基于Top-Down方法的平地机前桥系统研究

平地机的主要功用是大面积平整地及养路筑路。而前桥系统作为平地机的重要组成部分，其主要用于转向和支撑，它由前桥转向装置、倾斜装置、支撑装置组成。前桥系统的各运动性能指标直接影响着平地机整机的性能，因而前桥系统的设计及运动模拟至关重要。

传统的前桥系统设计采用的是“自下而上”的模式，即先完成零件设计，然后再装配到部件总成，最后在装配体中通过配合模拟前桥系统各运动。当前，由于用户个性化需求的不断增多，传统的设计模式，设计人员不能很好而快速地实现模型的更改及运动模拟，而将Top-Down[1]研究方法应用于前桥系统的设计可实现部件的快速运动模拟及快速变形，该方法缩短了部件的设计周期，提高了设计效率。

1 基于Top-Down的方法设计平地机前桥系统

1.1 Top-Down设计概念引入

Top-Down是一种“自顶向下” 的设计工具和方法，既从产品结构的顶层，向下给被影响的子系统组织并传递设计意图。这种方法能够快捷而更加有效地测试新的模型，校验运动范围，检查干涉，让复杂的设计简单化。

1.2 “自顶向下”的设计方法

“自顶向下”设计即通过搭建整体布局图并设定参考的相关性，再将总体的设计意图传递到各个下级零部件，最后开始领部件详细设计。这种设计方法的总体设计概念意图清晰明确，设计无需凑配合，通过骨架和布局实现配合关系，定制产品时可以加快设计速度，大幅度缩短产品设计周期。

2 平地机前桥系统三维模型设计

平地机前桥系统采用“自顶向下”的设计方法。首先产品主管将部件设计参数传递到部件设计主管，进而部件设计人员完成部件设。

2.1 创建前桥系统的运动骨架

平地机前桥系统设计时需要满足转向、倾斜以及转向等运动性能，因而可以使用运动骨架进行自上而下设计，在零部件详细设计之前，使用运动骨架进行关键零件的关键尺寸定义与运动模拟，提高了部件的设计质量和设计的成功率。

前桥运动骨架建立时，主要确定关键零件的尺寸特征，主要包括前桥体基础骨架、右倾斜关节主体骨架、、左倾斜关节主体骨架、倾斜拉杆主体骨架、右转向关节主体骨架、左转向关节主体骨架、转向拉杆主体骨架、转向油缸缸筒及活塞杆主体骨架、倾斜油缸缸筒及活塞杆主体骨架、前桥运动骨架完成的示意图，如图1所示。

图1 前桥系统的运动骨架

2.2 前桥系统快照的建立

使用快照约束定义前桥系统的关键位置快照，以及控制机构的特定运动，包括摆动、倾斜、转向以及左轮最大转向、右轮最大转向、左侧最大倾斜、右侧最大倾斜等，如图2所示。

图2 前桥系统关键位置快照

通过前桥系统的关键位置快照可以快速地获取前桥复合运动的空间结构设计，分析前桥结构及各部件的运动关系。如图3所示，左（一）为前桥左轮最大转向位置、右（一）为前桥右轮最大转向位置、左（二）为前桥右侧最大倾斜位置、右（二）为前桥左侧最大倾斜位置。同时通过快照以及运动关系建立，可以实时显示前桥倾斜油缸及摆动油缸安装距，如图4所示。

图3 前桥各极限位置快照

图4 油缸实时显示示意图

2.3 前桥关键零部件详细设计

运动骨架是基于关键零部件的特征尺寸建立的，因而可通过复制几何的方式将关键尺寸信息传递到下级部件零件中，既可快速地完成零部件的详细尺寸设计，例如前桥体设计，见图5。

图5 前桥体参考骨架模型

运动骨架中已经确定出前桥体的几个关键孔的位置，通过发布几何和复制几何的功能，可以实现将运动骨架中的信息传递到前桥下级部件前桥体中，设计人员可根据设计需要细化传递过来的参考骨架，为后续零部件设计做准备。

由于零部件设计遵循这种“自上而下”传递关系，因而设计需要变更时，只需要更改最上层的关键尺寸参数，同时更新模型即可得到新的模型，这种方法既快速又准确。

3 结 语

目前，Top-Down[2]这种设计方法已经广泛应用在各行业，这种“自上而下”的设计工具和方法，不仅提高了产品的设计质量，同时也大大提高了设计人员的工作效率，极大缩短了产品的设计周期，增强了企业的竞争力，该方法在产品设计中的应用也取得了显著的成效，为设计人员提供了更好更广的设计平台。

[参考文献]

[1]裴志军．基于Pro/E的搅拌车Top-down三维设计[J]．工程机械，2013，(8)：31-36.

[2]王力全，邵 娟，王海龙，等．Top-Down设计在掘进机中的应用[J]．煤矿机械，2012，(9)：234-235.