三维参数化建模在膜式壁让管设计中的探索

2021-05-18杨帆马静韩峰张衍国严矫平李清海

中国设备工程 2021年9期

杨帆，马静，韩峰，张衍国，严矫平，李清海

(1.北京热华能源科技有限公司；2.清华大学能源与动力工程系，北京 100084)

1 应用背景

工业锅炉作为一种重要的热能动力设备，常用于工业生产中，其受热面常采用水冷壁结构。由于其壁面需要安装检查门、防爆门等多种装置，此时，便会对壁面进行开孔，进而常采用“让管”结构进行避让的特殊设计，如图1所示。此时使用传统的2D CAD软件进行让管设计时，因其在表现真实物体时，直观性、准确性不佳，常造成实际制造或安装时的零部件干涉；而采用常规的三维建模方式进行设计必然效率较低。以下，将采用模块化三维参数化建模思路，利用Creo作为三维参数化设计软件，对膜式壁让管快速三维设计进行探索。

图1 让管结构

2 参数化实施

2.1 确定设计参数

在“Parameters”界面添加图2所示参数，并注意利用“插管直径”控制水冷壁让管数量和尺寸。

图2 参数列表

2.2 模型尺寸参数化

此部分的工作，将占据参数化设计的大部分时间，由于上述已经确定，通过“插管直径”控制“让管数量”及其尺寸。因此，可在建模前，于“Relations”中，通过关系式，并利用“IF……ENDIF”程序块，将“让管数量”与“插管直径”进行关联，输入在“Relations”界面的开头位置，如图4所示：

图3 管子编号示意

在完成以上工作后，可进行非参数化模型的建立，为了便于后期更准确地将非参数化模型中的尺寸与参数进行关联，非参数化建模时的零件装配约束设置、零件建模特征设置、草绘图形约束选择等问题，要仔细斟酌。应保证便于实现后期参数化的同时，兼顾特征的简洁性，以及装配、草绘约束的一致性，以有利于模型程序的运行。

图4 “让管数量”、“插管直径”关系式

在装配约束方面，主要设置三个约束，分别使“平让管NO1”的FRONT面、TOP面、RIGHT面，与装配体的FRONT面、TOP面、RIGHT面进行“重合”“重合”“距离”的约束，由于预设“平让管NO1”始终为最内侧让管，故“平让管NO1”、“平让管NO2”、……、“平让管NO5”距离约束在“Relations”中分别为“1×膜式壁管子间距/2”、“3*膜式壁管子间距/2”、……、“9×膜式壁管子间距/2”。

如图5所示，以“平让管NO1”中的扫描线为例，在件建模特征的创建中，重点应注意扫描线草绘约束的确定。后续直至“平让管NO5”，所有弯管的扫描线，统一采用同“平让管NO1”扫描线一致的约束方式建模并约束。

图5 平让管NO1草绘约束

而后激活装配体，将各个弯管模型特征中的约束尺寸在“Relations”界面中进行赋值，首先，可对“平让管NO1”进行参数化，如图6所示：

图6 平让管NO1参数化关系式

以此类推，直至“平让管NO5”，完成所有弯管尺寸约束的参数化。

2.3 零件特征增减的参数化

对于根据不同“插管直径”控制弯管数量，则需要借助“Pro/Program”进行控制。“Pro/Program”是“Creo Parametric”中内置的一个参数化工具，其中反映了每个模型在设计过程中的所有设计步骤和参数关系，设计人员不仅可以在其中对“Relations”进行编辑，还可通过添加条件判别式对模型特征的增减进行控制。

可以将其理解为一个文本化的反映模型创建过程的编辑程序。

在此，利用“Pro/Program”控制模型出现不同数量的让管，依然通过加入“IF……ENDIF”程序块进行控制。在“Pro/Program”中，分别找到“平让管NO1”、“平让管NO2”、……、“平让管NO5”的模型ID，在每个零件的“ADD PART……”前,加入“IF让管数量>=……”；在每个零件的“END ADD”后，加入“END IF”,实现随计算出的不同让管数量，控制弯管的增减。