生物质环模成型机关键零部件的参数化建模

宁廷州¹，侯书林^2，3

(1.枣庄学院机电工程学院，山东枣庄，277160；2.中国农业大学工学院，北京，100083；3.塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔，843300)

　　摘要：生物质环模成型机可以将粉碎后的农林废弃物在一定外力作用下压缩致密成具有一定形状、长度和密度的颗粒燃料，广泛用于发电厂、锅炉、炊事取暖等场合。环模和压辊是生物质环模成型机的关键零部件，其结构比较复杂，建模过程繁琐。本文基于Visual Basic 6.0和SolidWorks 2016对生物质环模成型机的关键零部件进行参数化建模，运用SolidWorks 2016实现了生物质环模成型机关键零部件的自动建模和更新，对于提高生物质环模成型机关键零部件的建模效率具有重要的现实意义。

　　生物质固化成型技术是指将粉碎后的生物质物料在一定温度、外力作用下将其压缩致密成具有一定形状、长度和密度的颗粒、棒料、块料等燃料^[1]。生物质固化成型设备主要有螺旋挤压式、活塞冲压式和模辊式三类^[2]。其中模辊式成型机具有生产率高、原料适应性强的特点^[3-4]，因此得到了广泛的关注。

　　环模和压辊是生物质环模成型机的关键零部件，也是生物质环模成型机的易损件^[5]，其结构比较复杂，建模过程繁琐。为此，崔志^[6]基于VC++6.0和Pro/E对生物质固化成型技术二次开发进行了研究，开发了环模和压辊的参数化建模程序；谷志新[7]基于Pro/E，将环模参数和模型尺寸关联，通过编辑关系式实现了环模的参数化建模；张海鹰^[8]采用编程语言Visual Basic.Net对通用三维建模软件SolidWorks进行了二次开发，实现了常温开模成型机的快捷设计；郭微^[9]以压块机为研究对象，开发了基于UG的压块机参数化零件库软件。

　　本文基于Visual Basic 6.0和SolidWorks 2016对生物质环模成型机的关键零部件进行参数化建模，实现生物质环模成型机关键零部件的自动建模和更新。

　　1结构与工作原理

　　1.1成型机结构

　　生物质环模成型机的结构主要由喂料器、调质器、颗粒制造器等组成。

　　1.2成型机工作原理

　　如图1所示，生物质环模成型机主要由压辊和环模2大关键组成部分。其中，压辊一般是绕自身的轴进行转动，且在它的外圆表面上开设有齿或槽，既有利于生物质物料的压入，还可以防止打滑。生物质物料落入压辊和环模之间时，由于两者之间的相对运动，故可使得生物质物料连续不断地压入环模圆周表面上的成型孔内挤出。在出料口处安装有切断装置，在切刀的作用下切断成具有一定长度的生物质颗粒燃料^[10]。

　　2参数化建模软件与过程

　　2.1建模软件

　　SolidWorks 2016不仅有强大的三维建模功能，还为操作者提供了丰富的应用程序编程接口(API)，通过调用这些API，可以使用程序语言描述一些重复单调的操作。能够支持OLE和COM的编程语言(如Visual Basic 6.0、C++等)都可以作为SolidWorks 2016的二次开发工具。

　　2.2编程语言

　　Visual Basic 6.0是一种可视化的、面向对象的高级计算机编程语言。利用Visual Basic 6.0对SolidWorks 2016进行二次开发时，不用编写大量界面代码，只需要根据具体设计要求，利用系统所提供的控件，在界面上放置对象控件，并完成相应的对象控件的属性设置和程序编写。

　　2.3参数化建模过程

　　参数化建模过程如图2所示，主要包括：在SolidWorks 2016中建立实体模型图、在方程式中获取各变量、在Visual Basic 6.0的参数化界面中添加窗体、编写程序并调试等内容，最后创建一套生物质环模成型机关键零部件的参数化建模程序^[11]。

　　用户通过生物质环模成型机关键零部件参数化程序可快速进入交互式设计系统界面，按照所需要求，输入相应参数数据即可对模型进行整体建模，最终输出零部件的三维模型。

　　3参数化的具体实现

　　3.1环模的参数化建模

　　3.1.1环模参数化过程

　　首先，通过SolidWorks 2016对环模进行实体建模，主要涉及模体的旋转、孔1的拉伸切除、孔1的线性和圆周阵列、孔2的拉伸切除、孔2的线性和圆周阵列等指令。

