三維軟件在窯爐設計中的運用

梁善良，梁 清（.廣東中窯窯業(yè)股份有限公司，廣東 佛山 586；.安徽工業(yè)大學，安徽 馬鞍山 4300）

?

三維軟件在窯爐設計中的運用

梁善良1，梁 清2
（1.廣東中窯窯業(yè)股份有限公司，廣東 佛山 528226；2.安徽工業(yè)大學，安徽 馬鞍山 243002）

摘 要：對三維軟件在輥道窯、隧道窯上運用進行了扼要的闡述。窯爐設計時使用三維軟件可以大幅度提高設計速度的設計質量，減少在設計中出現(xiàn)誤差或差錯，避免了在統(tǒng)計窯爐材料時材料統(tǒng)計重復與丟失的現(xiàn)象發(fā)生。當設計發(fā)生更改時，材料與圖紙也能同步更新與統(tǒng)計，極大地方便了設計者。另外三維設計可以實現(xiàn)視化的設計與分析，將大大提高設計效率。

關鍵詞：三維軟件；參數(shù)設計；BOM表；可視化；Inventor；運動仿真；三維布管

0 引 言

眾所周知：窯爐工程是涉及材料學、工程力學、流體力學、電學、傳熱學等多學科，跨多行業(yè)的大型工程。它不但要求設計科學、施工嚴格，還對人員的調試、操作等提出很高的要求。現(xiàn)在的窯爐工程量超來越大，我公司的輥道窯最長達400多米，內寬也達3.85米，設計溫度達1300 ℃；超高溫隧道窯長度為167米，內寬達2.3米，設計溫度達1800 ℃。這就要求我們有更好更快的設計與制造窯爐的方法。減少不必要的設計錯誤，避免材料統(tǒng)計中的重復與丟失，快、好、省、優(yōu)質地為客戶創(chuàng)造出更多的價值。運用傳統(tǒng)的二維平面設計很難滿足這些大型窯爐的要求。為此我公司現(xiàn)在全面使用三維窯爐進行設計。我公司在窯爐設計上主要運用二種軟件 （Inventor，Solidworks）。下面就主要就Inventor三維設計軟件在我公司窯爐上的設計作簡單概述。

1 三維軟件應用窯爐設計

1.1 應用于窯爐框架設計

運用Inventor設計窯爐框架，可以快速精確的設計。可以將常用的窯爐框架模型做成參數(shù)化模型，這樣就很容易再編輯。在創(chuàng)建參數(shù)化特征的時候，通過在創(chuàng)建時繪制的基礎草圖和輸入的數(shù)值來定義。可以編輯草圖或特征，來快速實現(xiàn)模型更改。參數(shù)化設計有如下特點：

（1）自動提取模型中的尺寸，壓縮狀態(tài)、配置信息到excel文檔，將Inventor模型中待參數(shù)化的數(shù)據(jù)一網(wǎng)打盡。

（2）可充分利用excel的強大計算能力、簡單性和開放性，將上述數(shù)據(jù)直觀表達，讓使用者輕松上手。

（3）通過excel文檔驅動模型尺寸、零部件壓縮狀態(tài)、零部件配置，讓變型變參數(shù)設計不再成為編程高手的特權。

（4）強大的工程圖更新能力，可實現(xiàn)明細表更新、混亂尺寸的還原、特殊視圖的位置恢復等功能。以上特點簡單地說就是將窯爐的框架做成參數(shù)化模型，如果要改變框架的一些參數(shù)（如框架材料大小、長短、厚薄等）只需要輸入相應的參數(shù)就可以快速地將更新模型輸出。避免在平面制圖中大量簡單重復的制圖。如圖1中窯爐框架總寬度為2200mm，現(xiàn)在窯爐框架寬度要求變更為4200mm，只要改變參數(shù)中的 “單節(jié)寬度”中的2200為4200即可迅速更改成新的窯爐框架。用時不到幾秒，相應的工程圖在同時自動更新（如圖2）。

