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此课程当前的购买价格是1980学点。您确认要购买吗？SolidWorks管路设计在煤矿机械中的应用--《煤矿机械》2011年11期
SolidWorks管路设计在煤矿机械中的应用
【摘要】：针对液压管路在煤矿机械设备设计、装配过程中出现的管路排布问题,提出了利用SolidWorks三维管路设计进行煤矿机械上的液压管路排布,从而使设计人员对管路走向有个清晰准确的设计,车间装配人员可以根据此三维图进行统一合理的管路排布,同时为整机的标准化制定提供了参考依据。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TD402;TP391.7【正文快照】：
0前言随着计算机技术日新月异的发展,越来越多的新技术已经在很多领域得到了广泛的应用,为各行各业提供了许多便利,取得了很大的经济效益。比如专业绘图软件的推出应用,缩短了新产品的设计研发周期,从而大大提高了工作效率。随着三维软件的日益普及,管道的三维设计开始被越来
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SolidWorks管路设计在污水处理设备中的应用
    
&&& 生活污水处理采用MBR工艺，具有出水水质好、结构紧凑、安装方便、运行成本低和自动化程度高等优点。但由于该装置管路复杂，众多，对于狭小有限的空间来说，如何将整机管路布置得美观、整齐，装拆方便，便于操作，同时又节省空间，一直是困扰水处理装置设计的一个难题。随着SolidWorks等三维设计软件的日益普及，其所具有的功能和特点为上述问题的解决提供了有效手段，管道的三维设计开始被越来越多的企业所青睐。
&&& SolidWorks是基于Windows操作平台的三维设计软件，因其操作简单、方便，深受用户喜爱。本文仅以三维设计软件SolidWorks为例，结合SolidWorks的设计库功能，重点介绍SolidWorks管道设计在污水处理设备中的应用。通过该软件的应用，可以解决污水处理系统中各种管路在三维空间纵横交错、布局不合理的问题。直接在设计阶段对布管方案进行优化，可以很方便、直观地进行设计和观察设计效果，及时发现设计中的不足和缺陷，避免了以往在生产制造中才能发现的问题，有效降低了设计人员的工作量和工作强度，加快了设计速度，极大地提高了管路设计的精度和准确性，改善了装配质量，同时也降低了设计成本。
1 SolidWorks Routing简介
&&& SolidWorks Routing是SolidWorks公司推出的一套强大的线路系统设计软件和备件库。使用用户熟悉的SolidWorks 3D机械设计环境，使用起来方便快捷。它具有如下功能：①直观地创建和修改线路系统。②在复杂的产品中迅速进行管筒、管道、电力电缆和缆束系统的3D参数建模。③直接或通过线夹和吊架自动设计管筒、软管和电力电缆等。④SolidWorks提供了管筒、管道、电力电缆和缆束零部件库。⑤自动创建包含完整信息的工程图和材料明细表。
&&& 不同于一般的三维建模，绘制SolidWorks三维管路需要首先在软件中安装管道设计插件。选择下拉菜单中的/命令，在对话框中打对勾选中复选框，单击确定即可启动插件。
2 创建自定义管道零部件库
&&& 2.1 创建国家标准的法兰零件库
&&& 由于生活污水处理设备使用的管道零件多为国家标准件，采用的是ISO标准和米制单位，而SolidWorks Routing模块中自带的管道零件采用的是ANSI标准和英制单位，为美国标准，无论从设计、采购还是生产来说并不适合本土化要求，因此需要另外创建符合国标要求的自定义的管道零部件库。本文中生活污水处理设备使用的法兰全部为PNO.6 MPa平面板式平焊法兰(GB/T )，但法兰配用的钢管为英制管，因此可以直接采用SolidWorks自带的管道零件配置。下面以DN15(0.5 in.)法兰为例，介绍如何创建自定义零部件库。
