SolidWorks 在转炉设计中的应用.doc
SolidWorks 2005在转炉设计中的应用 张建春，甘力嘉，姜天根，张永安 （山东冶金机械厂，山东 淄博） 摘要：SolidWorks 2005是基于特征的参数化三维设计软件，具有精确、快速、易用等特点。在80t转炉设计中应用该软件，根据工艺参数及尺寸要求，可给出直观的转炉炉体三维实体造型设计；利用该软件的干涉检查功能，使设计尺寸更合理；利用其质量特性查询功能可得出炉体重心位置、惯性力矩、转动惯量等物理参数，并可对炉壳支承法兰进行应力应变分析、生成二维工程图等，保证了产品设计的合理性，使产品设计周期由原来的30天缩短为10天。 关键词：SolidWorks 2005；三维设计软件；转炉设计；设计周期 中图分类号：TF748+.02 文献标识码：B 文章编号：1004-4620（2005）04-0062-02 Application of SolidWorks 2005 in the Converter Design ZHANG Jian-chun,GAN Li-jia,JIANG Tian-gen，ZHANG Yong-an （Shandong Metallurgical Machinery Plant, Zibo , China） Abstract：SolidWorks 2005 is parameterized 3D design software, which is accurate, quick, and easy to operate. By entering the required procedure parameters and dimensions this Software can automatically create 3D models of furnace body in 80 ton converter design. 3D view and interference checking tools ensure that the individual parts do not conflict with each other. The physical parameters such as center of gravity, inertia moment, and rotary inertia of the furnace body come from the inquiring function of mass characteristic. And the additional functions can make stress-strain analysis for the supporting flange of furnace shell and automatically generate 2D drawings from the model. SolidWorks 2005 rationalizes the design and shortens the design cycle of the furnace body of 80t converter from 30 days to 10 days. Key words：SolidWorks 2005; 3D design software; converter design; design cycle 1 前 言山东冶金机械厂主要从事转炉、混铁炉、轧机、平烧等大型冶金设备的生产制造。随着企业的不断发展和钢铁工业市场需求的变化，对产品技术含量要求越来越高，产品规格越来越大，结构日趋复杂，产品开发周期越来越短，同时还要控制设计制造成本，技术设计开发工作面临严峻挑战。近几年，随着计算机三维CAD/CAM/CAE软件的应用和普及，使得传统的二维机械设计逐步向三维设计转化。SolidWorks 2005是基于特征的参数化三维实体造型软件，参数化设计即通过调整特征的变量参数（尺寸），自动修改和控制几何形状的设计方法1。该软件具有强大的机械设计功能，包括装配与干涉分析、有限元分析(COSMOSworks)、空间运动分析、钣金与模具设计、动画与渲染、自动生成二维工程图等功能，简单、精确、快速、易用。2 炉体三维实体设计转炉是山东冶金机械厂的主要产品，现以80t转炉炉体设计为例阐述SolidWorks 2005在转炉设计中的应用。2.1 炉体的三维实体造型设计根据工艺参数及尺寸要求，结合以往转炉设计经验，初步进行三维实体设计，完成炉体各零部件设计并按约束关系进行装配（见图1）。图1 炉体三维实体造型设计SolidWorks 2005的使用，使工程师从过去把大量精力放在利用想象力绘制各种视图中摆脱出来，将更多精力和时间用于产品零部件的分析、设计改进和完善上，从而大大缩短产品设计周期，提高设计效率。利用该软件的干涉检查功能，可将干涉问题轻而易举地检查出来，把尺寸不合理消除在设计阶段。2.2 炉体质量属性与物理参数分析大型转炉从安全、经济角度出发，多采用“全正力矩”原则来选择最佳耳轴位置，即耳轴位置高于炉体重心位置，从而保证转炉整个倾翻过程中不出现负力矩2。空炉力矩和空炉转动惯量计算是转炉倾动力矩计算的重要组成部分，在计算最佳耳轴位置时起关键作用。原来设计需要人工进行大量繁琐的计算，而利用SolidWorks 2005中的质量特性查询功能仅几分钟便可得出重心位置、惯性力矩、转动惯量等物理参数。通过动态模拟，可近似找出了炉体（含钢液）的重心随倾动角度的变化情况，为托圈耳轴位置即炉体回转中心的确定，提供了便捷方法。在设计中曾出现负力矩的情况，通过对结构尺寸进行调整，利用SolidWorks 2005的尺寸驱动功能,很快便得到了满足要求的结果。随着原材料价格的上涨，质量控制更加严格，SolidWorks 2005在建模的同时，就已经准确的计算出了零件的重量、重心位置、惯性力矩、转动惯量等物理参数。准确的重量为经营人员报价提供重要依据，加大了中标率；其它物理参数数据保证了产品设计的合理性。2.3 炉壳支承法兰应力应变分析炉壳与托圈连接，现在多采用球铰三点支承方式，即三个球铰装置与炉壳支承法兰相连，承受炉体在垂直位置和倾动过程中的炉体载荷。因此，支承法兰的强度计算尤为重要。利用SolidWorks 2005中的有限元分析工具COSMOSworks，对炉壳支承法兰进行应力应变分析，分析结果如图2所示。通过分析可看出，因采用三点支承，造成应力沿炉体圆周分布不均，在120°均分的三个支点（孔）位置变形最大，为高应力区，悬垂边为三个底应力区。通过改变三处筋的厚度、形状、数量，使变形最小满足工艺要求。此外，COSMOSworks可提供应力、应变、位移、变形等分析结果，并可对分析结果进行形象的动态模拟，生成分析报告。图2 应力分析图解COSMOSworks除具有静力分析外，还具有固有频率、模态、失稳、热应力等分析功能1。COSMOSworks集功能强大、计算准确和简单好用于一身，能迅速得到分析结果，最大限度地缩短设计周期，降低测试成本，提高产品质量，加大利润空间。2.4 生成二维工程图在大型冶金设备零部件工程图绘制中，SolidWorks 2005可以直接利用三维模型生成二维工程图，图纸中各个视图是自动投影产生，并且与实体相关联，这些功能保证了设计的正确性和统一性。2.5 生成爆炸视图与动画SolidWorks 2005提供了剖视、爆炸视图、动画与渲染等功能。炉体装配的爆炸动画如图3。将产品生成动画并做成视频，可形象展示装配过程，表达产品设计中的每一个细节。在产品宣传项目投标中，可以让用户直观的获得产品信息，提高产品竞争力。图3 炉体爆炸动画3 结 语SolidWorks 2005在80t转炉炉体设计中，发挥了重大作用，使设计周期由原来的30天缩短为10天，而且设计准确率和合理性大大提高，在生产制作过程中未出现技术问题。SolidWorks 2005的应用，大大缩短了新产品的开发设计周期，降低了设计成本，增强了产品市场竞争力。此外，SolidWorks 2005提供了符合国标的完善的标准库，而且可以根据自身产品情况建立系列产品库。技术人员以对此进行了尝试，并建立了部分产品库，这些库的建立为今后的产品设计提供了丰富的资料。参考文献：1 胡仁喜等.Solid works 2005中文版机械设计高级应用实例M.北京：机械工业出版社，2005.2 罗振才.炼钢机械M.北京：冶金工业出版社，1989.；