圖1 運用參數(shù)化快速設計原圖Fig.1 Using parameterization to design original chart rapidly

圖2 運用參數(shù)化快速設計變更圖Fig.2 Using parameterization to design change chart rapidly

圖3 窯爐的耐火材料設計Fig.3 The designing of kiln refractory materials

1.2 應用于窯爐耐火材料設計

以超高溫隧道設計為例：運用Inventor于高溫耐火材料進行可視化設計，設計時可將各型耐火磚建模，建模后作相應的組裝即可得到窯墻、窯頂?shù)哪Ｐ汀？梢栽谀Ｐ椭锌吹礁髂突鸬男吞枴㈩伾⑵贩N、規(guī)格。可以核對各磚縫的砌筑、各膨脹縫、各孔洞的預留情況、與各鋼構件是否沖突、耐火磚需要加工等。充分體現(xiàn)了可視化設計的好處，如圖3。

1.3 應用于窯爐風管管道（三維布管）設計

以內寬3850mm輥道窯設計為例：運用Inventor于窯爐風管設計中，可以很快速進行風管的設計，在資源中心中有大量的管道標準件可以使用。資源中心不但有國標還有大量的外國標準，方便與國外項目接軌。還可以自己做一些零件作為標準件方便重復使用。例如可以做一些特殊彎頭、三通等作為標準件，在不同的窯爐管道上使用，如圖4。

1.4 應用于窯爐燃燒系統(tǒng)設計

以超高溫隧道設計為例：運用Inventor于窯爐燃燒系統(tǒng)設計時，可方便地使用各種閥門、管道、燒嘴、電磁閥減壓閥、執(zhí)行器等進行組合。也可將減壓閥、執(zhí)行器等做成標準的元件使用在更多的窯爐中，如圖5。

圖4 窯爐管道設計Fig.4 The designing of kiln pipeline

圖5 窯爐燃燒系統(tǒng)設計Fig.5 The designing of kiln combustion system

1.5 應用于窯爐機械傳動（運轉）系統(tǒng)設計

利用三維軟件進行窯爐機械傳動（運轉）系統(tǒng)設計，更能體現(xiàn)其設計的優(yōu)越性。設計工作由抽象變成可視化，對設備的動作也進行模擬，更好地檢查設計時可能發(fā)生的零部件干涉現(xiàn)象，更好地考慮到機械加工、焊接、裝配等工藝要求。將各常用零件、部件做成標準化、模塊化，更加提高窯爐機械傳動（運轉）設計的效率。如圖6所示常用的輥道窯斜齒輪傳動系統(tǒng)設計。

圖6 輥道窯斜齒輪傳動設計Fig.6 The designing of roller kiln’s helical gear driving

1.6 應用于窯爐其它設計

利用三維軟件還可以對窯爐其它方面進行設計，以提高設計精度的效率。例：應用于電氣設計、結構件設計、鈑金設計（面板）、曲面設計、運動仿真、模具等設計。

2 三維軟件糾錯

應用三維軟件可有效地減少設計過程中容易出現(xiàn)的差錯。它可以實時地進行提醒，以醒目的方法進行顯示，提醒設計者解決出現(xiàn)的錯誤或差錯，以提高設計精度。

3 三維軟件中的材料統(tǒng)計輸出（BOM表）

三維軟件不但能導出常用的工程圖還能同步于組裝圖的更新，并且能實現(xiàn)材料統(tǒng)計的輸出，材料數(shù)據(jù)輸出的形式有數(shù)據(jù)庫結構和表格樣式。這種自動輸入數(shù)據(jù)的功能非常適用于窯爐設計中的材料及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，統(tǒng)計結果準確而細致，可避免了人工在統(tǒng)計窯爐材料時材料統(tǒng)計重復與丟失的現(xiàn)象發(fā)生。

例如：在窯爐預熱帶框架總裝模型或導出平面工程圖紙中，還可以處理總裝模型中BOM表中一次性批處理圖紙標題欄、材料明細表和模型關聯(lián)的絕大部分內容，其它相關項也可自動生成，大大節(jié)省了在下級零部件模型和圖紙?zhí)顚懀⒛茈S時跟據(jù)零部件模型的修改而能自動更新。主要批處理能編輯的文本項有：序號編號、零部件名、主題、項目、單位、重量、材料、修訂號、設計人、核準人、批準人、簽字時間等。特別是對各零件、部件的數(shù)量、重量統(tǒng)計上無差錯。這個功能減少了設計人員非常多的勞動。

