【導(dǎo)讀】可視性的礦用多級(jí)泵模型是一個(gè)有較大獨(dú)創(chuàng)性研究項(xiàng)目。其建模過(guò)程即是對(duì)礦用。多級(jí)泵的數(shù)字仿真，又是對(duì)礦用多級(jí)泵的工作原理和設(shè)計(jì)制造工藝的全面了解。裝過(guò)程，制作礦用多級(jí)泵拆裝動(dòng)畫(huà)。最終完成后，制作出一個(gè)三維的、交互式、并對(duì)泵房的布置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，制作出一個(gè)三維的。在啟動(dòng)泵前，泵體及吸入管路內(nèi)充滿液體。當(dāng)液體進(jìn)入泵殼后，液體以較高的壓強(qiáng)沿排出口流出。葉輪不停旋轉(zhuǎn)，液體也連續(xù)。離心泵之所以能夠輸送液體，主要靠離心力的作用，故稱。輪產(chǎn)生的揚(yáng)程之和。式泵大一倍，可以近似看作是二個(gè)單吸泵葉輪背靠背地放在了一起。它又有可能是臥式泵、垂直結(jié)合面泵、導(dǎo)葉式泵、高壓泵、單面進(jìn)水式泵等。有可能淹沒(méi)礦井的情況下，還要搶險(xiǎn)排水。離心泵結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，零部件少，制造方便，造價(jià)低，占地面積小。

　　

【正文】 序語(yǔ)言 (如 Java， JavaScript)來(lái)創(chuàng)建事件和控制動(dòng)畫(huà)。 圖 3– 11 JavaScript 腳本程序示例 Script 節(jié)點(diǎn)可以描述一個(gè)由用戶自定義制作的檢測(cè)器和插補(bǔ)器，這些檢測(cè)器和插補(bǔ)器需要一些有關(guān)域、事件出口和事件入口的列表以及處理這些操作時(shí)所須做的事情。所以該節(jié)點(diǎn)又定義了一個(gè)包含程序腳本節(jié)點(diǎn)的域、事件出口和事件入口及描述了用戶自定義制作的檢測(cè)器和插補(bǔ)器所做的事情。 Script 節(jié)點(diǎn)只是接收數(shù)據(jù)和發(fā)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁(yè) 共 100 頁(yè) 送數(shù)據(jù)來(lái)控制動(dòng)畫(huà)，所以 Script 節(jié)點(diǎn)可以看成是數(shù)據(jù)處理模塊。 Script 節(jié)點(diǎn)可以出現(xiàn)在文檔的頂層，或者作為成組節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。 JavaScript 腳本程序如 上 圖 3– 11 所示。 VRML 編輯及瀏覽軟件介紹 (1) VRML 文檔的編輯 同許多程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類(lèi)似， VRML 是文本敘述檔，因而可以用各種文本編輯器來(lái)書(shū)寫(xiě)、編輯程序文件，但是保存的時(shí)候要保存為以 *.WRL 為后綴的文件名。在實(shí)際創(chuàng)作中，由于 VRML 文件往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)相互嵌套，文本編輯器編輯的過(guò)程中很容易由于疏忽而出現(xiàn)錯(cuò)誤，而一般的文本編輯器沒(méi)有糾錯(cuò)提示的功能，為了提高效率，可以借助于專門(mén)的 VRML 編輯器編寫(xiě) VRML 文文檔。 Parallel Graphics 公司的 VRMLPad 就是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的 VRML 編輯器，能夠高效、便捷的編寫(xiě) VRML 文檔 。 圖 3– 12 VrmlPad 界面 圖 312 所示為 VrmlPad 的界面， 和一般軟件一樣， VrmlPad 接口有菜單欄，工具欄，狀態(tài)區(qū)等等。左邊是功能窗口區(qū)，中間是源程序編輯區(qū)，最右邊是實(shí)時(shí)預(yù)覽區(qū)； VrmlPad 提供了節(jié)點(diǎn)和域的提示功能，每當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)或者域的第一個(gè)字母時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)列表或者域列表，供設(shè)計(jì)者選擇， 極大的提高了編輯 VRML 文檔的效率。此外，在編輯過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)或者域出現(xiàn)了語(yǔ)法錯(cuò)誤，在編輯器最下邊的礦用 D型泵結(jié)構(gòu)分析與水泵房布置論述 第 34 頁(yè) 共 100 頁(yè) 狀態(tài)區(qū)處會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，同時(shí)在出現(xiàn)錯(cuò)誤的語(yǔ)句中相應(yīng)的也有標(biāo)記，能及時(shí)排除編輯過(guò)程中的錯(cuò)誤。 (2) VRML 文檔的瀏覽 要在瀏覽器中觀察 VRML 場(chǎng)景，需要 VRML 瀏覽器插件，目前，有許多 VRML 覽器插件，譬如： CosmoPlayer、 Blaxxun Contact、 Cortona、 WorldView 等，這些瀏覽器各有不同的特點(diǎn)，但是在使用上有許多相似之處。 