武漢理工大學物流工程學院　嚴芃芃　胡志輝　馬宏偉　胡吉全

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基于VB的雙折線式多層卷繞系統(tǒng)參數(shù)化設計系統(tǒng)開發(fā)

武漢理工大學物流工程學院嚴芃芃胡志輝馬宏偉胡吉全

摘要：為降低設計工作的重復性,便于進行有限元分析，提高設計效率，縮短開發(fā)周期，以雙折線式多層卷繞系統(tǒng)為對象，運用VB對SolidWorks、ANSYS進行二次開發(fā)，構建了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)參數(shù)化設計系統(tǒng)，實現(xiàn)了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)設計計算、三維建模和卷筒有限元分析等功能的參數(shù)化，提高了設計效率。

起重裝備的大型化使雙折線式多層卷繞系統(tǒng)應用越來越廣泛，在起重機鋼絲繩卷繞系統(tǒng)中，相較于單層卷繞螺旋繩槽卷筒而言，雙折線式卷筒的結構更為復雜，其設計計算量更大，開發(fā)周期更長，設計質量也較難保證。近年來，國內學者對雙折線式多層卷繞卷筒設計方法進行了一些相關研究，如王紫超[1]進行了基于虛擬樣機技術的平行折線繩槽卷筒智能設計研究，彭紅星[2]進行了基于 Pro/ E 的雙折線繩槽卷筒的參數(shù)化設計研究。但這些研究工作往往停留在三維模型參數(shù)化構建層面，并未實現(xiàn)對雙折線式多層卷繞系統(tǒng)中卷筒結構分析的參數(shù)化。本文通過VB對SolidWorks、ANSYS進行二次開發(fā)，開發(fā)出雙折線式多層卷繞系統(tǒng)參數(shù)化設計系統(tǒng)，完成了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)設計計算、三維建模參數(shù)化，實現(xiàn)了卷筒有限元分析的參數(shù)化。

1雙折線式多層卷繞系統(tǒng)結構

鋼絲繩雙折線式多層卷繞系統(tǒng)應用于起重機起升機構或變幅機構，由電動機、制動器、減速器、聯(lián)軸器、雙折線式卷筒及鋼絲繩等組成，其具體布置形式根據(jù)起重裝備的實際應用需要進行設計。典型的起重機鋼絲繩雙折線式多層卷繞系統(tǒng)結構布置如圖1所示，電動機通過聯(lián)軸器與減速器的高速軸相連接，減速器的輸出軸上裝有雙折線式卷筒，卷筒通過鋼絲繩和滑輪組與負載相連。系統(tǒng)工作時，卷筒將鋼絲繩卷入或放出，從而實現(xiàn)鋼絲繩卷繞系統(tǒng)的整體動作。

1.制動器　2.減速器　3.聯(lián)軸器　4.電動機 　5.鋼絲繩　6.卷筒圖1　雙折線式多層卷繞系統(tǒng)結構圖

2系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)架構

由鋼絲繩雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的結構分析可知，雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的設計包括雙折線式卷筒設計，導向墊塊設計以及鋼絲繩、電動機、減速器、制動器和聯(lián)軸器的計算與選型。

根據(jù)系統(tǒng)總體功能要求，將整個系統(tǒng)分為設計計算、參數(shù)化建模和有限元分析3個功能模塊，設計系統(tǒng)總體結構如圖2所示。進入系統(tǒng)主界面后，根據(jù)設計目標給定原始參數(shù)，由原始參數(shù)經過設計計算模塊對各部件進行選型，然后參數(shù)化建模模塊根據(jù)選型結果從數(shù)據(jù)庫讀取尺寸參數(shù)并建立模型，最后有限元分析模塊讀取模型數(shù)據(jù)進行有限元分析。

圖2　軟件結構圖

2.2功能模塊設計

2.2.1設計計算模塊

根據(jù)原始參數(shù)要求，計算卷筒的直徑、長度、繩槽節(jié)距、卷筒壁厚等參數(shù)，完成雙折線式卷筒及導向墊塊的設計；計算鋼絲繩拉力、電動機靜功率、傳動比、制動力矩等參數(shù)，進而完成鋼絲繩、電動機、減速器、制動器以及聯(lián)軸器的選型；最后對整個系統(tǒng)的起制動時間進行校核，滿足要求則繼續(xù)，否則返回更改設計參數(shù)，最終生成計算說明書。設計計算模塊完成的設計參數(shù)會保存到ACCESS數(shù)據(jù)庫中。設計計算模塊界面如圖3所示。

