CN104715123A - 基于vb的起重机卷筒参数化设计方法 - Google Patents

Abstract

一种基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，该方法通过VB开发程序分别与Solidworks和ANSYS建立连接，再通过VB的人机交互界面输入设计参数，以及在根据VB内部的设计程序自动计算得到卷筒的各主要结构参数，再通过VB将这些参数载入Solidworks建立的主模型中，从而自动生成卷筒的三维和二维图，再通过VB界面，修改 APDL命令流并读入ANSYS，从而使ANSYS自动进行屈曲分析。应用本发明进行设计时，只需在VB人机交互界面中输入卷筒的设计参数，再通过简单的操作即可生成所需的三维图和二维图，以及得到屈曲分析结果，缩短了作为非标准件的卷筒的研发、造型和分析时间，提高设计效率和对市场的快速响应能力，从而提升了设计的适应性，改善了产品的设计质量，降低了设计成本。

Description

基于VB的起重机卷筒参数化设计方法

  

技术领域    

本发明涉及一种基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，属起重机技术领域。

背景技术    

在起重机械行业，如港口起重机具有典型的非标特性和单件产品的定制性，设计周期长，产品更新缓慢，工况复杂、计算量大，每种设计因素的变化都会产生一种新的产品变型，但这些变型产品往往都是在已有机型上进行改进与变型。

卷筒作为起重机起升机构重要的承载部件，其性能直接影响到起重机的工作效率。卷筒设计会因起重量、起升高度、钢丝绳直径、起升速度、工作级别、滑轮组倍率等因素的改变而随之改变，因而卷筒难以完全标准化、系列化。为了缩短卷筒的设计周期，提高设计效率及企业对市场的快速响应能力，增强设计的适应性，本发明利用参数化设计方法，基于VB开发语言、结合Solidworks和ANSYS的接口技术，开发出卷筒参数化系统，从而达到快速适应用户需求多变的目的。

Solidworks是一种三维机械CAD软件，提供了自由、开放、功能完整的API开发工具接口。目前参数化建模技术大致如下：运用Solidworks内部操作自动生成Excel或者导入外部已经建立的Excel系列零件表建立数据库，通过输入数据或者调用已有数据来改变模型，达到参数化设计的目的。此方法输入的数据，需经过设计者计算出卷筒的各尺寸参数后才能得到，其只是省去了三维建模的时间，然而设计时最主要的还是在于设计参数的获得，上述参数化建模缺陷仍然非常明显。

再者，随着物流运输业的不断扩大，起重机也出现了向大型化发展的趋势，卷筒作为起重机的关键零部件，对其要求也越来越大。起重机的工况是多变的，起重机的起升重量增加，钢丝绳的直径也随之增加，卷筒的壁厚也相应地增加。随着卷筒壁厚的增大，卷筒的重量随之增加，生产制造卷筒的难度和生产成本相应地也会提高，如何减少壁厚，由于现有卷筒壁厚的设计过于保守，因此导致壁厚普遍偏大，在设计时如果能引入ANSYS进行卷筒的稳定性分析，将克服传统设计的保守设计，减少卷筒的壁厚，从而降低生产难度和成本。然而在对卷筒进行ANSYS分析前，需要进行简化建模，材料等参数的设定，前处理非常麻烦，因此限制了有限元分析在卷筒设计中的应用，现有设计者更多的是采用传统的设计方法和工作经验相结合的方法来适当减少壁厚，难以形成统一的标准。

为了缩短产品的研发或改型时间，进而提高产品设计质量、设计效率及企业对市场的快速响应能力，要求所设计出的产品需要更好的满足适应性。

发明内容    

本发明的目的是，为了缩短作为非标准件的卷筒的研发和改型时间，提高设计效率和对市场的快速响应能力，提高设计的适应性，同时降低了有限元分析软件在卷筒设计过程应用的难度，从而提高了产品的设计质量，降低了设计成本，

本发明提出一种基于VB的起重机卷筒参数化设计方法。

实现本发明的技术方案是，基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，包括如下步骤：

步骤1，建立VB人机交互界面，设置VB与Solidworks和ANSYS的接口；

步骤2，在VB人机交互界面输入卷筒的设计参数；

步骤3，VB对输入的设计参数根据系统内部自带的设计程序进行计算，得出卷筒的主要结构参数，将计算出的卷筒的主要结构参数传值进入系统内部；

步骤4，VB调用Solidworks建立的主模型，利用步骤3得到的主要结构参数，驱动Solidworks生成三维图和/或二维图；

步骤5，通过VB的文本接口，VB根据卷筒的主要结构参数和材料参数修改其内部自带的设计程序中的APDL命令流中的参数，再通过VB驱动ANSYS在电脑后台运行，并且调用APDL命令流驱动ANSYS对卷筒进行屈曲分析，得到卷筒的应力云图；

