自动扶梯桁架系统的快速设计.pdf

1、第 8 卷 第 4 期2010 年 12 月中 国 工 程 机 械 学 报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINER YVol. 8 No. 4Dec. 2010作 者 简 介 : 吴 战 国 (1966 - ) ,男 ,副 教 授 ,工 学 博 士 . E2mail :wuzhanguo tongji. edu. cn自 动 扶 梯 桁 架 系 统 的 快 速 设 计吴 战 国 , 钟 遇 舟 , 任 安 心(同 济 大 学 机 械 工 程 学 院 , 上 海 201804)摘 要 : 采 用 自 顶 向 下 的 方 法 ,通 过 三 维 软 件 Sol

2、idWorks 对 自 动 扶 梯 桁 架 进 行 参 数 化 建 模 与 装 配 ,然 后 利 用 Vis2ual C + 编 程 工 具 编 写 动 态 链 接 库 进 行 二 次 开 发 ,设 计 1 套 自 动 化 的 扶 梯 桁 架 软 件 . 扩 展 了 SolidWorks 的 功 能 ,大 大 提 高 了 自 动 扶 梯 的 设 计 效 率 .关 键 词 : SolidWorks ; 自 动 扶 梯 ; 二 次 开 发 ; Visual C +中 图 分 类 号 : TP 391. 7 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1672 - 5581 (2010) 04

3、- 0427 - 05Rapi d desi gn f or t r uss s ys te m of a ut oma tic escal a t orsWU Zha n2guo , ZHON G Yu2zhou , R EN A n2xi n(College of Mechanical Engineering , Tongji University , Shanghai 201804 , China)A bs t r act : By applying t he top2dow n met hod ,t he paramet ric modeling and assembly are fi

4、rst conducted ont he automatic escalator t russes via SolidWorks TM . Then , a secondary develop ment of t he dynamic link li2brary (DLL) is completed using such p rogramming tools as Visual C + TM . Finally ,a set of software is de2veloped for automatic escalators based on t he extension of SolidWo

5、rks TM . The rein ,t his app roach can signif2icantly imp rove t he design efficiency.Key w or ds : SolidWorks ; automatic escalator ; secondary develop ment ; Visual C +自 动 扶 梯 桁 架 是 1 种 尺 寸 多 变 但 结 构 相 似 的 机 构 系 统 ,并 且 主 体 结 构 比 较 复 杂 ,零 件 繁 多 . 随 着 客 户需 求 的 多 样 化 以 及 CAD 技 术 在 该 行 业 的 普 及 ,它 使 企

6、业 在 成 本 、 质 量 、 交 货 期 和 客 户 满 意 度 方 面 面 临 着越 来 越 大 的 压 力 ,必 须 合 理 利 用 企 业 目 前 存 在 着 的 大 量 产 品 设 计 和 工 艺 资 源 ,通 过 产 品 配 置 和 产 品 族 管理 来 缩 短 订 单 产 品 的 通 过 时 间 . 因 此 ,就 自 动 扶 梯 桁 架 结 构 来 讲 ,非 常 具 有 二 次 开 发 的 价 值 .本 文 在 现 有 的 扶 梯 生 产 技 术 基 础 上 ,从 资 源 重 用 、 信 息 集 成 的 角 度 ,介 绍 1 种 自 动 扶 梯 桁 架 系 统 开 发的 思 路

7、,以 SolidWorks 为 三 维 设 计 平 台 ,VC + 为 编 程 工 具 ,开 发 1 种 支 持 快 速 组 合 的 变 型 设 计 系 统 ,建立 设 计 计 算 获 得 的 参 数 与 三 维 图 形 之 间 的 直 接 相 关 性 ,这 是 SolidWorks 软 件 本 身 所 无 法 实 现 的 1 .1 虚 拟 装 配 技 术 在 扶 梯 建 模 中 的 应 用SolidWorks 是 1 种 全 参 数 化 特 征 造 型 软 件 ,具 有 强 大 的 零 件 、 装 配 、 工 程 图 设 计 功 能 . 它 支 持 单 一 数 据库 ,同 时 具 有 良 好