圖3　 設計計算模塊界面

2.2.2參數(shù)化建模模塊

基于ActiveX-Automation技術對SolidWorks進行二次開發(fā)，對于標準件如鋼絲繩、電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器等，則根據(jù)設計計算模塊的選型結果，從數(shù)據(jù)庫中讀取對應型號的尺寸參數(shù).對于自主設計的部件如雙折線式卷筒，則直接讀取設計參數(shù)。在OLE技術和COM規(guī)范的支持下，通過調用SolidWorksAPI對象建立各部件的三維模型，最后生成雙折線式多層卷繞系統(tǒng)三維裝配體模型[4-6]。參數(shù)化建模模塊界面如圖4所示。

2.6 乳腺超聲光散射成像與血清CA153、CEA單獨和聯(lián)合檢測對乳腺腫瘤的診斷價值比較 乳腺超聲+CA153+CEA對乳腺腫瘤診斷的敏感度、準確率、陰性預測值均顯著高于乳腺超聲、CA153、CEA，差異有統(tǒng)計學意義(均P<0.05)，但二者的特異度、陽性預測值之間差異無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)。見表7。

圖4　參數(shù)化建模模塊界面

2.2.3有限元分析模塊

運用ANSYS APDL參數(shù)化設計語言，將卷筒幾何建模、網格劃分、邊界條件設置、加載、求解設置以及后處理等過程編寫成命令流。其中，幾何模型和載荷條件所需的參數(shù)將由系統(tǒng)根據(jù)用戶的輸入寫成文本文件，供APDL讀取。在執(zhí)行有限元分析時，系統(tǒng)將調用ANSYS應用程序并讀入上述APDL命令，分析結果會被自動保存。用戶通過系統(tǒng)交互操作界面就能讀取相應的分析結果，如卷筒應力和位移云圖等，以此來檢驗雙折線式卷筒的設計是否滿足強度、剛度要求。此外根據(jù)需要用戶還可以單獨生成有限元分析報告[7-9]。有限元分析模塊界面如圖5所示。

圖5　有限元分析模塊界面

2.2.4數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫，通過系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的讀取與存儲，實現(xiàn)SolidWorks、ANSYS與數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的傳遞。整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)可分為標準件性能參數(shù)、標準件尺寸參數(shù)以及非標準件設計參數(shù)3類。Access數(shù)據(jù)庫如圖6所示。

圖6　 Access數(shù)據(jù)庫

3系統(tǒng)開發(fā)實例

為方便開發(fā)人員的編程工作，VB提供了許多現(xiàn)成的控件，能夠滿足編程需求?？丶蓪傩?、方法及事件組成。VB中的控件采用的是事件驅動機制，即代碼只有在事件觸發(fā)時才會響應。

3.1界面定制

卷筒尺寸參數(shù)眾多不能一一計算，因此需要提取主參數(shù)進行設計，其他參數(shù)依據(jù)主參數(shù)而定。雙折線式卷筒主參數(shù)包括繩槽節(jié)距、卷筒直徑、卷筒長度、卷筒壁厚等，因此將其分放在4個Frame框架中，如圖7所示，每個Frame框架中按照輸入、控制、輸出的順序設計界面。如圖8所示，上面是輸入部分，由text文本框接收輸入?yún)?shù)，label控件標注參數(shù)名稱；中間是Command控件，設置其Click事件為觸發(fā)機制，即鼠標左鍵單擊控件將進行“計算”；下面部分是由text和label控件組成的輸出部分，由text控件顯示計算結果并最終保存到數(shù)據(jù)庫。整個系統(tǒng)界面基本按此模式進行定制。而標準件涉及到選型，因此需要用到Adodc控件鏈接到數(shù)據(jù)庫，再由DataGrid控件進行窗口顯示。