步骤6，VB调用ANSYS的分析结果，并将应力云图在VB上显示。

进一步，步骤2中输入的卷筒的设计参数为：卷筒形式、卷筒材料、钢丝绳直径、钢丝绳的最大静拉力、起升高度、工作级别和滑轮组倍率。

进一步，步骤3所述的主要结构参数为：绳槽相关尺寸、卷筒直径相关尺寸和卷筒长度相关尺寸。

进一步，在执行步骤5之前，通过VB先对卷筒的结构参数进行简化，该简化包括绳槽形状简化和尺寸大小简化。

进一步，对步骤3中计算得出的卷筒的主要结构参数值中的卷筒内径、卷筒名义直径、卷筒厚度、卷筒长度、绳槽部分长度、光滑部分长度、绳槽圈数、绳槽节距和两端伸出部分长度进行手动圆整，以及在步骤4和步骤5中均对该参数进行显示，并提供手动修改的方式，然后进行确定或清空操作，进行确定后则进行后续步骤，进行清空后则重新修改该主要结构参数。

进一步，步骤6中ANSYS的分析结果通过主视图、俯视图、左视图和等轴测视图四种应力云图进行显示。

进一步，步骤2至步骤6均能返回到前一步骤进行操作。

基于VB的起重机卷筒参数化设计方法由基于VB的起重机卷筒参数化设计系统实现。

本发明一种基于VB的起重机卷筒参数化设计系统，包括登陆界面模块、设计进入界面模块、参数输入界面模块、参数计算界面模块、链接Solidworks界面模块、链接ANSYS界面模块和分析结果界面模块。登陆界面模块连接设计进入界面模块；设计进入界面模块再连接参数输入界面模块；参数输入界面模块再连接参数计算界面模块；参数计算界面模块再连接链接Solidworks界面模块；链接Solidworks界面模块再连接链接ANSYS界面模块；最后链接ANSYS界面模块连接分析结果界面模块。

所述登陆界面模块，用于进行用户识别。

所述设计进入界面模块，用于选择进入参数输入界面模块。

所述参数输入界面模块，用于输入卷筒的设计参数。

所述参数计算界面模块，用于计算并得出卷筒的主要结构参数，以及用于将该主要结构参数进行传值、确定、清空和圆整的操作。

所述链接Solidworks界面模块，用于调用Solidworks建立的主模型，并用于将参数计算界面模块得到的主要结构参数载入Solidworks中并驱动生成三维图和二维图的操作，以及用于将该主要结构参数进行清空、修改和确定的操作。

所述链接ANSYS界面模块，用于根据卷筒的主要结构参数和材料参数修改APDL命令流中的参数，以及用于驱动ANSYS进行后台运行，并用于调用该APDL命令流驱动ANSYS对卷筒进行屈曲分析并得到卷筒的应力云图的操作，以及用于将该主要结构参数进行简化、清空、修改和确定的操作。

所述分析结果界面模块，用于调用ANSYS屈曲分析结果并显示，以及用于选择不同应力云图进行查看的操作。

本发明将VB、Solidworks和ANSYS之间建立的连接关系应用于起重机卷筒的设计领域，通过VB开发程序分别与Solidworks和ANSYS建立接口，再通过VB的人机交互界面输入设计参数，以及通过VB系统中的设计程序自动计算得到卷筒的各主要结构参数，再通过VB将这些参数载入Solidworks建立的主模型中，并驱动Solidworks生成卷筒的三维和二维图，VB再根据卷筒的主要结构参数和卷筒的材料参数修改APDL命令流并读入ANSYS中，从而驱动ANSYS自动进行屈曲分析。

应用本发明进行设计时，只需在VB人机交互界面中输入卷筒的设计参数，再通过简单的操作即可生成所需的三维图和二维图，以及屈曲分析结果，缩短了作为非标准件的卷筒的研发和改型时间，提高设计效率和对市场的快速响应能力，从而提高了设计的适应性，提高了产品的设计质量，降低了设计成本，同时降低了有限元分析软件在卷筒设计过程应用的难度，使一般人群也能使用。

本发明的有益效果是，本发明将VB、Solidworks和ANSYS之间建立的连接关系应用于起重机卷筒的设计领域。应用本发明进行设计时，设计者无需懂得如何使用Solidworks和ANSYS，只需在VB人机交互界面中输入卷筒的设计参数后再进行简单的操作后，即可得到所需的三维图和二维图，以及屈曲分析结果，最多也就根据经验对VB显示的主要结构参数进行修改的操作。然后根据屈曲分析结果，可回到参数计算界面模块对主要结构参数进行适应性的修改，即可以得到壁厚等合适的卷筒，且不会出现凭借个人主观经验进行设计而带来的设计不统一，甚至部分设计不合理的缺陷。

