桥式起重机桥架模块化参数化设计

2019-03-18黄海峰

数码设计 2019年1期

黄海峰

（银川科安特起重机制造有限公司，宁夏银川，750001）

引言

桥架是桥式起重机的主要结构，主要由主梁、端梁、副主梁电器隔热层以及附属钢结构等构成，是一种大型复杂的机械产品，已经形成多个系列。但是，目前的设计工作主要依靠手工完成，重复性劳动很大，设计效率低，设计周期长。本文结合桥式起重机桥架标准化系列化程度较高的特点，基于模块化的基本原则，利用参数化设计技术来讨论提高桥式起重机的设计水平和设计效率。

1 模块化参数化设计思想

模块化是从系统观点出发，研究产品（或系统）的构成形式，用分解和组合的方法建立模块体系，并运用模块组合成产品（或系统）的全过程。模块化是一种标准化、组合化设计，它能实现产品多样化的需求。参数化设计就是利用三维设计软件完善地参数化设计及二次开发功能，以某一规格型号产品作为数字样机，建立一套完整的零部件、整机三维模型和与此有关联的、全面的工程设计辅助视图，完成系列件、通用件所有规格的产品设计。

2 桥架模块化参数化设计过程

2.1 三维参数化驱动模块

（1）参数化建模。参数化建模在三维参数化模型设计过程中有着至关重要的地位。为充分发挥参数化设计的优势，在建模过程中，首先确定主梁各零部件的性能参数，几何尺寸系列，基本结构布局与各零部件之间的结合形式，确定模型上每一个特征可能的变化情况以及变化过程中可能对其他特征的影响。主梁的参数化建模包括单一零部件特征建模和装配体建模。利用SolidWorks软件进行建模时首先应该定制好模板，模板中预先设置好满足设计要求的单位、密度、材料属性等。单一零部件特征建模主要注意以下几点：①主梁上大部分零件为板件，为了后续驱动方便，建模时应进行对称拉伸。②考虑到后续参数化驱动各个特征的变化情况，应结合工艺方法分步进行特征的建立，以便于程序设计驱动的灵活性。③特征阵列时应该考虑所有可能的阵列变化情况，建立灵活的阵列源。另外，还应考虑潜在的阵列情况，有时在典型模型上可能只有一个特征，但是设计新模型的过程中这种特征有可能变成两个或两个以上，这时应先做阵列特征，把阵列压缩掉，在需要多个特征时通过压缩形成阵列，然后驱动阵列参数来实现多特征要求。

（2）装配体设计。这种设计过程完全从概念设计开始，使零部件在设计过程中不断完善，同时避免重复设计，能最大限度地发挥设计人员的设计潜力，提高设计效率。所有零件和子部件原则上采用三个基准面和结构控制草图中的草图线段进行定位，不用其他零件定位，以避免个别零件更换、或丢失造成整个装配体的混乱，所以在进行装配前要全局地考虑整个装配过程，布局好装配草图。需要注意的是：装配过程中，由于阵列、镜向等命令参数不能驱动，因此零部件的建模不能使用这些命令，否则模型难以正常更新。若是零部件的一些局部尺寸在装配图中难于表达，则可通过方程式或父子关系建立与装配图中变量的关联。

（3）参数化驱动程序开发。参数化驱动程序是利用Visual Basic编程语言与SolidWorks API函数实现零部件的参数驱动，编辑人机交互操作设计界面。程序的编制过程也尽量地结合模块化思想，尽可能地把程序分为一个个标准模块，然后通过调用标准模块里面的函数或过程来实现整体参数化程序。对主梁进行参数化模型驱动程序开发时建立的标准模块主要有：遍历打开关闭模型，主要参数驱动，设置零部件相互关系，零件多特征分布active.bas（激活配置），修改零件名和参考路径。程序先把原始模型复制到指定的文件目录下，在此目录下打开装配体；然后一步步实现对各个零件的尺寸、形状和相对位置的驱动；进而完成对装配体的模型驱动设计。

程序界面主要以典型模型的二维图来表示。指定用户输入的主参数，进行人机会话。设计界面主要包括：头部参数设计界面，正面参数设计界面，关键部分截面参数设计界面。图2为主梁截面参数设计界面之一。

图2 主粱参数化设计界面

2.2 数据库管理模块

数据库系统是在文件系统上发展起来的，有数据的结构化，数据共享，数据独立性，可控冗余度等优点。在对桥架进行参数化设计的过程中，会遇到很多标准件，包括国标件（螺栓、螺母等）和用户标准（头部标准、车轮环标准等），如果把数据库管理引入参数化过程中，将会大大提高设计效率，简化设计者的操作步骤。本文对国标件和厂标件设计都采用Microsoft Access数据库，通过DAO（Data Access Object数据库访问对象）方法访问数据库（这种方法主要是针对Access数据库的，存取速度比较快），然后用Visual Basic编写数据库访问程序。设计中要做到以下两点：①直接性。对于标准件确定的数值，能在用户完成检索后直接给出，无需用户手工输入；②智能化。对于标准件中不确定的数值，要在用户检索完后给出数值合理范围的提示，避免用户盲目尝试。

2.3 桥架总装设计

图3 新设计的桥架模型

桥架总装设计是把已经设计好的各个桥架基本模块重新组合成一套新的桥架产品。在完成了三维参数化驱动模块、数据库管理模块和工程图优化模块后，利用VB程序把这3个模块接合起来，最后形成一个独立的参数化驱动程序。主梁、副主梁、端梁都可以利用这3个模块来形成自己的参数化驱动程序，从而实现对新的主梁、副主梁、端梁的快速设计。附属钢结构形式比较单一，且都有比较规则的排列方式，所以附属钢结构可以直接与主梁、副主梁、端梁相关联，利用关系方程式驱动。桥架总装同样也是基于原始模型进行更新的，当桥架的各个基本模块都设计完成以后，可直接通过程序调入这些基本模块，对原始桥架进行更新，在更新的过程中利用方程式完成对各连接要素进行关联。设计完成后的桥架模型如图3所示。

桥式起重机模块化参数化设计技术，是利用Visual Basic开发语言，以模块化为基础，结合产品结构特点，发挥三维软件SolidWorks参数化设计的优势，形成大量的模块化通用零部件、相似结构件的系列设计和参数化设计，完成了桥架产品的快速设计。以A2165为原始模板开发的桥式起重机模块化参数化设计系统已在太原重型机械集团有限公司技术中心成功试用，试用中能使工程设计人员从繁重的重复设计中解放出来，极大地提高了起重机桥架的设计效率和质量。