CN104268354A - 基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，利用Pro/ENGINEER4.0三维建模软件为支撑软件，以面向对象的VS2005编程语言为开发工具，选择Pro/ENGINEER自带的应用程序接口Pro/TOOLKIT，采用三维参数化模型样板与程序控制相结合的方式，开发出基于Pro/ENGINEER的应用程序系统，以实现参数化设计。设计时设计者输入产量、效率或横移速度等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化设计方法与传统设计方法相比，能够减少重复劳动，提高设计效率，更便于绞刀的应力分析和优化设计，符合现代产品设计需求。

Description

基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于Pro/E的一种绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，属于机械设计与自动化领域。

背景技术

绞刀是绞吸式挖泥船的关键工作部分，其设计制造质量直接关系到挖泥船的工作性能和工作效率，是疏浚行业重点研究的零部件。影响绞刀设计的参数众多，影响绞刀切削性能的因素复杂多变。传统的绞刀设计方法为参考国际的标准基础上依据经验公式，结合实际经验，按照最大的强度进行设计制造绞刀。这种设计方法存在设计周期长、效率低、绞刀结构不合理等缺陷，所以已经不能适应当今疏浚行业的发展速度，疏浚行业需要更快速便捷、精度更高的绞刀设计方法。随着计算机辅助设计与制造技术的发展与完善，以及三维设计思想及技术的深化与拓展，参数化设计逐渐发展起来。开发绞吸式挖泥船绞刀参数化设计系统以实现用户输入相应参数值即可得到所需绞刀三维模型，这对于疏浚行业的发展具有一定积极意义。

发明内容

发明目的：为了克服传统设计方法存在的不足，本发明提供一种基基于Pro/E的一种绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，对绞吸式挖泥船绞刀结构及受力进行分析，找到影响绞刀切削性能的主要因素，确定设计参数，借助VC++语言对Pro/ENGINEER进行二次开发，采用三维参数化模型样板与程序控制相结合的方式，开发出基于Pro/ENGINEER的应用程序系统，以实现参数化设计。

技术方案：一种基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，包括以下步骤：

步骤(1)：分析影响绞刀结构及其切削性能的主要因素，确定设计参数；

步骤(2)：在Pro/E中建立绞刀的三维参数化模型；

步骤(3)：建立绞刀设计的下拉菜单；

步骤(4)：编写UI对话框资源文件；

步骤(5)：创建Pro/Toolkit应用程序，通过VS 2005编译，连接，生成可执行文件；

步骤(6)：编写注册文件；

步骤(7)：打开Pro/E，注册可执行文件并运行，调用对话框，输入参数值即可更新绞刀模型的参数化设计系统。

所述步骤(1)中的主要影响参数包括：绞刀的主要参数有绞刀外径D、绞刀外轮廓线包角E、绞刀内轮廓F、刀臂安装角A、刀臂外轮廓线高度H、刀臂内轮廓线高度hi。还有两个系数，分别是绞刀介质切削参数k₁和绞刀形状系数k₂。

所述步骤(2)是指根据确定的绞刀设计参数，在Pro/E中建立绞刀参数化的三维模型。绞刀的主体由大环、刀臂和轮毂三部分组成，在模型的建造过程中最困难的部分为如何确定绞刀刀臂的形状结构。为便于建模，将刀臂看作没有厚度的曲面，曲面由内外空间曲线来确定，即内外两条轮廓线确定。一条空间曲线可由两个空间柱面相交而成。这里我们可以分别用平行于z轴和x轴的两个柱面的交线来表示轮廓线。

外轮廓线方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{\mathrm{dw}}{2}\sin E\sin \mathrm{\θ}\\ y=k_1(\cos \mathrm{\θ}-1)D+k_{2}H\sin \mathrm{\θ}+0.5D\\ z=H\sin \mathrm{\θ}+k_1{k}_2(1-\cos \mathrm{\θ})D\end{array}\right.$

