混凝土搅拌运输车上装结构参数化设计研究

时间：2024-07-28

赵致富段晓峰

（洛阳中集凌宇汽车有限公司，洛阳 471000）

预计在未来10年，中国的基础建设、房地产业以及高速铁路与公路的发展将保持较高的水平。随着近两年国家限超政策的出台，专用汽车出现地域性差异化需求，且市场逐渐向标准方量型搅拌车过渡。与之前大方量搅拌车相比，它的容量缩小近一半。要想保证市场正常运转，搅拌车的数量需增加一倍[1]。量的倍增，产品的更替，差异化的市场需求，迫使企业开发多样化的搅拌车产品。

1 混凝土搅拌车搅拌系统国内外研究现状

20世纪80年代的主要成果是对螺旋叶片的参数对搅拌与出料性能的影响进行了较详细的定量分析。这些方法都是基于手工计算，工作复杂[2-3]。随着科技的进步，开始采用AutoCAD进行二维参数化设计，如今多数企业已开始向三维软件（Pro/E、UG、SolidWorks等）转换，甚至已经步入参数化建模行列。

2 混凝土搅拌运输车基本结构

混凝土搅拌运输车一般由二类底盘和上装两部分组成[4]。底盘通常是从主机厂家采购的专用底盘，上装部分包括罐体、进出料系统、罐体支撑装置、液压传动系统、水气路系统和操纵系统等部件，如图1所示。

图1 混凝土搅拌运输车基本结构

3 混凝土搅拌运输车罐体驱动支撑装置变化的参数化建模

3.1 三维软件参数化设计的方法

UG作为一种通用的三维设计软件，可以根据产品需要进行多模块和多层次的灵活划分。UG主要采用如下参数化建模方法。

3.1.1 表达式

参数化建模的表达式有部件表达式和部件间表达式两种。部件表达式主要参照部件内部，方便部件内部建立关系实现参数化。部件间表达式是一种部件借用另一种部件的参数，实现一种部件的变化带动其他部件跟着变化的功能[5]。

3.1.2 WAVE链接

WAVE链接的一个功能是在自顶向下的结构件建模中，通过结构件自身的关联与约束，更好且方便地进行参数化驱动。WAVE链接还可用在零部件间的引用上，主要体现在一种功能件的总成需依附在另一种结构件上进行定位[6]。

3.1.3 规律曲线方程

在本设计中，规律曲线方程主要用在DNA式双螺旋叶片上，叶片的设计采用螺旋对数规律曲线方程。在不同锥段，螺旋角会随之发生改变，参照UG软件自身的特点，在不同锥段建立不同的坐标系，在不同的坐标平面上分别建立X、Y和Z方程式，从而建立DNA式螺旋曲线参数化方程[7-8]。

3.1.4 引用集

引用集是零组件中特定对象的集合，UG软件默认创建了部分常用引用集，同时支持模型创建者依据的特殊需要创建额外的引用集。

3.1.5 图层

UG中，每一图层可有工作、可选、仅可见和不可见4种状态。设计人员可根据需要进行模板定制，把建模过程中所用到的基准、实体、片体和草图等分别放在不同的图层中管理，方便后期使用过程中快速查找，或根据需要进行显示和隐藏。

3.1.6 干涉检查

依据建立的基本原则，对创建的模型进行质量检查，如全面检查图层设置的正确性、整体的干涉情况及草图是否完全约束等，确保参数化模型的正确性。

3.2 参数化的模块设计划分

根据混凝土搅拌运输车的结构和功能特点，将其上装结构划分为罐体、车架和功能部件3大模块。其中，罐体模块包含前锥模块、中段模块、过渡锥模块和后锥模块；车架模块包含副车架模块、进出料系统模块、爬梯模块、车架防护模块、副梁连接模块和副梁附件模块；功能部件模块包含液压系统模块、托轮模块、清洗系统模块、操纵系统模块、电路模块以及标识模块。

3.3 参数化驱动的设计

在功能模块划分中，功能部件模块结构比较固定，不会随上装结构的变化发生改变，因此重点对罐体容积和驱动车架模块结构件的变化参数进行设计。

第一，确保罐体与副梁最小间隙。根据方量不同罐体与副梁间隙也不同的情况，创建罐体与副梁间隙表达式，方便在不同方量转变时调节罐体最小间隙。第二，根据前后台角度与罐体角度之间存在的恒定函数关系，建立罐体角度与前后台角度的关系表达式，从而使罐体角度驱动前后台角度的变化。第三，利用罐体参数（角度、直径和节圆长度等）与前后台中心高度和罐体叶片之间存在的函数位置关系建立函数关系表达式，从而驱动前后台中心高度和叶片发生变化。第四，根据不同底盘大梁宽度不同影响其前台宽度的变化不同，建立大梁宽度与前台宽度之间的函数表达式关系，由大梁宽度驱动前台宽度发生变化。第五，通过之前确定的前后台角度及中心高度等尺寸与前后台其他零部件建立表达式，从而确定前后台总成结构。其他零部件之间关系建立方法类同。另外，参数化驱动设计需要达到罐体参数的变化驱动整体上装其他零部件变化的目的，各部分表达式的具体参数如图2所示。

图2 各部分表达式的具体参数