基于SolidWorks的平板閘門虛擬設(shè)計

薛 軍

（山西省運城市北趙引黃工程建設(shè)管理局，山西 運城 044200）

1 引言

閘門大多布置在水庫的輸水洞、渠道及水電站進水口、尾水渠等各個部分，平板閘門具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝容易，維修方便，綜合造價低，運行安全可靠等優(yōu)點。近年來，平板閘門廣泛應(yīng)用于各種水利樞紐或水電站中。目前，在閘門設(shè)計上大多采用二維繪圖軟件設(shè)計。相對于手工繪圖，二維繪圖軟件設(shè)計效率高，但二維設(shè)計的圖形不夠直觀智能，如果設(shè)計尺寸需要調(diào)整，修改圖紙工作量較大，浪費時間，延長了設(shè)計周期。為克服以上缺點，采用三維軟件進行閘門設(shè)計，借助三維設(shè)計軟件SolidWorks進行平板閘門的虛擬設(shè)計，不僅可以直觀地反映平板閘門，還可進一步進行有限元分析計算，縮短變形產(chǎn)品的設(shè)計周期。

2 平板閘門三維建模

2.1 平板閘門結(jié)構(gòu)

平板閘門的機械結(jié)構(gòu)主要包括門框、門板、密封條、提升桿、電機、減速機等（見圖1）。

圖1 平板閘門主要結(jié)構(gòu)

門框是閘門啟閉傳動系統(tǒng)和門板安裝的基礎(chǔ)件，也是主要的受力件之一，門板的升降用于調(diào)整閘門開度的大小，門板的重量對啟閉傳動系統(tǒng)的輸出力矩有重要影響，門板主體框架、筋板由高強鋁合金制作，型腔內(nèi)填充鋁蜂窩后壓粘鋁合金面板，具有重量輕、剛度好、不生銹等特點。

2.2 平板閘門零件三維建模

SolidWorks三維建模主要特點是參數(shù)化和特征化。參數(shù)化是指由驅(qū)動尺寸和幾何關(guān)系組成，在零件設(shè)計中可以直接修改某個驅(qū)動尺寸，其余與這個尺寸有幾何關(guān)系的尺寸同步修改，方便直觀。SolidWorks設(shè)計主要分為草圖設(shè)計和特征設(shè)計，草圖主要包括畫直線、圓、曲線等，特征主要包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等。

零件三維建模設(shè)計時，首先選取一個基準面進行草圖繪制，繪制完成草圖后退出，進入零件的特征設(shè)計模式，對應(yīng)于理想的結(jié)構(gòu)進行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等實體操作，并對實體進行修飾操作，如倒圓、倒角、陣列等，生產(chǎn)一個零件幾何體。

門板是內(nèi)部網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，首先草繪基本框架，然后進行凸臺拉伸，再選擇其他基準面進行草圖繪制，然后進行切除拉伸，共進行6次凸臺拉伸，5次切除拉伸，建成所需的門板模型。圓銷依次進行旋轉(zhuǎn)，完成切除拉伸和凸臺拉伸；上橫梁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，進行了拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、螺紋孔等操作，最后建模形成；提升桿主要進行拉伸、圓角、鏡像等操作。

2.3 閘門裝配

裝配設(shè)計是設(shè)計的重要部分，裝配是將設(shè)計好的各個零件三維模型組裝起來，通過添加零件三維模型間的重合、平行、同心、夾角、距離、垂直等約束條件，使各零件模型組合成一個裝配體，這個裝配體就是要生產(chǎn)的完整產(chǎn)品。在裝配過程中，可以進行裝配干涉檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計出現(xiàn)問題及時改進。由于平板閘門的構(gòu)件較多且非常復(fù)雜，首先應(yīng)建立子裝配體，再利用子裝配之間的配合關(guān)系將各個子裝配體組裝起來，形成一個完整的閘門裝配，最后對總裝配進行渲染,包括顏色、設(shè)置透明、材料屬性等。

裝配分成平板閘門門板子裝配和門框子裝配，最后裝配形成總裝配。門板子裝配主要進行連接塊與門板的配合，最終形成門板子裝配。將門板子裝配、門框子裝配、密封條、電機、螺釘?shù)妊b配到一起后，形成總的裝配圖。

3 二維圖的導(dǎo)出

使用SolidWorks完成三維建模設(shè)計后，應(yīng)用SolidWorks軟件可以直接轉(zhuǎn)化為二維圖。

3.1 二維圖生成

針對二維圖的特點，根據(jù)圖紙規(guī)格，分為A0，A1，A2，A3，A4圖紙模版，利用圖紙模板建立相對應(yīng)的圖紙模板。通過SolidWorks軟件的視圖創(chuàng)建模塊對已有的三維實體模型建立前視圖、左視圖、俯視圖等，從而生成二維圖。

3.2 尺寸標注

SolidWorks能實現(xiàn)自動標注，但自動標注格式較亂，實際設(shè)計中大多采用手動標注或自動標注后手動修改。

4 結(jié)語

第一，使用SolidWorks三維軟件設(shè)計平板閘門，設(shè)計過程從平面圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暤娜S模型圖，可以更直觀地展示閘門結(jié)構(gòu)。第二，通過SolidWorks三維模型生成二維圖，方便快捷，大大減少了設(shè)計者繪圖時間，并降低了繪圖過程中視圖發(fā)生錯誤的概率。第三，設(shè)計過程中修改零件尺寸方便，裝配中的零件模型也隨著改變，方便快捷。第四，對于今后的改進設(shè)計更加方便，參數(shù)化的設(shè)計只需修改參數(shù)就能達到要求，大大提高了設(shè)計效率。