&&& (1)新建一个零件文件，在前视基准面新建草图，画两个同心圆分别为法兰外径和内径，标注直径为80mm和22mm。用右键点击特征树中“注解”，选中“显示注解”和“显示特征尺寸”后，单击尺寸外径80和内径22，弹出对应尺寸的对话框，主要值下所选尺寸的名称分别改为“法兰外径@草图1”和“法兰内径@草图1”，如图1所示。
图1 尺寸属性对话框
&&& (2)拉伸法兰，拉伸深度设为12mm；单击图形区域中的深度12，将尺寸属性对话框的名称改为“法兰厚度@凸台-拉伸1”。
&&& (3)在法兰端面上新建草图2，在草图2上画螺栓孔中心圆，标注直径55mm，同理，单击尺寸，尺寸名称改为“螺栓孔中心圆直径@草图2”，将其属性设为构造线。以构造线上某点为圆心画圆，直径φ11 mm，将其名称改为“螺栓孔径@草图2”，同时以法兰圆心向螺栓孔圆心画中心线，使其与Y轴中心线夹角为45°，尺寸名称改为“角度@草图2”，然后拉伸切除特征。
&&& (4)将螺栓孔进行圆周阵列，实例数为4。单击图形区域中的实例数4，在尺寸属性对话框设其名称为“孔数量@阵列（圆周）1”。
&&& (5)在右视基准面新建草图，在法兰圆柱面的中心轴上插入两点。一点生成连接点，另一点生成线路点。连接点是管路附件零件中的一个点。它定义了管道的起点或结束点，接头零件的每个端口必须有一个连接点。当生成一个新的连接点时，必须指定端口（与要附加的管道或管筒的名义直径对等）的名义直径。对于包含一个连接点的附件，当生成它的附加配置时，每个配置都需要一个适当的名义直径值。选择DN15法兰对应管道的基本配置为pipe 0.5 in.，即名义直径参数为12.7mm(0.5 in.)。连接点1特征生成以后，在图像区域单击尺寸12.7将其名称改为“名义直径@连接点1”。
&&& (6)法兰所具备的8个属性参数已经完成，选取“插入”菜单下的“新建系列零件表”选项，插入系列设计表空白表，将这8个属性添加进设计表，并根据国标要求从DN15到DN150依次将相应的数据输入表中（图2）。保存后，SolidWorks根据设计表自动生成系列法兰的配置，图3为生成的法兰零件图。
图2 法兰系列零件设计参数
图3 法兰零件图
&&& (7)单击//命令，在主要参考实体下选取法兰的圆形边线，为法兰添加配合参考，这样当将法兰拖动到装配体中的某个中心孔时，SolidWorks会自动配合，比使用SmartMates时更可靠并更具有预见性。
&&& (8)法兰零件完成后保存，将其添加到相应路径下的设计库文件夹里。
&&& 2.2 创建其他管道零部件库
&&& 生活污水处理设备中用到许多控制流量、压力和方向的控制阀，如电动球阀、电动衬氟蝶阀、手动球阀、手柄蝶阀、止回阀，还有压力表、电磁流量计和各种卫生级快装接头等，它们都属于大小不一但特征形状相同的系列零部件，都可以按照法兰的创建过程根据每个零部件的参数属性依次创建它们的系列配置。当这些零部件完成以后，可以和法兰一样将其添加到相应的设计库里，如图4所示。当编辑装配体管路时可以将它们作为附件从设计库直接拖放到管路中。
图4 管道零部件库
3 水处理设备整机三维管路设计
&&& 根据污水处理能力高低，污水处理设备体积大小不一，但处理流程均相同。整个设备按照污水处理工艺先后顺序分成调节柜、过渡柜、预处理系统、MBR膜组柜系统和深度处理系统5大部分。几大系统同时作用，加快污水的处理净化。整机系统包含1个粉碎泵，2个水泵，1个过滤器及臭氧发生器、冷却器和2台风机，电控箱和各种阀门管道附件等。
&&& 3.1 整机装配体的创建
&&& 采用自底向上建模方法建立污水处理设备的整机三维模型。首先新建一个装配体文件，将水箱体三维模型添加进去。然后根据各自的相对空间位置关系分别将粉碎泵、水泵、过滤器和风机等主要零部件添加到装配体模型中，确定好各自的空间位置。
&&& 3.2 各种管道附件配件的添加和管路编辑