8、 的 兼 容 性 和 开 放 性 ,为 用 户 提 供 了 支 持 对 象 的 链 接 和 嵌 入 (Object Linking and Embedding ,OL E)自 动 化 技 术 与 组 件 对 象 模 型 (Component Object Model ,COM)规 范 2 种 不 同 的 二 次 开 发 方 式 .1. 1 自 动 扶 梯 桁 架 的 装 配 层 次 分 析基 于 自 动 扶 梯 结 构 的 复 杂 性 ,在 设 计 初 期 尽 量 根 据 可 拆 装 并 结 合 人 工 的 分 析 形 式 ,将 自 动 扶 梯 的 桁架 主 装 配 体 分 为 主 要 的 几

9、 个 子 装 配 体 :扶 梯 桁 架 左 单 片 、 桁 架 右 单 片 和 其 他 适 配 件 . 其 中 左 右 单 片 又 可 分别 为 上 部 、 中 部 、 下 部 3 个 部 分 .中 国 工 程 机 械 学 报 第 8 卷 1. 2 装 配 体 布 局 草 图 在 自 动 扶 梯 中 的 应 用图 1 桁 架 装 配 体 结 构 层 次 分 析 图Fig 1 Assembly s t r uct u re cha rt一 般 装 配 方 法 有 自 上 而 下 和 自 下 而 上 2 种 . 自 上 而 下 即Layout 设 计 ,是 利 用 布 局 草 图 设 计 1 个

10、装 配 体 ,绘 制 1 个 或多 个 草 图 ,用 草 图 显 示 每 个 装 配 体 的 零 部 件 的 位 置 . 然 后 ,在生 成 零 件 之 前 建 立 和 修 改 设 计 图 . 使 用 布 局 草 图 设 计 装 配 体的 最 大 好 处 ,就 是 如 果 更 改 了 布 局 草 图 ,则 装 配 体 及 其 零 件都 会 随 之 更 新 . 自 下 而 上 方 法 是 把 1 个 大 型 的 装 配 体 分 拆 成很 多 小 零 件 设 计 ,然 后 把 它 们 装 配 到 一 起 . 正 是 基 于 自 顶 向下 设 计 的 诸 多 优 点 ,以 及 SolidWorks

11、的 数 据 全 相 关 性 ,并 且子 零 件 大 多 为 结 构 件 ,非 常 适 合 利 用 焊 件 特 征 来 建 模 ,因 此对 整 个 自 动 扶 梯 装 配 的 方 法 采 用 自 顶 向 下 的 Layout 设 计 . 图1 为 它 的 结 构 示 意 图 .1. 3 自 动 扶 梯 的 零 件 在 S oli d Wor ks 中 的 建 模 方 法1. 3. 1 总 装 配 体 草 图 布 局在 总 装 配 体 中 建 立 1 个 布 局 草 图 ,其 中 以 不 同 的 草 图 实 体 代 表 装 配 体 中 的 零 件 . 按 照 整 体 设 计 思 路 ,指 定 每

12、个 零 部 件 的 参 照 信 息 ,通 过 草 图 的 实 体 转 换 来 传 递 相 关 参 数 ,定 义 零 部 件 的 尺 寸 、 形 状 以 及 它 在 装配 体 中 的 位 置 ,确 保 每 个 零 件 都 参 考 了 此 布 局 草 图 . 如 图 2 所 示 .1. 3. 2 零 件 建 模根 据 得 到 的 零 件 参 数 ,参 考 机 械 设 计 手 册 ,选 取 零 件 的 截 面 属 性 ,用 “ 焊 接 件 ” 的 方 法 对 零 件 进 行 建模 ,对 于 厂 标 件 和 通 用 件 ,在 零 件 模 式 下 设 计 ,而 不 需 要 在 装 配 环 境 下 设 计