内轮廓线方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{\mathrm{dw}}{2}\sin F\sin \mathrm{\θ}-B\sin A\\ y=(k_{1}D-B\cos A)\cos \mathrm{\θ}+k_2\mathrm{hi}\sin \mathrm{\θ}+(0.5-k_1)D\\ z=\mathrm{hi}\sin \mathrm{\θ}+k_2(k_{1}D-B\cos A)(\cos \mathrm{\θ}+1)\end{array}\right.$

式中：q—参数方程的参变量；

B—刀臂宽度；

k₁—绞刀介质切削系数；

k₂—绞刀形状系数；

k₁、k₂根据绞刀切削介质的力学特性来确定。为了保证刀臂与轮毂面相交，q选择的范围一般为0°～150°之间。

所述步骤(3)具体是指向Pro/ENGINEER菜单栏添加自定义菜单的方法，包括两部分，一部分是编写信息资源文件，用于提供菜单的标签文本和帮助信息，另一部分是编写菜单操作源程序，给菜单按钮设置调用函数。

所述步骤(4)具体是指：创建用于人机交互以输入参数值的UI对话框。编写对话框资源文件是实现Pro/Toolkit对话框编程的第一步，编写好的UI对话框资源文件存放于安装路径的text/resource下，以.res命名。编写好的UI可以用Pro/E自带的查看器prodialog_view.exe查看。

所述步骤(5)具体是指：编写对话框的控制程序以读取对话框资源文件，以便将对话框调入内存；为对话框各控件指定行为函数；显示对话框，接受用户交互；关闭对话框、释放对话框所占的内存。将编写好的程序通过VS 2005编译，连接，生成可执行文件。

所述步骤(6)具体是指：编译连接成功生成可执行文件后，要把Pro/Toolkit应用程序集成到Pro/E系统中，必须进行注册，所以要编写注册文件。注册文件的扩展名为.dat。注册文件内容如下：

NAME    ProToolkit_Wizard1

EXEC_FILE  D:\Jiaodao\ProToolkit_Wizard1\debug\ProToolkit_Wizard1.dll

TEXT_DIR   D:\Jiaodao\ProToolkit_Wizard1\ProToolkit_Wizard1\text

STARTUP    dll

ALLOW_STOP        TRUE

DELAY_START       FALSE

UNICODE_ENCODING    FALSE

END

所述步骤(7)具体是指：用户根据要求设计绞刀的操作方法。首先打开Pro/E，在【工具】菜单下的【辅助应用程序】注册可执行文件，进行启动，调用对话框，输入参数值即可更新绞刀模型的参数化设计系统，或进行停止、删除操作。

有益效果是：本发明提供的基于Pro/E的一种绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，借助VC++语言对Pro/ENGINEER进行二次开发，采用三维参数化模型样板与程序控制相结合的方式，开发出基于Pro/ENGINEER的应用程序系统，设计者可以根据所需绞刀类型输入相应的设计参数值，便能快速生成相应的绞刀三维造型。这种设计方法与传统设计方法相比，能够减少重复劳动，提高设计效率，符合现代产品设计需求。

附图说明

图1为本发明的设计方法流程图；

图2为UI对话框；

图3为输入设计参数值生成的绞刀模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的基于Pro/E的一种绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，包括以下步骤：

一.建立一种绞吸式挖泥船绞刀三维参数化模型

绞刀主要设计参数如表1：

表1绞刀设计主要参数

影响绞刀的参数众多，且复杂多变，其中包括岩土的类别和状态、挖泥船的产量要求、切削土层厚度、横移速度及转速等。各参数之间的关系如下式所示：

$Q=\frac{60B_1{B}_{2}m{D}^2{V}_S}{n\cos C}$

其中，D为绞刀外径，根据上述参数可以建立绞刀的参数化三维模型。

二.菜单设计

Pro/Toolkit界面设计主要包括菜单设计和对话框的调用，是实现用户交互的关键，首先介绍菜单设计。

向Pro/ENGINEER菜单栏添加自定义菜单的方法，包括两部分，一部分是编写信息资源文件，用于提供菜单的标签文本和帮助信息，另一部分是编写菜单操作源程序，给菜单按钮设置调用函数。