&&& 点击设计库，将已创建的符合国标要求的自定义法兰拖放到箱体开孔处，在弹出的配置对话框选择DN25(1 in.)法兰后，法兰自动与圆孔中心同轴配合，并弹出步路子装配体的线路属性对话框，自动匹配的管道基本配置为pipe 1 in.，sch40。点击确定后，再将同一规格法兰拖放到水泵对应的DN25的端口处，同样点击确定线路属性对话框，此时两个法兰分别自动延伸出一段DN25的管道，选取两管道端点可以自动步路，也可以手动编辑三维线路。当前管路子装配体处于编辑状态，可以根据需要从自定义的库文件夹里添加同样规格的阀门、流量计和快装接头等管道附件。当管路中插入管道附件时，将零件拖入步路点时左键按住不放开，同时使用Shift+方向键，按右方向键附件以一定角度向右旋转，按左方向键附件以一定角度向左旋转，可以在步路选项中指定零部件旋转增量。同理，整机其他管路子装配体也采用相同方法创建和编辑。当需要修改某个管路子装配体时，右键点击编辑线路即可修改线路。整机三维模型如图5所示。
图5 水处理设备三维模型
&&& 3.3 工程图输出
&&& 整机模型创建完后，可以利用SolidWorks的工程图模块将零部件输出二维图，还可把整个装配体以等轴侧视图形式输出，同时生成管道的材料明细表，这样比传统的3视图更加直观方便，便于采购生产，节约成本。
&&& SolidWorks是一款优秀的三维机械设计软件，通过应用SolidWorks管路设计模块和系列零件设计表，可以根据国家标准要求建立企业内部的零部件设计库，快速创建整机的三维模型，较好地实现了零部件系列化设计与管理。同时只要输入材质属性即可直接输出零部件的质量特性，减少了复杂的计算，提高了企业产品设计效率，将生动形象的三维模型呈现出来，便于企业产品的宣传和推广，增强企业的市场竞争力。
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请来信告知，我们将立即做出整改，并给予相应的答复，谢谢合作！
我们的邮件地址是SolidWorks&的配置(Configuration)功能
&SolidWorks的配置功能可以应用于零件、装配体、工程图、管路设计、有限元分析、模拟工艺路线…等很多方面。因此，熟悉配置的原理及其使用方法，会使我们的工作事半功倍。
◆&在零件文档中，配置使您可以生成具有不同尺寸、特征和属性（包括自定义属性）的零件系列。
& & ◆&在装配体文档中，配置使您可以生成：
& & &①
通过压缩零部件的简化设计。
& & &②
使用不同的零部件配置、不同的装配体特征参数或不同的尺寸或配置特定的自定义属性的装配体系列。
&&◆&在工程图文档中，您可显示您在零件和装配体文档中所生成的配置的视图。
在SolidWorks中，用户可利用配置功能在单一的零件和装配体文档内创建零件或装配体的多个变种(即系列零件和装配体族)，而其多个个体又可以同时显示在同一总装配体中。其它同类软件无法在同一装配体中同时显示一个零件的多个个体，其它同类软件也无法创建装配体族。具体应用表现在：
1．设计中经常需要修改和重复设计，并需要随时考查和预览同一零部件的不同设计方案和设计阶段，或者记录下零部件在不同尺寸时的状态或不同的部件组合方案，而不同的状态和方案又可同时在一张工程图或总装配体内同时显示出来，因而SolidWorks
利用配置很好地捕捉了实际设计过程中的修改和变化，满足了各种设计需求。
&2．特定的设计过程如钣金折弯的状态和零件的铸造毛坯还是加工后的状态可从单一零件文档中浏览或描述在同一工程图中，
其它同类软件只有通过使用派生零件的方法才能实现。 &
3．图形显示和性能方面，利用配置功能SolidWorks
可通过隐藏/显示和压缩等手段实现同一部件的不同个体显示在同一总装配体中，而其它同类软件是无法做到的，即在其它同类软件的装配体内，一个部件的所有实例必须是相同的。这将大大降低显示性能。
4．配置提供了便于创新的结构化平台，帮助工程师扩充功能达到了新的高度。SolidWorks
的管道设计模块就是利用配置管理的功能，工程师只要通过简单的拖拉操作即可实现自动找出与已有管接头尺寸完全配合的管道规格，而无须事先指定相应尺寸规格的管道，也正是基于配置；SolidWorks
