝位置的關(guān)鍵尺寸定義為需參數(shù)化的關(guān)鍵尺寸。參數(shù)化后的模型可以滿足初設(shè)、投標(biāo)等前期階段的技術(shù)要求，也可進(jìn)一步完善，用于施工圖設(shè)計(jì)階段，顯著提高施工圖設(shè)計(jì)效率，加快出圖進(jìn)度。

圖3 典型帶式輸送機(jī)主尺寸示意圖

3.2 參數(shù)化程序調(diào)用

進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)前，需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)程序與SolidWorks軟件的連接。首先在VB.NET中導(dǎo)入SolidWorks API接口和枚舉常量，然后利用CreatObject方法創(chuàng)建Sldworks對(duì)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(zhí)行打開(kāi)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(jī)" & "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(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)界面見(jiàn)圖4，可以依次輸入模型的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和細(xì)節(jié)參數(shù)，隨后執(zhí)行建立模型命令，自動(dòng)調(diào)用SolidWorks程序快速完成模型重構(gòu)，生成所需模型。典型水平帶式輸送機(jī)的參數(shù)化模型見(jiàn)圖5。

參數(shù)化設(shè)計(jì)界面中進(jìn)行了參數(shù)的預(yù)定義，若未輸入細(xì)節(jié)參數(shù)則按預(yù)定義參數(shù)執(zhí)行建模命令。此外，為避免輸入?yún)?shù)不符合基本尺寸約束關(guān)系而導(dǎo)致無(wú)法生成模型，對(duì)每一個(gè)數(shù)值輸入框定義了相應(yīng)的約束函數(shù)，若輸入?yún)?shù)超出取值范圍便彈出相應(yīng)提示，重新輸入數(shù)值。根據(jù)港口及電力行業(yè)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)中常用的關(guān)鍵參數(shù)，定義了表1所示的細(xì)節(jié)參數(shù)表。

圖4 帶式輸送機(jī)參數(shù)化建模界面

圖5 帶式輸送機(jī)三維模型

表1 帶式輸送機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)參數(shù)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(zhuǎn)換為二維工程圖(見(jiàn)圖6)。SolidWorks軟件可以按照實(shí)際需求調(diào)整工程圖中視圖的比例和位置，并根據(jù)需要選擇標(biāo)注的內(nèi)容自動(dòng)添加標(biāo)注，最后將工程圖保存為DWG、PDF等格式的文件用于后續(xù)工作。

圖6 帶式輸送機(jī)二維工程圖

4 結(jié)語(yǔ)

利用VB.NET語(yǔ)言，對(duì)典型水平帶式輸送機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)。通過(guò)主要結(jié)構(gòu)尺寸和細(xì)節(jié)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，不僅可以得到帶式輸送機(jī)的三維模型，還可以得到相應(yīng)的二維工程圖。該參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，能夠很好地解決手工建模在設(shè)計(jì)方案修改時(shí)重復(fù)建模工作量繁重的問(wèn)題，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了新方案的設(shè)計(jì)周期，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)相似、參數(shù)不同的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程。