0 引言

刮板输送机主要应用于矿井综采工作面、港口运输等工作场合，负责物料的连续运输。随着刮板输送机不断向高效化、智能化和大型化方向发展[1-2]，其结构的快速成型已成为必然趋势。目前针对刮板输送机主要部件的快速三维建模主要集中在理论研究和简化样本参数化建模上[3]。对刮板输送机关键部件和装配体参数化建模的系统性研究很少，本文通过调整控制参数实现工作图的快速绘制，使建模过程更加简洁方便，从而大大减少设计工作量，缩短设计周期，简化设计过程，有效提高刮板输送机的设计和生产效率。

1 刮板输送机组成结构

刮板输送机是典型的挠性牵引连续运输设备，主要包括驱动电动机、减速器、链轮组件、链条、刮板、中部槽和过渡槽等，如图1所示。

图1 刮板输送机组成结构
Fig.1 Composition of scraper conveyor

针对刮板输送机结构参数化建模的研究包括2个方面内容：① 通过修改主要参数快速生成几何模型，实现刮板输送机关键部件(主要包括链轮、链条、哑铃销、刮板和压板等)的参数化建模。② 通过标注主要几何元素，改变基本图形的尺寸和几何约束，精确快速创建装配体。

刮板输送机关键部件的参数化建模以Pro/E 5.0作为支撑平台即可实现[4]。对于刮板输送机中部槽等复杂的装配体，以Pro/Toolkit作为二次开发工具[5-8]，Pro/Toolkit应用程序是通过“动态链接库”的方法集成进入Pro/E的，不具备与数据库建立连接的功能，因此,选用Visual Studio 2008作为复杂装配体参数化建模的程序设计工具。

2 刮板输送机关键部件参数化建模

刮板输送机关键部件参数化建模的具体步骤如下：① 创建三维模型。选取或建立三维模型的定位基准，包括基准面、基准轴或基准坐标等，然后通过具体功能操作创建三维模型。② 确定设计参数。设计参数分为独立参数和非独立参数，独立参数与其他参数无对应关系，非独立参数可以用关系式表示。③ 设定参数间的关系。

刮板输送机驱动链轮结构复杂，是链传动系统的关键部件，且满足MT 231—1991《矿用刮板输送机驱动链轮》标准，以刮板输送机驱动链轮的参数化建模为例，介绍关键部件参数化建模过程。该过程同样适用于刮板输送机链条、哑铃销、刮板和压板等部件。

2.1 三维模型创建

建立驱动链轮模型之前，需要分析驱动链轮结构，确定建立各尺寸特征的种类及先后顺序。首先绘制驱动链轮主要轮廓曲线，通过尺寸标注和施加重合、平行、垂直、相等关系实现几何图形的全约束；然后，以基准面、基准线为主要参照对象，建立驱动链轮轮齿曲面并实体化，建立驱动链轮基本轮廓；最后，通过旋转和切除生成驱动链轮模型。驱动链轮参数化建模过程如图2所示。

图2 驱动链轮参数化建模过程
Fig.2 Parametric modeling process of drive sprocket

2.2 设计参数确定

驱动链轮采用圆弧线齿廓，图3(a)所示为驱动链轮的标准齿形。选取链条的公称直径D、链轮齿数N和圆环链公称节距P等为独立参数进行参数化模型设计，通过关系设定可自动获得参数簇表(图3(b))中主要参数的尺寸值。

2.3 关系设定

将驱动链轮独立参数和系统默认生成的尺寸变量符号进行关联，建立两者之间的关系式及独立参数与非独立参数间的关系式，即可实现通过设置独立参数对驱动链轮三维模型进行控制。

通过关系设定模块设定逻辑语句关系，以减少驱动链轮设计参数个数，使参数化过程更加简洁。设定相互关系的主要参数有链轮外径De、链轮节圆直径D0、链轮立环立槽直径D1，以及链轮中心与链窝底部参考平面的距离H等。至此，通过修改链条的公称直径D、链轮齿数N和圆环链公称节距P即可实现不同型号链轮的快速造型。