本发明缩短了作为非标准件的卷筒的研发和改型时间，提高了设计效率和对市场的快速响应能力，增强了设计的适应性，同时降低了有限元分析软件在卷筒设计过程应用的难度，提高了产品的设计质量，降低了设计成本。

本发明适用于起重机卷筒参数化设计。

附图说明    

　　图1是本发明实施例设计方法的主要流程图；

图2是本发明实施例设计系统的主要结构框图。

具体实施方式

本发明具体实施方式如图１和图２所示。

如图1所示，是本发明基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，包括如下步骤：

步骤1，建立VB人机交互界面，设置VB与Solidworks和ANSYS的接口。

步骤2，在VB人机交互界面输入卷筒的设计参数。卷筒的设计参数包为：卷筒形式包括双联卷筒和单联卷筒；卷筒材料包括钢制卷筒和铸造卷筒；根据起重量确定的钢丝绳直径和钢丝绳的最大静拉力，以及起升高度、工作级别和滑轮组倍率，这些内容的计算都比较简单，且不涉及Solidworks和ANSYS等软件的应用。

步骤3，VB对输入的设计参数根据系统内部自带的设计程序进行计算，自动计算出卷筒的主要结构参数，将计算出的卷筒的主要结构参数传值进入系统内部。其中主要结构参数为：绳槽相关尺寸包括钢丝绳直径、绳槽节距、绳槽半径、绳槽高度和绳槽倒角半径，卷筒直径相关尺寸包括卷筒计算直径、卷筒厚度、卷筒绕卷直径和卷筒内径，卷筒长度相关尺寸包括绳槽圈数、绳槽部分长度、固定钢丝绳所需长度、两端伸出长度、中间光滑部分长度和卷筒计算总长。

对步骤3中计算得出的卷筒的主要结构参数值中的卷筒内径、卷筒名义直径、卷筒厚度、卷筒长度、绳槽部分长度、光滑部分长度、绳槽圈数、绳槽节距和两端伸出部分长度进行手动圆整修改，再对修改后的主要结构参数根据需要进行确定或清空操作，进行确定操作后则进入下一步，进行清空操作后则可重新输入该主要结构参数。

步骤4，VB调用Solidworks建立的主模型，利用第3步得到的主要结构参数，驱动Solidworks生成三维图和/或二维图，采用Solidworks建立的主模型用于参数化设计属于公知常识。此步骤用户还可以根据经验对主要结构参数进行修改，然后再驱动Solidworks生成三维图和二维图。

步骤5，通过VB的文本接口，VB根据卷筒的主要结构参数和材料参数修改其内部自带的设计程序中的APDL命令流中的参数。其中从输入的设计参数所确定的卷筒形式为钢制还是铸造制，即可以确定材料类型，再根据该材料类型选择确定材料参数，该钢制和铸造制的材料参数已预先写入VB的设计程序中。

然后通过VB驱动ANSYS在电脑后台运行，并且调用APDL命令流驱动ANSYS对卷筒进行屈曲分析，得到卷筒的应力云图。

当然在VB修改APDL命令流中的参数之前，用户也可以根据经验修改卷筒的主要结构参数数据。该修改主要包括VB先对卷筒的结构参数进行简化，该简化包括绳槽形状简化和主要结构尺寸大小的简化两部分。简化的目的在于加快系统的运行速度，因为通过ANSYS进行屈曲分析所占用的资源非常的大，如果不进行简化，整个分析过程将达几十分钟。对于尺寸的简化，比如将卷筒的长度2260mm修改为2.26m，同时将整个模型尺寸按照该比例简化，同时还要针对所受的力的简化。对于绳槽形状的简化，比如将弧形的绳槽简化为长方形或梯形，这种简化利于进行网格划分。

步骤6，VB调用ANSYS的分析结果，并将应力云图在VB上显示。ANSYS的分析结果可通过主视图、俯视图、左视图和等轴测视图四种应力云图进行显示。

其中步骤2至步骤6均能返回到前一步骤进行操作。

如图2所示，是本实施例为一种基于VB的起重机卷筒参数化设计系统，所述系统包括：

参数输入界面模块，用于输入卷筒的上述设计参数。

和参数输入界面模块连接的是参数计算界面模块，参数计算界面模块用于计算得出卷筒的主要结构参数，以及用于将该主要结构参数进行传值、确定、清空和圆整的操作。

和参数计算界面模块连接的是链接Solidworks界面模块，链接Solidworks界面模块用于调用Solidworks建立的主模型，并用于将参数计算界面模块得到的主要结构参数载入Solidworks中并驱动生成三维图和二维图的操作，以及用于将该主要结构参数进行清空、修改和确定的操作。

