基于TP-DWN的背罐车三维平台设计

裴志军/ PEI Zhi-jun

（华菱星马汽车（集团）股份有限公司，安徽 马鞍山 243061）

近年，随着建设部等六部、局出台在部分城市限期禁止现场搅拌水泥砂浆政策以来，全国各地都在大力推广预拌砂浆，大中城市散装化运输成为一种必然趋势，这带动了背罐车需求量急剧增大，种类越来越多。

背罐车功能是将干混砂浆散装移动筒仓从干混砂浆生产厂运送到工地或工地之间的搬运。通过液压系统与装卸翻转机构的协同动作，可自动托起干混砂浆散装移动筒仓并将其纵卧在自身的车架上，实现移动筒仓的快速装卸与运输，图1。

图1 背罐车

要建立背罐车的三维设计平台，须先考虑多种类底盘参数差异，其次考虑上装化规格的主参数，再次要将这些主要参数反映到一个可视化平台上，在这个平台上要可以实现零件和部件类型的选装、主参数的选择和传递，并通过这种平台上参数的设置实现结构的变型和机构的运动。

如果这种三维设计平台建立起来，设计人员的工作量将大大减少，并且通过这种平台化的建设，在产品设计过程中能检测设计缺陷、提炼产品的设计规范，将技术人员的设计经验、设计过程和设计理论形成企业产品设计知识库。本文主要介绍利用Pro/E中Top-down设计思想，建立三维参数设计平台，可以极大地缩短产品的设计周期，提高设计效率。

1 背罐车架构

背罐车底盘部分按功能结构分为副车架总成、翻转架总成、移动架总成、传动系统、液压系统、防护系统等。背罐车上装副车架固定于底盘大梁上，翻转架、副车架、翻转油缸组成曲柄滑块机构，移动架、提罐油缸以翻转架为机架，组成另外一套伸缩滑块机构。后支腿油缸安装于副车架上，单独动作。

如果底盘厂能够提供收缩包络图，在该图上设计安装基准、定位坐标等，即可直接调用。如果底盘厂没有提供，则需设计底盘数模，要能实现驱动型式的变化，以及与上装发生关联的参数变化，如大梁宽度、PT的位置参数等。

2 平台设计目标

1）通过布局lay这个文件平台，可以实现数值型参数控制（零部件尺寸），字符串型参数控制（用于零件或部件模块的选型调用、控制部件用于结构尺寸变型或机构运动的选择等）。

2）整车骨架设计要有明确设计意图,整车骨架（skel文件）要能充分体现Top-down设计理念,可实现零部件装配关系、结构参数的驱动。

3）能够实行并行工程设计。即可有多位工程师分工完成整车设计，且共用顶层数据。

3 基于Top-down的三维平台设计思路

采用自顶向下设计方法，先建立产品总体设计信息放在总配置的高层，即建立总成骨架和总成布局参数，然后分解部件的总体设计信息，在总成骨架中发布针对各个部件的几何，再将各部件发布几何信息传递到下游的相应部件总成结构中去。这样总体设计信息发生改变时，部件总成及相应零件可以关联修改，并且相关部件分解给多位工程师完成部件级别设计，这样整车总成便实现了并行设计。

参数骨架是模块化设计的重要环节。第一级参数骨架（图2）控制整车参数，一级参数通过关系传递给一级模块（整车）的设计骨架，用来驱动一级模块的模型设计。骨架由总体设计师创建。第二级参数骨架控制二级模块的参数，传递给二级模块的设计骨架，用来驱动二级模块（部件）的模型设计。它由部件设计师创建。第三级参数骨架部件设计师根据部件结构需要，创建用于控制分部件或零件的参数。

图2 背罐车三维平台架构示意图

整车布局平台的参数传递路线一般分为两种：一是传递给各级骨架（线路A），大多是传递数值型参数，用于控制模型的截面尺寸；二是传递给各级总成，大多传递的是字符串型的参数，用于控制部件或零件的选型。一般不建议用布局平台参数直接控制零部件尺寸（不通过骨架）。

