烘干炉设计 参数的CAD 技术[1].pdf

工 业 加 热 1 9 9 9年 第 3期 3 S f 烘 干炉设 计 参 数 的 CAD 技 术 湖北汽 车 T业学 院 机 械系 湖北 十堰 4 4 2 0 0 2 l 1 f 摘要 舟 绍 了在涂 装烘 干炉 方案 设计 中所采 用 的计 算机 辅 助设计 技术 在建 立较 为完 整 的标 准库 图表 及 图形库 等 的基 础 上 年 旺 用 Au t o C AD 系统 的开放 性 通过 AD S C语言 开发 系统 根 据涂 装用 烘 干炉 的结 构特 点 工 作 原 理 编 惴 了 电热 式烘 干炉 设 计计 算专 用软 件 系统充 分利 用 图形 用 户界 面技术 在 Au t o C AD平 台上 采 用统 一界 面完 整 地实 现 了数 据输 设计 计 算 结 果优 化 方 案 图直到 结果输 出的烘 干 炉方 案设计 垒过 程 避 免 了在不 同的平 台 和支 撑环 境 中反 复 交替 运 行 应用 系 统 由于 设 备设 计 计算造 用 困难 影 响 因素繁 杂 经过 多方 选择 比较 首次 采 用 了一种 基 于数 理统 计 分 析理 论 进 行 安装 功 率 和功 率密 度 评价 调整 的方 法 极大地 增强 和完 善 了软件 的功能 关 t 词 龟 莩 疆 叶 数 文献 标识码 t B 文章龋 号 I 1 0 0 2 1 6 3 9 1 9 9 9 0 9 一 d q d 5 0 9 亵 z CAD Tec hni q ue f or t he De si gn of Dr yi ng Ft t r na ce ZHANG Yu p i n g M e c h a n i c a l En g Dc p t o l Hu b e i Au t o m o b i l e Co l l e g e S h i y a n 4 4 2 0 0 2 Ch i n a 1前言 现代涂 装技 术的发展 导致 了工业 涂装的 出现 和发展 并 逐步 形成 了社会化生产 在涂装工艺 中 烘干工序 占很重要的地位 工件表面处理后的水分 干燥和 涂层 的加 热 固化 都占用较长 的工 艺时间 因 此必须考虑其生产性和经济性 涂层的加热 干燥 和 固化对涂层的性能和产品的质量有直接的影响 特 别是社会化 工业 所要求 的节 能和无公 害化 对烘干 炉 提 出 了更 高 的 要 求 J 国 内烘 干 炉 的 设 计 计 算 一 般 采 用 原 苏 联提 出 的 经 典 公 式 近年 来 随着 国外 涂 装 设 备 的 引进 也 逐渐 形 成 了一 些 别 的算 法 它 们 的 计 算 依 据 均 为 热 平 衡 原 理 因为 计 算 工作 量 较 大 按经 验公 式选 用 的参 数 多 结 果 误 差 范 围大 而 且很 难进 行多 方 案 的 比较 和 优化工 作 因此容易造成人力物力资源的巨大浪费 计 算 机 软 硬 件 技 术 的 高 速 发 展 为 CAD 技 术 的应 用提 供了必要的外部环境 国内已有 厂家进行 了 电 阻 炉 的 C AD 工 作 且 取得 了一 定 的 救果 但 由 于 涂 装 烘 干 炉 工 作 温 度 低 于 2 0 0 不 同于 热 处 理电阻炉 工作温度高于 2 5 0 且其加热 原理 结 构特 点 计算公式不 同 因此无法套用 作者 根 据涂 装 烘 干炉 的结 构 特 点 工 作 原 理 科 学地 总结 归纳 了用户 1 O余年设计 制造 调试 烘干 收稿 日期 I 1 9 9 8 一 O 8 一 O 4 作者筒 介 张玉萍 1 9 6 3 一 女 讲师 工 学壤 土 华 中理工 大 学 机械 科 学厦工 程学院 硬土研 究生毕业 研 究方向 计 算机 辅 助设计 炉 的 经 验 编 制 完 成 了 涂 装 烘 干 炉 计 算 机 方 案 设 计 专 用 软件 实 现 了烘 干 炉 设 计 计算 的 计 算 机 化 该 软 件 可 以准 确可 靠地 完 成 烘 干 