方便地实现了有孔时自动从标准件库中找到合适尺寸的螺栓与之配合，同时又找到相应规格的螺母和垫圈与螺栓配合；SolidWorks
之模具模块也是利用了配置来管理其模架库；SolidWorks
还利用配置技术创建了一基于INTERNET的三维产品目录管理和交付服务的实时在线3D网站(Partstream.Net);
SolidWorks
中所提供高级功能如Smartparts,柔性化的子装配以及交替位置视图等也都是因为有了配置才有了实现的可能。其它同类软件的固有结构决定他们不能支持功能强大的配置管理。&
& & 装配体配置的一个典型应用就是“爆炸视图”。而爆炸视图可以直接用于动画的制作。
&SolidWorks生成零件配置的方法有三种：手动添加；配置尺寸、配置特征命令；
Excel设计表。
&零件配置可控制的变量有很多，但主要还是控制零件尺寸和特征的状态（压缩和解除压缩）。
&生成配置的方法有三种：①手动添加；②配置尺寸、配置特征命令；③Excel设计表。
&下面将通过一个系列化零件的例子来介绍零件中配置的使用。
& & 1.手动添加：
有这样一个简单的销类零件，如图1
图1& 销类零件
1）首先切换到配置管理标签（ConfigurationManagemer），此时只有一个默认的配置，如图2
配置管理标签&
&2）在“零件1配置”上单击右键，“添加配置”，输入新配置的名称，这里我用销轴的直径X长度来命名。
&（提示：配置名称里不允许出现“/”和“@”字符。）如图3
点击确定，生成了一个名称为30X300的新配置，并且此配置处于激活状态。（提示：只有处于激活状态时，才可以编辑此配置。）
3）编辑尺寸，使长度为300，右下角选择“此配置”，这个尺寸更改只影响当前配置，这一点很重要。修改之后有可能需要重建模型，单击红绿灯标志
或按Ctrl+B。如图4
图4& &编辑尺寸
（提示：Instant3D功能打开时，打开尺寸修改对话框可能有困难，此时可以双击尺寸一端的蓝色小球，如下图5）
图5&& 双击小球修改尺寸
4）除了尺寸可以配置外，特征也可以配置，在特征树中压缩“拉伸-切除1”，则此配置中放置开口销的小孔被压缩。如图6
图6&&&特征配置
5）建立好配置之后，我们可以在配置管理标签（ConfigurationManagemer）中双击来切换不同的配置。配置30X300长度为300，没有小孔，而默认配置长度为200，有小孔。如图7
图7&& 不同配置的切换
&Solidworks添加配置时有“添加配置”和添加派生配置:
添加配置是在总的零件配置下面添加了一个配置，派生是在已有的配置下添加配置。派生的意思就是重新产生或者分支、副本，和原来的配置和模型有从属关系，而“添加配置”产生的配置是相对独立的。
&&&&2.“配置尺寸”与“配置特征”命令
1）按住Ctrl选择200和两个尺寸，右键“配置尺寸”。如图8所示
图8&& 配置尺寸
2）在弹出的“修改配置”对话框中可以更改原有配置名称、输入对应的尺寸，还可以添加新的配置。图如9
图9& 修改配置
点击确定之后生成了相应的新配置。如图10
图10& 生成新配置
3）同样，使用“配置特征”命令可以控制特征在不同配置中的状态。
&&&&3.Excel设计表
采用Excel设计表，可以快速的生成大批量配置，另结合Excel本身的强大的编辑功能可以实现尺寸、特征之间的相互关联，因此对于存在大量规格或较复杂的产品使用这种方法效率较高。
& &（提示：电脑上必须安装Microsoft
Office Excel，其他表格处理软件可能不受支持）
1）SoldWindows菜单栏中选择“插入-表格-设计表”，选择“自动生成”，并选中图中选项，点击确定。此时会在SolidWorks中插入一个Excel表。如图12
图12& 系列零件设计表
图13& SolidWorks中插入的Excel表
之所以选择“自动生成”，是为了自动在表格中添加相应变量，如果选择“空白”，则需要手动添加。
& & 表格中A列是现有的配置,
