盲板阀基于CAXA的三维参数化设计研究

发布时间:2011-06-27  点击数:2523

    盲板阀属于截止阀的一种,适用于无气动、液动驱动源而又需远距离自动控制的场合,广泛应用于冶金高炉系统的余热利用、余压发电、煤气清洗及除尘系统的煤气管路上,在防止煤气外泄、保护人员安全和减少环境污染上起到了重要的作用。

    盲板阀主要由左、右阀体、波纹管、丝杆、丝母、阀板、驱动装置等部件组成,其中阀板由通板和盲板组成以控制介质的流通和截断。盲板阀的右阀体与波纹管焊接在一起,右阀体通过底部的支撑轮以实现密封传动过程中的水平移动。驱动装置带动3根丝杆同时旋转,由丝母带动右阀体水平移动,使阀体密封面压紧阀板上的O形圈调节阀实现密封。盲板阀采用平面密封结构,橡胶密封圈镶嵌在阀板上,密封面磨损小,密封性能好,更换方便。阀板旋转时阀体密封面与阀板上的O形圈完全脱离,通过驱动装置直接驱动阀板旋转,使阀板处于通孔或盲孔状态。在阀板处于压紧的情况下,不能启动阀板行走切换装置。盲板阀产品典型结构如图1所示。

1.左阀体2.右阀体3.阀板4.启闭机构5.底座6.驱动装置

图1 盲板阀结构

    盲板阀在设计过程中遵循一定的设计流程,它的结构比较复杂,在进行参数化驱动时难以整体驱动完成造型和自动装配。通过对盲板阀结构的研究分析和总结归纳,依据其设计过程中零部件的生成顺序,将其结构按装配和设计关联关系进行零部件层次结构划分,如图2所示。在构建的设计流程导航下,依据该层次结构将盲板阀设计的相关知识与三维模型相结合,通过调用不同的三维模型及其相关的驱动参数,可以完成不同类型盲板阀的结构设计。

图2 盲板阀产品的零部件层次结构划分

 CAXA实体设计环境下的参数驱动设计

    在CAXA实体设计环境下,基于Excel表格动态链接的参数化设计,采用基于二维轮廓图形或图素特征尺寸的参数化设计方法,构建三维参数模型并将其嵌入到Excel表格中,通过编辑零件参数表达式或智能图素包围盒尺寸建立模型和Excel相关单元格的关联关系,在Excel环境下通过修改或调用数据对几何模型进行参数驱动。此方法优点颇多,该表格数据易于管理和扩充,便于设计人员以最少的编程工作量甚至不需编程,构建所需要的参数化设计流程导航。

    CAXA软件提供了多种构建零件三维模型的功能,如智能图素、三维球工具、编辑二维草图截面等,利用这些功能可以构建零件的三维模型。以启闭机构零件丝杆为例,首先构建其三维模型,添加零件级参数,将参数的表达式与Excel相关单元格对应,并进行驱动完成参数化模型。模型的构建及在Excel环境下的参数化驱动如图3所示。

图3 盲板阀丝杆模型与参数驱动

图4 盲板阀设计流程导航

    盲板阀参数化设计实现

    利用CAXA实体设计、Microsoft Excel作为最底层的开发平台,采用VB6.0构建了适用于公称通径DN350~DN1800,公称压力0.25MPa,介质类型主要为煤气、烟气等气体,介质工作温度通常≤400℃的盲板阀三维参数化设计专用系统,系统构建结合盲板阀的零部件生成顺序和结构层次划分,在设计流程的各个导航节点上,对盲板阀产品设计的零部件、专用件的设计流程进行规范,构建了系统的专用零部件库及其参数库。

    在设计流程中以其零部件自身的关键设计参数引导设计人员,将与盲板阀相关的设计知识和经验构建于知识库中,并集成于设计流程向导工具中形成专用的零部件、专用件设计向导,使产品设计在设计流程向导的指引下,按顺序分步骤进行。产品设计流程导航的系统主界面如图4所示。在进行盲板阀设计时,在设计流程向导的引导下,依次点击各个设计节点,打开Excel设计环境。零部件的相关参数由设计人员输入,右击Excel设计环境下的CAXA实体设计的图片,即完成零部件的参数驱动造型。所有零部件设计完成之后,由设计人员在CAXA实体设计的环境下完成零部件的装配及运动仿真。

    零件造型验证

    对完成参数化的零部件进行检查会发现,其特征造型的某一部分消失、结构尺寸存在误差甚至系统报警提示零件生成错误等诸多问题。这些问题给用户带来许多使用上的麻烦。因此对零件参数化过程中需要注意的事项进行了三点归纳:

    1、对于需要使用“拉伸特征”——“除料”功能完成的零件需要特别注意。除料造型的拉伸方向有向前和双向之分但拉伸基点始终不变,此造型功能在实体边缘、内部甚至无实体的设计环境中均可成功实现,系统不会提示造型错误。例如:键在轴径变大、变小或轴变长、变短情况下都会消失不见,但实际上键的参数化造型已成功,只不过进入到了轴内部。究其原因就是“拉伸特征”——“除料”功能智能化不足造成的,拉伸基点与设计基点不重合致使拉伸方向不一致造成系统误操作。

    2、在进行二维草图约束时,用户往往缺乏经验只对草图形状尺寸进行尺寸约束忽视对草图形状的定位约束,没有定义草图形状与设计基准的关系。虽然系统提示草图已经完全约束且加绿显示,但是在参数化驱动时草图形状可能任意变形造成模型生成错误。旋转实体不能生成的情况也常常出现。主要原因是二维草图上出现加亮红色断点或者是使用镜像功能时线形出现重叠覆盖的情况造成的。

    3、结构尺寸与预想不同是由于当前用户单位与系统单位(米、弧度、千克)不匹配,外加表达式的显示值有可能不符合要求。

    结论

    中国机械制造企业的计算机辅助设计技术应用,还基本处于初级阶段多以二维应用为主,工作量大效率不高。采用三维设计环境与Excel的动态链接进行零部件的参数化设计,是CAXA实体设计提供的一种实用和高效的参数化设计处理方式,这种方法减少了重复性的三维造型工作,规范了设计数据,提高了设计人员的设计效率。通过调整参数得到不同的设计结果或进行反复的校核运算,实现CAD/CAE/CAPP/CAM的真正集成,为设计、分析、制造的一体化、智能化过程铺平道路。