13、 ,以 保 持 零 件 的 通 用 性 . 在 主 体框 架 设 计 完 成 后 ,组 装 其 他 适 配 件 ,最 后 完 成 整 个 扶 梯 的 装 配 ,如 图 3 所 示 .图 2 L a yout 总 设 计 草 图Fig. 2 L a yout s ketch图 3 自 动 扶 梯 的 总 装 配 图Fig. 3 Competed escalat or assembly2 自 动 扶 梯 桁 架 的 二 次 开 发 原 理2. 1 S oli d Wor ks COM 二 次 开 发 简 介SolidWorks 的 COM 接 口 ,是 使 用 Visual C + 编 程 语 言

14、 开 发 动 态 链 接 库 (Dynamic Link Library ,DLL)程 序 . 通 过 SolidWorks 提 供 的 应 用 程 序 接 口 (Application Programming Interface ,A PI) 函 数 ,可 以实 现 对 SolidWorks 底 层 的 开 发 ,并 且 代 码 的 执 行 效 率 高 ,能 直 接 在 SolidWorks 的 界 面 下 添 加 菜 单 、 工 具条 等 ,在 注 册 表 中 注 册 成 功 即 可 成 为 SolidWorks 插 件 ,通 过 编 写 用 户 界 面 、 调 用 数 据 库 等 ,从

15、而 实 现 了 与SolidWorks 的 无 缝 集 成 .2. 2 扶 梯 桁 架 的 二 次 开 发 方 法2. 2. 1 扶 梯 桁 架 的 二 次 开 发 方 法通 过 调 用 A PI 函 数 对 SolidWorks 进 行 二 次 开 发 通 常 有 2 种 方 式 ,程 序 驱 动 法 和 尺 寸 驱 动 法 . 程 序 驱动 法 是 通 过 对 A PI 函 数 的 调 用 ,实 现 在 SolidWorks 中 进 行 建 模 所 需 要 的 全 部 操 作 . 使 三 维 模 型 完 全 实 现824第 4 期 吴 战 国 ,等 :自 动 扶 梯 桁 架 系 统 的 快

16、 速 设 计 了 参 数 化 驱 动 ,但 编 程 工 作 量 大 ,开 发 效 率 低 ,对 开 发 人 员 要 求 也 较 高 . 尺 寸 驱 动 法 是 先 在 SolidWorks 中建 立 初 始 三 维 模 型 ,确 定 具 体 设 计 变 量 ;然 后 在 程 序 中 调 用 A PI 函 数 ,修 改 模 型 的 设 计 变 量 并 重 建 ,以 得到 最 终 模 型 . 在 此 方 法 中 ,模 型 的 设 计 变 量 是 程 序 与 模 型 之 间 相 联 系 的 纽 带 ,通 过 少 量 的 变 量 化 参 数 来 控制 模 型 ,实 现 快 速 、 准 确 的 三 维

17、图 形 设 计 . 相 对 于 完 全 编 程 的 方 式 2 ,本 文 中 采 用 2 种 开 发 方 式 相 结 合 的方 法 ,按 正 确 的 设 计 关 系 在 SolidWorks 环 境 中 绘 制 三 维 模 型 图 形 并 保 存 . 在 三 维 建 模 过 程 中 根 据 设 计 需要 分 析 并 确 定 模 型 的 设 计 变 量 ,然 后 通 过 编 程 环 境 编 制 程 序 ,调 用 A PI 函 数 打 开 已 保 存 好 的 三 维 零 件 图形 文 件 ,修 改 其 尺 寸 变 量 以 及 部 分 结 构 并 重 新 生 成 模 型 ,实 现 模 型 几 何 或