自動關聯(lián)生成的有：主視圖比例、設計圖的圖幅、圖紙文件名及路徑、模型及圖紙的文件名、設計人及日期，如圖7所示。

圖7 裝配圖中BOM表的輸出Fig.7 The output of BOM table in the assembly drawing system

4 三維軟件中的應力分析

三維軟件能夠進行應力分析，對單一零件或結構都能進行應力分析。例如在窯爐框架中可以對窯頂?shù)牡醮u梁進行受力分析，既保證了吊磚梁必要的強度又避免了不必要的材料浪費，如圖8。

圖8 三維軟件對吊磚梁進行受力分析Fig.8 Using three-dimensional software to analyze the stress of brick hanging beam

5 三維軟件中的運動仿真

在窯爐設計的運動仿真主要運用在輥道窯產品傳送及運輸中與其它機械的配合；在隧道窯運用中主要是窯車的裝碼與卸載與其它機械的配合。通過仿真可以清楚地觀察到各個部件運動的細節(jié)，保證在實際的運行中不出現(xiàn)錯。

6 三維軟件的熱力學、流體力學分析及仿真

現(xiàn)在流體力學的仿真可以與三維設計做無縫結合，提供快速、精確和靈活的流體流動和熱能模擬。三維軟件可以對窯爐設計中的熱力學，尤其是在實體-流體和實體-實體界面、用于捕捉邊界層變化的壁處理、以及表面摩擦和熱流量計算等方面進行模擬和仿真。能夠對窯爐內的氣體/預混合氣體和非預混合氣體燃燒、沸騰等過程仿真及模擬。

7 結 論

總之，三維設計技術的發(fā)展已經(jīng)日新月異，它為我們的窯爐設計提供了更科學，更便利的手段，它用可視化的手法，更清楚地服務于我們的設計，它解決了設計中常需要設計計算、標準化模型以及設計后期煩鎖的統(tǒng)計。我們運行好三維設計就能更好地為顧客創(chuàng)造出更多的價值。

參考文獻：

［1］ 梁善良，舒小山.高溫寬體日用瓷輥道窯設計［J］.中國陶瓷工業(yè)，2007，14（3）.

［2］宋耑. 現(xiàn)代陶瓷窯爐［M］.武昌:武漢大學出版社，1996.

［3］ 輕工業(yè)部第一輕工業(yè)局. 日用陶瓷工業(yè)手冊［M］. 北京: 輕工業(yè)出版社， 1981.

［5］ 胡國林. 陶瓷工業(yè)窯爐［M］. 武昌: 武漢理工大學出版社， 2010.

通信聯(lián)系人：梁善良，男，工程師。

Received date:2016-03-01. Revised date: 2016-03-05.

Correspondent author:LIANG Shanliang， male， Engineer.

E-mail：liangshanliang@fox.mail.com

中圖分類號：TQ174.6+5

文獻標志碼：A

文章編號：1006-2874（2016）03-0038-04

DOI:10.13958/j.cnki.ztcg.2016.03.009

收稿日期：2016-03-01。

修訂日期：2016-03-05。

The Application of Three-dimensional Software in Kiln Design

LIANG Shanliang1， LIANG Qing2
（1.Guangdong Zhongyao Kiln Stock Co.， Ltd.， Foshan 528226， Guangdong， China； 2. Anhui University of Technology，Ma’anshan 243002， Anhui， Ghina）

Abstract:This paper introduces the application of three-dimensional software in roller kiln and tunnel kiln. Three-dimensional software for designing kiln can increase designing speed and quality substantially. Using the software will reduce the design error or mistake and avoid the repetition and loss of statistics. When a change occurs to a design， the statistics and drawings will be synchronized and changed accordingly. It’s a great convenience for the designer. Moreover， three dimensional designing visualizes the process of designing and analysis， thus greatly improving the efficiency of designing.

Key words:three-dimensional software； parameter design； BOM chart； visualization； Inventor； motion simulation； three-dimensional piping layout