武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院　嚴(yán)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(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院嚴(yán)芃芃胡志輝馬宏偉胡吉全

摘要：為降低設(shè)計(jì)工作的重復(fù)性,便于進(jìn)行有限元分析，提高設(shè)計(jì)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，以雙折線式多層卷繞系統(tǒng)為對(duì)象，運(yùn)用VB對(duì)SolidWorks、ANSYS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構(gòu)建了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)效率。

起重裝備的大型化使雙折線式多層卷繞系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在起重機(jī)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(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其設(shè)計(jì)計(jì)算量更大，開(kāi)發(fā)周期更長(zhǎng)，設(shè)計(jì)質(zhì)量也較難保證。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)雙折線式多層卷繞卷筒設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了一些相關(guān)研究，如王紫超[1]進(jìn)行了基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的平行折線繩槽卷筒智能設(shè)計(jì)研究，彭紅星[2]進(jìn)行了基于 Pro/ E 的雙折線繩槽卷筒的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究。但這些研究工作往往停留在三維模型參數(shù)化構(gòu)建層面，并未實(shí)現(xiàn)對(duì)雙折線式多層卷繞系統(tǒng)中卷筒結(jié)構(gòu)分析的參數(shù)化。本文通過(guò)VB對(duì)SolidWorks、ANSYS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)出雙折線式多層卷繞系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，完成了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算、三維建模參數(shù)化，實(shí)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(jié)構(gòu)

鋼絲繩雙折線式多層卷繞系統(tǒng)應(yīng)用于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)或變幅機(jī)構(gòu)，由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)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(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。典型的起重機(jī)鋼絲繩雙折線式多層卷繞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，電動(dòng)機(jī)通過(guò)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(guò)鋼絲繩和滑輪組與負(fù)載相連。系統(tǒng)工作時(shí)，卷筒將鋼絲繩卷入或放出，從而實(shí)現(xiàn)鋼絲繩卷繞系統(tǒng)的整體動(dòng)作。

1.制動(dòng)器　2.減速器　3.聯(lián)軸器　4.電動(dòng)機(jī) 　5.鋼絲繩　6.卷筒圖1　雙折線式多層卷繞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

由鋼絲繩雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知，雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括雙折線式卷筒設(shè)計(jì)，導(dǎo)向墊塊設(shè)計(jì)以及鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器和聯(lián)軸器的計(jì)算與選型。

根據(jù)系統(tǒng)總體功能要求，將整個(gè)系統(tǒng)分為設(shè)計(jì)計(jì)算、參數(shù)化建模和有限元分析3個(gè)功能模塊，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。進(jìn)入系統(tǒng)主界面后，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)給定原始參數(shù)，由原始參數(shù)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊對(duì)各部件進(jìn)行選型，然后參數(shù)化建模模塊根據(jù)選型結(jié)果從數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)行有限元分析。

圖2　軟件結(jié)構(gòu)圖

2.2功能模塊設(shè)計(jì)

2.2.1設(shè)計(jì)計(jì)算模塊

根據(jù)原始參數(shù)要求，計(jì)算卷筒的直徑、長(zhǎng)度、繩槽節(jié)距、卷筒壁厚等參數(shù)，完成雙折線式卷筒及導(dǎo)向墊塊的設(shè)計(jì)；計(jì)算鋼絲繩拉力、電動(dòng)機(jī)靜功率、傳動(dòng)比、制動(dòng)力矩等參數(shù)，進(jìn)而完成鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器以及聯(lián)軸器的選型；最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的起制動(dòng)時(shí)間進(jìn)行校核，滿足要求則繼續(xù)，否則返回更改設(shè)計(jì)參數(shù)，最終生成計(jì)算說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)計(jì)算模塊完成的設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)保存到ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)中。設(shè)計(jì)計(jì)算模塊界面如圖3所示。