炉 的 设计 计 算 和 方 案 的 比较 选择 工 作 不仅 能极 大地 提高 设计效 率 同 时 还 能 提 供 方 案 调 整 手 段 便 于 最 终 确 定 可 行 的 设 计 方 案 同人工设计 计算 相 比 具有 准确 高 效 易修 改 图面整洁 便于 调整等特点 由于软件能较科学 地测算 出烘 干炉的安 装功率 并知其 可能 变化 的范 围 克 服 了 凭 经 验 估 计 随 意 性 大 误 差 大 的 缺 点 从 而避免能 潭的浪费 取得 了 良好的社会和经 济效益 2系统 方 案 的 确 定 作 为 一 个 实用 于非 标 设 备 的计 算 机 辅 助 设 计 专 用 软 件 首 先 需 要 确 定 能 够 自动 生 成 二 维 图形 的 软 件 平 台 Au t o C AD是 目前 国内外使 用最 为广 泛 的微机 辅 助 绘 图和 设 计 软 件 包 其 最 大 的 特 点 是 集 C AD 数据库 管理 和真实感 显示于 一体 并 为 用户提 供 了 内容丰富 形 式多样的窗 口操作 系统环境 其另一个 显著特点是开放式体 系结构 o p e n a r c h i t e c t u r e 允 许用 户或 第三 家开发 自己的命令 标 准库 文件 和各 种 应 用 程 序 因 而 深 得 用 户 的 青 睐 考 虑 到 通 用 性 及 今 后 的 扩 充 选 用 Au I o CAD 无 疑 具 有 较 好 的 应 用 前 景 利 用 Au t o CA D 软 件 包 进 行 C AD 设 计 通 常 有 三 种 方 法 其 一 是 用 高 级 语 言 C B AS I C F ORTRAN 等 编 制 应 用 程 序 在 程 序 执 行 时 输 人 参 数 生 成 S CR 或 DXF文 件 再 进 入 Au t o C AD 中 调 用 这 些 文 件 绘 图 其 二 是 利 用 Au t o C AD 本 身 的 35 维普资讯 工 业 加 热 1 9 99年 第 3期 编 程 语 言 Au t o l I S P 或 AD S 编 制 程 序 来 生 成 图形 其 三 是 以人 机交 互 方 式 将 图样 参 数 化 对 变 量 赋值 后 图形 将 依 据 输 入 参 数 重 新 生 成 在 选 择 系 统 方 案 时 考 虑 到 可 以充 分 利 用 目前 已经 较 为 成 熟 的 图形 用 户 界 面技 术 借 助 ADS C强 大 的 文 件 操 作 功 能 和 外 设 访 问 能 力 在 Au t o CAD 平 台上 采用 统 一界 面直 接 实现 数据 输入 设 计计 算 结 果 调 整 方 案 图 直 到 计 算 结 果 输 出 的 烘 干 炉 CAD 全 过 程 这 样 就 避 免 了在 不 同 的工 作 平 台和 支 撑 环 境 中 反 复 交 替 运 行 应 用 软 件 从 而 大 大 提 高 系 统 的 稳 定 性 和 运 行 速 度 方 便 用 户 虽然 其 它 开 发 平 台甚 至 有 些 现 成 商 用 软件 也 能 完 成 一 些 基 本 的 数 据 管 理 汇 总 等 工 作 如 VB Ex c e l 等 但 要 完 成 一 个 牵 涉 到数 据 库 管 理 大 量 的 条 件 判 断和 函数 计 算 文 本 输 出 并 且 还 需要 工 程 图 形 输 出功能 的应 用软件 系统 要脱离 具体的 图形 平 台来 实 现是 极 为 不便 的 3 程 序 主 要结 构 框 图 图 1 图 1系 统 组 成 框 图 主要 工 作 流 程 1 开 始一 进 入 主 控 菜 单 界 面 2 进 入 设 计 输 入 模 块 输 入 设 计 计 算 初 始 条 件 及 数 据 并 确 认 3 进 入 设 计 计 算 模 块 完 成 设 备 外 形 门 洞 尺 寸 计 算 新 鲜 空 气 量 计 算 设 备 分 区 然后 循 环 计 算 分 区 热量 完 成 各 区 加 热 方 式 选 择 加 热 器 