雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法及裝置與流程
2023-10-17 20:31:19 1
本發明涉及雷射加工
技術領域：
，尤其涉及一種雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法及裝置。
背景技術：
：雷射切割工藝過程中會產生汙染物：如在雷射切割金屬時產生主要由金屬氧化物組成的金屬煙塵；切割塑料時產生由增塑劑分解形成的油脂煙塵和煙霧。這些汙染物必須被合理的收集，否則將會汙染環境並危害操作人員的健康，另一方面，若有大量的汙染物附著在工具機功能部件上，將可能影響工具機的功能並降低使用壽命。因此，在雷射切割工具機中必須採用除塵系統對以上汙染物進行吸取、收集、淨化。雷射切割工具機中的除塵系統一般由抽風管道結構和風機(或者除塵器)組成。在設計除塵系統時，必須合理的設計抽風管道結構，並選擇與管道結構相匹配的風機，才能獲得優良的除塵效果。傳統的抽風管道結構的設計通常採用經驗公式以及試錯法。但由於雷射切割工具機中的抽風管道結構形式複雜，採用經驗公式誤差較大，且通常需要多次的修正設計和實測循環後才能獲得較好的設計方案。因此，傳統的抽風管道結構的設計優化過程耗費人力物力，其成本高。技術實現要素：基於此，有必要提供一種節約成本的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法及裝置。一種雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法，包括：獲取當前抽風管道的流場空間模型；利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型；對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度；當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。一種雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置，包括：流場空間模型獲取模塊，用於獲取當前抽風管道的流場空間模型；動力分析模型建立模塊，用於利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型；流率速度確定模塊，用於對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度；管道優化結構確定模塊，用於當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法及裝置，獲取當前抽風管道的流場空間模型；利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型；對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度；當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。如此，對雷射加工工具機抽風管道結構進行優化，無需經過多次的修正設計和實測循環，便能獲得較好的設計方案。因此，上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法及裝置能夠節約成本。附圖說明圖1為一實施例的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法的流程圖；圖2為圖1的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法的抽風管道的結構示意圖；圖3為另一實施例的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法的流程圖；圖4為圖1或圖3的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法的一個具體步驟的具體流程圖；圖5為圖1或圖3的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法的另一個具體步驟的具體流程圖；圖6為一實施例的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置的結構圖；圖7為另一實施例的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置的結構圖；圖8為圖6或圖7的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置的一個模塊的單元結構圖。具體實施方式為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳的實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的
技術領域：
的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「或/及」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。如圖1所示，本發明一實施例的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法，包括：S110：獲取當前抽風管道的流場空間模型。當前抽風管道為優化過程中的一種改進的抽風管道或者為初始的抽風管道。流場空間模型具體可以為流場空間3D模型。具體地，請參閱圖2，當前抽風管道包括：連通管210及與所述連通管210通過連接件220連接的出風管230；連通管210包括兩條平行的第一連通管211及與兩條第一連通管211連通的第二連通管213；第一連通管211上開設有進風口2111；第二連通管213通過連接件220與出風管230連接，連接點為第二連通管213的中點，從而使得兩條第一連通管211關於出風管230所在的直線呈軸對稱關係。出風管230遠離第二連通管213的一端的開口為出風口233。工作時，出風管230連接抽風機，在抽風機的作用下，將雷射加工工具機產生的汙染物通過進風口2111吸入到第一連通管211，依次經過第二連通管213、出風管230，將汙染物由出風口233排出抽風管道。