混凝土攪拌運輸車上裝結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計研究

趙致富 段曉峰

（洛陽中集凌宇汽車有限公司，洛陽 471000）

預(yù)計在未來10年，中國的基礎(chǔ)建設(shè)、房地產(chǎn)業(yè)以及高速鐵路與公路的發(fā)展將保持較高的水平。隨著近兩年國家限超政策的出臺，專用汽車出現(xiàn)地域性差異化需求，且市場逐漸向標(biāo)準(zhǔn)方量型攪拌車過渡。與之前大方量攪拌車相比，它的容量縮小近一半。要想保證市場正常運轉(zhuǎn)，攪拌車的數(shù)量需增加一倍[1]。量的倍增，產(chǎn)品的更替，差異化的市場需求，迫使企業(yè)開發(fā)多樣化的攪拌車產(chǎn)品。

1 混凝土攪拌車攪拌系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代的主要成果是對螺旋葉片的參數(shù)對攪拌與出料性能的影響進行了較詳細的定量分析。這些方法都是基于手工計算，工作復(fù)雜[2-3]。隨著科技的進步，開始采用AutoCAD進行二維參數(shù)化設(shè)計，如今多數(shù)企業(yè)已開始向三維軟件（Pro/E、UG、SolidWorks等）轉(zhuǎn)換，甚至已經(jīng)步入?yún)?shù)化建模行列。

2 混凝土攪拌運輸車基本結(jié)構(gòu)

混凝土攪拌運輸車一般由二類底盤和上裝兩部分組成[4]。底盤通常是從主機廠家采購的專用底盤，上裝部分包括罐體、進出料系統(tǒng)、罐體支撐裝置、液壓傳動系統(tǒng)、水氣路系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等部件，如圖1所示。

圖1 混凝土攪拌運輸車基本結(jié)構(gòu)

3 混凝土攪拌運輸車罐體驅(qū)動支撐裝置變化的參數(shù)化建模

3.1 三維軟件參數(shù)化設(shè)計的方法

UG作為一種通用的三維設(shè)計軟件，可以根據(jù)產(chǎn)品需要進行多模塊和多層次的靈活劃分。UG主要采用如下參數(shù)化建模方法。

3.1.1 表達式

參數(shù)化建模的表達式有部件表達式和部件間表達式兩種。部件表達式主要參照部件內(nèi)部，方便部件內(nèi)部建立關(guān)系實現(xiàn)參數(shù)化。部件間表達式是一種部件借用另一種部件的參數(shù)，實現(xiàn)一種部件的變化帶動其他部件跟著變化的功能[5]。

3.1.2 WAVE鏈接

WAVE鏈接的一個功能是在自頂向下的結(jié)構(gòu)件建模中，通過結(jié)構(gòu)件自身的關(guān)聯(lián)與約束，更好且方便地進行參數(shù)化驅(qū)動。WAVE鏈接還可用在零部件間的引用上，主要體現(xiàn)在一種功能件的總成需依附在另一種結(jié)構(gòu)件上進行定位[6]。

3.1.3 規(guī)律曲線方程

在本設(shè)計中，規(guī)律曲線方程主要用在DNA式雙螺旋葉片上，葉片的設(shè)計采用螺旋對數(shù)規(guī)律曲線方程。在不同錐段，螺旋角會隨之發(fā)生改變，參照UG軟件自身的特點，在不同錐段建立不同的坐標(biāo)系，在不同的坐標(biāo)平面上分別建立X、Y和Z方程式，從而建立DNA式螺旋曲線參數(shù)化方程[7-8]。

3.1.4 引用集

引用集是零組件中特定對象的集合，UG軟件默認創(chuàng)建了部分常用引用集，同時支持模型創(chuàng)建者依據(jù)的特殊需要創(chuàng)建額外的引用集。

3.1.5 圖層

UG中，每一圖層可有工作、可選、僅可見和不可見4種狀態(tài)。設(shè)計人員可根據(jù)需要進行模板定制，把建模過程中所用到的基準(zhǔn)、實體、片體和草圖等分別放在不同的圖層中管理，方便后期使用過程中快速查找，或根據(jù)需要進行顯示和隱藏。

3.1.6 干涉檢查

依據(jù)建立的基本原則，對創(chuàng)建的模型進行質(zhì)量檢查，如全面檢查圖層設(shè)置的正確性、整體的干涉情況及草圖是否完全約束等，確保參數(shù)化模型的正確性。

3.2 參數(shù)化的模塊設(shè)計劃分

根據(jù)混凝土攪拌運輸車的結(jié)構(gòu)和功能特點，將其上裝結(jié)構(gòu)劃分為罐體、車架和功能部件3大模塊。其中，罐體模塊包含前錐模塊、中段模塊、過渡錐模塊和后錐模塊；車架模塊包含副車架模塊、進出料系統(tǒng)模塊、爬梯模塊、車架防護模塊、副梁連接模塊和副梁附件模塊；功能部件模塊包含液壓系統(tǒng)模塊、托輪模塊、清洗系統(tǒng)模塊、操縱系統(tǒng)模塊、電路模塊以及標(biāo)識模塊。

3.3 參數(shù)化驅(qū)動的設(shè)計

在功能模塊劃分中，功能部件模塊結(jié)構(gòu)比較固定，不會隨上裝結(jié)構(gòu)的變化發(fā)生改變，因此重點對罐體容積和驅(qū)動車架模塊結(jié)構(gòu)件的變化參數(shù)進行設(shè)計。

第一，確保罐體與副梁最小間隙。根據(jù)方量不同罐體與副梁間隙也不同的情況，創(chuàng)建罐體與副梁間隙表達式，方便在不同方量轉(zhuǎn)變時調(diào)節(jié)罐體最小間隙。第二，根據(jù)前后臺角度與罐體角度之間存在的恒定函數(shù)關(guān)系，建立罐體角度與前后臺角度的關(guān)系表達式，從而使罐體角度驅(qū)動前后臺角度的變化。第三，利用罐體參數(shù)（角度、直徑和節(jié)圓長度等）與前后臺中心高度和罐體葉片之間存在的函數(shù)位置關(guān)系建立函數(shù)關(guān)系表達式，從而驅(qū)動前后臺中心高度和葉片發(fā)生變化。第四，根據(jù)不同底盤大梁寬度不同影響其前臺寬度的變化不同，建立大梁寬度與前臺寬度之間的函數(shù)表達式關(guān)系，由大梁寬度驅(qū)動前臺寬度發(fā)生變化。第五，通過之前確定的前后臺角度及中心高度等尺寸與前后臺其他零部件建立表達式，從而確定前后臺總成結(jié)構(gòu)。其他零部件之間關(guān)系建立方法類同。另外，參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計需要達到罐體參數(shù)的變化驅(qū)動整體上裝其他零部件變化的目的，各部分表達式的具體參數(shù)如圖2所示。

圖2 各部分表達式的具體參數(shù)

4 結(jié)語

本文主要運用UG三維軟件進行參數(shù)化建模，將混凝土攪拌運輸車上裝部分結(jié)構(gòu)件進行自頂向下的參數(shù)化設(shè)計，靈活運用表達式、WAVE連接和零部件之間的函數(shù)關(guān)系等，實現(xiàn)罐體參數(shù)的變化帶動上裝其他零部件的結(jié)構(gòu)跟隨發(fā)生變化的功能，從而實現(xiàn)三維模型的快速建模，達到快速設(shè)計與開發(fā)的目的。