下面以 Parallel Graphics 公司的 為例說(shuō)明 Vrml 瀏覽器的使用。表 31 列出了按鈕使用功能，圖 313為瀏覽器的全部功能展示。 圖 313 Cortona player瀏覽器 表 31 按鈕的功能 按鈕 功能 漫步按鈕，這是缺省的用戶觀察方式，使用漫步方式時(shí)，在窗口中按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可以進(jìn)行觀察者前進(jìn)、后退、左右等觀察行為。 在窗口中按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可以進(jìn)行觀察者前進(jìn)、后退、左右等觀察行為。 與 waik按鈕功能基本相似。 任意旋轉(zhuǎn)按鈕，使用這種觀察方式時(shí)，按下鼠標(biāo)左鍵 并拖動(dòng)可以將三維模型繞其自身的中心沿任意軸旋轉(zhuǎn)。 平移按鈕，使用平移方式觀察時(shí)，在窗口中按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可以在平面內(nèi)任意移動(dòng)模型，模型的大小在視圖中保持不變。 平移按鈕，使用平移方式觀察時(shí)，在窗口中按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可以在平面內(nèi)任意 平移 模型， 與 plan功能相似 。 旋轉(zhuǎn)觀察方向按鈕，此時(shí)拖動(dòng)鼠標(biāo)可以改變觀察的方向，而觀察點(diǎn)到模型的距離不變，相當(dāng)于以觀察者為中心旋轉(zhuǎn)三維模 滾轉(zhuǎn)按鈕，此時(shí)拖動(dòng)鼠標(biāo)可以使三維模型以觀察方向?yàn)檩S進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，觀察者的空間位置和模型的空間位置保持不變。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁(yè) 共 100 頁(yè) 續(xù)表 31 按鈕 功能 走到按鈕，先點(diǎn)擊此按鈕，然后單擊三維模型上的某一 對(duì)象或部分，瀏覽器會(huì)自動(dòng)將觀察的位置和視角調(diào)整到瀏覽該對(duì)象的最佳狀態(tài)。 將觀察點(diǎn)移回到水平方向。 更換觀察點(diǎn)，若物體已拖動(dòng)，需經(jīng)過(guò)刷新才能運(yùn)用此按鈕準(zhǔn)確地觀看到三位立體圖。 復(fù)位場(chǎng)景到初始狀態(tài)。 調(diào)整場(chǎng)景大小與頁(yè)面大小為最適狀態(tài)。 礦用 D型泵結(jié)構(gòu)分析與水泵房布置論述 第 36 頁(yè) 共 100 頁(yè) 4 VRML建模過(guò)程 三維造型應(yīng)用軟件和建模 基本方法 UG 簡(jiǎn)介 Unigraphics Solutions 公司 (簡(jiǎn)稱 UGS)是全球著名的 MCAD 供應(yīng)商 ,主要為汽車(chē)與交通、 航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械以及電子工業(yè)等領(lǐng)域通過(guò)其虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā) (VPD)的理念提供多級(jí)化的、集成的、企業(yè)級(jí)的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的 MCAD 解決方案。其主要的 CAD 產(chǎn)品是 UG。 UG 公司的產(chǎn)品主要有為機(jī)械制造企業(yè)提供包括從設(shè)計(jì)、分析到制造應(yīng)用的Unigraphics 軟件、基于 Windows 的設(shè)計(jì)與制圖產(chǎn)品 Solid Edge、集團(tuán)級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) iMAN、 產(chǎn)品可視化技術(shù) ProductVision 以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實(shí)體建模核心 Parasolid 在內(nèi)的全線產(chǎn)品。 UG 在航空航天、汽車(chē)、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。多年來(lái)， UGS 一直在支持美國(guó)通用汽車(chē)公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，同時(shí) Unigraphics 也是日本著名汽車(chē)零部件制造商 DENSO 公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車(chē)行業(yè)得到了很大的應(yīng)用，如 Navistar、底特律柴油機(jī)廠、 Winnebago 和 Robert Bosch AG 等。另外， UGS 公司在航空領(lǐng)域也有很好的的表現(xiàn)：在美國(guó)的航空業(yè)，安裝了超過(guò) 10,000 套 UG 軟件；在俄羅斯航空業(yè)， UG 軟件具有 90%以上的市場(chǎng)；在北美汽輪機(jī)市場(chǎng)， UG 軟件占 80%。 UGS在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也占有領(lǐng)先地位，擁有如 Pratt amp。 