3D建模在外向旋流板下料方面的應(yīng)用

焦新燕 李文

摘要：利用SolidWorks的3D曲面建模功能，輔助FRP材質(zhì)的外向旋流板完成下料定形。實(shí)踐證明，該方法可以大大節(jié)省手工計(jì)算時(shí)間，可以不使用模具進(jìn)行定形，曲面吻合度高，節(jié)約了模具制作成本。

關(guān)鍵詞：外向旋流板;3D曲面建模;曲面吻合

0 引言

三維建模技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)描述物體形狀的技術(shù)。如何利用一組數(shù)據(jù)表示形體，如何控制與處理這些數(shù)據(jù)，是幾何造型中的關(guān)鍵技術(shù)。在CAD技術(shù)發(fā)展初期，CAD僅限于計(jì)算機(jī)輔助繪圖，隨著三維建模技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)才從二維平面繪圖發(fā)展到三維產(chǎn)品建模，隨之產(chǎn)生了三維線框模型、曲面模型和實(shí)體造型技術(shù)。目前參數(shù)化及變量化設(shè)計(jì)思想和特征模型代表了當(dāng)今CAD技術(shù)的發(fā)展方向。

曲面模型是在線框模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加可形成立體面的各相關(guān)數(shù)據(jù)后構(gòu)成的。與線框模型相比，曲面模型能記錄邊與面之間的拓?fù)潢P(guān)系，具備面與面相交、著色、表面積計(jì)算、消隱等功能，此外還擅長(zhǎng)構(gòu)造復(fù)雜的曲面物體。

1 輔助下料概況

1.1 ? ?外向旋流板

玻璃鋼旋流板塔通常為圓柱塔體，塔內(nèi)裝有旋流塔板。工作時(shí)，煙氣由塔底向上流動(dòng)，由于氣體切向進(jìn)塔，尤其是受到塔板葉片的導(dǎo)向作用而使煙氣旋轉(zhuǎn)上升，使在塔板上將逐板下流的液體噴成霧滴，使氣液間有很大的接觸面積;液滴被氣流帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力強(qiáng)化了氣液間的接觸，最后甩到塔壁上沿壁流到下一層塔板上，再次被氣流霧化而進(jìn)行氣液接觸。如上所述，液體在與氣體充分接觸后能有效分離，避免出現(xiàn)霧沫夾帶現(xiàn)象，旋流塔板的氣液負(fù)荷比常用塔板的氣液負(fù)荷大一倍以上，又因旋流塔板上液層薄，開(kāi)孔率大而使壓降較低，因此，旋流塔板綜合性能優(yōu)于常用塔板。

外向旋流板塔盤(pán)是20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的一種新型塔盤(pán)，塔盤(pán)強(qiáng)制通過(guò)的氣流做螺旋上升運(yùn)動(dòng)，由于旋流板的離心力大，液滴受到強(qiáng)力分離，因而起到氣液分離的效果。

外向旋流板主要用于除塵或除霧，在吸收塔及尾氣處理塔中應(yīng)用廣泛，其工作原理：氣流走向偏外，離心力大，液滴運(yùn)動(dòng)路程短，氣液接觸時(shí)間短。

外向旋流板外圈板內(nèi)徑2 000 mm，高度250 mm;內(nèi)圈板外徑1 020 mm，高度90 mm;旋流板仰角α為25°;14件葉片均勻分布，旋流板參數(shù)如圖1所示。

1.2 ? ?三維曲面建模方案

本次三維建模采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行曲面建模。

首先，繪制曲面輪廓線：輪廓線為兩條，其中一條為外圈板最低點(diǎn)與內(nèi)圈板的切線，另外一條為外圈板傾斜仰角最高點(diǎn)與同一平面內(nèi)圈板處的切點(diǎn)位置向下的延伸點(diǎn)。

然后，繪制路徑線：路徑線為兩條，其中一條路徑線為外圈板最低點(diǎn)到外圈板傾斜仰角后的最高點(diǎn)處的路徑;另外一條路徑線為內(nèi)圈板最低處的切點(diǎn)至上定位點(diǎn)的路徑。由于兩條路徑線均為在圓柱表面行走，所以路徑線均為曲線，利用輪廓線和路徑線在SolidWorks 2015中完成葉片曲面建模，如圖2所示。此步驟中的難點(diǎn)是，由于曲面爬行路線為圓柱曲線爬行路線，所以為確定行走曲線準(zhǔn)確，需多做幾個(gè)切截面，將路徑分段取點(diǎn)，進(jìn)行樣條曲線的圓滑過(guò)渡。

其次，通過(guò)曲面掃描命令進(jìn)行葉片曲面成型，以曲面輪廓線為主體，以曲面路徑線為引導(dǎo)線，進(jìn)行曲面掃描，從而形成葉片曲面放樣圖，如圖3所示。

最后，在SolidWorks 2015中，進(jìn)行曲面的放樣展開(kāi)，通過(guò)軟件的曲面展開(kāi)命令進(jìn)行曲面展開(kāi)，下料葉片如圖4所示。

2 下料葉片的裝配分析

由于曲面通過(guò)平板扭轉(zhuǎn)進(jìn)行定位安裝，所以首先制作2 mmFRP定形板，按照?qǐng)D4所示的下料葉片進(jìn)行切割下料，等待裝配。

確定安裝定位點(diǎn)：

（1）在裝配的平面上確定圓心，保證內(nèi)圈板與外圈板同心。

（2）按照曲面建模圖確定外圈葉片起點(diǎn)位置。

（3）從起點(diǎn)找到葉片仰角α為25°的外圈板最高位置。

（4）通過(guò)外圈板傾斜仰角最高點(diǎn)與同一平面內(nèi)圈板處的切點(diǎn)找出內(nèi)圈板的高處定位點(diǎn)。

（5）從外圈板最低點(diǎn)找出與同一平面內(nèi)圈板的切點(diǎn)。

根據(jù)安裝定位點(diǎn)，將葉片通過(guò)粘接進(jìn)行定位，葉片定位后再進(jìn)行葉片補(bǔ)強(qiáng)，以滿(mǎn)足使用強(qiáng)度需求，至此旋流板裝配完畢，旋流板裝配圖如圖5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用SolidWorks的3D曲面建模功能，輔助外向旋流板完成下料定形，既能精準(zhǔn)確定曲面展開(kāi)的尺寸，又大大節(jié)約了人工計(jì)算下料的時(shí)間成本和曲面模具費(fèi)用成本。

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收稿日期：2020-05-06

作者簡(jiǎn)介：焦新燕（1985—），女，河北衡水人，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)在復(fù)合材料方向的應(yīng)用。