18、 拓 扑 信 息 的 改 变 ,从 而 完 成 零 件的 三 维 变 量 化 建 模 过 程 .2. 2. 2 扶 梯 桁 架 可 变 参 数 的 确 定首 先 在 SolidWorks 中 按 上 述 方 法 对 扶 梯 进 行 手 工 建 模 ,在 设 计 变 量 时 应 该 尽 量 减 少 变 量 的 个 数 ,并同 结 构 设 计 计 算 的 变 量 保 持 一 致 ,如 :扶 梯 中 的 主 要 变 量 有 :桁 架 的 高 度 和 宽 度 、 上 单 片 的 长 度 和 宽 度 、 爬升 角 、 中 部 长 度 和 高 度 、 下 部 长 度 和 高 度 、 材 料 属 性 、 弦

19、 杆 规 格 、 角 铁 规 格 . 中 间 支 撑 架 的 数 目 跟 扶 梯 的 高度 和 长 度 有 关 ,可 对 从 属 参 数 直 接 添 加 方 程 式 给 予 确 定 .其 次 在 建 模 的 过 程 中 确 定 模 型 的 从 动 设 计 变 量 ,如 左 右 扶 梯 单 处 为 对 称 结 构 ,添 加 必 要 的 约 束 及 方程 式 .最 后 ,在 后 期 装 配 中 需 要 配 合 的 面 、 基 准 面 、 轴 等 进 行 重 命 名 ,以 在 程 序 中 方 便 调 用 .2. 3 主 要 程 序 的 编 写 及 运 行 流 程 图2. 3. 1 CSWLift 类

20、 的 编 写为 了 在 程 序 中 更 方 便 地 使 用 SolidWorks A PI 函 数 ,通 常 将 A PI 函 数 改 写 为 成 员 函 数 ,并 封 装 在 1 个名 为 CSWLift 类 当 中 . 这 里 主 要 介 绍 程 序 中 用 到 的 5 个 成 员 函 数 ,分 别 为 启 动 SolidWorks、 打 开 零 件 文 件模 板 、 修 改 模 型 尺 寸 、 重 建 模 型 、 保 存 零 件 文 件 并 给 出 函 数 的 实 现 3 ,其 他 函 数 可 以 自 己 编 写 . SWLift . hclass CSWLift p ublic : I

21、SldWorks 3 m_p SldWorks ; IModelDoc 3 m_pModelDoc ; IPartDoc 3 m_p PartDoc ;HRESUL Start () ; 启 动 SolidWorksHRESUL New Part ( IPartDoc 3 3 p PartDoc) ; 新 建 零 件 文 件HRESUL T SetDimValue (BSTR DimName ,double value) ; 修 改 模 型 尺 寸HRESUL T Rebuild () ; 重 建 模 型long SaveFile (BSTR Pat h) ; 保 存 零 件 文 件 ;CSW

22、Lift 类 库 的 实 现 : CSWLift . cppHRESUL T CSWLift : :Start () 启 动 SolidWorksHRESUL T hr = CoCreateInstance (CL SID_SldWorks ,NULL ,CL SCTX_LOCAL_SERV ER ,IID_ IS2ldWorks , (void 3 3 ) ( ASSER T ( hr = = S_O K m_p SldWorks - p ut_Visible (true) ;return hr ;HRESUL T CSWLift : :New Part ( IPartDoc 3 3 p P

23、artDoc) 新 建 零 件 文 件 HRESUL T hr = m_p SldWorks - INew Part ( ASSER T (hr = = S_O K hr = ( 3 p PartDoc) - QueryInterface ( IID_IModelDoc , (void 3 3 ) ASSER T (hr = = S_O K 924中 国 工 程 机 械 学 报 第 8 卷 return hr ;HRESUL T CSWLift : :SetDimValue ( BSTR DimName ,double value) 修 改 模 型 尺 寸 L PDIM ENSION ret

