基于SolidEdge的噴霧干燥機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)

摘 要：Solid Edge軟件是一款由Siemens公司開(kāi)發(fā)的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，從零件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)到工程制圖制作、通用零件造型，Solid Edge功能強(qiáng)大，其專業(yè)化的鈑金、管道、焊接設(shè)計(jì)獨(dú)具特色，而制圖模塊則簡(jiǎn)潔明了，因此在國(guó)內(nèi)外的工業(yè)企業(yè)尤其是機(jī)械制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)針對(duì)Solid Edge軟件在噴霧干燥機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)中的作用及應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析。

關(guān)鍵詞：Solid Edge;噴霧干燥機(jī);參數(shù)化設(shè)計(jì)

0 ? ?引言

Solid Edge是Siemens PLM Software公司開(kāi)發(fā)的一款三維CAD軟件，其開(kāi)發(fā)主要基于Windows系統(tǒng)，是一款真正原創(chuàng)的Windows軟件。

近年來(lái)，噴霧干燥機(jī)的應(yīng)用范圍隨著社會(huì)發(fā)展和生活水平的提高逐漸擴(kuò)大，目前，噴霧干燥工藝已經(jīng)成為很多種產(chǎn)品最優(yōu)的干燥方法。噴霧干燥機(jī)的干燥是連續(xù)的;噴霧干燥機(jī)通過(guò)電氣控制系統(tǒng)可以進(jìn)行全自動(dòng)的控制;通過(guò)調(diào)整噴霧干燥機(jī)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合其靈活的操作性，可以滿足不同產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo);通過(guò)噴霧干燥機(jī)可以實(shí)現(xiàn)不同的干燥工藝，達(dá)到客戶對(duì)產(chǎn)品形狀和品質(zhì)的要求。

1 ? ?Solid Edge軟件

1.1 ? ?Solid Edge軟件簡(jiǎn)介

Solid Edge功能齊全，不但有零件設(shè)計(jì)功能，還有強(qiáng)大的工業(yè)裝配設(shè)計(jì)、塑料設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)和鈑金設(shè)計(jì)功能，幾乎囊括了工業(yè)設(shè)計(jì)的全部。所以，Solid Edge在相關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域得到了最廣泛的應(yīng)用[1]。

1.2 ? ?Solid Edge軟件的優(yōu)點(diǎn)

Solid Edge軟件是一款由Siemens公司開(kāi)發(fā)的功能強(qiáng)大的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，其具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有同步建模及順序建模兩種建模形式。順序建模是目前主流的建模形式;同步建模是在模型基礎(chǔ)上，以操作手柄和尺寸為驅(qū)動(dòng)，修改模型，與以往的模型驅(qū)動(dòng)的建模形式不同。Solid Edge軟件的便捷性在于在同一零件建模過(guò)程中，順序建模和同步建模兩種建模形式可以互相切換。

（2）自有標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。Solid Edge系統(tǒng)自帶標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，包含了常用的國(guó)標(biāo)、ISO標(biāo)準(zhǔn)、DIN標(biāo)準(zhǔn)、JIS標(biāo)準(zhǔn)等，其中涵蓋了常用的零部件和大多數(shù)的緊固件、型材、管道、管道接頭及法蘭等。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)支持Excel表格導(dǎo)入和自制件導(dǎo)入，也可采用其他能鏈接或嵌入的電子數(shù)據(jù)表與變量表鏈接，實(shí)現(xiàn)裝配參數(shù)化的目的[2]。

（3）具有豐富的數(shù)據(jù)交換接口。可以直接打開(kāi)目前主流的三維軟件的三維模型，并在Solid Edge中編輯轉(zhuǎn)化;同樣其也可以直接打開(kāi)CAD的dwg格式的圖紙，并在軟件中進(jìn)行編輯、修改，可以將現(xiàn)有的CAD二維圖紙作為草圖建立零件的三維模型，包容性強(qiáng)。

（4）擁有變量表技術(shù)。可以針對(duì)建模過(guò)程中的關(guān)鍵尺寸建立數(shù)學(xué)模型的關(guān)系，并通過(guò)零件族的功能將其存儲(chǔ)起來(lái)，或可形成標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。

2 ? ?噴霧干燥機(jī)

2.1 ? ?噴霧干燥機(jī)的應(yīng)用及工作原理

噴霧干燥機(jī)（圖1）已廣泛應(yīng)用于大多數(shù)生產(chǎn)部門(mén)，其不同的型號(hào)及尺寸，可以滿足研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)等不同的需求。

