基于TP-DWN的背罐車(chē)三維平臺(tái)設(shè)計(jì)

裴志軍/ PEI Zhi-jun

（華菱星馬汽車(chē)（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 馬鞍山 243061）

近年，隨著建設(shè)部等六部、局出臺(tái)在部分城市限期禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌水泥砂漿政策以來(lái)，全國(guó)各地都在大力推廣預(yù)拌砂漿，大中城市散裝化運(yùn)輸成為一種必然趨勢(shì)，這帶動(dòng)了背罐車(chē)需求量急劇增大，種類(lèi)越來(lái)越多。

背罐車(chē)功能是將干混砂漿散裝移動(dòng)筒倉(cāng)從干混砂漿生產(chǎn)廠運(yùn)送到工地或工地之間的搬運(yùn)。通過(guò)液壓系統(tǒng)與裝卸翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的協(xié)同動(dòng)作，可自動(dòng)托起干混砂漿散裝移動(dòng)筒倉(cāng)并將其縱臥在自身的車(chē)架上，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)筒倉(cāng)的快速裝卸與運(yùn)輸，圖1。

圖1 背罐車(chē)

要建立背罐車(chē)的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，須先考慮多種類(lèi)底盤(pán)參數(shù)差異，其次考慮上裝化規(guī)格的主參數(shù)，再次要將這些主要參數(shù)反映到一個(gè)可視化平臺(tái)上，在這個(gè)平臺(tái)上要可以實(shí)現(xiàn)零件和部件類(lèi)型的選裝、主參數(shù)的選擇和傳遞，并通過(guò)這種平臺(tái)上參數(shù)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的變型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

如果這種三維設(shè)計(jì)平臺(tái)建立起來(lái)，設(shè)計(jì)人員的工作量將大大減少，并且通過(guò)這種平臺(tái)化的建設(shè)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中能檢測(cè)設(shè)計(jì)缺陷、提煉產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)范，將技術(shù)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)理論形成企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。本文主要介紹利用Pro/E中Top-down設(shè)計(jì)思想，建立三維參數(shù)設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以極大地縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。

1 背罐車(chē)架構(gòu)

背罐車(chē)底盤(pán)部分按功能結(jié)構(gòu)分為副車(chē)架總成、翻轉(zhuǎn)架總成、移動(dòng)架總成、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)等。背罐車(chē)上裝副車(chē)架固定于底盤(pán)大梁上，翻轉(zhuǎn)架、副車(chē)架、翻轉(zhuǎn)油缸組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，移動(dòng)架、提罐油缸以翻轉(zhuǎn)架為機(jī)架，組成另外一套伸縮滑塊機(jī)構(gòu)。后支腿油缸安裝于副車(chē)架上，單獨(dú)動(dòng)作。

如果底盤(pán)廠能夠提供收縮包絡(luò)圖，在該圖上設(shè)計(jì)安裝基準(zhǔn)、定位坐標(biāo)等，即可直接調(diào)用。如果底盤(pán)廠沒(méi)有提供，則需設(shè)計(jì)底盤(pán)數(shù)模，要能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)型式的變化，以及與上裝發(fā)生關(guān)聯(lián)的參數(shù)變化，如大梁寬度、PT的位置參數(shù)等。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

1）通過(guò)布局lay這個(gè)文件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值型參數(shù)控制（零部件尺寸），字符串型參數(shù)控制（用于零件或部件模塊的選型調(diào)用、控制部件用于結(jié)構(gòu)尺寸變型或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的選擇等）。

2）整車(chē)骨架設(shè)計(jì)要有明確設(shè)計(jì)意圖,整車(chē)骨架（skel文件）要能充分體現(xiàn)Top-down設(shè)計(jì)理念,可實(shí)現(xiàn)零部件裝配關(guān)系、結(jié)構(gòu)參數(shù)的驅(qū)動(dòng)。

