專用車液壓系統(tǒng)CAD三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)研究

陜西汽車控股集團(tuán)有限公司 趙增耀 陳文斌 金開

專用車液壓系統(tǒng)CAD三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)研究

陜西汽車控股集團(tuán)有限公司 趙增耀 陳文斌 金開

針對專用車液壓系統(tǒng)三維CAD設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的BOM結(jié)構(gòu)關(guān)系混亂、層級不合理、各子系統(tǒng)關(guān)系獨(dú)立的現(xiàn)象，分析專用車液壓系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)各零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特性。建立基于三維TOP-DOWN模型設(shè)計(jì)的專用車液壓系統(tǒng)三維，研究專用車液壓系統(tǒng)零部件在整機(jī)三維設(shè)計(jì)開發(fā)中的空間位置定義，明確其隨整機(jī)三維設(shè)計(jì)布置的聯(lián)動性。規(guī)范液壓系統(tǒng)零部件在三維中的TOP-DOWN層級關(guān)系，明確液壓系統(tǒng)零部件在三維設(shè)計(jì)裝配的約束狀態(tài)，為專用車液壓系統(tǒng)三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)提供參考。

專用汽車作業(yè)裝置的直線或回轉(zhuǎn)動作主要是通過液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)的。驅(qū)動執(zhí)行元件動作的動力源主要通過原動機(jī)帶液壓泵提供，并通過控制元件實(shí)現(xiàn)方向、壓力、速度等方面的控制。為構(gòu)成完整的液壓系統(tǒng)，還配套有液壓輔助元件。

目前專用汽車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用CAD二維工程圖或獨(dú)立的三維液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員缺少與整機(jī)設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，導(dǎo)致液壓零部件的裝配與整機(jī)不能聯(lián)動，使得整機(jī)模型在進(jìn)行設(shè)計(jì)改動時，液壓系統(tǒng)關(guān)聯(lián)零部件不能隨動，從而出現(xiàn)裝配錯誤或干涉現(xiàn)象，影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)質(zhì)量。同時，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行液壓系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)時，缺少合理地層級管理和裝配約束。

本文基于CAD三維設(shè)計(jì)軟件，采用先進(jìn)的TOP-DOWN設(shè)計(jì)理念，結(jié)合專用汽車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對專用汽車液壓系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)零部件的協(xié)同設(shè)計(jì)、裝配約束、層級管理進(jìn)行規(guī)范化定義。以滿足專用車液壓系統(tǒng)三維協(xié)同設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，以期為同行液壓系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)提供借鑒[1]。

三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

專用汽車主要由底盤、上裝、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等組成。專用汽車整機(jī)三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)中，液壓系統(tǒng)作為整機(jī)下屬的一級部件，參與整機(jī)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作。下面以液壓系統(tǒng)TOP-DOWN協(xié)同設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行論述。

1.液壓系統(tǒng)三維裝配坐標(biāo)系

液壓系統(tǒng)作為整機(jī)一級部件子系統(tǒng)，依據(jù)TOP-DOWN設(shè)計(jì)理念，需在整機(jī)及子系統(tǒng)坐標(biāo)系中明確液壓系統(tǒng)裝配相對位置，如圖1所示。

從圖1整機(jī)及部件坐標(biāo)系圖中不難發(fā)現(xiàn)，相對整機(jī)絕對坐標(biāo)系，液壓系統(tǒng)坐標(biāo)系可根據(jù)整機(jī)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行移動，使整機(jī)及液壓系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)過程中，液壓系統(tǒng)坐標(biāo)系可根據(jù)整體布局情況進(jìn)行靈活調(diào)整。

圖1 整機(jī)及部件坐標(biāo)系

圖2 液壓系統(tǒng)零部件坐標(biāo)系

圖3 液壓系統(tǒng)樹模型

圖4 液壓油缸裝配關(guān)系

2.液壓系統(tǒng)零部件裝配參考液壓系統(tǒng)坐標(biāo)系

在液壓系統(tǒng)主要零部件裝配時，其裝配位置關(guān)系參考液壓系統(tǒng)整體坐標(biāo)系。如液壓泵、主控閥、液壓油缸等主要液壓元件的裝配，如圖2所示。

從圖2液壓系統(tǒng)主要零部件裝配圖中可以看出，液壓系統(tǒng)主要零部件作為液壓系統(tǒng)子件裝配于液壓系統(tǒng)中，并與液壓系統(tǒng)整體坐標(biāo)系位置附屬關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而可以隨液壓系統(tǒng)整體坐標(biāo)系隨動。

3. 液壓系統(tǒng)EBOM在三維設(shè)計(jì)中的層級管理

液壓系統(tǒng)一級部件作為液壓系統(tǒng)EBOM層級管理的頂級，對液壓系統(tǒng)裝配中的零部件進(jìn)行管理。其裝配零部件相對整機(jī)樹模型為二級部件，如圖3所示。