选 择 及 布 置 以及 对 应 风 机选 择 4 进 入 结 果 调 整 模 块 完 成 长 度 调 整 按 约 束条件调整计算结果 5 进 入 方 案 图 模 块 生 成 系 统 原 理 图 g 充 后 可 生 成 总 图 部件 图及 零 件 图 6 进 入 结 果 输 出 模 块 生成 设 计 计 算 书 7 求 助 软 件 系统 使 用说 明 8 结 束 注 意步 骤 2 步 骤 6可 根 据 运 行 结 果情 况 随 时 转换 并 可 同时 进 行 输 入 数 据 和 输 入 条 件 的调 整 3 6 4软 件 的 特 点 和 重 点 解 决 的 问 题 4 I 良好的用户界面 从 用 户 观 点 来 看 窗 I I 操 作 环 境 是 较 适 宜 的 人 机 交 互 界 面 它 向 用 户 提 供 了 图形 与 正 文 共 存 的 可 视 化 环 境 使 操 作 更 为 自然 简便 和 快 捷 用 户 界 面 实 际 上是 用 户 同计 算 机 软 硬 件 进 行 信 息 交 流 的 一 种 双 向性 通 遭 它 不 仅 仅 用 于 传 输 信 息 还 具 备 解 释 判 断 的 作 用 使用对话框作 为 Au t o CAD应 用软件程 序 的接 口 具 有 如下 优 点 1 使 应 用 软 件 的 界 面 与 选 用 的 图 形 平 台 保 持 一 致 便 于用 户迅 速地 熟悉 和 掌 握 应 用 软 件 2 比 较 基 于 DOS的 应 用 软 件 使 用 对 话 框 比 回答 一 系 列 提 示 要 更 容 易 自然 及 快 捷 特 别 在 输 入 及更改的数据量大且频繁 时 更为明显 3 图形环 境使应 用软件 需要 的 较强错误 检 查 和 预 见 功 能 更 为直 观 Au t o C AD R1 2及 以 上 版 本 提 供 了 可 编 程 对 话 框 接 口 P DB P r o g r a mma b l e Di a l o g u e B o x e s 允 许 开 发 者 自己 设 计 对话 框 来 满 足 各 种 特 殊 要 求 从 而 使 应 用 软 件 和 Au t o CAD 环 境 真 正 融 为 一 体 通过应 用 由 D CL语 言描 述和应 用程 序 定义 的 对 话 框 就 可 以 实 现 应 用 软 件 的 图 形 用 户 界 面 GU1 图 2所 示 为 设 计 计 算 用 户 界 面 之 一 兰 善 当 I 匪 柳 蛤 沮 度 巨 l1 辐 射 功 率 w l 三 三 蝰r温度0 2 L o 0 I II 对流功率0 l2 3 8 聃率 k W l 1 4 圃 功率 k w l 0 敷量 十 l 0 地面 散抖 匝亘 二 工作 钧吸 叵二 二 表 面层嗳热叵二 二 新腿 热 叵二 二 外风管 吸州画匝二 挝 m 嚣 匿 循 环趺 数 欢 丹 l 巨 j 圆圃囡圆 图 2设 计 计算 界 面 4 2 辅 人数 据与计算结果 实时显示的实现 在 进 行 C AD 开 发 时 通 常 采 用 交 互 式 方 法 先 输入初始条件及参数 然后 程序运行得 出结 果 应用 程序 中初始条件及参数 的输入 和计算结果的显示 是 分 步 完 成 的 也 即 数 据 输 入 和 结 果 显 示 是 在 不 同 的 界 面 中 这 样 当输 入 条 件 及 数 据 发 生 变 化 时 需 要 知 道的计算结 果不能及 时 显示 以至 于不 能马 上判 断 出 影 响 计 算 结 果 的 设 计 输 入 是 否 满 足 要 求 这 是 交 互式 计 算 应 用程 序 常 见 的 不 方 便 之 处 作 者 在 烘 干 炉 开 发 过 程 中 利 用 对 话 框 技 术 通 维普资讯 工业加 热 1 9 9 9年 第 3期 过 深 人 分 析 输 人 条 件 及 数 据 对 计 算 结 果 的影 响 以 及对 数据 的传 输 方 式 和 输 人 输 出界 面 进 行 多 次 的 尝 试 较 成 功 地 实 现 了在 同一 