張 鵬

中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司

1 引言

帶式輸送機是一種以連續(xù)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(yè)，其設(shè)計生產(chǎn)效率和成本與國民經(jīng)濟息息相關(guān)[1]。帶式輸送機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由托輥、中間架、頭尾架等標(biāo)準(zhǔn)件和保護裝置、導(dǎo)料槽等非標(biāo)準(zhǔn)件組成。在進行同類型不同參數(shù)的帶式輸送機設(shè)計時，傳統(tǒng)的設(shè)計過程需要依次對相應(yīng)部件進行設(shè)計和裝配，重復(fù)建模工作量大且效率低。

參數(shù)化設(shè)計是基于復(fù)雜科學(xué)理論的分形幾何在設(shè)計中的應(yīng)用，是相對傳統(tǒng)歐幾里得幾何的一次飛躍[2]。對于同類型不同尺寸參數(shù)的帶式輸送機，在設(shè)計過程中有許多可復(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)計效率，提高經(jīng)濟效益。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語言對SolidWorks進行二次開發(fā)，可實現(xiàn)帶式輸送機的參數(shù)化設(shè)計[3]。

2 設(shè)計原理

典型帶式輸送機結(jié)構(gòu)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(guī)建模流程為：首先建立各個零部件的模型，然后根據(jù)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(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上思路，典型帶式輸送機的參數(shù)化設(shè)計流程見圖2，首先建立相關(guān)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(guān)鍵尺寸參數(shù)，得到參數(shù)化設(shè)計后的整機模型。最后，利用SolidWorks軟件直接將整機模型轉(zhuǎn)換為DWG、PDF等格式的二維工程圖。

圖2 參數(shù)化設(shè)計流程

現(xiàn)階段主要有程序驅(qū)動法和尺寸驅(qū)動法2種典型的參數(shù)化設(shè)計方法[4]。程序驅(qū)動法是利用程序?qū)＿^程進行控制，建模靈活性強且移植性較好，但對開發(fā)人員的編程能力要求高，適用于非常復(fù)雜的實體造型參數(shù)化建模過程。尺寸驅(qū)動法是在零件建模時將關(guān)鍵參數(shù)定義為變量，通過二次開發(fā)程序為關(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。

帶式輸送機各部件在應(yīng)用于不同帶寬時，其模型結(jié)構(gòu)相同，僅關(guān)鍵尺寸參數(shù)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(qū)動法，實現(xiàn)對帶式輸送機模型的參數(shù)化設(shè)計。

3 參數(shù)化設(shè)計實例

3.1 模型簡化

帶式輸送機設(shè)計的基本流程為：確定幾何結(jié)構(gòu)形式，計算關(guān)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，若參數(shù)化設(shè)計時考慮全部參數(shù)，勢必導(dǎo)致建模和編程工作量成倍增加，且影響模型參數(shù)化進程的效率，從而降低經(jīng)濟效益。因此，通過分析初設(shè)、投標(biāo)等階段帶式輸送機設(shè)計的深度和技術(shù)要求，提出了參數(shù)化設(shè)計模型的簡化方法。

以水平輸送帶式輸送機為例，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(xiāng)=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(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，也可進一步完善，用于施工圖設(shè)計階段，顯著提高施工圖設(shè)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(shù)化程序調(diào)用

進行二次開發(fā)前，需要進行開發(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(shù)化設(shè)計界面見圖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的參數(shù)化模型見圖5。

參數(shù)化設(shè)計界面中進行了參數(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)致無法生成模型，對每一個數(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)帶式輸送機設(shè)計中常用的關(guān)鍵參數(shù)，定義了表1所示的細(xì)節(jié)參數(shù)表。

圖4 帶式輸送機參數(shù)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(shù)化設(shè)計細(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(見圖6)。SolidWorks軟件可以按照實際需求調(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 帶式輸送機二維工程圖

4 結(jié)語

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