基于SolidEdge的喷雾干燥机参数化设计

摘 要：Solid Edge软件是一款由Siemens公司开发的三维计算机辅助设计软件，从零件设计、装配体设计到工程制图制作、通用零件造型，Solid Edge功能强大，其专业化的钣金、管道、焊接设计独具特色，而制图模块则简洁明了，因此在国内外的工业企业尤其是机械制造业得到了广泛应用。现针对Solid Edge软件在喷雾干燥机参数化设计中的作用及应用进行介绍和分析。

关键词：Solid Edge;喷雾干燥机;参数化设计

0    引言

Solid Edge是Siemens PLM Software公司开发的一款三维CAD软件，其开发主要基于Windows系统，是一款真正原创的Windows软件。

近年来，喷雾干燥机的应用范围随着社会发展和生活水平的提高逐渐扩大，目前，喷雾干燥工艺已经成为很多种产品最优的干燥方法。喷雾干燥机的干燥是连续的;喷雾干燥机通过电气控制系统可以进行全自动的控制;通过调整喷雾干燥机的设计，并结合其灵活的操作性，可以满足不同产品的质量指标;通过喷雾干燥机可以实现不同的干燥工艺，达到客户对产品形状和品质的要求。

1    Solid Edge软件

1.1    Solid Edge软件简介

Solid Edge功能齐全，不但有零件设计功能，还有强大的工业装配设计、塑料设计、管道设计和钣金设计功能，几乎囊括了工业设计的全部。所以，Solid Edge在相关的工业领域得到了最广泛的应用[1]。

1.2    Solid Edge软件的优点

Solid Edge软件是一款由Siemens公司开发的功能强大的三维计算机辅助设计软件，其具有以下几个优点：

（1）具有同步建模及顺序建模两种建模形式。顺序建模是目前主流的建模形式;同步建模是在模型基础上，以操作手柄和尺寸为驱动，修改模型，与以往的模型驱动的建模形式不同。Solid Edge软件的便捷性在于在同一零件建模过程中，顺序建模和同步建模两种建模形式可以互相切换。

（2）自有标准件库。Solid Edge系统自带标准件库，包含了常用的国标、ISO标准、DIN标准、JIS标准等，其中涵盖了常用的零部件和大多数的紧固件、型材、管道、管道接头及法兰等。同时，标准件库支持Excel表格导入和自制件导入，也可采用其他能链接或嵌入的电子数据表与变量表链接，实现装配参数化的目的[2]。

（3）具有丰富的数据交换接口。可以直接打开目前主流的三维软件的三维模型，并在Solid Edge中编辑转化;同样其也可以直接打开CAD的dwg格式的图纸，并在软件中进行编辑、修改，可以将现有的CAD二维图纸作为草图建立零件的三维模型，包容性强。

（4）拥有变量表技术。可以针对建模过程中的关键尺寸建立数学模型的关系，并通过零件族的功能将其存储起来，或可形成标准件库。

2    喷雾干燥机

2.1    喷雾干燥机的应用及工作原理

喷雾干燥机（图1）已广泛应用于大多数生产部门，其不同的型号及尺寸，可以满足研发、试验、生产等不同的需求。

喷雾干燥过程是液态物料以喷雾的形式进入热的干燥介质中，进而转变成干粉料的过程。喷雾干燥过程是涵盖干燥在内的一次连续处理过程，过程包括将原料雾化为料雾，液态料雾与干燥介质接触，水分蒸发。干燥过程进行到产品含水量达到一定要求时，将干料从空气中回收。图2为喷雾干燥机工作流程图。

2.2    喷雾干燥机的优点

喷雾干燥机在工业生产中制造业和食品加工业的广泛应用，源于其自身拥有以下优点：

（1）连续生产。与传统干燥器系统相比，喷雾干燥机可将干燥和造粒一次性完成，在保证颗粒质量的同时大大提高了生产效率。

（2）全自动控制。操作工人上料后只需进行面板设置和监控，不仅简单易学，而且工人的安全得到了保障。

（3）通过喷雾干燥机可以满足各种产品的质量指标：1）对产品形状的要求（如球形、类球形、细粉末、团块等）;2）对产品性质的要求（如粉末或不含粉尘、流动性、润湿性等）。

（4）热敏性及抗热性物料都可使用。

（5）热利用率高，特别是在进气温度高和干燥室中有较大温降的情况下。在进气温度及排气温度分别为750 ℃及100 ℃时，蒸发1 kg水分消耗热量少于3 347 kJ（800 kcal）。

（6）只要能用泵输送，进料可以为溶液、泥浆、触变性浆或熔体。

（7）易于处理腐蚀性及磨损性物料。

（8）各类干燥机的操作相同，无须对工人进行额外培训，就可同时对不同设备进行操作和监管[3]。

3    Solid Edge软件在喷雾干燥机建模中的应用

喷雾干燥机除标准机型外，主要是依据客户的产量及要求定制，喷雾干燥机的主要部件大致可以分为干燥塔体、进风系统、排风系统、风送系统、吹扫系统、收料系统。喷雾干燥机中会有系列化非标零部件，系列化零部件其外形基本一致，只是在重要尺寸上有些变化。这些系列化零部件的重新建模是一个重复的过程，会浪费许多时间，针对这些系列化零部件，可使用Solid Edge软件中的变量表技术，减少重复建模。

