基于Top-Down方法的平地機前橋系統研究

平地機的主要功用是大面積平整地及養路筑路。而前橋系統作為平地機的重要組成部分，其主要用于轉向和支撐，它由前橋轉向裝置、傾斜裝置、支撐裝置組成。前橋系統的各運動性能指標直接影響著平地機整機的性能，因而前橋系統的設計及運動模擬至關重要。

傳統的前橋系統設計采用的是“自下而上”的模式，即先完成零件設計，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各運動。當前，由于用戶個性化需求的不斷增多，傳統的設計模式，設計人員不能很好而快速地實現模型的更改及運動模擬，而將Top-Down[1]研究方法應用于前橋系統的設計可實現部件的快速運動模擬及快速變形，該方法縮短了部件的設計周期，提高了設計效率。

1 基于Top-Down的方法設計平地機前橋系統

1.1 Top-Down設計概念引入

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

1.2 “自頂向下”的設計方法

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

2 平地機前橋系統三維模型設計

平地機前橋系統采用“自頂向下”的設計方法。首先產品主管將部件設計參數傳遞到部件設計主管，進而部件設計人員完成部件設。

2.1 創建前橋系統的運動骨架

平地機前橋系統設計時需要滿足轉向、傾斜以及轉向等運動性能，因而可以使用運動骨架進行自上而下設計，在零部件詳細設計之前，使用運動骨架進行關鍵零件的關鍵尺寸定義與運動模擬，提高了部件的設計質量和設計的成功率。

前橋運動骨架建立時，主要確定關鍵零件的尺寸特征，主要包括前橋體基礎骨架、右傾斜關節主體骨架、、左傾斜關節主體骨架、傾斜拉桿主體骨架、右轉向關節主體骨架、左轉向關節主體骨架、轉向拉桿主體骨架、轉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、前橋運動骨架完成的示意圖，如圖1所示。

圖1 前橋系統的運動骨架

2.2 前橋系統快照的建立

使用快照約束定義前橋系統的關鍵位置快照，以及控制機構的特定運動，包括擺動、傾斜、轉向以及左輪最大轉向、右輪最大轉向、左側最大傾斜、右側最大傾斜等，如圖2所示。

圖2 前橋系統關鍵位置快照

通過前橋系統的關鍵位置快照可以快速地獲取前橋復合運動的空間結構設計，分析前橋結構及各部件的運動關系。如圖3所示，左（一）為前橋左輪最大轉向位置、右（一）為前橋右輪最大轉向位置、左（二）為前橋右側最大傾斜位置、右（二）為前橋左側最大傾斜位置。同時通過快照以及運動關系建立，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 前橋關鍵零部件詳細設計

運動骨架是基于關鍵零部件的特征尺寸建立的，因而可通過復制幾何的方式將關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尺寸設計，例如前橋體設計，見圖5。

圖5 前橋體參考骨架模型

運動骨架中已經確定出前橋體的幾個關鍵孔的位置，通過發布幾何和復制幾何的功能，可以實現將運動骨架中的信息傳遞到前橋下級部件前橋體中，設計人員可根據設計需要細化傳遞過來的參考骨架，為后續零部件設計做準備。

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

3 結 語

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

[參考文獻]

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

[2]王力全，邵 娟，王海龍，等．Top-Down設計在掘進機中的應用[J]．煤礦機械，2012，(9)：234-235.