在菜单程序设计中，首先要添加初始化函数user_initialize()和终止函数user_terminate()。

除了这两个函数外，创建菜单还需要三个基本函数和一个菜单信息文件。ProMenubarMenuAdd()函数功能是在Pro/ENGINEER菜单栏上创建新的菜单项；ProMenubarmenuPushbuttonAdd()函数的功能是在新的菜单项下添加菜单按钮；ProCmdActionAdd()是设置菜单按钮的动作。

1.菜单信息文件为：

USER_MENU％0s

％0s

#

#

-ProToolkit_Wizard1

参数化设计

#

#

-Menu2

绞刀设计

#

#

-Menu2Help

挖泥船绞刀

#

#

2.在菜单程序设计时，在新建VS项目下的ProToolkit_Wizard1.cpp文件中输入代码，具体方法如下：

(1)输入所需头文件；

(2)添加初始化函数：extern"C"int user_initialize(){}，函数需要实现Pro/ENGINEER工作界面中添加菜单项及菜单按钮的功能，首先ProStringToWstring(UserMenuMsg,"ProToolkit_Wizard1_menu.txt")语句指向相应的菜单信息文件ProToolkit_Wizard1_menu.txt，读取菜单项和菜单按钮显示的内容，其次使用如下三个基本函数添加菜单项和菜单按钮：

①status＝ProMenubarMenuAdd("ProToolkit_Wizard1_Menu"，"-ProToolkit_Wizard1"，"Utilities"，PRO_B_FALSE，UserMenuMsg)

此语句功能为添加菜单项“参数化设计”，"ProToolkit_Wizard1_Menu"指菜单信息文件名称，"-ProToolkit_Wizard1"指添加的菜单项名对应的标签，"Utilities"表示菜单项添加在此项右边；

②status＝ProMenubarmenuPushbuttonAdd("ProToolkit_Wizard1_Menu"，"Menu2"，"-Menu2"，"-Menu2Help"，NULL，PRO_B_TRUE，cmd_id，UserMenuMsg)

此语句功能为在菜单项下添加菜单按钮“绞刀设计”，"-Menu2"表示菜单按钮名称，"-Menu2Help"表示菜单按钮提示信息，这些都将在信息文件中设置，信息文件将会被这些函数调用；

③status＝ProCmdActionAdd("Menu2"，(uiCmdCmdActFn)Menu2_fun，uiProe2ndImmediate，NULL，PRO_B_TRUE，PRO_B_TRUE，&cmd_id)

此语句功能为设置菜单按钮动作函数，"Menu2"表示按钮名称“绞刀设计”，Menu2_fun表示菜单按钮的动作函数，此函数在TK_Menu_Fuc.cpp中定义。

(3)最后添加终止函数：extern"C"void user_terminate(){AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState())；}

三.对话框的设计及调用

对话框是实现系统与用户交互的有力工具。UI对话框由对话框资源文件盒程序控制两部分构成，因此UI对话框的设计相应的涉及这两个方面：一是按界面的布局编写资源文件；二是针对对话框的功能编写相应的控制程序。

1.资源文件

对话框资源文件是用来定义和描述对话框外观极其属性的一个文本文件，其扩展名为.res。对话框资源文件包括对话框元件组成、对话框属性定义及元件布局样式的描述等内容，具体内容如下：(Dialog Menu_1

2.编写源程序文件

编写源程序文件时，主要有以下几个函数：

(1)ProUIDialogCreate(dialog_name，dialog_name)//将函数资源存入内存

(2)ProUIPushbuttonActivateActionSet(dialog_name，"Update"，Update_Action，NULL)//“确定”按钮的动作函数