　　其次，为便于编程，通过‘方程式、整体变量及尺寸’功能提取环模实体模型的参数化建模参数。

　　最后，根据上述方程式结果，采用Visual Basic 6.0进行编程，并启动Visual Basic 6.0，点击文件-新建-标准.EXE，添加16个文本框，16个标签框和一个‘创建’按钮，并修改它们的属性。其中环模的几何参数有内径R2，外径R1，模体宽度B2，总宽度B1，孔径r，初孔定位1h1，线性阵列1n1，阵列间隔l，圆周阵列c，内环宽b1，初孔定位2h2，线性阵列2n2和基准面角度j，如图3所示。

　　3.1.2环模参数化实例

　　环模(图3)参数化建模窗口中，输入需要的尺寸参数，当所有零件尺寸输入完成后，点击‘创建’，即可生成所需要的环模模型，如图4所示。该环模模型的相关参数为：内径R2=200mm，外径R1=260mm，模体宽度B2=170mm，总宽度B1=200mm，孔径r=6mm，初孔定位h1=10mm，线性阵列n1=14个，阵列间隔l=10mm，圆周阵列c=90个，内宽度b1=40mm，初孔定位h2=15mm，线性阵列n2=13个，基准面角度为0.159rad。

　　3.2压辊的参数化建模

　　3.2.1压辊参数化建模过程

　　压辊参数化建模窗口如图5所示。首先，通过SolidWorks 2016对环模进行实体建模，主要涉及压辊体的拉伸、槽的拉伸切除、槽的圆周阵列等指令。其次，为便于编程，通过‘方程式、整体变量及尺寸’功能提取压辊实体模型的参数化建模参数。最后，根据上述方程式结果，采用VisualBasic6.0进行编程，并启动Visual Basic 6.0，点击文件—新建—标准.EXE，添加6个文本框，6个标签框和一个‘创建’按钮，并修改它们的属性。其中压辊的几何参数有外径R1、内径R2、宽度B、齿数n、槽深h和槽宽b。

　　3.2.2压辊参数化实例

　　在图5所示的压辊参数化建模窗口中，输入需要的尺寸参数，当所有零件尺寸输入完成后，点击‘创建’，即可生成所需要的压辊模型，如图6所示。该压辊模型的相关参数为：内径R2=200mm，外径R1=260mm，宽度B=200mm，齿数n=36个，槽深h=35mm，槽宽b=6.5mm。

　　4结论

　　基于SolidWorks 2016和Visual Basic 6.0实现了生物质环模成型机关键零部件的参数化建模，包括环模的参数化设计和压辊的参数化设计。通过开发的程序，能直接修改环模、压辊的三维模型数据，定制出新的环模、压辊模型，有效地提高了生物质环模成型机关键零部件的建模效率。

　　参考文献：

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　　[2]宁廷州，刘鹏，侯书林.生物质固化成型设备及其成型影响因素分析[J].可再生能源，2017，35(1)：135–140.

　　[3]宁廷州，俞国胜，陈忠加，等.对辊柱塞式成型机设计与试验[J].农业机械学报，2016，47(5)：203–210.

　　[4]宁廷州，俞国胜，皮森淼，等.对辊柱塞式成型机成型参数优化[J].农业机械学报，2016，47(7)：208–215.

　　[5]徐炜，陆敏，周梅英，等.基于SIMULATION的制粒机环模数值模拟及设计优化[J].饲料工业，2012，33(21)：5–9.

　　[6]崔志.关于生物质固化成型技术的Pro/E二次开发[D].长春：吉林大学，2014.

　　[7]谷志新，杨迪，徐凯宏.生物质燃料固化成型环模参数化设计[J].能源研究与信息，2012，28(2)：101–105.

　　[8]张海鹰.生物质常温开模成型机及其快捷设计方法研究[D].北京：北京林业大学，2012.

　　[9]郭微.基于UG的秸秆压块机零部件参数化系统设计[J].长江大学学报(自然科学版)，2014，11(11)：68–72.

　　[10]袁晓明，徐静云，韩秀荣，等.ANSYS的生物质成型机环模结构分析[J].农机化研究，2015，37(6)：239–242.

　　[11]韩泽光，孙君祥，郝瑞琴.基于VB对SolidWorks参数化设计的二次开发[J].机电产品开发与创新，2017，30(5)：79–81.