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2010 Siemens PLM Software征文:基于西门子Solid Edge ST2平台的电气设备设计

发布时间:2010-06-04 作者:刘佳毅  来源:e-works
Solid Edge机械设计软件在08年推出ST(同步建模)版本之后于09年更新至ST2版,该软件在实体同步建模方面更加成熟,同时也增加了钣金同步建模,专业仿真模块,优化了用户操作界面,大装配性能等等,本文较详细记录了在工作中利用这一机械设计平台设计大型电动机软启动柜的电气设备的过程,重点在框架模块,管道模块,同步钣金,仿真优化,工程图方面的应用。

2010 Siemens PLM Software有奖征文火热进行中……

    前言:Solid Edge机械设计软件在08年推出ST(同步建模)版本之后于09年更新至ST2版,该软件在实体同步建模方面更加成熟,同时也增加了钣金同步建模,专业仿真模块,优化了用户操作界面,大装配性能等等,本文较详细记录了在工作中利用这一机械设计平台设计大型电动机软启动柜的电气设备的过程,重点在框架模块,管道模块,同步钣金,仿真优化,工程图方面的应用。
    设计任务:某船舶重工大型电机软启动设备设计,制造,时间(按合同2个月交货)。要求:设备总尺寸长宽高不超过4.5m*3m*3m,功能:在电动机额定功率内改善电动机启动和停止的平稳性,使电流平稳升高或降低以达到保护大型电动机的目的。

 

    所示简图,构思如下:总柜体分水箱柜体部分主要用于液体与电阻接触,用电机控制根据电阻与液体接触面积改变电阻值,分换热动力柜主要给水箱提供循环流动的动力和调节温度。整个设计采用自顶向下的思路。
一 先确定好水箱柜体和换热动力柜的尺寸,使总尺寸不超过用户给定尺寸,再根据限定空间设计具体结构和管道布局等。
    1 建一个新的装配文件,保存后进入框架设计模块。

 

    2 利用该模块提供的3D直线绘制功能画好骨架线路如下图。如果已经有了罐体结构可以使用快速布管这一命令,非常实用,它能在给定的任意空间两点之间构建管道走向。如果是比较复杂的框架设计,建议使用草图,建立多个平面绘制草图方便以后修改。

 

    3 完成草图之后点击框架按钮,进入框架设计智能选项的对话框,管材我们选用的是50*50的方管,考虑到实际焊接工艺,我们选拐角处理为搭接。

 

    4 完成之后确定,软件提示选择型材截面,软件自带了符合国标的型材,也可以由用户自定义型材截面。

 

    5 选择所有线条,生成如下

 

    6 用同样的方法做好换热动力柜的框架

  

    7 接下来根据外购件换热器和管道泵尺寸绘制实体图

换热器

 
管道泵

 

    8 根据水箱框架尺寸确定好水箱的尺寸,绘制如下

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二 主要零部件绘制好后,开始考虑在换热动力柜里换热器,管道泵与水箱之间的管道空间布局。
    1 管道泵与散热器之间的管路设计
    在装配环境下进入管线设计模块,如下图,利用3D直线或者是快速布管绘制线。

 

    2 单击管道按钮进入管道生成程序,可连续的管道在软件里作为单独的一个零件存在,因此要对这个零件输入一个名称,我们这里用数字代替,选择好材料颜色,管道直径,厚度等等参数后自动生成,非常方便,智能化。

 

    3 用同样的方法做完其他管路的设计

 

    4 由于空间直线的距离我们不可能一次性绘制好,会根据接头的位置计算管路长度,预留空间等等,3D直线之间的条件约束给了我很大方便,比如平行,端到端,等长等命令让我实现了快速布管。

     

绘制过程

 

 

 

 

 

    布管技巧,管件命令里只对平面弯曲部分由弯头造型,而对于三向管无法直接生产,因此我们采用重叠生成的技术生成三向管,如下图:

 

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三 整体模型如下,经过两到三轮的框架尺寸和相关尺寸的计算和调整基本定型

    在两个柜子上半部分预留了不小的空间给控制元件的安装布局线缆,但是我们的设计究竟在强度,零部件的受力应变方便牢固与否呢?以前的设计往往依赖于大量的数据计算和物理样机的试制,不仅费时费力,而且造成一定的经济损失,以本项目来说,如果制作物理样机,成本至少在五万以上,如果做出来的实物不能承受起水箱和换热器数吨重的重量而变形,会造成更大的经济损失,因此我选择在SOLID EDGE ST2 新加入的仿真模块中进行重力,压力,温度等模拟。

   

    1 加载材料,定义自重。

 

    2 定义力的方向与大小,胶结每一根方钢。

 

 

 

    落实到每一根方管上的力和变形均可在仿真里真实体现出来,如下图

  

    模型中只要不出现红色颜色,则表示当前受力状况下机构是安全有效的。  分页
四 机构确定完后,利用钣金同步建模快速构建外表的门,工程图的绘制。
    1 鼠标移动到要绘图的平面,按住F3锁住平面,把基础钣金绘制好。

 

 

    2 由于框架方案最终确定,需出工程图下发到制造部门,进入生产准备。

  

    轻松的设置之后,图纸完全符合国家标准,制图过程方便,快捷,视图表达起来比AUTOCAD更清晰明了。

 

    总结:利用SOLID EDGE ST2机械设计平台,从方案的制作,到具体结构设计,仿真验证,工程图绘制,均提供了一体化方案,所做的模型非标零件部分可直接转化城IGES,STEP等中间格式进入数控加工中心进行自动化加工,运用这一设计平台效率提高70%,减少工作时间40%以上。