24、;HRESUL T hr = m_pModelDoc - IParameter (DimName , ASSER T (hr = = S_O K hr = ret - p ut_Value (value) ;ASSER T (hr = = S_O K) ;ret - Release () ; 释 放 指 针ret urn hr ;HRESUL CSWLift : :Rebuild () 重 建 模 型 VA RIAN T_BOOL ret ;HRESUL T hr = m_pModelDoc - Edit Rebuild3 ( ASSER T (hr = = S_O K) ;ret urn h

25、r ;long CSWLift : :SaveFile (BSTR Pat h) 保 存 零 件 文 件 ,可 在 之 间 调 用 文 件 对 话 框 自 定 义 保 存 路 径 HRESUL T hr ;long ret = 0 ;图 4 程 序 运 行 流 程 图Fig. 4 Pr ogr a m r u n f low cha rthr = m _ pModelDoc - SaveAsSilent ( Pat h , false ,ASSER T (hr = = S_O K) ;ret urn ret ;2. 3. 2 自 定 义 界 面 及 建 模 实 现在 VC + 中 自 定 义

26、界 面 ,通 过 自 定 义 界 面 输 入 扶 梯 桁 架 的 相关 参 数 ,对 主 要 可 变 参 数 进 行 归 纳 ,以 下 是 部 分 重 要 参 数 的 名 称 及推 荐 取 值 范 围 :工 程 图 号 (自 定 义 输 入 ) ,扶 梯 的 提 升 角 度 (10 45 ) ,扶 梯 的 人 行 通 道 宽 度 (800 2 000 mm) ,弦 杆 规 格 与 角 铁 规格 (自 定 义 ) ,扶 梯 中 部 分 体 数 (1 4 个 ) ,提 升 高 度 (3 000 7 000mm) ,上 部 长 度 变 化 (500 2 000 mm) ,上 部 高 度 (500 2

27、 000mm) ,中 部 长 度 (1 000 8 000 mm) ,中 部 高 度 (500 2 000 mm) ,下 部 长 度 (500 2 000 mm) ,下 部 高 度 (500 2 000 mm) .另 外 ,可 以 利 用 编 程 从 其 他 数 据 文 件 获 取 数 据 (如 记 事 本 ,excel ,access 数 据 库 文 件 ) ,点 击 确 定 ,可 以 自 动 实 现 三 维 建模 4 ,在 运 行 结 束 后 保 存 本 次 扶 梯 的 技 术 参 数 ,整 个 程 序 的 运 行流 程 图 如 图 4 所 示 .3 结 论(1) 本 文 通 过 分 析

28、自 动 扶 梯 桁 架 系 统 的 结 构 ,针 对 自 动 扶 梯 采 取 1 种 有 效 的 建 模 思 路 ,通 过 Solid2works 对 其 进 行 自 顶 向 下 设 计 ,快 速 地 完 成 基 于 参 数 化 的 自 动 扶 梯 零 部 件 的 实 体 建 模 和 虚 拟 装 配 .(2) 利 用 面 向 对 象 开 发 Visual C + 对 Solidworks 平 台 ,针 对 扶 梯 桁 架 进 行 二 次 开 发 ,实 现 了 自 动 扶梯 桁 架 结 构 的 自 动 化 建 模 . 自 顶 向 下 的 设 计 减 少 了 编 程 的 工 作 量 ,缩 短 了

29、自 动 扶 梯 设 计 和 制 造 周 期 ,降 低034第 4 期 吴 战 国 ,等 :自 动 扶 梯 桁 架 系 统 的 快 速 设 计 产 品 开 发 成 本 ,对 提 供 产 品 快 速 响 应 市 场 变 化 的 能 力 ,具 有 重 要 的 应 用 价 值 .参 考 文 献 : 1 徐 格 宁 ,孙 占 营 ,陶 元 芳 . 基 于 组 件 对 象 模 型 的 SolidWorks 三 维 参 数 化 建 模 方 法 J . 中 国 工 程 机 械 学 报 ,2004 ,2 (3) :263 - 269.XU Gening ,SUN Zhanying , TAO Yuanfang.

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