3）能夠?qū)嵭胁⑿泄こ淘O(shè)計(jì)。即可有多位工程師分工完成整車(chē)設(shè)計(jì)，且共用頂層數(shù)據(jù)。

3 基于Top-down的三維平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

采用自頂向下設(shè)計(jì)方法，先建立產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)信息放在總配置的高層，即建立總成骨架和總成布局參數(shù)，然后分解部件的總體設(shè)計(jì)信息，在總成骨架中發(fā)布針對(duì)各個(gè)部件的幾何，再將各部件發(fā)布幾何信息傳遞到下游的相應(yīng)部件總成結(jié)構(gòu)中去。這樣總體設(shè)計(jì)信息發(fā)生改變時(shí)，部件總成及相應(yīng)零件可以關(guān)聯(lián)修改，并且相關(guān)部件分解給多位工程師完成部件級(jí)別設(shè)計(jì)，這樣整車(chē)總成便實(shí)現(xiàn)了并行設(shè)計(jì)。

參數(shù)骨架是模塊化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。第一級(jí)參數(shù)骨架（圖2）控制整車(chē)參數(shù)，一級(jí)參數(shù)通過(guò)關(guān)系傳遞給一級(jí)模塊（整車(chē)）的設(shè)計(jì)骨架，用來(lái)驅(qū)動(dòng)一級(jí)模塊的模型設(shè)計(jì)。骨架由總體設(shè)計(jì)師創(chuàng)建。第二級(jí)參數(shù)骨架控制二級(jí)模塊的參數(shù)，傳遞給二級(jí)模塊的設(shè)計(jì)骨架，用來(lái)驅(qū)動(dòng)二級(jí)模塊（部件）的模型設(shè)計(jì)。它由部件設(shè)計(jì)師創(chuàng)建。第三級(jí)參數(shù)骨架部件設(shè)計(jì)師根據(jù)部件結(jié)構(gòu)需要，創(chuàng)建用于控制分部件或零件的參數(shù)。

圖2 背罐車(chē)三維平臺(tái)架構(gòu)示意圖

整車(chē)布局平臺(tái)的參數(shù)傳遞路線一般分為兩種：一是傳遞給各級(jí)骨架（線路A），大多是傳遞數(shù)值型參數(shù)，用于控制模型的截面尺寸；二是傳遞給各級(jí)總成，大多傳遞的是字符串型的參數(shù)，用于控制部件或零件的選型。一般不建議用布局平臺(tái)參數(shù)直接控制零部件尺寸（不通過(guò)骨架）。

4 基于Top-down的三維平臺(tái)技術(shù)方案

4.1 創(chuàng)建骨架模型

骨架模型主要是為了確立產(chǎn)品中各部件間的相互約束，這些約束包括確定零部件之間位置的裝配約束關(guān)系、對(duì)主要零部件的截面尺寸的約束。

創(chuàng)建背罐車(chē)整車(chē)主骨架。背罐車(chē)總成骨架要表達(dá)后續(xù)零部件創(chuàng)建所需要的曲面、曲線、零件的安裝坐標(biāo)系信息，和相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息。

4.2 基于骨架模型的零部件設(shè)計(jì)

根據(jù)背罐車(chē)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)特征，建立背罐車(chē)整車(chē)骨架時(shí)，選用運(yùn)動(dòng)骨架模式建立模型參照。機(jī)架為底盤(pán)和副車(chē)架，在機(jī)架中建立底盤(pán)需要的主要基準(zhǔn)曲面、曲線、點(diǎn)、坐標(biāo)系。

4.2.1 在骨架模型中建立發(fā)布幾何

由于副車(chē)架、翻轉(zhuǎn)架、翻轉(zhuǎn)油缸組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在構(gòu)建骨架時(shí)考慮應(yīng)用運(yùn)動(dòng)骨架，已底盤(pán)為機(jī)架。移動(dòng)架、提罐油缸組成另外一套伸縮滑塊機(jī)構(gòu)，同樣建立運(yùn)動(dòng)骨架，并以翻轉(zhuǎn)架為機(jī)架。

在機(jī)構(gòu)中機(jī)架中創(chuàng)建底盤(pán)和副車(chē)架幾何信息。這些信息中要包括底盤(pán)大梁主要基準(zhǔn)面、車(chē)軸、輪胎基準(zhǔn)坐標(biāo)，車(chē)架前后可用位置；車(chē)軸軸線數(shù)目、輪距參數(shù)；截面規(guī)格、前后懸；上裝主要基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)坐標(biāo)、主體截面參數(shù)（圖3）。在翻轉(zhuǎn)架的主體骨架中，建立能夠驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)尺寸的幾何信息，在翻轉(zhuǎn)油缸的主體骨架中建立油缸的安裝結(jié)構(gòu)參數(shù)和定義安裝距及行程。如此，建立完成背罐車(chē)整車(chē)的運(yùn)動(dòng)骨架。