為了獲得更好的排除汙染物的效果，進風口2111可以為不少於兩個。優選地，不少於兩個的進風口2111均勻的開設於第一連通管211上。可以理解地，兩條第一連通管道211上開設的進風口2111關於出風管230所在的直線呈軸對稱關係。在其中一個具體實施例中，連接管210為方通。需要說明的是，當前抽風管道的流場空間模型與當前抽風管道的結構對應，但其為封閉結構，從而方便後續建立氣體動力學分析模型，及後續計算。S130：利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型。在獲取的流場空間模型的基礎上，建立當前抽風管道的氣體動力學分析模型。具體地，可以通過氣體動力學分析軟體，以流場空間模型為基礎，建立當前抽風管道的氣體動力學分析模型。S150：對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到相應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度。可以通過氣體動力學分析軟體對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到相應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度。具體地，在氣體動力學分析軟體中提交氣體動力學分析模型後，對氣體動力學分析模型進行計算，直至氣體動力學分析模型收斂。氣體動力學分析模型收斂條件具體包括：氣體動力學分析模型的連續性方程的殘差值<0.001；出風口速度變化逐漸平緩；進風口和出風口的差值/出風口流量<1％。S170：當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。預設條件可以為當前抽風管道對應的質量流率大於上次抽風管道對應的質量流率，且當前抽風管道對應的氣流平均速度大於上次抽風管道對應的氣流平均速度，同時當前抽風管道的兩個相鄰的進風口的氣流平均速差的差值在預設範圍內。其中，氣流平均速度差是指，相鄰兩個進氣口的氣流平均速度的差值。如此，保證各個進風口氣流平均速度的均勻性的同時，提高質量流率及進風口的氣流平均速度。從而，對抽風管道進行優化。為了得到更優的抽風管道優化結果。預設條件還可以為，在預設數量個數的抽風管道中，當前抽風管道對應的質量流量、各個進風口的氣流平均速度以及兩個相鄰的進風口的氣流平均速度之間的差值在預設範圍內的權值為最高值。即，在本實施例中，對質量流量、各個進風口的氣流平均速度以及兩個相鄰的進風口的氣流平均速度差的差值設置對應的權值。對每一個優化後的抽風管道都執行步驟S110-S150，從而，確定每一個抽風管道對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度。進而，可以根據對質量流量、各個進風口的氣流平均速度以及兩個相鄰的進風口的氣流平均速度差的差值對應的權值來確定每一個抽風管道的總權值，最終根據當前抽風管道的總權值是否為最大值，來確定當前抽風管道是否為優化後的抽風管道結構。上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法，獲取當前抽風管道的流場空間模型；利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型；對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度；當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。如此，對雷射加工工具機抽風管道結構進行優化，無需經過多次的修正設計和實測循環，便能獲得較好的設計方案。因此，上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法能夠節約成本。請參閱圖3，在其中一個實施例中，還包括：S360：當所述質量流率或/及所述氣流平均速度不滿足所述預設條件時，對所述當前抽風管道的結構進行改進，並返回所述獲取當前抽風管道的流場空間模型的步驟。當所述質量流率或/及所述氣流平均速度不滿足所述預設條件時，說明當前抽風管道並未達到預設條件，不能達到優化的效果，此時，需要對當前抽風管道再次進行改進。改進後，返回獲取當前抽風管道的流場空間模型的步驟，直至當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。如此，迭代執行改進的步驟，直至所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。請參閱圖4，在其中一個實施例中，所述利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型的步驟包括：S431：在所述流場空間模型上劃分流體網格。S433：獲取流體的材料屬性、模型參數及邊界條件。S435：根據所述流體網格、所述材料屬性、所述模型參數及所述邊界條件建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型。可以通過氣體動力學分析軟體在所述流場空間模型上劃分流體網格，然後獲取流體的材料屬性、模型參數及邊界條件，進而，根據所述流體網格、所述材料屬性、所述模型參數及所述邊界條件建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型。在其中一個實施例中，所述材料屬性包括密度和粘度。或/及，所述模型參數包括基於壓力的算法、穩態模型、湍流模型。或/及，所述邊界條件包括：所述當前抽風管道的進風口所在面的進氣壓力邊界條件、所述當前抽風管道的出風口所在面的出氣壓力邊界條件。在其中一個具體實施例中，由於氣體為空氣，因此，定義材料屬性的密度為1.225Kg/m3(千克每立方米)；粘度為1.7894×10-5Kg/m·s(千克每米秒)。基於壓力的算法可以為默認的傳統算法；穩態模型可以為默認的穩態分析模型；湍流模型可以為k-ε湍流模型。當前抽風管道的進風口所在面的進氣壓力邊界條件可以定義為0Pa(帕)，如此表示相對標準大氣壓的壓力值為0。當前抽風管道的出風口所在面的出氣壓力邊界條件可以定義為-2800Pa，如此，表示所選擇風機的標準壓力。