隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來越快，產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)進度為迅速占領(lǐng)市場提供了重要的基礎(chǔ)。塔式起重機的設(shè)計主要分為幾步，通過市場調(diào)研分析確定主要的性能參數(shù)，以性能參數(shù)為基礎(chǔ)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對結(jié)構(gòu)進行力學(xué)校驗分析，最后到施工圖設(shè)計，在這幾步中以尤以結(jié)構(gòu)力學(xué)計算及施工圖設(shè)計最為耗時間，因此諸多學(xué)者針對結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)計算開發(fā)了基于各種軟件平臺的軟件，提高了塔機產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)效率。

本文討論的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)流程作為一種全新的研發(fā)流程，未來將可拓展應(yīng)用于工程機械行業(yè)的其他產(chǎn)品設(shè)計。

1 程序功能設(shè)計

本文利用ANSYS軟件的參數(shù)化建模語言APDL進行參數(shù)化建模分析并優(yōu)化，優(yōu)化得到的結(jié)果參數(shù)通過VS2008平臺及與Pro/E軟件的接口傳遞給Pro/E骨架模型，且其參數(shù)為一一對應(yīng)，最后驅(qū)動骨架模型的生成，同時生成二維工程圖。整個程序運行流程框圖如圖1所示。

整個軟件詳細的功能如圖2所示。由圖2可知，整個軟件的主要模塊為分析優(yōu)化模塊、模型再生模塊、結(jié)果顯示模塊，而結(jié)果顯示模塊主要是將優(yōu)化結(jié)果的參數(shù)以可視化的方式生成結(jié)果報表，以供結(jié)果調(diào)整時用。因此以下將從分析優(yōu)化、模型再生2個模塊詳細介紹其軟件功能。

2 塔機參數(shù)化設(shè)計及優(yōu)化

圖2 塔機優(yōu)化的功能模塊

塔機優(yōu)化系統(tǒng)的主界面設(shè)計非常簡潔，只要是從事塔機設(shè)計行業(yè)的工程師均可通過人機交互界面，輸入或者更改部分參數(shù)就可以設(shè)計一款新型號塔機，而無須懂得塔機煩瑣的計算分析，軟件的主界面如圖3所示，其他部分子界面如圖4～圖6所示。

在點擊完軟件主界面中的起重臂上的“1”按鈕后，VS平臺將調(diào)用基于Matlab編譯的DLL文件來計算內(nèi)外吊點位置、鋼絲繩大小的缺省值（由于屬于純計算的內(nèi)容，所以其缺省值與實際值略有差異）等。在點擊圖6中配重計算按鈕后，VS平臺將會調(diào)用基于Matlab內(nèi)核編譯的DLL文件來計算配重缺省值。

在所有缺省參數(shù)確認后，進行分析優(yōu)化，優(yōu)化的幾個變量為塔帽高度、內(nèi)外吊點位置、起重臂截面寬、高，以達到降重量即降成本的目的。

由于ANSYS/APDL對塔機的分析中將回轉(zhuǎn)總成部分簡化為剛性單元，因此回轉(zhuǎn)總成中的上下支座還需要進行實體部件分析，從而確定上下支座的結(jié)構(gòu)。

最后所有的參數(shù)在優(yōu)化完成后確認并同時保存成了OPT文件，在進行三維模型驅(qū)動時，再利用VS2008平臺調(diào)用優(yōu)化參數(shù)以驅(qū)動三維模型的生成。

以某QTZ80塔機為原型進行優(yōu)化計算，迭代步數(shù)為200步，耗時6h，得出如表1所示結(jié)果。

根據(jù)表1的結(jié)果，通過考慮各方面的因素進行調(diào)整，并經(jīng)過校核可用于新產(chǎn)品的總體設(shè)計方案。

表1 軟件優(yōu)化后的參數(shù)與實際參數(shù)對比

3 三維模型驅(qū)動及核心代碼

工程機械產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)歷了從二維CAD設(shè)計到直觀的三維模型設(shè)計階段，現(xiàn)階段基本不需要直接繪二維CAD圖，而是直接在三維模型的基礎(chǔ)上生成可用于指導(dǎo)生產(chǎn)的二維工程圖，而這些主流的三維建模軟件Pro/E、UG、Solid Works等均可完成，在此基礎(chǔ)上通過Pro/E軟件提供的接口，利用VS2008編寫函數(shù)驅(qū)動Pro/E骨架模型參數(shù)，而驅(qū)動骨架模型的參數(shù)由基于ANSYS優(yōu)化分析得出的最佳參數(shù)，通過VS2008平臺使得分析得到的參數(shù)能夠即時傳遞給Pro/E參數(shù)化骨架模型，最后刷新工程圖即可得到用于實際生產(chǎn)的二維工程圖。

其中修改骨架模型參數(shù)的關(guān)鍵代碼如下。

ProMdl cur_mdl;//a top-level object

ProModelitem cur_modelitem;

ProParameter param[7];//attributes of this object (ProMdl)

ProName name[7];

ProParamvalue proval[7];//輸出的參數(shù)

int id;

Pr o M d l R et r iev e(L"F:\m o d el.asm.2",PRO_MDL_ASSEMBLY,&cur_mdl);//將模型調(diào)入

ProMdlDisplay(cur_mdl);//顯示該模型

ProMdlIdGet(cur_mdl,&id);//獲得當(dāng)前模型標識

Pr o Mod elitem Init(cur_md l,id,PRO_ASSEMBLY,&cur_modelitem);//初始化模型

Pr o St r i n g T o W st r in g(n a m e[0],"TASHENG_KUAN");//修改基礎(chǔ)節(jié)寬

Pr o Par ameter Init(&cur_mod elitem,name[0], ¶m[0]);

proval[0].type=PRO_PARAM_DOUBLE;

proval[0].value.d_val=jichujiekuan;

Pr o Par amet er ValueSet(&p ar am[0],&proval[0]);

修改骨架模型的參數(shù)來源于ANSYS優(yōu)化后的參數(shù)，為VS平臺在ANSYS優(yōu)化后的OPT文件中提取獲得。

由于針對每一個需要更新的模型（連接件除外）均建立了可用于實際生產(chǎn)的二維工程圖，因此在其關(guān)聯(lián)的三維模型更新后，其二維工程圖尺寸（焊縫尺寸除外）也會發(fā)生相應(yīng)的更改，從而達到生成新的二維工程圖，在對其進行小的修改（主要修改焊縫尺寸要求）之后，即可用于實際生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

本文使用VS2008平臺作為紐帶，結(jié)合使用ANSYS、MATLAB、Pro/E軟件，設(shè)計了一整套塔式起重機從結(jié)構(gòu)分析到生成工程圖的方案，并得出以下結(jié)論。

1）該系統(tǒng)能夠明顯地提高產(chǎn)品設(shè)計效率，只需要對優(yōu)化過的參數(shù)進行手動調(diào)整即可。

2）該系統(tǒng)優(yōu)化出來的結(jié)果通過與實際產(chǎn)品進行對比具有一定的可行性。

3）該系統(tǒng)為產(chǎn)品的開發(fā)提供了一整套新的開發(fā)設(shè)計方法。

由于受到軟件本身的影響，塔機的連接件未進行優(yōu)化設(shè)計，因此還需要利用其他分析軟件對塔機的連接件、焊縫等進行計算分析，再在生成的工程圖中對相關(guān)的尺寸進行調(diào)整。 O

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