圖3 背罐車(chē)骨架示意圖

在這個(gè)整車(chē)骨架中，通過(guò)發(fā)布幾何，將創(chuàng)建部件所需的骨架，通過(guò)發(fā)布幾何方式發(fā)布，供部件工程師建模使用。

骨架設(shè)計(jì)完成發(fā)布幾何后，在整車(chē)總成下創(chuàng)建個(gè)二級(jí)部件模塊，在部件中，創(chuàng)建二級(jí)骨架并將一級(jí)模塊（整車(chē)）中相應(yīng)的發(fā)布幾何復(fù)制過(guò)來(lái)。通過(guò)這種復(fù)制幾何將各部件創(chuàng)建所需的幾何信息復(fù)制過(guò)來(lái)，如此，在創(chuàng)建三級(jí)零部件時(shí)參考復(fù)制過(guò)來(lái)的發(fā)布幾何信息，以完成各零部件具體的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.2.2 通過(guò)布局layout將主參數(shù)發(fā)布

骨架搭建完畢后，創(chuàng)建布局layout（圖4）。布局文件是一個(gè)平臺(tái)文件，在其上可利用“草繪”創(chuàng)建產(chǎn)品的幾何外形輪廓尺寸；為繪制的產(chǎn)品外形增加批注，讓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)概念更明了；在其中建立表格，并將參數(shù)列于其中；建立全局關(guān)系式，定義參數(shù)之間的關(guān)系；建立全局基準(zhǔn)特征：全局基準(zhǔn)面、全局基準(zhǔn)點(diǎn)和全局基準(zhǔn)坐標(biāo)系，讓產(chǎn)品的各個(gè)零件按照全局中的基準(zhǔn)特征進(jìn)行自動(dòng)裝配。

圖4 背罐車(chē)骨架示意圖

在布局layout平臺(tái)中，將一些關(guān)鍵類(lèi)型選擇、參數(shù)值通過(guò)關(guān)系中的表達(dá)式，用條件語(yǔ)句寫(xiě)出。通過(guò)條件語(yǔ)句定義不同駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)類(lèi)型等參數(shù)代號(hào)，在關(guān)系（Relation）中對(duì)不同規(guī)格類(lèi)型部件參數(shù)進(jìn)行定義。至此，所有參數(shù)定義完畢，下一步即是將參數(shù)聲明（Declare layout）出去，提供給后續(xù)的骨架、零部件使用。

將這些判斷性條件和參數(shù)放置在總布置頁(yè)面上，便建立了一個(gè)可視化的平臺(tái)。在做變型設(shè)計(jì)時(shí)，直接通過(guò)布局表格中參數(shù)值選擇、調(diào)整，可生成新車(chē)型。如圖5和圖6是在布局中的表格平臺(tái)（圖4）改變底盤(pán)和上裝等關(guān)鍵參數(shù)后，驅(qū)動(dòng)背罐車(chē)三維數(shù)模變化。

圖5 布局參數(shù)改變前整車(chē)數(shù)模

圖6 布局參數(shù)改變后整車(chē)數(shù)模

5 結(jié) 語(yǔ)

背罐車(chē)作為專(zhuān)用車(chē)的一種，由于底盤(pán)種類(lèi)多、上裝結(jié)構(gòu)有機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，再加之系列化，通過(guò)Pro/e的Top-down設(shè)計(jì)方法，建立標(biāo)準(zhǔn)骨架和運(yùn)動(dòng)骨架，通過(guò)設(shè)計(jì)lay布局這個(gè)參數(shù)平臺(tái)，可將復(fù)雜的設(shè)計(jì)提煉濃縮，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自頂向下的無(wú)縫傳遞，并且這個(gè)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)展變型，方案設(shè)計(jì)和相似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率大大提高；對(duì)已有總成可拓展多種配置，規(guī)范了部件接口，實(shí)現(xiàn)模塊的通用互換，提高零部件通用化率，這將大大提高設(shè)計(jì)效率、提升設(shè)計(jì)能力。