显 示 界 面 中 数 据 编 辑 后 计 算 结 果 的实 时 显 示 较 完 善 地 解 决 了设 计 过 程 中 可变参量 的数据输人与计 算结果输出脱节的问题 要使计算 结果 能够在 Au t o C AD的对话 框 中实 时显 示 必 须 满 足 1 输 人 的原 始 数 据 被 正 确 地存 储 2 输人 或修 改后 的数 据从 ADS C 回调 函数 a d s c a l l b a c k p a c k e t 中被 正 确读 取 3 计 算 后 的 结果 数 据 类 型 被 正 确地 转换 以上 条件 缺一 不 可 需 要 特 别 注 意 的是 如 果 几 个 编 辑 框 共 用 一 个 回调 函数 必 须 使 用 a d s g e t a t t r s t r i n g 函 数 获 取 当前 控 件 名 并 取 出其 中 的 值 如果不进 行这 一步 运行时 Au t o C AD 内部将产 生错误FATAL ERROR Ge n e r a l p r o t e c t i o n e x c e p t i o n 从 而使 程序运行失败 这一点在 资料E 3 4 中无 法 找 到 说 明和 解 释 Au t o C AD 对 话 框 中所 有 的 数 据 都 是 以 字 符 串 的形 式显示和存储 的 因此在使用 或显示 时必须使 用 a d s r t o s a d s d i s t o f i t o a a t o i 等函数进 行 正 确 地 转 换 4 3 基 于数 理统计基础 上 的计算功 率优 化和 结果 调整 计算设备所需 要的安 装功率是烘干 炉设计计算 的关键 如果设计 的设备安装功率过大 就会使空炉 升 温 时 间 过 短 2 h 则 带 来 设 备 不 能 正 常 工 作 难 以满 足工 艺要 求 的严 重 后 果 因此 设计 一 台 烘干设备 其安装功率 的大小极为关键 好 的设计应 该 是 在满 足 一 定 的 空炉 升 温 时 间 0 7 5 1 5 h 和 保 证 工 件 烘 干 质 量 的前 提 下 尽 量 缩 小 设 备 内 腔 尺 寸 最大 限度 的降低安装功率 烘干炉 的设计计算 除用 经典公式方 法进行外 还可根据 国外 的技术资料采用 漆膜 厚度法 进 行计 算 计 算 工 作 量 不 仅 较 大 而 且 按 经 验 公 式 选用 参 数 时 可选 择 范 围很 宽 造 成计 算 结 果误 差 的 范 围极 大 而采用总功率估 算法 概 略重量法 辐射强度 法 概 略 容 积 法 等 方 式 估 算 则 误 差 大 小 与 设 计 者 的 工 作 经 验 直 接 相 关 很 难有 一个 合 理 的评 估 方 法 设备安 装功率最 佳结 果 的获 得和确 定 需 要 采 用 一 定 的 方 法 工 程 中最 优 化 方 法是 较 普 遍 采用 的 方 法 之 一 它 是 基 于选 定优 化 目标 函 数 确 定 优 化 变 量 优化 约束条件 约束方程 和求解算法而进行 的 在烘干炉实 际设计 中 功率 与其主要 影 响各 因素之 间 没有 一个 理论 的 完 整 的 函数 关 系 也 没 有 一 个 可 行 的经 验 公 式 这 就 给 应 用 最 优 化 方 法 寻 找最 佳 安 装 功率带来 了困难 而设 计 出的安装 功率 为避免盲 目性 确 实 需 要 进 行 设 计 可行 性 分 析 和 验 定 经 过 各 方 面 综 合 考 虑 作 者 提 出和 采 用 了数 理 统 计 的 方 法 从 用 户 成 功 的设 计 项 目中 优选 出 近 3 0台 设 备 针对 影响设备 安装功率 的关键 因素进行了数理统计 回归 分 析 和 方 差 分 析 以求 出各 因素 之 间 以 及 各 因 素 与 功 率 之 间 的 对 应 关 系 再 利 用 线 性 回归 方 程 对 现 设 计 的设备安 装功率进行控 制与 预报 由 回归 分 析 和 方 差 分 析 中 可 知 影 