3.1    變量表的使用

Solid Edge在零件模式下提供变量设计，在变量表格中可直接修改变量数值，来驱动零件特征尺寸的更改。多主体零件建立好之后，对其进行发布，发布后，每一个主体都会生成一个新的零件，多主体零件会发布成一个装配体，这样在设计系列化零件的过程中，设计建立一个基础模型，建模之前注意变量之间的关系，定义好这个模型的变量尺寸，就可以通过直接更改零件参数变量表（图3）的变量，建立其他的系列化零部件。

变量表中可以通过修改变量来驱动模型，在变量规则编辑器（图4）中同时开放了公式驱动变量，以及复制于Excel表格的数据，实现Excel驱动模型。

3.2    零件族的设计

零件族的设计只针对系列化零件，系列化零件成员一般具有相似的外形，只是尺寸不同或细节特征不同，例如管道卡式接头、三通、弯头等标准管件。零件族通过一个主零件来控制其他成员零件，并采用表格的形式来编辑所有的信息，如图5所示。

在零件族的设计中，先建立主零件模型文件，同时定义主要的尺寸并命名，然后选择零件族命令，添加零件族成员并输入其主要的尺寸变量，最后保存零件族表格并生成零件。

在零件族的变量表中，可以通过修改变量控制单个成员的特征大小;可以通过某个特征抑制与否控制单个成员的特征有无;变量表中以表格的形式列出主零件的所有变量和特征;零件族的变量表修改后，需要点击“保存”按钮，让系统确认为有效的修改;成员零件需要修改时，修改变量表即可;零件族需要修改时，需要编辑修改主零件，再更新所有的成员。

零件族文件建立好后，零件族的主零件保存了整个零件族的变量表，通过主零件可随时生成整个零件族。鉴于此，在零件族文件实际使用过程中，不同技术人员只需将零件族的主零件复制或另存即可，不需要将整个零件族零件复制，大大提高了文件传输效率。

零件族文件可以通过标准件库管理器添加至标准件库中，建立属于公司自己的标准件库。在Solid Edge内置的标准件库管理器中，开放了从零件族文件添加标准件的方法，如图6所示。

3.3    备选装配的设计

备选装配适用于装配件的变量设计。在喷雾干燥机中，往往一台设备会有不同的安装形式，例如具有单点或多点的收料形式，如图7所示。通过使用备选装配，可以将不同的装配形式在一个装配模型中体现。在备选装配中可以通过变量表来控制装配成员，其中包括事例覆盖、事例排除、关系排除、装配特征排除、框架排除、管道排除、阵列事例排除、紧固件排除等。

在备选装配中可以直接选择激活当前的装配成员并进行修改，Solid Edge也允许动态配置装配成员的结构。

3.4    多主体创建零部件及装配

多主体创建零部件是在零件建模模式下，将零件创建成不同的实体，激活的正在编辑的实体为不透明显示，未激活先创建的实体以半透明方式显示。如图8所示，多主体创建形式是将零件分成若干个实体，每一个实体都可以使用之前创建实体的特征，这种方式和在装配件中创建新零件有点类似，不同的是，多主体创建可以直接使用布尔运算，大大减少建模工作量。

多主体建模后，通过发布多主体将零件中的实体发布为零件模型，并可选择是否生成装配体文件。这种建模形式可以称作自上而下设计方式，以其他实体为参考建立新的实体，其建立和修改模型文件的过程更加简便。另外，变量表驱动的零件建模在多主体零件中也是适用的。

4    结语

本文介绍了Solid Edge软件在喷雾干燥机参数化设计中的应用。总体上看，在喷雾干燥機的参数化设计过程中，Solid Edge软件的变量表起到了重要作用：变量表驱动零件模型并可使用公式或Excel的方式控制变量;系列化零件采用零件族和备选装配的设计模式;多主体零件的创建更加容易，使用自上而下的设计方式。随着Solid Edge的深入使用，软件将在喷雾干燥机设计建模方面起到更加深远的作用。

[参考文献]

[1] 吴狄.SOLID EDGE在工程设计中的应用[J].沈阳电力高等专科学校学报，2002（4）：53-55.

[2] 李健，陶力.基于Solid Edge的装配参数化设计[J].农业机械学报，2005（2）：123-126.

[3] K.马斯托思.喷雾干燥手册[M].黄照柏，冯尔健，译.北京：中国建筑工业出版社，1983.

收稿日期：2021-08-31

作者简介：韩爽（1988—），女，辽宁人，助理工程师，研究方向：机械设计。