Whitney 和 GE 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有： B/E 航空公司、波音公司、 以色列飛機(jī)公司、英國(guó)航空公司、 Northrop Grumman、伊爾飛機(jī)和 Antonov。 UGS 公司的產(chǎn)品同時(shí)還遍布通用機(jī)械、醫(yī)療器械、電子、高技 術(shù)以及日用消費(fèi)品等行業(yè)，如： 3M、 WillPemco、 Biomet、 Zimmer、飛利浦公司、吉列公司、 Timex、 Eureka 和 Arctic Cat 等。 UG 具有豐富的曲面建模工具， 包括直紋面、掃描面、通過(guò)一組曲線的自由曲面、通過(guò)兩組類(lèi)正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣、等半徑和變半徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動(dòng)態(tài)拉動(dòng)調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點(diǎn)云生成、曲面編輯。 UG 進(jìn)入中國(guó)已經(jīng)有九個(gè)年頭了，其在中國(guó)的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國(guó)已成 為遠(yuǎn)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37 頁(yè) 共 100 頁(yè) 東區(qū)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)最快的國(guó)家。幾年來(lái)， UG 在中國(guó)的用戶已超過(guò) 800 家，裝機(jī)量達(dá)到 3500多臺(tái)套。 UG 特點(diǎn) 建模的靈活性 復(fù)合建模：無(wú)需草圖 ,需要時(shí)可進(jìn)行全參數(shù)設(shè)計(jì) ,無(wú)需定義和參數(shù)化新曲線 —— 可直接利用實(shí)體邊緣。 幾何特征 ：具有凸墊、鍵槽、凸臺(tái)、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征 、引用模式 。 光順倒圓 : 業(yè)界最好的倒圓技術(shù) ， 可自適應(yīng)于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構(gòu)形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。 協(xié)同化裝配建模 可提供自頂向下、自底向上兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義 方式并可在上下文中設(shè)計(jì)／編輯 ，高級(jí)的裝配導(dǎo)航工具，可圖示裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)，可方便快速的確定部件位置 ， 對(duì)裝配件的簡(jiǎn)化表達(dá)，隱藏或關(guān)掉特定組件。局部著色 ， 強(qiáng)大的零件間的相關(guān)性 ，配對(duì)條件，零件間的表達(dá)式（關(guān)系），協(xié)同化團(tuán)隊(duì)工作，可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，團(tuán)隊(duì)成員可并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品中各子裝配或零件 。 直觀的二維繪圖 對(duì)制圖員來(lái)講，簡(jiǎn)單并富于邏輯性，剖視圖自動(dòng)相關(guān)于模型和剖切線位置，正交視圖的計(jì)算和定位可簡(jiǎn)便的由一次鼠標(biāo)操作完成，自動(dòng)隱藏線消除，自動(dòng)尺寸排列 —— 不需要了解設(shè)計(jì)意圖，自 動(dòng)工程圖草圖尺寸標(biāo)注。 被業(yè)界證實(shí)的數(shù)控加工 ２～５軸銑，車(chē)加工 ， 線切割 ， 鈑金件制造，刀軌仿真和驗(yàn)證，刀具庫(kù)／標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)功能 。 領(lǐng)先的鈑金件制造 可在成型或展開(kāi)的情況下設(shè)計(jì)或修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，折彎工序可仿真工藝成型過(guò)程，鈑料展開(kāi)幾何自動(dòng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)，可在一幅工程圖中直接展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)和鈑料展開(kāi)幾何 。 集成的數(shù)字分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，硬干涉檢查和軟干涉檢查，運(yùn)動(dòng)仿真和分析，動(dòng)畫(huà)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)干涉檢查。 