城市轨道交通车辆空调三维参数化设计研究

刘小龙

摘要：本次研究依据SolidWorks软件平台作为依据，对城市轨道交通车辆空调的三维参数化设计情况进行分析，提出科学的三维参数化设计方法，保证零部件能够科学、自动化的配置，优化设计与结构分析，也使城市轨道交通车辆空调的三维参数化有科学的设计方法。

关键词：城市轨道；交通车辆；空调；三维参数化；设计

近些年来，城市轨道交通车辆空调实现了很好的发展，其质量、技术性能得到提升，但是在产品开发、设计、工艺等方面还存在一定滞后性，所以需要积极开发城市轨道车辆空调三维设计。SolidWorks是一种三维设计软件[1]，能够使产品设计、生产集中起来，对空调机组结构布局进行优化设计，提高工作效率以及准确性。

一、城市轨道交通车辆空调结构布局分析

当前我国城市轨道交通车辆空调结构，依据送回风形式的不同可以分为4种，分别是双侧送风、回风型；双侧送风、底部双回风型；底部双侧送风、单回风型；单侧送风、底部单回风型。下面就双侧送风、底部双回风的城市轨道车辆空调结构形式进行分析。

该空调机组主要分为5种功能段，分别是左右蒸发室、冷凝室、蒸发室盖、冷凝室盖等。不同功能段的用途是不同的，具有冷却、送风、回风以及除湿的效果。送风机、冷凝风机、冷凝器、压缩机、蒸发器等部件处于机组的不同功能段。

二、城市轨道交通车辆空调壳体三维参数化设计

一般有两种方法进行参数化设计，首先是通过程序进行三维参数化设计，这种方法的编程量是比较大的，要有专门的程序设计人员进行操作，其拓展和灵活性不强。其次是使用CAD系统的参数化功能对模型进行变量驱动，对模型的约束关系以及几何尺寸进行控制。在编辑模型时，用户直接对变量修改就可以，优势是比较明显的，本文研究的SolidWorks软件与第二种相适应[2]。

（一）建立空调壳体的骨架模型

结合客户的要求，对空调外型尺寸以及空调机组横截面形状需要对空调壳体的骨架模型进行建立。依据客户提供的数据对顶面、底面宽度、最大高度、倾斜角进行确定，并利用机组长度以及冷凝器长度对蒸发单位长度、冷凝单元长度进行计算。对于送风和回风口需要与客户进行协商，最终确定。

（二）建立三维模型

依据功能段可以将空调壳体分为5部分，分别是左、右蒸发室壳体、冷凝室壳体、蒸发室盖、冷凝室盖。空调壳体是由钣金件构成的，先进行铆接，然后再焊接。建模的过程如下。

左、右蒸发室壳体模型的建立是相同的，左、右蒸发室壳体外型尺寸的底面宽度、蒸发单元长度、最大高度以及倾斜角等参数是由外部几何复制壳体骨架模型得到的，并且与骨架模型是同步的。蒸发室壳体主要包括15件钣金件，骨架模型会影响外型尺寸的大小。

以1号前端板对建模过程进行分析，第一壁的建立是最为关键的，需要受到骨架模型的限制，并增加其它特点，最后进行校验，其安装位置是缺省的，其余部件的三维模型建立过程与此类似。

第1，建立零件FRONT PLANT.PRT，在子类型中选择“钣金件”；

第2，按照插入、共享数据、复制几何，将骨架模型中截面形状作为依据进行复制；

第3，建立第一壁，依据参照复制几何形成截面形状，其厚度一般在0.15cm左右；

第4，切除部分，上部切除2.5cm左右，下部以及左右两侧需要切除0.15cm左右[3]；

第5，对凸缘进行拉伸，并切除送风口等；

第6，展平进行校验，对零件进行建模。

在建立冷凝室壳体模型时，冷凝室壳体外型尺寸底面与顶面宽度、冷凝单位长度、最大高度以及倾斜角等参数是由外部几何复制骨架模型得到的，并且与骨架模型是同步的。冷凝室壳体主要包括23件钣金件，骨架模型会对其尺寸产生影响。

建立蒸发室盖模型，其外型尺寸的顶面与底面宽度、蒸发单位长度、倾斜角等是通过骨架模型进行继承得来的，与骨架模型同步，尺寸会受到骨架模型的影响。

空调壳体三维模型建立完成，壳体是由钣金折弯件进行连接构成的，能够使成型的尺寸得到保证。不同零部件的位置是缺省的，不需要再装配。开展整体干涉校验，避免零件之间会受到干扰。赋予零件材料时，要自动化的对零件及组件的重量进行计算，并重心位置进行计算，并明确产品对X轴、Y轴、Z轴的转动惯量[4]，生成报表以及模型。

三、城市轨道交通车辆空调安装

车辆空调壳体模型完成之后，需要将送风机、冷凝风机、冷凝器、蒸发器以及压缩机等部件安装到壳体中，同时进行干涉校验，对部件安装的位置以及局部的合理性进行分析，使其满足设计需要。SolidWorks中对装配体进行干涉检查时，主要有两种，分别是动态和静态。装配空调机组时，有运动关系零件间的装配是比较少的，因此主要通过静态干涉的方法进行检查。

此外还需要科学的布置制冷管路以及电控元器件，保证空调机组的设计顺利完成。

四、结语

總之，本次研究的城市轨道交通车辆空调三维参数化设计能够使产品生产时间缩短，使其竞争优势更加明显。同时减少设计误差，避免设计图纸被频繁的修改。使用骨架模型时，能够对装配的尺寸以及结构进行控制，依据骨架模型对零件进行设计，能够使设计错误减少，降低错误率，也使开发制作成本减少。利用相关模块进行有限元分析，使零件与力学需要相适应，让质量变轻，结构更加合理。现如今城市轨道交通车辆空调有很多种类结构，但标准却并不统一，当前大铁路车辆空调产品接口是统一的，因此城市轨道交通车辆空调的设计人员也希望有统一的标准进行空调接口结构形式设计，保证其能够在不同城市、线路中通用。

参考文献：

[1]宋志强，史青录，陈艳，于慧艳，杜妮丝.轿车空调参数自调整模糊控制的仿真研究[J].机械工程与自动化，2014（04）：147149.

[2]黄允东，杨海峰.城市轨道交通车辆空调三维参数化设计[J].城市轨道交通研究，2012，15（08）：6770.

[3]高甫生.空调机组热工参数三定律与建立特性曲线的新方法[J].暖通空调，2011，41（09）：120127.

[4]管劲浩.汽车空调参数自调整模糊控制的研究[J].汽车维修，2010（10）：2123.