從圖3整機(jī)樹模型中可以看出，液壓系統(tǒng)裝配的零部件作為液壓系統(tǒng)一級部件的子件進(jìn)行層管理，方便液壓系統(tǒng)EBOM的整理工作，使液壓系統(tǒng)輸出EBOM更加合理準(zhǔn)確。

液壓系統(tǒng)零部件在整機(jī)三維模型裝配約束特點(diǎn)

專用汽車作業(yè)裝置在工作過程中，部分液壓執(zhí)行元件或輔助元件會處于運(yùn)動狀態(tài)。因此，在專用汽車整機(jī)三維TOPDOMN模型設(shè)計(jì)中，必須考慮運(yùn)動液壓元件其自身在整機(jī)模型中裝配約束的情況。

1.液壓油缸在液壓系統(tǒng)裝配約束特點(diǎn)

液壓油缸作為液壓系統(tǒng)中液壓執(zhí)行元件，驅(qū)動專用汽車作業(yè)裝置實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。液壓油缸活塞桿在工作過程中作直線或直線及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，液壓缸筒在工作過程中不動或繞油缸缸底作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

由于液壓油缸在作業(yè)裝置工作中的特點(diǎn)，在液壓系統(tǒng)三維裝配中不能將油缸作為零件裝配。而應(yīng)該以產(chǎn)品組件的形式進(jìn)行裝配，裝配組件作為液壓系統(tǒng)一級部件的子件。其裝配約束關(guān)系采用柔性裝配，這樣可滿足液壓油缸在整機(jī)裝配中的運(yùn)動情況，如圖4所示。

從圖4液壓油缸柔性裝配中可以看出，液壓油缸活塞桿約束主要有三個約束關(guān)系，即活塞桿安裝軸與銷軸的軸相合約束、活塞桿安裝座與作業(yè)裝置面接觸的偏移約束、活塞桿與缸筒的軸相合約束。

依照上述液壓油缸的柔性裝配約束關(guān)系定義，在整機(jī)進(jìn)行三維動態(tài)仿真時，就可以實(shí)現(xiàn)油缸與作業(yè)裝置一同動作。從設(shè)計(jì)的角度來看，可動態(tài)地檢查作業(yè)裝置在運(yùn)動過程中整機(jī)零部件相關(guān)干涉等現(xiàn)象，使整機(jī)在三維設(shè)計(jì)初期就能解決各專業(yè)子系統(tǒng)及子系統(tǒng)自身相關(guān)干涉等問題。

2.膠管總成在液壓系統(tǒng)裝配約束特點(diǎn)

圖5 膠管總成裝配關(guān)系

膠管總成作為液壓系統(tǒng)中液壓輔助元件，主要作用是連接液壓泵、液壓控制元件、液壓執(zhí)行元件等液壓元件，使液壓系統(tǒng)油路實(shí)現(xiàn)連通。

由于膠管總成自身的柔性及不可拆分的特性，其在液壓系統(tǒng)三維裝配中以產(chǎn)品組件的形式裝配，裝配組件作為液壓系統(tǒng)一級部件的子件。膠管總成裝配位置及關(guān)系，如圖5所示。

從圖5膠管總成裝配中可以看出，膠管總成主要由兩個膠管接頭、一個膠管構(gòu)成，膠管接頭采用全約束形式與過渡接頭連接。膠管采用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)完成，在選擇膠管兩端軸線上的點(diǎn)時，選擇膠管接頭上的點(diǎn)，并保持與膠管接頭之間的連接關(guān)系。

依照上述膠管總成的裝配約束關(guān)系定義，在液壓系統(tǒng)主要元件進(jìn)行設(shè)計(jì)位置調(diào)整時，膠管可實(shí)現(xiàn)隨相關(guān)元件的調(diào)整而隨動，從而不用重新定義膠管空間位置。

其他液壓零部件的裝配都采用正常的全約束裝配關(guān)系。

結(jié)語

通過建立專用車液壓系統(tǒng)三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)模型進(jìn)行論述分析，可得出以下結(jié)論：

（1）采用三維TOP-DOWN設(shè)計(jì)方法，液壓系統(tǒng)一次設(shè)計(jì)成功率得到明顯提高。液壓系統(tǒng)EBOM清單整理及輸出時間明顯縮短；

（2）采用參考坐標(biāo)系法建立液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)骨架，方便液壓系統(tǒng)零部件三維空間位置隨整機(jī)模型設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)隨動；

（3）采用柔性裝配關(guān)系，液壓油缸可實(shí)現(xiàn)整機(jī)動態(tài)仿真下帶動作業(yè)裝置聯(lián)動，便于觀察各位置動作情況，并可有效的降低干涉問題。

（4）采用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)，膠管可實(shí)現(xiàn)隨相關(guān)元件的調(diào)整而隨動，從而不用重新定義膠管空間位置。

[1] 翟華,王永成,程東東等.基于三維設(shè)計(jì)的軋鋼機(jī)液壓配管設(shè)計(jì).

2017-08-08