基于SolidWorks的摆动式生物反应器三维建模与仿真

    固体发酵技术以其投资少、能耗低、环境污染少等特点受到世界各国的广泛关注。近年来法国、日本、美国等国家对固态发酵设备进行了大量研究，已有许多类型的固态发酵反应器问世，主要有转鼓式、木盒式、加盖盘式、垂直培养盘式、倾斜接种盒式，浅盘式、传送带式、圆盘式、搅拌混合式等不同形式的固态发酵反应器，但在应用上述发酵反应器工作过程中也反映出固体发酵存在一些缺点，如：通风散热困难，易染菌，菌体易受伤；物料翻动力度不够，存有死角，造成混料不均；温度、湿度和氧气需求量等参数不易控制，造成菌体生长不均，以致生产率较低等问题。

    为解决以上固态发酵设备存在的问题，本文设计的固态物料生物反应器采用一种新型的摇摆式，在发酵过程中使物料得到充分搅拌与混合，保证了基质内部温度、湿度、酸碱度、菌丝生长等方面的均一性，反应器罐体可以按不同速度实现45°往复摆动，耗能大大降低．同时也考虑了保温、通气和防止发酵过程中染菌等问题。

    为了解反应器实际的运行状况，利用完成了生物反应器各个基本体的设计建模和虚拟装配；同时使用 Animator演示了产品的外观和运行情况；结合COSMOSMotion仿真了反应器的精确运动情况。

1 零件的设计与三维建模

    1.1 罐体的设计与实体建模

    如图1所示，罐体由圆柱形简体、与简体焊接在一起的左右端法兰、与法兰相连的左右封头、夹套（保温层）及螺栓、螺母、垫片组成，罐体采用圆形平板封头，其结构简单，制造方便，因为在压力不高，直径较小的容器中采用平板封头比较经济简便。罐体旋转中心不在罐体的中心，封头上的孔内衬套和轴配合，孔内开有两处密封槽，加“O”型橡胶圈保证罐体的密封性．左封头上有与滚动轴承配合的小轴，将其焊接在封头上，右封头上有出料孔，为了方便安装与拆卸，两端都采用12个均布螺栓的法兰式连接。

    罐体是一个薄壁零件，上端有用于将进料口焊接在上面的加强圈，其内部设有安装挡板的凹槽，挡板的作用是在搅拌时带动物料充分混合．为保证适合生物反应的温度，设计1/2圆筒的夹套作为保温层，夹套上下设有进、出水口。

    建模的主要步骤：(1)草图绘制；(2)拉伸与拉伸切除或者扫描与扫描切除；(3)圆角、倒角等细节特征处理；(4)整个罐体装配。

    图1 罐体各个零件的三维实体造型