响 烘 干 炉 设 计 功率 的主要 因素是 工作 温度 和设备 容积 并 以设 备 容 积 最 为 显 著 这 与经 验估 计 相 符 因此 可 以用 功率密度 即在烘干空 闻内单 位体积所安装 的功率 来估算烘干炉 的安装 功率 统计得 出的线性 回归方 程 对 设 计 工 作 有 很 大 的实 用 价 值 利 用 线 性 回归 方 程 可 以较 科 学 地 预 测 出 一 台 烘 干炉安装功率的合理范 围 这 样可避免凭经 验估 计 随意性大 误差 大的缺点 能有 效节约能 源和降低设 备 投 资 及 运 行 费 用 从 而 取 得 良好 的 社 会 经 济 效 益 对 于 设 计 工 作 也有 了一 个 较 科 学 的评 估 方 法 4 4 简单直观 的结果输 出 作者通 过 数据与 程序分 离 和 数 据对程 序 驱 动 技 术 的综 合 运 用 有 效 地 提 高 了软 件 的开 发 质 量 设计 计 算 书 的 自动 生 成 设 计 方 案 图 的 自动 生成 均 为该 技术 的实 际应 用 图 3为 生 成 的设 计 方 案 图局 部 过滤器 Y 1 3 2s 2 5 5 6 2 m 3m f 圉 3循 环 系统 图 设 计方 案圉 局部 下 转 第 4 4页 3 7 维普资讯 工 业加 熟 1 9 9 9年 第 3 期 目 目 图 5被动 辊改 进后 结构 示意 图 2 炉 门的 密 封 性 在 链 带 传 动 认 为 没 有 问 题 后 就 要 关 闭 两 端 炉 门 关 门前 一 定 要 试 关 几次 严 格 检 查 炉 门 框 和 石 棉 盘 根 四周 接 触 是 否 趣好 检 查 石 棉 石 墨 盘 根 的压 痕 验 证 到 达 1 0 0 的接 触 时 才 能 关 闭 炉 门 否 则 应 采 取 必 要 的 措施 修 整 确 实 达 到 1 0 0 接 触 后 再 关 炉 门 并将 压紧螺栓 压紧 使其 趣好密封 3炉子 的密封性 铸 链 炉 的密 封 性 主要 有 下 面 几 个 环 节 1 炉体密封焊接质量 2 托 辊 辐 射 管 传 动 轴 等 炉 体 内 外 相 联 的构 件 以及密封 措施 是否可靠 3 炉 门 的密 封 是 否 趣好 炉体 的气 密焊 是在壳 体 焊好 后 经过 严格试 漏 的 炉 门的 密 封 前 面 已 经叙 述 而 要 说 明 的就 是 各 种 炉 内 外相 联 的 构件 在炉 子进 电前 务必 严 格 检 查 与 炉 体 联 接 处 的 密 封 情 况 辐 射 管 与 炉 体 联 接 法 兰 之 间 一 定 要 加 a 一 4 5 mm 的 石 棉 橡 胶 板 密 封 垫 联 接 螺栓 要 把 紧 托辊 轴 承 静密 封 也 要 事 先 处 理 检 查 好 确认 没有 间距 后才 可 进 电热 词 4 淬火油槽 落料 斗油 幕的问题 圈 6 图 7 在淬火 油槽 和淬 火加热炉出料端 的过 渡处设 计 了油 幕装置 它是通过淬火 油槽 的淬火油循环泵把 图 6落 料正 常 的交叉 油 幕 不均匀 闰 7落料 斗油 幕不 能交 叉 淬 火 油 打 到 落 料 斗 两 侧 的 空腔 内 通 过细 小缝 隙 形 成交叉油幕 将淬火加 热炉 的落料 口与油槽 隔离开 从 而 防止 油 槽 淬 火 时 的烟 气进 入 加 热 炉 内影 响 保 护 气体 的成分 降低 处理 工件 的质量 如果油泵选 择的 不合适 或制造 时油幕缝 隙 尺寸超 差不 均匀 会造 成 图 7所 示的情况 不能形成交 叉油幕 而落 料斗是钢 板 焊 接 结 构 容 易 在 制 造 过 程 中 忽视 如 果 整线 设备 安装完毕 油槽 内装满油后试车 时 出现上述油 幕不 能 交 叉 的 情 况 就 不 易 处 理 了 因 为 落 料 斗 安 装 在 淬 火 加 热 炉下 部 又 和 油 槽 上 的相 关部 件 连 接 拆 装 十 分 不便 拆装 时需 要把 油 槽 内 的 油抽 干 油 槽 传 动 网 带 卸 掉 后 才 能进 行 修