礦用 D型泵結(jié)構(gòu)分析與水泵房布置論述 第 38 頁(yè) 共 100 頁(yè) 廣泛的用戶開(kāi)發(fā)工具 用戶命令宏，高級(jí)編程語(yǔ)言，可自定義裁剪的用戶界面 內(nèi)嵌的工程電子表格 可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù)，可簡(jiǎn)便定義零件系列，可方便修改表達(dá)式，可生成扇形圖、直方圖和曲線圖等 。 照片真實(shí)效果渲染 利用基于數(shù)字的設(shè)計(jì)審視，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，快速成型。 可分階段實(shí)施的數(shù)據(jù)管理 業(yè)界最緊密的 CAD／ CAM／ CAE與 PDM 集成，可管理 CAD 數(shù)據(jù)以及整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù) 。 因?yàn)槭窃?Vrmlpad 編輯器里編輯代碼，修改數(shù)據(jù)，方法較抽象，需要熟練掌握編程語(yǔ)法和語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，一步一實(shí)施，效率較低，所以利用 UG 軟件對(duì)多級(jí)泵的零部件進(jìn)行三維繪制，生成虛擬現(xiàn) 實(shí)中的基本模型，再導(dǎo)出成所需的 VRML 文件格式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ，這樣簡(jiǎn)單快捷 。 多級(jí)泵主要零件的三維造型 三維建模的主要零件或部件 多級(jí)泵是一個(gè)較復(fù)雜的鑄造結(jié)構(gòu)體，其主要部件包括：出水段、進(jìn)水 段、葉輪、聯(lián)軸器、導(dǎo)翼、中段、軸、平衡盤(pán)、托架、水封壓蓋、軸承端 蓋及其它輔助部件等。而在此論文的計(jì)算機(jī)三維建模過(guò)程中，對(duì)零部件的尺寸和形位要求不是很?chē)?yán)格，只要滿足計(jì)算機(jī)的安裝和演示要求便可。在這里主要用 UG NX 軟件進(jìn)行實(shí)體三維造型建模，其中應(yīng)用到的主要建模功能有：草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、構(gòu)建基準(zhǔn)面等。 進(jìn) 水段是指泵進(jìn)口法蘭到葉輪入口前泵體的過(guò)流部分。如下圖 41，其進(jìn)水段設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到水泵汽蝕性能。一般來(lái)說(shuō)，泵的吸入口徑和出口徑是相等的，但是在壓力較高時(shí)，出于對(duì)管路系統(tǒng)投資經(jīng)濟(jì)性的考慮，泵的吸入口徑大于泵的吐出口徑。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 39 頁(yè) 共 100 頁(yè) 圖 41 進(jìn)水段 葉輪是傳遞能量的部件，它的流型決定著泵的性能，泵的葉輪，前 、 后底盤(pán)之間夾有 7 支葉片，葉片外緣處的葉型為圓弧形，向內(nèi)緣處逐漸過(guò)渡到扭 曲狀。葉輪葉片出口邊緣處的安裝角，直徑等幾何參數(shù)和轉(zhuǎn)速，決定著泵的揚(yáng)程和流量，入口處的幾何參數(shù)和轉(zhuǎn)速，對(duì)泵的吸水性能有決定性的影響。在多級(jí)泵中，通常采用加大首級(jí) 葉輪入口直徑和選擇適當(dāng)?shù)娜~片入口角等方法提高泵的允許吸上真空度， 如下圖 42。 圖 42 泵葉輪 出水段的作用是以最小的損失將從葉輪中流出來(lái)的液體收集起來(lái)，并將液體的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后輸送打壓水管路。而且在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中不能 破壞出水段的軸對(duì)稱流動(dòng)， 如下圖 43。 礦用 D型泵結(jié)構(gòu)分析與水泵房布置論述 第 40 頁(yè) 共 100 頁(yè) a側(cè)視圖 圖 43 出水段 在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上纏身一個(gè)很大的作用力，由于此作用力的方向于離心泵轉(zhuǎn)軸的軸心平衡，故稱為軸向力。產(chǎn)生軸向力的原因有很多，主要由于液流作用在葉輪上的力不平衡引 起的。在實(shí)際中，為了研究方便，必須加平衡盤(pán)，以確保軸向力的平衡，如下圖 44。 圖 44 平衡盤(pán) 典型零件 UG 建模舉例 在這里選取 進(jìn)水段 的 建模 打開(kāi) UG 后，點(diǎn)擊左上角的 草繪圖標(biāo)，選擇 xy 面為草繪工作面，根據(jù)之前華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 41 頁(yè) 共 100 頁(yè) 測(cè)繪數(shù)據(jù)創(chuàng)繪如圖 45所示 草繪曲線 （由于創(chuàng)建的曲線尺寸比較多，且 CAD 圖中可以直接測(cè)到，這里所需尺寸不再贅述，下同） ； 圖 45 草繪旋轉(zhuǎn)輪廓 點(diǎn)擊左上角的 按鈕，完成草繪后點(diǎn)擊 旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“回轉(zhuǎn)”對(duì)話框，拾取草繪曲線，選擇旋轉(zhuǎn)軸 x軸，輸入旋轉(zhuǎn)角度 180，確定后生成回轉(zhuǎn)體見(jiàn)圖46， 這時(shí) 進(jìn)水段的大體形狀已經(jīng)形成； 圖 46 旋轉(zhuǎn) 創(chuàng)