圖3　 設(shè)計(jì)計(jì)算模塊界面

2.2.2參數(shù)化建模模塊

基于ActiveX-Automation技術(shù)對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件如鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、聯(lián)軸器等，則根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊的選型結(jié)果，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取對(duì)應(yīng)型號(hào)的尺寸參數(shù).對(duì)于自主設(shè)計(jì)的部件如雙折線式卷筒，則直接讀取設(shè)計(jì)參數(shù)。在OLE技術(shù)和COM規(guī)范的支持下，通過(guò)調(diào)用SolidWorksAPI對(duì)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(dú)和聯(lián)合檢測(cè)對(duì)乳腺腫瘤的診斷價(jià)值比較 乳腺超聲+CA153+CEA對(duì)乳腺腫瘤診斷的敏感度、準(zhǔn)確率、陰性預(yù)測(cè)值均顯著高于乳腺超聲、CA153、CEA，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)，但二者的特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)。見(jiàn)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(yùn)用ANSYS APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，將卷筒幾何建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)置、加載、求解設(shè)置以及后處理等過(guò)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(shí)，系統(tǒng)將調(diào)用ANSYS應(yīng)用程序并讀入上述APDL命令，分析結(jié)果會(huì)被自動(dòng)保存。用戶通過(guò)系統(tǒng)交互操作界面就能讀取相應(yīng)的分析結(jié)果，如卷筒應(yīng)力和位移云圖等，以此來(lái)檢驗(yàn)雙折線式卷筒的設(shè)計(jì)是否滿足強(qiáng)度、剛度要求。此外根據(jù)需要用戶還可以單獨(dú)生成有限元分析報(bào)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(kù)

系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)SolidWorks、ANSYS與數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)的傳遞。整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可分為標(biāo)準(zhǔn)件性能參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)件尺寸參數(shù)以及非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)參數(shù)3類。Access數(shù)據(jù)庫(kù)如圖6所示。

圖6　 Access數(shù)據(jù)庫(kù)

3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例

為方便開(kāi)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蓪傩浴⒎椒笆录M成。VB中的控件采用的是事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，即代碼只有在事件觸發(fā)時(shí)才會(huì)響應(yīng)。

3.1界面定制

卷筒尺寸參數(shù)眾多不能一一計(jì)算，因此需要提取主參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(zhǎng)度、卷筒壁厚等，因此將其分放在4個(gè)Frame框架中，如圖7所示，每個(gè)Frame框架中按照輸入、控制、輸出的順序設(shè)計(jì)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(biāo)注參數(shù)名稱；中間是Command控件，設(shè)置其Click事件為觸發(fā)機(jī)制，即鼠標(biāo)左鍵單擊控件將進(jìn)行“計(jì)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(jì)算結(jié)果并最終保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。整個(gè)系統(tǒng)界面基本按此模式進(jìn)行定制。而標(biāo)準(zhǔn)件涉及到選型，因此需要用到Adodc控件鏈接到數(shù)據(jù)庫(kù)，再由DataGrid控件進(jìn)行窗口顯示。

圖7　卷筒計(jì)算界面框架圖

圖8　Frame框架圖

VB中的控件采用的是事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，在通過(guò)控件定制界面之后，要為控件的具體事件編寫事件過(guò)程(即響應(yīng)代碼)。整個(gè)系統(tǒng)中的事件主要分以下5類。

(1)計(jì)算：在設(shè)計(jì)計(jì)算界面中的事件主要是為完成計(jì)算，因此只需將計(jì)算公式按規(guī)范格式編制到對(duì)應(yīng)事件下即可。

(2)鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件需要用Adodc控件的RecordSource屬性將數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表鏈接到此控件，然后通過(guò)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(guò)Adodc控件的select方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型，如減速器選型程序：Adodc3.RecordSource= "select*from減速器where型號(hào) ='" &Combo8.Text& "' and公稱傳動(dòng)比>" &Val(Text30.Text * Text31.Text) & " and公稱傳動(dòng)比<" &Val(Text30.Text * Text32.Text) & "。

(4)調(diào)用solidworks：首先定義一個(gè)Object變量，設(shè)置其屬性為sldworks.application，通過(guò)OpenDoc4方法，調(diào)用solidworks打開(kāi)模型文件。

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

4結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，解決了設(shè)計(jì)計(jì)算及復(fù)雜模型構(gòu)建時(shí)所需的大量重復(fù)性工作，實(shí)現(xiàn)了卷筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的參數(shù)化，能夠自動(dòng)生成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、三維模型及有限元分析報(bào)告，有效地提高了雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。因此，可以借助該系統(tǒng)進(jìn)行雙折線式多層卷繞系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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嚴(yán)芃芃: 武漢市武昌區(qū)和平大道1040號(hào)

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(xiàng)目：交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2014 329 811 050)

關(guān)鍵字： 雙折線式多層卷繞系統(tǒng); 參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng); 三維建模; 有限元