焦新燕 李文

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

關鍵詞：外向旋流板;3D曲面建模;曲面吻合

0 引言

三維建模技術是利用計算機系統(tǒng)描述物體形狀的技術。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)，是幾何造型中的關鍵技術。在CAD技術發(fā)展初期，CAD僅限于計算機輔助繪圖，隨著三維建模技術的發(fā)展，CAD技術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、曲面模型和實體造型技術。目前參數(shù)化及變量化設計思想和特征模型代表了當今CAD技術的發(fā)展方向。

曲面模型是在線框模型的數(shù)據(jù)結構基礎上，增加可形成立體面的各相關數(shù)據(jù)后構成的。與線框模型相比，曲面模型能記錄邊與面之間的拓撲關系，具備面與面相交、著色、表面積計算、消隱等功能，此外還擅長構造復雜的曲面物體。

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，煙氣由塔底向上流動，由于氣體切向進塔，尤其是受到塔板葉片的導向作用而使煙氣旋轉上升，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;液滴被氣流帶動旋轉，產(chǎn)生的離心力強化了氣液間的接觸，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，旋流塔板的氣液負荷比常用塔板的氣液負荷大一倍以上，又因旋流塔板上液層薄，開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。

外向旋流板塔盤是20世紀70年代開發(fā)的一種新型塔盤，塔盤強制通過的氣流做螺旋上升運動，由于旋流板的離心力大，液滴受到強力分離，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用廣泛，其工作原理：氣流走向偏外，離心力大，液滴運動路程短，氣液接觸時間短。

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與內(nèi)圈板的切線，另外一條為外圈板傾斜仰角最高點與同一平面內(nèi)圈板處的切點位置向下的延伸點。

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到外圈板傾斜仰角后的最高點處的路徑;另外一條路徑線為內(nèi)圈板最低處的切點至上定位點的路徑。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確，需多做幾個切截面，將路徑分段取點，進行樣條曲線的圓滑過渡。

其次，通過曲面掃描命令進行葉片曲面成型，以曲面輪廓線為主體，以曲面路徑線為引導線，進行曲面掃描，從而形成葉片曲面放樣圖，如圖3所示。

最后，在SolidWorks 2015中，進行曲面的放樣展開，通過軟件的曲面展開命令進行曲面展開，下料葉片如圖4所示。

2 下料葉片的裝配分析

由于曲面通過平板扭轉進行定位安裝，所以首先制作2 mmFRP定形板，按照圖4所示的下料葉片進行切割下料，等待裝配。

確定安裝定位點：

（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位置。

（3）從起點找到葉片仰角α為25°的外圈板最高位置。

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

（5）從外圈板最低點找出與同一平面內(nèi)圈板的切點。

根據(jù)安裝定位點，將葉片通過粘接進行定位，葉片定位后再進行葉片補強，以滿足使用強度需求，至此旋流板裝配完畢，旋流板裝配圖如圖5所示。

3 結語

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，既能精準確定曲面展開的尺寸，又大大節(jié)約了人工計算下料的時間成本和曲面模具費用成本。

[參考文獻]

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[2] 詹迪維.SolidWorks曲面設計實例精解（2010中文版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：焦新燕（1985—），女，河北衡水人，工程師，研究方向：機械設計在復合材料方向的應用。