圖7　卷筒計算界面框架圖

圖8　Frame框架圖

VB中的控件采用的是事件驅動機制，在通過控件定制界面之后，要為控件的具體事件編寫事件過程(即響應代碼)。整個系統(tǒng)中的事件主要分以下5類。

(1)計算：在設計計算界面中的事件主要是為完成計算，因此只需將計算公式按規(guī)范格式編制到對應事件下即可。

(2)鏈接數(shù)據(jù)庫：對于標準件需要用Adodc控件的RecordSource屬性將數(shù)據(jù)庫中對應的數(shù)據(jù)表鏈接到此控件，然后通過DataGrid控件的DataSource屬性將數(shù)據(jù)顯示到系統(tǒng)界面上。

(3)選型：通過Adodc控件的select方法對標準件進行選型，如減速器選型程序：Adodc3.RecordSource= "select*from減速器where型號 ='" &Combo8.Text& "' and公稱傳動比>" &Val(Text30.Text * Text31.Text) & " and公稱傳動比<" &Val(Text30.Text * Text32.Text) & "。

(4)調用solidworks：首先定義一個Object變量，設置其屬性為sldworks.application，通過OpenDoc4方法，調用solidworks打開模型文件。

(5)零件尺寸賦值：通過Part對象的Parameter屬性更新零件各尺寸數(shù)據(jù)，完成整個零件的參數(shù)化建模。

4結語

該系統(tǒng)實用性強，與傳統(tǒng)設計方法相比，解決了設計計算及復雜模型構建時所需的大量重復性工作，實現(xiàn)了卷筒結構強度校核的參數(shù)化，能夠自動生成設計計算說明書、三維模型及有限元分析報告，有效地提高了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的設計效率。因此，可以借助該系統(tǒng)進行雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的參數(shù)化設計。

參 考 文 獻

[1]王紫超. 基于虛擬樣機技術的平行折線繩槽卷筒智能設計[D]. 武漢理工大學，2005.6.

[2]彭紅星. 基于 Pro/ E 的雙折線繩槽卷筒的參數(shù)化設計[J]. 礦山機械，2010(17): 48-51.

[3]李平安，王宗彥. 橋式起重機起升機構參數(shù)化優(yōu)化設計研究[D]. 中北大學，2011.4.

[4]Dazhong Wu, Matthew John Greer, David W. Rosen, Dirk Schaefer. Cloud manufacturing: Strategic vision and state-of-the-art[D].2013.04.008.

[5]羅敬東. VB在SolidWorks二次開發(fā)中的參數(shù)化方法[J]. 廣東水利電力職業(yè)技術學院學報，2008,6(2):78-80.

[6]張華,陳定方,楊艷芳. VisualBasic為基的SolidWorks二次開發(fā)應用[J]. 湖北工業(yè)大學學報, 2010(4): 36-38.

[7]張琪,馬力,過學迅，等. 基于ANSYS參數(shù)化設計語言 APDL的盤式制動器強度、剛度分析[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版), 2014(3): 688-691.

[8]趙九峰. 基于APDL的船用起重機吊臂參數(shù)化設計及優(yōu)化 [D]. 大連理工大學,2008,11.

[9]楊秀萍,王鵬林. 基于ANSYS APDL語言的零件參數(shù)化有限元分析[J].組合機床與自動化加工技術, 2005(11),10-16.

嚴芃芃: 武漢市武昌區(qū)和平大道1040號

Development of Parameter Design System of the Parallel Grooved Multi-Layer Winding System Based on VB

School of Logistics Engineering, Wuhan University of Technology

YAN PengpengHu ZhihuiMA HongweiHu Jiquan

Abstract：The parallel grooved multi-layer winding system was taken as the study object, to reduce the repetitive design work of the designers, carry the finite element analysis easily, improve the design efficiency and shorten the design cycle, This paper developed the parametet design system of the parallel grooved multi-layer winding system by using VB to do the secondary development of SolidWorks and ANSYS, and realized the parameter function of design calculation, 3D modeling and finite element analysis of the parallel grooved multi-layer winding system and improved the design efficiency.

Key words：parallel grooved multi-layer winding system; parameter design system; 3D modeling; finite element analysis

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.01.001

收稿日期：2015-11-25

基金項目：交通運輸部應用基礎研究項目(2014 329 811 050)

關鍵字： 雙折線式多層卷繞系統(tǒng); 參數(shù)化設計系統(tǒng); 三維建模; 有限元