(a) 链轮标准齿形

(b) 参数簇表

图3 驱动链轮主要参数设定
Fig.3 Main parameter setting of drive sprocket

3 刮板输送机复杂装配体参数化建模

以刮板输送机中部槽参数化建模为例，介绍复杂装配体的参数化建模过程。

3.1 中部槽各组成部件的设计

采用三维模型尺寸驱动与程序控制相结合的方法进行刮板输送机中部槽各组成部件的参数化建模。中部槽设计流程如图4所示。利用Visual Studio 2008软件对Pro/Toolkit应用程序进行编译，实现刮板输送机中部槽各组成部件的参数化建模；将建好的参数化三维模型存储在工作目录中，作为原始的驱动模型样板使用。

图4 中部槽设计流程
Fig.4 Design flow of middle slot

3.1.1 用户界面模块设计

首先，对Visual Studio 2008开发环境进行配置[9]，主要包括包含文件路径和库文件路径的设置及工程属性配置。然后，添加系统菜单作为用户由Pro/E软件进入参数化建模系统的窗口。通过编写信息文件和调用Pro/Toolkit函数实现菜单功能。在“中部槽参数化建模”菜单中添加的按钮主要包括“铲板槽帮参数化建模”按钮、“挡板槽帮参数化建模”按钮、“销轨参数化建模”按钮和“轨座参数化建模”按钮。

3.1.2 Pro/Toolkit应用程序开发

开发Pro/Toolkit应用程序的步骤包括创建Pro/Toolkit应用程序、设计主体程序、编译和连接应用程序及注册运行可执行文件。

Pro/Toolkit应用程序的主体部分是由用户根据设计要求自定义的函数组成的，其作用是实现参数化驱动模型更新。中部槽各零件的参数化模型样板完成以后，需要根据设计要求进行参数化驱动以生成新模型，具体实现过程如图5所示。

图5 参数化驱动流程
Fig.5 Parametric driving process

Pro/Toolkit应用程序主体利用库函数对现有模型参数进行查找和修改，实现三维模型的更新。其具体实现步骤如下：① 调用函数ProMdlCurrent-Get()，从当前打开的Pro/E文档中检索出当前用户正在编辑的模型类型。② 从Pro/E中找到所需的参数对象句柄，获取模型的设计参数和参数值。③ 通过对话框修改设计参数后，调用ProParameterValueGet()函数将对话框中的数据传递给数据成员，调用ProParameterValueSet()函数设置新的参数值。④ 根据新的参数值生成新的模型。

3.1.3 中部槽参数化模块

以铲板槽帮参数化建模模块为例，描述中部槽装配体各组成部件的创建过程。铲板槽帮参数化建模过程：① 设计编辑控件和标签控件，为用户提供修改参数的平台；设计命令按钮控件，以控制模型的更新和对话框的退出；对于设计参数代表的几何尺寸，设计按钮控件来展示几何结构。② 编写对话框资源文件并以扩展名“.res”保存。③ 编写对话框界面控制程序，通过Pro/Toolkit应用程序实现对话框的装入、显示和控制。

注册文件加载并启动成功后，Pro/E系统中会出现自定义的“中部槽参数化建模系统”菜单，点击菜单下的“铲板槽帮参数化建模”按钮，便会弹出相应的对话框，如图6所示。根据设计要求输入新的参数值，点击“模型更新”按钮，便会生成新的铲板槽帮。

图6 铲板槽帮参数化建模对话框
Fig.6 Parametric modeling dialog of pallet slat

3.2 中部槽的虚拟装配

刮板输送机中部槽装配体各组成部件之间存在明显的定位关系、连接关系和运动关系，利用虚拟装配技术[10-12]可以验证装配设计与操作的可行性，以便及早发现设计或装配中存在的问题，并对设计的模型进行相应修改。完成中部槽铲板槽、挡板槽和销轨等建模之后，对各零部件模型进行细化处理，并进行装配、干涉分析等多次协调，然后按照一定的层次、顺序和约束关系装配在一起，完成中部槽模型的虚拟装配，如图7所示。

图7 中部槽装配体三维模型
Fig.7 Three-dimensional model of middle slot assembly

4 结语

通过Pro/E 5.0软件内嵌参数化模块实现刮板输送机关键部件的参数化建模，结合Pro/Toolkit二次开发软件和Visual Studio 2008程序设计工具，实现了中部槽参数化建模，并通过虚拟装配实现刮板输送机中部槽的零部件装配。通过修改设计参数实现刮板输送机关键部件和复杂装配件的快速、自动、精确造型，可大大提高刮板输送机的设计效率。

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