平地機(jī)的主要功用是大面積平整地及養(yǎng)路筑路。而前橋系統(tǒng)作為平地機(jī)的重要組成部分，其主要用于轉(zhuǎn)向和支撐，它由前橋轉(zhuǎn)向裝置、傾斜裝置、支撐裝置組成。前橋系統(tǒng)的各運(yùn)動性能指標(biāo)直接影響著平地機(jī)整機(jī)的性能，因而前橋系統(tǒng)的設(shè)計及運(yùn)動模擬至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的前橋系統(tǒng)設(shè)計采用的是“自下而上”的模式，即先完成零件設(shè)計，然后再裝配到部件總成，最后在裝配體中通過配合模擬前橋系統(tǒng)各運(yùn)動。當(dāng)前，由于用戶個性化需求的不斷增多，傳統(tǒng)的設(shè)計模式，設(shè)計人員不能很好而快速地實現(xiàn)模型的更改及運(yùn)動模擬，而將Top-Down[1]研究方法應(yīng)用于前橋系統(tǒng)的設(shè)計可實現(xiàn)部件的快速運(yùn)動模擬及快速變形，該方法縮短了部件的設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率。

1 基于Top-Down的方法設(shè)計平地機(jī)前橋系統(tǒng)

1.1 Top-Down設(shè)計概念引入

Top-Down是一種“自頂向下” 的設(shè)計工具和方法，既從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的頂層，向下給被影響的子系統(tǒng)組織并傳遞設(shè)計意圖。這種方法能夠快捷而更加有效地測試新的模型，校驗運(yùn)動范圍，檢查干涉，讓復(fù)雜的設(shè)計簡單化。

1.2 “自頂向下”的設(shè)計方法

“自頂向下”設(shè)計即通過搭建整體布局圖并設(shè)定參考的相關(guān)性，再將總體的設(shè)計意圖傳遞到各個下級零部件，最后開始領(lǐng)部件詳細(xì)設(shè)計。這種設(shè)計方法的總體設(shè)計概念意圖清晰明確，設(shè)計無需湊配合，通過骨架和布局實現(xiàn)配合關(guān)系，定制產(chǎn)品時可以加快設(shè)計速度，大幅度縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。

2 平地機(jī)前橋系統(tǒng)三維模型設(shè)計

平地機(jī)前橋系統(tǒng)采用“自頂向下”的設(shè)計方法。首先產(chǎn)品主管將部件設(shè)計參數(shù)傳遞到部件設(shè)計主管，進(jìn)而部件設(shè)計人員完成部件設(shè)。

2.1 創(chuàng)建前橋系統(tǒng)的運(yùn)動骨架

平地機(jī)前橋系統(tǒng)設(shè)計時需要滿足轉(zhuǎn)向、傾斜以及轉(zhuǎn)向等運(yùn)動性能，因而可以使用運(yùn)動骨架進(jìn)行自上而下設(shè)計，在零部件詳細(xì)設(shè)計之前，使用運(yùn)動骨架進(jìn)行關(guān)鍵零件的關(guān)鍵尺寸定義與運(yùn)動模擬，提高了部件的設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計的成功率。

前橋運(yùn)動骨架建立時，主要確定關(guān)鍵零件的尺寸特征，主要包括前橋體基礎(chǔ)骨架、右傾斜關(guān)節(jié)主體骨架、、左傾斜關(guān)節(jié)主體骨架、傾斜拉桿主體骨架、右轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)主體骨架、左轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)主體骨架、轉(zhuǎn)向拉桿主體骨架、轉(zhuǎn)向油缸缸筒及活塞桿主體骨架、傾斜油缸缸筒及活塞桿主體骨架、前橋運(yùn)動骨架完成的示意圖，如圖1所示。

圖1 前橋系統(tǒng)的運(yùn)動骨架

2.2 前橋系統(tǒng)快照的建立

使用快照約束定義前橋系統(tǒng)的關(guān)鍵位置快照，以及控制機(jī)構(gòu)的特定運(yùn)動，包括擺動、傾斜、轉(zhuǎn)向以及左輪最大轉(zhuǎn)向、右輪最大轉(zhuǎn)向、左側(cè)最大傾斜、右側(cè)最大傾斜等，如圖2所示。

圖2 前橋系統(tǒng)關(guān)鍵位置快照

通過前橋系統(tǒng)的關(guān)鍵位置快照可以快速地獲取前橋復(fù)合運(yùn)動的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析前橋結(jié)構(gòu)及各部件的運(yùn)動關(guān)系。如圖3所示，左（一）為前橋左輪最大轉(zhuǎn)向位置、右（一）為前橋右輪最大轉(zhuǎn)向位置、左（二）為前橋右側(cè)最大傾斜位置、右（二）為前橋左側(cè)最大傾斜位置。同時通過快照以及運(yùn)動關(guān)系建立，可以實時顯示前橋傾斜油缸及擺動油缸安裝距，如圖4所示。

圖3 前橋各極限位置快照

圖4 油缸實時顯示示意圖

2.3 前橋關(guān)鍵零部件詳細(xì)設(shè)計

運(yùn)動骨架是基于關(guān)鍵零部件的特征尺寸建立的，因而可通過復(fù)制幾何的方式將關(guān)鍵尺寸信息傳遞到下級部件零件中，既可快速地完成零部件的詳細(xì)尺寸設(shè)計，例如前橋體設(shè)計，見圖5。

圖5 前橋體參考骨架模型

運(yùn)動骨架中已經(jīng)確定出前橋體的幾個關(guān)鍵孔的位置，通過發(fā)布幾何和復(fù)制幾何的功能，可以實現(xiàn)將運(yùn)動骨架中的信息傳遞到前橋下級部件前橋體中，設(shè)計人員可根據(jù)設(shè)計需要細(xì)化傳遞過來的參考骨架，為后續(xù)零部件設(shè)計做準(zhǔn)備。

由于零部件設(shè)計遵循這種“自上而下”傳遞關(guān)系，因而設(shè)計需要變更時，只需要更改最上層的關(guān)鍵尺寸參數(shù)，同時更新模型即可得到新的模型，這種方法既快速又準(zhǔn)確。

3 結(jié) 語

目前，Top-Down[2]這種設(shè)計方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各行業(yè)，這種“自上而下”的設(shè)計工具和方法，不僅提高了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，同時也大大提高了設(shè)計人員的工作效率，極大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力，該方法在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用也取得了顯著的成效，為設(shè)計人員提供了更好更廣的設(shè)計平臺。

[參考文獻(xiàn)]

[1]裴志軍．基于Pro/E的攪拌車Top-down三維設(shè)計[J]．工程機(jī)械，2013，(8)：31-36.

[2]王力全，邵 娟，王海龍，等．Top-Down設(shè)計在掘進(jìn)機(jī)中的應(yīng)用[J]．煤礦機(jī)械，2012，(9)：234-235.