第2行是零件的变量，这些变量遵循一定的格式。关于格式可以参考SolidWorks帮助-搜索“系列零件设计表参数摘要”。如图14
图14& 系列零件设计表参数摘要
2）删除我们不需要的列例如“$颜色”，添加其他我们需要的变量，例如另一个拉伸特征的尺寸，所有变量必须添加到第二行的单元格中。添加的方式有两种，i)我们可以在单元格中手动输入正确的格式，创建新的变量；ii)也可以先点击单元格，然后在模型区域中双击模型尺寸或特征，将其添加到表中。
（提示：技巧1：现在在表格中显示的都是D1、草图1、拉伸1等没有意义的名字，为了更好的辨识，最好在创建表格之前为尺寸、草图和特征重新命名为有意义的名字。技巧2：手动输入变量参数和在模型中选取变量都不是特别方便，因此建议在生成Excel设计表之前，先手动添加一个配置，将变量参数都包括在内，然后再使用Excel设计表，这样就可以自动添加需要的变量参数了。）
3）设置单元格格式，将显示设置为常规，使数字能正确显示。如图15 16所示
图15&& 设置单元格格式
图16&& 设计表
4）添加新行以生成新的配置，在相应单元格中填入相应的值，解除压缩可以用“U”代替，压缩可以用“S”代替。单击SolidWorks视图中非表格区域，退出表格，生成相应新配置。
&5）当我需要编辑表格时，选择“编辑表格”或者“在单独窗口中编辑表格”（推荐）如图17
图17& 编辑表格
利用Excel的强大编辑功能，我们可以将表格整理使之更加简洁美观。如图，这是一个编辑好的表格,其中在一些尺寸之间还添加了方程和函数关系。如图18
&Excel的编辑功能
以上就是关于零件配置的创建方法，针对于配置不多的相似零件，可以用前两种方法添加；对于配置较多的系列化零件，用Excel设计表的方法最好，但是在使用Excel设计表之前，为了自动在表格中导入相应变量参数，建议先手动添加一个配置。
&&&&最后还有几点需要注意的地方：
1.生成工程图时，可以选择相应配置的投影视图。视图中点击右键-属性，也可以改变配置。除非特殊情况，一般子视图应该和父视图保持一致（图19）。
图19& 工程图视图
&& 2.对于多配置文件，自定义属性要填写到“配置特定”中，而不要填写到“自定义”中，不然在关联到工程图或BOM表时会有问题。
3.对于配置选项中的明细表选项，建议不要勾选“用于材料明细表”，材料明细表选项也不用去管，在材料明细表中显示什么样的内容最好用自定义属性确定。图20
图20& &添加配置选项
&&&&4.如果只是显示效果不同，而模型结构和属性没有变化，则可以添加“显示状态”，因为显示状态比配置更节省电脑资源和空间。（在配置管理标签中空白的地方单击右键选择“添加显示状态”）
&（注：以上系根据北京亿达四方信息技术有限公司王磊的《SolidWorks零件配置功能三大应用技巧》改编）
&装配体配置
& 配置装配特征
自SolidWorks 98Plus以后，装配特征均可参与配置。 你既可控制装配特征的参数，也可控制装配的压缩状态。
装配切除特征可使我们在不作切面视图时即可看到装配体的内部细节，也可以通过其访问到其他几何体，因它不仅仅是装饰性的了，这使得装配中的关联设计变得更容易。
& &配置可让使用者按自己的意愿打开或关闭装配特征。
上图所示为同一装配体，但属于不同的配置。
配置还可为工程视图定制局部视图，从而交流与设计意图更加显而易见。下面的两个视图用的同一个装配体，但它们在两个不同的配置中， 因此，针对特定的配置创建视图是非常容易的。
装配布局草图的利用
装配布局草图对装配体的设计是一个非常有用的工具，利用装配布局草图，可以控制零件和特征的尺寸和位置。对装配布局草图的修改会引起所有零件的更新，
如果再采用装配设计表还可进一步扩展此功能，自动创建装配体的配置。你可容易地在各装配方案间切换，从而优化你的装配体。下例中你将设计一个辊子布局的装配体。