ProUIPushbuttonActivateActionSet(dialog_name，"Cancel"，CANCEL_Action，NULL)//“退出”按钮的动作函数

(3)ProUIDialogActivate(dialog_name，&ActiveDialog_status)//显示和激活对话框

(4)ProUIDialogDestroy(dialog_name)//从内存中清除对话框资源。

(5)ProUIDialogExit()//终止对话框函数

Pro/E系统调用Pro/Toolkit程序，调出对话框如图2所示。

3.改变设计参数设计一种绞刀

用户根据要求设计绞刀的操作方法。首先打开Pro/E，在【工具】菜单下的【辅助应用程序】注册可执行文件，进行启动，调用对话框，输入要设计的绞刀的各参数值，得到相应的绞刀三维模型，如图3所示。重新输入的设计参数值如下表2所示：

表2绞刀设计参数值

Claims (8)

1.基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征是Pro/Toolkit的二次开发，包括以下步骤： 

步骤(1)：分析影响绞刀结构及其切削性能的主要因素，确定设计参数； 

步骤(2)：在Pro/E中建立绞刀的三维参数化模型； 

步骤(3)：建立绞刀设计的下拉菜单； 

步骤(4)：编写UI对话框资源文件； 

步骤(5)：创建Pro/Toolkit应用程序，通过VS2005编译，连接，生成可执行文件； 

步骤(6)：编写注册文件； 

步骤(7)：打开Pro/E，注册可执行文件并运行，调用对话框，输入参数值更新绞刀模型的参数化设计系统。 

2.根据权利要求1所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中的设计参数包括：绞刀的主要参数有绞刀外径D、绞刀外轮廓线包角E、绞刀内轮廓F、刀臂安装角A、刀臂外轮廓线高度H、刀臂内轮廓线高度hi；还有两个系数，分别是绞刀介质切削参数k₁和绞刀形状系数k₂。 

3.根据权利要求2所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中，根据确定的绞刀设计参数，在Pro/E中建立绞刀参数化的三维模型；绞刀的主体由大环、刀臂和轮毂三部分组成；为便于建模，将刀臂看作没有厚度的曲面，曲面由内外空间曲线来确定，即内外两条轮廓线确定；分别用平行于z轴和x轴的两个柱面的交线来表示轮廓线， 

外轮廓线方程为： 

内轮廓线方程为： 

式中：θ—参数方程的参变量； 

B—刀臂宽度； 

k₁—绞刀介质切削系数； 

k₂—绞刀形状系数； 

k₁、k₂根据绞刀切削介质的力学特性来确定。 

4.根据权利要求1或3所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指向Pro/ENGINEER菜单栏添加自定义菜单的方法，包括两部分，一部分是编写信息资源文件，用于提供菜单的标签文本和帮助信息，另一部分是编写菜单操作源程序，给菜单按钮设置调用函数。 

5.根据权利要求1或4所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(4)具体是指：创建用于人机交互以输入参数值的UI对话框；编写对话框资源文件是实现Pro/Toolkit对话框编程的第一步，编写好的UI对话框资源文件存放于安装路径的text/resource下，以.res命名。 

6.根据权利要求1或5所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(5)具体是指：编写对话框的控制程序以读取对话框资源文件；为对话框各控件指定行为函数；显示对话框，接受用户交互；关闭对话框、释放对话框所占的内存；将编写好的控制程序通过VS2005编译，连接，生成可执行文件。 

7.根据权利要求1或6所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(6)具体是指：编译连接成功生成可执行文件后，编写注册文件，注册文件的扩展名为.dat，注册文件内容如下： 

。

8.根据权利要求1或7所述的基于Pro/E的绞吸式挖泥船绞刀的参数化设计方法，其特征在于：所述步骤(7)具体是指：用户根据要求设计绞刀的操作方法，首先打开Pro/E，在【工具】菜单下的【辅助应用程序】注册可执行文件，进行启动，调用对话框，输入参数值更新绞刀模型的参数化设计系统，或进行停止、删除操作。