4 基于Top-down的三维平台技术方案

4.1 创建骨架模型

骨架模型主要是为了确立产品中各部件间的相互约束，这些约束包括确定零部件之间位置的装配约束关系、对主要零部件的截面尺寸的约束。

创建背罐车整车主骨架。背罐车总成骨架要表达后续零部件创建所需要的曲面、曲线、零件的安装坐标系信息，和相对运动信息。

4.2 基于骨架模型的零部件设计

根据背罐车的运动机构特征，建立背罐车整车骨架时，选用运动骨架模式建立模型参照。机架为底盘和副车架，在机架中建立底盘需要的主要基准曲面、曲线、点、坐标系。

4.2.1 在骨架模型中建立发布几何

由于副车架、翻转架、翻转油缸组成曲柄滑块机构，在构建骨架时考虑应用运动骨架，已底盘为机架。移动架、提罐油缸组成另外一套伸缩滑块机构，同样建立运动骨架，并以翻转架为机架。

在机构中机架中创建底盘和副车架几何信息。这些信息中要包括底盘大梁主要基准面、车轴、轮胎基准坐标，车架前后可用位置；车轴轴线数目、轮距参数；截面规格、前后悬；上装主要基准面、基准点、基准坐标、主体截面参数（图3）。在翻转架的主体骨架中，建立能够驱动翻转架结构尺寸的几何信息，在翻转油缸的主体骨架中建立油缸的安装结构参数和定义安装距及行程。如此，建立完成背罐车整车的运动骨架。

图3 背罐车骨架示意图

在这个整车骨架中，通过发布几何，将创建部件所需的骨架，通过发布几何方式发布，供部件工程师建模使用。

骨架设计完成发布几何后，在整车总成下创建个二级部件模块，在部件中，创建二级骨架并将一级模块（整车）中相应的发布几何复制过来。通过这种复制几何将各部件创建所需的几何信息复制过来，如此，在创建三级零部件时参考复制过来的发布几何信息，以完成各零部件具体的三维结构设计。

4.2.2 通过布局layout将主参数发布

骨架搭建完毕后，创建布局layout（图4）。布局文件是一个平台文件，在其上可利用“草绘”创建产品的几何外形轮廓尺寸；为绘制的产品外形增加批注，让产品的设计概念更明了；在其中建立表格，并将参数列于其中；建立全局关系式，定义参数之间的关系；建立全局基准特征：全局基准面、全局基准点和全局基准坐标系，让产品的各个零件按照全局中的基准特征进行自动装配。

图4 背罐车骨架示意图

在布局layout平台中，将一些关键类型选择、参数值通过关系中的表达式，用条件语句写出。通过条件语句定义不同驾驶室、发动机、液压系统类型等参数代号，在关系（Relation）中对不同规格类型部件参数进行定义。至此，所有参数定义完毕，下一步即是将参数声明（Declare layout）出去，提供给后续的骨架、零部件使用。

将这些判断性条件和参数放置在总布置页面上，便建立了一个可视化的平台。在做变型设计时，直接通过布局表格中参数值选择、调整，可生成新车型。如图5和图6是在布局中的表格平台（图4）改变底盘和上装等关键参数后，驱动背罐车三维数模变化。

图5 布局参数改变前整车数模

图6 布局参数改变后整车数模

5 结 语

背罐车作为专用车的一种，由于底盘种类多、上装结构有机构运动，再加之系列化，通过Pro/e的Top-down设计方法，建立标准骨架和运动骨架，通过设计lay布局这个参数平台，可将复杂的设计提炼浓缩，实现数据自顶向下的无缝传递，并且这个平台可以实现快速扩展变型，方案设计和相似结构设计效率大大提高；对已有总成可拓展多种配置，规范了部件接口，实现模块的通用互换，提高零部件通用化率，这将大大提高设计效率、提升设计能力。