噴霧干燥過(guò)程是液態(tài)物料以噴霧的形式進(jìn)入熱的干燥介質(zhì)中，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成干粉料的過(guò)程。噴霧干燥過(guò)程是涵蓋干燥在內(nèi)的一次連續(xù)處理過(guò)程，過(guò)程包括將原料霧化為料霧，液態(tài)料霧與干燥介質(zhì)接觸，水分蒸發(fā)。干燥過(guò)程進(jìn)行到產(chǎn)品含水量達(dá)到一定要求時(shí)，將干料從空氣中回收。圖2為噴霧干燥機(jī)工作流程圖。

2.2 ? ?噴霧干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

噴霧干燥機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中制造業(yè)和食品加工業(yè)的廣泛應(yīng)用，源于其自身?yè)碛幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

（1）連續(xù)生產(chǎn)。與傳統(tǒng)干燥器系統(tǒng)相比，噴霧干燥機(jī)可將干燥和造粒一次性完成，在保證顆粒質(zhì)量的同時(shí)大大提高了生產(chǎn)效率。

（2）全自動(dòng)控制。操作工人上料后只需進(jìn)行面板設(shè)置和監(jiān)控，不僅簡(jiǎn)單易學(xué)，而且工人的安全得到了保障。

（3）通過(guò)噴霧干燥機(jī)可以滿足各種產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)：1）對(duì)產(chǎn)品形狀的要求（如球形、類(lèi)球形、細(xì)粉末、團(tuán)塊等）;2）對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的要求（如粉末或不含粉塵、流動(dòng)性、潤(rùn)濕性等）。

（4）熱敏性及抗熱性物料都可使用。

（5）熱利用率高，特別是在進(jìn)氣溫度高和干燥室中有較大溫降的情況下。在進(jìn)氣溫度及排氣溫度分別為750 ℃及100 ℃時(shí)，蒸發(fā)1 kg水分消耗熱量少于3 347 kJ（800 kcal）。

（6）只要能用泵輸送，進(jìn)料可以為溶液、泥漿、觸變性漿或熔體。

（7）易于處理腐蝕性及磨損性物料。

（8）各類(lèi)干燥機(jī)的操作相同，無(wú)須對(duì)工人進(jìn)行額外培訓(xùn)，就可同時(shí)對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)管[3]。

3 ? ?Solid Edge軟件在噴霧干燥機(jī)建模中的應(yīng)用

噴霧干燥機(jī)除標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型外，主要是依據(jù)客戶的產(chǎn)量及要求定制，噴霧干燥機(jī)的主要部件大致可以分為干燥塔體、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)送系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)、收料系統(tǒng)。噴霧干燥機(jī)中會(huì)有系列化非標(biāo)零部件，系列化零部件其外形基本一致，只是在重要尺寸上有些變化。這些系列化零部件的重新建模是一個(gè)重復(fù)的過(guò)程，會(huì)浪費(fèi)許多時(shí)間，針對(duì)這些系列化零部件，可使用Solid Edge軟件中的變量表技術(shù)，減少重復(fù)建模。

3.1 ? ?變量表的使用

Solid Edge在零件模式下提供變量設(shè)計(jì)，在變量表格中可直接修改變量數(shù)值，來(lái)驅(qū)動(dòng)零件特征尺寸的更改。多主體零件建立好之后，對(duì)其進(jìn)行發(fā)布，發(fā)布后，每一個(gè)主體都會(huì)生成一個(gè)新的零件，多主體零件會(huì)發(fā)布成一個(gè)裝配體，這樣在設(shè)計(jì)系列化零件的過(guò)程中，設(shè)計(jì)建立一個(gè)基礎(chǔ)模型，建模之前注意變量之間的關(guān)系，定義好這個(gè)模型的變量尺寸，就可以通過(guò)直接更改零件參數(shù)變量表（圖3）的變量，建立其他的系列化零部件。

變量表中可以通過(guò)修改變量來(lái)驅(qū)動(dòng)模型，在變量規(guī)則編輯器（圖4）中同時(shí)開(kāi)放了公式驅(qū)動(dòng)變量，以及復(fù)制于Excel表格的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)Excel驅(qū)動(dòng)模型。

3.2 ? ?零件族的設(shè)計(jì)

零件族的設(shè)計(jì)只針對(duì)系列化零件，系列化零件成員一般具有相似的外形，只是尺寸不同或細(xì)節(jié)特征不同，例如管道卡式接頭、三通、彎頭等標(biāo)準(zhǔn)管件。零件族通過(guò)一個(gè)主零件來(lái)控制其他成員零件，并采用表格的形式來(lái)編輯所有的信息，如圖5所示。

