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    基于SolidWorks的换热器三维造型系统的开发

      发布时间:2019-05-08 22:30

      换热器是化工、动力、冶金、食品、能源、航天等领域应用十分广泛的换热设备。近年来,随着产品更新换代的加快,对换热器的设计提出了新的要求:产品结构形式多样,设计周期短。由于换热器本身的特点,设计过程工作量大,传统的人工计算及设计已不能适应其发展要求。计算机辅助设计(CAD)不仅可以节省大量的人力、物力,提高效率,而且能提高产品的质量、可靠性,成为换热器设计的一种发展必然趋势。目前陆续有人对换热器的计算机辅助设计进行了研究。张冠敏,潘继红等基于AutoCAD对管壳式换热器自动化设计进行了研究,实现了管壳式换热器的自动化设计;刘敏珊等在VC++6.0和ObjectARX2000的环境下,开发了换热设备零部件三维造型系统,实现了自动装配等相关功能。这些软件基于较为低端的二维设计软件AutoCAD,在实施计算机辅助工程分析、计算机辅助制造、计算机辅助工艺过程设计等功能时存在不足。笔者要讨论的就是基于高端三维绘图软件SolidWorks,利用Visual Basic进行二次开发,开发一个界面清晰易懂,功能齐全的管壳式换热器零部件三维绘图软件。

      SolidWorks是当今为较为流行的三维设计软件之一,它提供了免费的开发工具API(Application Program Interface,应用程序接口)函数,凡支持OLE(Object Linking and Embedding,对象的链接与嵌入)和COM(Component Object Model,组件对象模型)编程的开发工具,如Visual C++、Visual Basic、Delphi等均可直接调用这些API函数开发出用户自己的程序模块。鉴于SolidWorks自带的宏录制功能生成的宏文件可以直接被Visual Basic调用,因此选用可视化强的Visual Basic作为开发语言对SolidWorks进行二次开发。一般是利用宏录制命令在SolidWorks环境中录制所进行的相关操作来获得程序头部和应用程序代码,并将代码进行适当的编译修改后,便可以放置到Visual Basic中使用。

      分析管壳式换热器的基本结构可以得知,该类型换热器主要包括管箱、管芯、壳体和支座四部分。其中管箱又主要包含封头、筒体、隔板、法兰、接管等部件,管芯主要包含管板、折流板、拉杆、换热管束、定距管等部件,壳体主要包含接管、法兰、管筒等部件。针对每一个部件的不同形式,又可以将这些部件分为标准件与非标准件。对于不同的标准件与非标准件,分别建立相应的结构程序,便可以迅速的得到三维造型。零部件开发的流程图如图1所示。

      对于换热器中的标准件,通过编写程序代码,与对应的Access数据库进行关联,直接调用数据库中的参数,节省了为每个设计参数赋值的繁琐程序,从而提高了设计效率。下边以甲型平面密封法兰设计过程作为设计实例。

      首先分析所要创建部件的特点,确定如何在SolidWorks中实现特征的建立,在保证完整、准确地表征实体的前提下,在VBA程序编辑器中编译录制的宏程序,使其尽可能的简洁,步骤尽可能的少,这样可以提高程序代码的运行速度。

      然后将之前录制编译的宏程序导入至Visual Basic中,利用VB编写的应用程序驱动SolidWorks API函数完成指定的工作。Visual Basic语言可以建立友好的用户界面和完成数据库数据的查询、读取写入等功能,因此建立简洁易懂的人机交互窗口,使用各类控件,把程序代码中用到的参数直观的表现出来。图2是为甲型平密封面法兰创建的人机交互界面。再根据JB/T 4701-2000,分析零件手册中法兰的标准,利用VB默认数据库Access为法兰建立数据库文件,并利用VB中的Adodc数据控件与之进行连接。鉴于每一种法兰都对应着不同的公称压力与公称直径,可以通过常用的SQL(Structured Query Language,结构化查询语言)语句,以这两个参数作为索引,迅速准确的读取数据库中的各参数值,并对应赋值给所编译的程序语句,从而节省了大量的参数赋值过程。以下语句即为在本例中调用数据库的程序代码:

      本次开发建立了管法兰、容器法兰、封头、筒体等零部件的数据库,并利用VB编程调用数据库实现了在SolidWorks下的三维实体图形的生成。

      换热器中的非标准件,如管板、折流板等都是换热器中非常重要的零件,它们的尺寸都是由设计者自行确定。我们仍可以将这些非标准件进行参数化设计,尽管由于这些非标准件的独立参数较多,但是同样可以采用编写程序,将特征尺寸参数化,也会大大缩短设计所需时间,为零部件不同设计方案提供了方便。李金旺等利用SolidWorks开发过管板的设计程序,作为后续工作,对管板的设计做了优化改进。

      首先分析管板的基本结构,找出与管板尺寸有关的设计参数,如管板直径、厚度,限定圆直径,管程数,管子排列方式等参数。然后分析各参数之间的相互联系,通过自动赋值来减少初始参数的输入。这种对话框式输入界面,可以充分表达设计者的设计意图,随时进行设计参数的修改,达到设计要求。图3即为本文中所设计的管板参数输入窗口。

      前面介绍了对于标准件和非标准件的具体开发过程,本文所开发的系统是实现管壳式换热器的每一个零部件的开发,只需要将所开发的每一个零部件的开发的代码和人机交互界面链接到主界面上,然后根据设计的不同需要,只需要点击相应的零部件,即可进入该零部件的设计窗口,实现零部件的参数化快速设计。系统的运行流程图如图4所不。

      由前文中对换热器零部件的分类,可以将换热器的零部件主要分为四部分,即管箱、壳体、管芯、支座。通过如此分类,使设计的人机交互主界面一目了然。图5是本文开发的零部件设计主界面。该系统包含了管壳式换热器常见的零部件,通过该系统进行换热器辅助设计,不仅能够缩短设计所需时间,而且为接下来的换热器三维模型装配、标注等后续工作提供了支持。

      鉴于本系统是基于SolidWorks进行的二次开发,因此在系统运行之初应当打开SolidWorks软件,本文采用了以下程序代码,便可以实现自动启动SolidWorks,并将系统主界面显示在SolidWorks中。

      然后在每一个零部件的设计过程中,因为需要建立不同的空白页以便进行零件的独立清晰地绘制,所以在VB中编写如下代码,以实现在每一个零部件的创建之前新建SolidWorks文件。

      换热器零部件的参数设计过程中,同一个换热器的很多零件的参数都是存在一定的关联,只要将这些关联参数之间的规律找出,就能优化系统的代码,从而进一步提高设计的效率。因此随着对系统的深入开发,系统必将进一步得到优化。

      (1)本文基于SolidWorks和Visual Basic,对换热器零部件的参数化设计做了初步探讨。经过调试运行,达到了预期的目的,即在SolidWorks环境下自动生成所需的零部件。实践表明,该系统操作简单明了,运行可靠,大大缩短了产品的研发周期。

      (2)系统绘制的零部件三维模型,能够在以后的换热器装配中直接被调用,从而提高了产品的设计效率,这也是以后研究的重点,通过将该系统与初始计算模块和自动装配模块联系起来,最终形成换热器自动设计系统。