在其中一個實施例中，邊界條件還包括，除了進風口和出風口所在面的其它壁面的壓力邊界條件。請參閱圖5，在其中一個實施例中，所述對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到相應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度的步驟，包括：S551：對所述氣體動力學分析模型進行計算，直至所述氣體動力學分析模型收斂。可以在氣體動力學分析軟體中提交氣體動力學分析模型後，對氣體動力學分析模型進行計算，直至氣體動力學分析模型收斂。S553：提取所述氣體動力學分析模型收斂時的質量流率及各個進風口的氣流平均速度。氣體動力學分析模型收斂後，提取此時氣體動力學分析模型的質量流率及各個進風口的氣流平均速度。如此，使得對當前的抽風管道的分析結果準確，從而提高優化結果的準確性。在其中一個較佳實施例中，在兩條第一連通管道上開設的進風口關於出風管所在的直線呈軸對稱關係的實施例中，只需要提取一條第一連通管道上的各個進風口的氣流平均速度，另一條第一連通管道上的各個進風口的氣流平均速度是一致的。在一個具體實施例中，初始的抽風管道的結構為出風口的外徑為0.25m(米)；連接件的尺寸為0.25m*0.14m；連通管為方通，方通的尺寸為0.25m*0.2m；進風口的尺寸為0.12m*0.05m，兩條第一連通管上各開設5個進風口。此時，得到的質量流率Qm0＝1.732Kg/s；其中，角標的數字為0，表明是初始的結構設計方案。提取的一條第一連通管道的各個進風口的氣流平均速度，見表1(序號為1的進風口離出風口最遠，序號為5進風口離出風口最近)。由於兩條第一連通管道的進風口為對稱結構，相互對稱的進風口的氣流平均速度時一致的，因此，僅提取單側的一條第一連通管道的進風口的氣流平均速度。表1初始的抽風管道一條第一連通管道的5個進風口的氣流平均速度(m/s)進風口序號12345氣流平均速度26.320.215.612.310.4在該具體實施例中，對初始的抽風管道的結構進行改進，改進措施可以為：將出風口外徑由0.25m改為0.3m，進風口尺寸由0.12m×0.05m改為0.17m×0.05m，其他結構的尺寸保持不變。第一次改進後的抽風管道結構可以命名為改進結構1。此時，該抽風管道對應的質量流率Qm1＝2.738Kg/s。其中，角標的數字為改進結構的序號。可見在相同的壓差下，改進結構1的質量流量比初始結構0提高了60.7％，說明改進結構1的氣阻更小。提取改進後的抽風管道的一條第一連通管道的所有進風口的氣流平均速度，並和初始的抽風管道進行對比，結果如表2所示。表2一條第一連通管道的5個進風口的氣流平均速度對比(m/s)進風口序號12345初始結構026.320.215.612.310.4改進結構142.432.725.120.016.8提高61.2％61.9％60.9％62.6％61.5％由對比表2可見，改進結構1進風口的氣流的氣流平均速度較初始結構1平均提高約61.6％；進風口氣流速度越大，對雷射加工工具機產生的煙塵汙染物的俘獲能力越強。各進風口的氣流氣流平均速度的平均程度和初始結構0大致相當。因此，下一次改進可以進一步嘗試將進風口改為面積逐漸變化的結構。在相同的壓力下，抽風管道改進結構1的氣體流量和進風口的速度較初始結構0有明顯提高，其除塵效果將會明顯提高。請參閱圖6，本發明還提供一種與上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計方法對應的雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置，包括：流場空間模型獲取模塊610，用於獲取當前抽風管道的流場空間模型；動力分析模型建立模塊630，用於利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型；流率速度確定模塊650，用於對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度；管道優化結構確定模塊670，用於當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置，獲取當前抽風管道的流場空間模型；利用所述流場空間模型，建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型；對所述氣體動力學分析模型進行計算，得到對應的質量流率及各個進風口的氣流平均速度；當所述質量流率及所述氣流平均速度滿足預設條件時，確定所述當前抽風管道為優化後的抽風管道結構。如此，對雷射加工工具機抽風管道結構進行優化，無需經過多次的修正設計和實測循環，便能獲得較好的設計方案。因此，上述雷射加工工具機抽風管道結構優化設計裝置能夠節約成本。請參閱圖7，在其中一個實施例中，還包括管道優化改進模塊660；所述管道優化改進模塊660，用於當所述質量流率或/及所述氣流平均速度不滿足所述預設條件時，對所述當前抽風管道的結構進行改進；所述流場空間模型獲取模塊670，還用於在所述管道優化改進模塊660對所述當前抽風管道的結構進行改進之後，重新獲取當前抽風管道的流場空間模型。在其中一個實施例中，還包括模型收斂計算模塊640；所述模型收斂計算模塊640，用於所述對所述氣體動力學分析模型進行計算，直至所述氣體動力學分析模型收斂；所述流率速度確定模塊650，用於提取所述氣體動力學分析模型收斂時的質量流率及各個進風口的氣流平均速度。請參閱圖8，在其中一個實施例中，所述動力分析模型建立模塊包括：網格劃分單元831，用於在所述流場空間模型上劃分流體網格；參數獲取單元833，用於獲取流體的材料屬性、模型參數及邊界條件；模型建立單元835，用於根據所述流體網格、所述材料屬性、所述模型參數及所述邊界條件建立所述當前抽風管道的氣體動力學分析模型。在其中一個實施例中，所述材料屬性包括密度和粘度；或/及，所述模型參數包括基於壓力的算法、穩態模型、湍流模型；或/及，所述邊界條件包括：所述當前抽風管道的進風口所在面的進氣壓力邊界條件、在所述當前抽風管道的出風口所在面的出氣壓力邊界條件。以上實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出多個變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3