在零件族的設(shè)計(jì)中，先建立主零件模型文件，同時(shí)定義主要的尺寸并命名，然后選擇零件族命令，添加零件族成員并輸入其主要的尺寸變量，最后保存零件族表格并生成零件。

在零件族的變量表中，可以通過(guò)修改變量控制單個(gè)成員的特征大小;可以通過(guò)某個(gè)特征抑制與否控制單個(gè)成員的特征有無(wú);變量表中以表格的形式列出主零件的所有變量和特征;零件族的變量表修改后，需要點(diǎn)擊“保存”按鈕，讓系統(tǒng)確認(rèn)為有效的修改;成員零件需要修改時(shí)，修改變量表即可;零件族需要修改時(shí)，需要編輯修改主零件，再更新所有的成員。

零件族文件建立好后，零件族的主零件保存了整個(gè)零件族的變量表，通過(guò)主零件可隨時(shí)生成整個(gè)零件族。鑒于此，在零件族文件實(shí)際使用過(guò)程中，不同技術(shù)人員只需將零件族的主零件復(fù)制或另存即可，不需要將整個(gè)零件族零件復(fù)制，大大提高了文件傳輸效率。

零件族文件可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)管理器添加至標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中，建立屬于公司自己的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。在Solid Edge內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)管理器中，開(kāi)放了從零件族文件添加標(biāo)準(zhǔn)件的方法，如圖6所示。

3.3 ? ?備選裝配的設(shè)計(jì)

備選裝配適用于裝配件的變量設(shè)計(jì)。在噴霧干燥機(jī)中，往往一臺(tái)設(shè)備會(huì)有不同的安裝形式，例如具有單點(diǎn)或多點(diǎn)的收料形式，如圖7所示。通過(guò)使用備選裝配，可以將不同的裝配形式在一個(gè)裝配模型中體現(xiàn)。在備選裝配中可以通過(guò)變量表來(lái)控制裝配成員，其中包括事例覆蓋、事例排除、關(guān)系排除、裝配特征排除、框架排除、管道排除、陣列事例排除、緊固件排除等。

在備選裝配中可以直接選擇激活當(dāng)前的裝配成員并進(jìn)行修改，Solid Edge也允許動(dòng)態(tài)配置裝配成員的結(jié)構(gòu)。

3.4 ? ?多主體創(chuàng)建零部件及裝配

多主體創(chuàng)建零部件是在零件建模模式下，將零件創(chuàng)建成不同的實(shí)體，激活的正在編輯的實(shí)體為不透明顯示，未激活先創(chuàng)建的實(shí)體以半透明方式顯示。如圖8所示，多主體創(chuàng)建形式是將零件分成若干個(gè)實(shí)體，每一個(gè)實(shí)體都可以使用之前創(chuàng)建實(shí)體的特征，這種方式和在裝配件中創(chuàng)建新零件有點(diǎn)類(lèi)似，不同的是，多主體創(chuàng)建可以直接使用布爾運(yùn)算，大大減少建模工作量。

多主體建模后，通過(guò)發(fā)布多主體將零件中的實(shí)體發(fā)布為零件模型，并可選擇是否生成裝配體文件。這種建模形式可以稱作自上而下設(shè)計(jì)方式，以其他實(shí)體為參考建立新的實(shí)體，其建立和修改模型文件的過(guò)程更加簡(jiǎn)便。另外，變量表驅(qū)動(dòng)的零件建模在多主體零件中也是適用的。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文介紹了Solid Edge軟件在噴霧干燥機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。總體上看，在噴霧干燥機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，Solid Edge軟件的變量表起到了重要作用：變量表驅(qū)動(dòng)零件模型并可使用公式或Excel的方式控制變量;系列化零件采用零件族和備選裝配的設(shè)計(jì)模式;多主體零件的創(chuàng)建更加容易，使用自上而下的設(shè)計(jì)方式。隨著Solid Edge的深入使用，軟件將在噴霧干燥機(jī)設(shè)計(jì)建模方面起到更加深遠(yuǎn)的作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳狄.SOLID EDGE在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2002（4）：53-55.

[2] 李健，陶力.基于Solid Edge的裝配參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005（2）：123-126.

[3] K.馬斯托思.噴霧干燥手冊(cè)[M].黃照柏，馮爾健，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1983.

收稿日期：2021-08-31

作者簡(jiǎn)介：韓爽（1988—），女，遼寧人，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。