&在一作为安装板的钣金件上画一装配布局草图，辊子的直径及其在安装板上的相对位置可方便地由设计表定义。为说明问题，此处设计表仅驱动辊子直径，但请记住布局草图中的所有装配参数均可由装配设计表来驱动。请注意装配设计草图，外圈中心线代表安装板设计，辊子必须保持在此区域之内。这一草图也同时可帮助进行安装板设计。
辊子可按需要任意放置，然后确定所需要的最小的辊带。我们可以使用测量命令来计算滚带的最小尺寸，
以下是一个采用装配设计表(Execl)的例子，每个直径尺寸都由一个配置驱动。请注意 此图中装配体如何由一个平铺的二维草图来设计。
二维草图对控制许多装配体的设计是一种便捷而直观的方法。
*****************************************************************************************************************************************
Solidworks装配体设计树栏显示零件某项属性的设置
在solidworks中，与直接的零件名称显示相比，显示零件说明可以替代在零件名字中命名零件名称，减少零件名字的复杂程度和不规范性，统一编码，便于
PMD/PLM等相关系统的实施。
在作PLM项目过程中，由于历史原因，设计部门在命名Solidworks电子文档名字时，是由图号+零件名称（中文），但是PLM要求导入系统的图纸文档必须为图号（具有唯一识别性，中文也容易产生问题），这就极大的影响了设计工程师的习惯（主要在编辑装配体时，工程师不能通过图号迅速的知道此为那种零件），甚至设备设计部门强力要求不能更改，针对以上问题，UG、PRO/E等会在装配体编辑时，允许另外增加一个侧边栏，也就说一栏为零件文档名称（图号），一栏为文档单表的零件名称。（下图所示）
<img HEIGHT="256" src="/blog7style/images/common/sg_trans.gif" real_src ="http://www.e-/fileupload/images/156250_new.jpg" WIDTH="488" ALIGN="center" STYLE="border-style: border-color: padding-top: 0 padding-right: 0 padding-bottom: 0 padding-left: 0 margin-top: 0 margin-right: 0 margin-bottom: 0 margin-left: 0 border-style: border-color: border-style: border-color:" NAME="image_operate_06245"
ALT="SolidWorks&的配置(Configuration)功能"
TITLE="SolidWorks&的配置(Configuration)功能" />
&&& Solidworks
没有此功能，但是 Solidworks
提供了更方便的功能来解决此问题：Solidworks装配体的树状栏允许显示零件名称和零件说明，一般零件说明不显示的，我们只需要在零件和装配体的属性里面定义零件说明零件名称或者描述，就可以非常方便的同事显示零件名字（图号）+零件名称。方便快速识别。基本不影响固有习惯。要显示自定义的属性，在工具-选项里面定义零件说明属性。默认为
Description。自定义零件属性在文件属性里面进行。也可以直接修改相应的属性文件，在这里就不多说了。
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把文件名字拿掉后，只剩下图号，习惯改变，在多零件时，难以判断零件的类型和种类，难以迅速定位零件。下右图。显示零件说明后（下左图）通过上面的左右图可以看出，与直接的零件名称显示相比，显示零件说明可以替代在零件名字中命名零件名称，减少零件名字的复杂程度和不规范性，统一编码，便于
PMD/PLM等相关系统的实施。
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