和链接Solidworks界面模块的是链接ANSYS界面模块，链接ANSYS界面模块用于根据卷筒的主要结构参数和材料参数修改APDL命令流中的参数，用于驱动ANSYS进行后台运行，并用于调用APDL命令流驱动ANSYS对卷筒进行屈曲分析并得到卷筒的应力云图的操作，以及用于将该主要结构参数进行简化、清空、修改和确定的操作。

和链接ANSYS界面模块连接的是分析结果界面模块，分析结果界面模块用于调用ANSYS屈曲分析结果并显示，以及用于选择不同应力云图进行查看的操作。

该系统还包括登陆界面模块和设计进入界面模块，登陆界面模块用于进行用户识别，设计进入界面模块分别和登陆界面模块和参数输入界面模块相连，设计进入界面模块用于选择进入参数输入界面模块。

Claims (8)

1.一种基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述方法的步骤为：

（1）建立VB人机交互界面，设置VB与Solidworks和ANSYS的接口；

（2）在VB人机交互界面输入卷筒的设计参数；

（3）VB对输入的设计参数根据系统内部自带的设计程序进行计算，得出卷筒的主要结构参数，将计算出的卷筒的主要结构参数传值进入系统内部；

（4）VB调用Solidworks建立的主模型，利用步骤3得到的主要结构参数，驱动Solidworks生成三维图和/或二维图；

（5）通过VB的文本接口，VB根据卷筒的主要结构参数和材料参数修改其内部自带的设计程序中的APDL命令流中的参数，再通过VB驱动ANSYS在电脑后台运行，并且调用APDL命令流驱动ANSYS对卷筒进行屈曲分析，得到卷筒的应力云图；

（6）VB调用ANSYS的分析结果，并将应力云图在VB上显示。

2.根据权利要求１所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述步骤（２）中输入的卷筒的设计参数为：卷筒形式、卷筒材料、钢丝绳直径、钢丝绳的最大静拉力、起升高度、工作级别和滑轮组倍率。

3.根据权利要求１所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述步骤（3）所述的卷筒主要结构参数为：绳槽相关尺寸、卷筒直径相关尺寸和卷筒长度相关尺寸。

4.根据权利要求１所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述步骤（3）中计算得出的卷筒的结构参数值中的卷筒内径、卷筒名义直径、卷筒厚度、卷筒长度、绳槽部分长度、光滑部分长度、绳槽圈数、绳槽节距和两端伸出部分长度进行手动圆整，以及在步骤（4）和步骤（5）中均对该参数进行显示，并提供手动修改的方式，然后进行确定或清空操作，进行确定后则进行后续步骤，进行清空后则重新修改该主要结构参数。

5.根据权利要求１所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述步骤（6）中ANSYS的分析结果通过主视图、俯视图、左视图和等轴测视图四种应力云图进行显示。

6.根据权利要求３所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述卷筒的主要结构参数在进入步骤（５）之前需进行简化，该简化包括绳槽形状简化和尺寸大小简化。

7.根据权利要求１所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述方法通过一种基于VB的起重机卷筒参数化设计系统来实现，

所述系统包括登陆界面模块、设计进入界面模块、参数输入界面模块、参数计算界面模块、链接Solidworks界面模块、链接ANSYS界面模块和分析结果界面模块；登陆界面模块连接设计进入界面模块；设计进入界面模块再连接参数输入界面模块；参数输入界面模块再连接参数计算界面模块；参数计算界面模块再连接链接Solidworks界面模块；链接Solidworks界面模块再连接链接ANSYS界面模块；最后链接ANSYS界面模块连接分析结果界面模块。

8.根据权利要求７所述的基于VB的起重机卷筒参数化设计方法，其特征在于，所述登陆界面模块，用于进行用户识别；

所述设计进入界面模块，用于选择进入参数输入界面模块；

所述参数输入界面模块，用于输入卷筒的设计参数；

所述参数计算界面模块，用于计算并得出卷筒的主要结构参数，以及用于将该主要结构参数进行传值、确定、清空和圆整的操作；

所述链接Solidworks界面模块，用于调用Solidworks建立的主模型，并用于将参数计算界面模块得到的主要结构参数载入Solidworks中并驱动生成三维图和二维图的操作，以及用于将该主要结构参数进行清空、修改和确定的操作；

所述链接ANSYS界面模块，用于根据卷筒的主要结构参数和材料参数修改APDL命令流中的参数，以及用于驱动ANSYS进行后台运行，并用于调用该APDL命令流驱动ANSYS对卷筒进行屈曲分析并得到卷筒的应力云图的操作，以及用于将该主要结构参数进行简化、清空、修改和确定的操作；

所述分析结果界面模块，用于调用ANSYS屈曲分析结果并显示，以及用于选择不同应力云图进行查看的操作。