基于PPrroo//E的動態選粉機模塊化設計

王燁

動態選粉機作為目前主要的粉狀物料分選設備，因應用條件的不同，會有很多形式，這給設計人員帶來了許多重復的工作量，所以合理的設計方法就顯得尤為重要。模塊化是指對產品設計出一系列通用的功能模塊，通過對模塊進行選擇和組合，以構成不同功能或功能相同但性能不同、規格不同的產品，在滿足客戶需求的同時又因為模塊的通用性較強降低了制造和管理成本，該方法在工業設計上的應用較為普遍[1-4]。筆者運用模塊化設計理念，對動態選粉機的結構進行合理的模塊劃分，利用Pro/E分別對各個模塊進行獨立設計，不同模塊組合形成不同形式的動態選粉機，從而提高設計人員的工作效率。

1 動態選粉機的模塊劃分及設計

1.1 動態選粉機結構及模塊劃分

圖1所示的是幾種常用的動態選粉機，此類選粉機從結構上分為：殼體、回轉部分、驅動部分、導流葉片。

產品模塊劃分是模塊化設計的關鍵環節，模塊劃分應當遵循以下原則：模塊的功能和結構的獨立性和完整性；模塊的連接和分離的便利性；合理的模塊劃分粒度；模塊的通用性好等[5]。根據這些原則并結合動態選粉機本身的特點，可以將其劃分為兩層模塊。第一層模塊：驅動模塊、殼體模塊、回轉模塊。第二層次的模塊是對第一層模塊的細化，具體見圖2。這樣劃分的模塊滿足了設計、制造、維修等多個方面的需要，如籠子是動態選粉機的核心工作裝置，關系到設備的工作性能，對其單獨劃分模塊，便于設計時直接更換籠子模塊，能夠使新設計的產品得到快速應用；制造時，以模塊為單位進行生產，規格不同的籠子使用同一塊板材下料，能夠提高板材的利用率，節約成本；維修時，籠子是易損件，對單一模塊能夠快速更換，簡化了維修程序，降低了維修成本。

動態選粉機的形式多種多樣，進風形式、喂料形式、出風形式均不同，同一個部件要有不同的模塊，通過不同模塊的合理搭配，形成各式各樣的動態選粉機。圖3為常用動態選粉機的模塊構成。

1.2 模塊的設計

圖1 幾種常見的動態選粉機

圖2 動態選粉機兩層模塊劃分結果

圖3 動態選粉機的模塊構成圖

Pro/E具有參數化的優勢，同時又提供了很好的設計平臺。Pro/E提供了Top-Down（自上而下）的設計方法，該方法先進行總體結構框架設計，而后將信息傳遞到低層，各個零件并行設計，當頂層信息發生變化后，低層信息作相應的調整，提高了產品設計的準確性，容易實現產品的參數化、系列化設計。Pro/E骨架模型是實現Top-Down設計方法的工具之一，筆者及同事在工作中運用該工具設計了粉磨系統中的多種設備[6-7]，證明了該工具的實用性。運用該工具對各個模塊進行設計的基本過程如下：

（1）在第二層模塊的asm總裝配圖中建立骨架模型，通過設置參考點、線、面來繪制骨架模型，對這些參考信息進行選擇性地發布幾何，如發布a、b、c……；

（2）在第二層模塊的asm總裝配圖中新建prt零件，如零件 1.prt、2.prt、3.prt……，這些零件分別復制幾何，即零件1、2、3分別得到了發布幾何a、b、c中的信息；

（3）在零件中以得到的幾何信息為參考進行建模，繪制工程圖；

（4）更改參數，進行系列化設計。

第（1）步中繪制的骨架模型是否合理是模塊設計是否成功的關鍵。繪制骨架模型時要充分考慮到模塊的結構樣式、復雜程度等因素，進而采取不同類型的繪制方法。對于籠子和傳動軸系，由于其結構較簡單，以回轉形式為主，所以宜采用參考面、線的形式，之前發表的文章有詳細的介紹[7]。傳動軸系可以采用參考面、線繪制骨架模型（見圖4）。

對于結構較復雜的殼體，由于其曲面較多且曲面上有加強筋、檢修門孔等，宜在骨架模型中運用曲面作為參考，而后進行面與面的修剪，這樣可以精準地控制加強筋、檢修門孔等的形狀。同時在骨架模型中發布出去的是曲面，零件通過復制幾何得到的也是曲面，可以直接將曲面加厚成鈑金件，具有方便、快捷的優點。動態選粉機殼體可以采用曲面繪制骨架模型（見圖5）。

為了后續更好地使用模塊，在模塊設計時需要注意以下問題：

圖4 傳動軸系可以采用參考面、線繪制骨架模型

（1）規范模塊接口。模塊接口是具有直接連接關系的兩個模塊在接合部位形成的連接特征。接口的規范化和系列化是模塊互換的重要保證，因此在模塊劃分的基礎上，要對接口進行深入全面的分析，定義所有的模塊接口。如動態選粉機殼體的法蘭盤直徑，螺栓孔分布圓直徑、方位和螺栓孔大小等。

（2）明確模塊的適用范圍。每個模塊要有明確的適用范圍，選用時可以有章可循。如鎖風閥，在豎直管道和傾斜管道上應用時的結構是不同的，設計該模塊時應明確其適用的傾斜角度范圍。

2 模塊的組裝與替換

圖5 動態選粉機殼體可以采用曲面繪制骨架模型

模塊與模塊之間的裝配是通過定義模塊間的約束關系來實現的，由第二層模塊裝配成第一層模塊，第一層模塊再裝配成整機。由于低層模塊不受上層模塊的控制，所以模塊是可以隨意替換的。

在Pro/E中提供了多種替換元件的方法。其中，“替換為不相關的元件”這種方法通過對替換的元件重新設置約束關系，理解較容易，所以應用最為基礎和廣泛，適用于比較簡單的裝配約束關系，需要替換的數量也較少。對于有著相同接口及裝配約束關系的模塊來講，運用“替換為互換”這種方法更為快捷方便[8]，如圖6中的兩種進風殼體，可設計成互換的模塊，設置好參照標簽，在裝配模型里即可直接將殼體1替換為殼體2，不需要再重新設置約束關系。采用“替換為互換”方法替換元件見圖6。

3 結語

本文運用模塊化的設計方法，對動態選粉機的結構進行模塊劃分，使用Pro/E的Top-Down的設計方法，對各個模塊進行獨立設計。工程設計時，通過工藝參數、進風形式、驅動模式等信息選擇合理的模塊，或者在已有機型上更換其他模塊產生不同形式和不同規格的產品，實踐表明，該方法大大減少了設計人員的重復工作量，提高了工作效率。

圖6 采用“替換為互換”方法替換元件