城市軌道交通車輛空調三維參數化設計研究

劉小龍

摘要：本次研究依據SolidWorks軟件平臺作為依據，對城市軌道交通車輛空調的三維參數化設計情況進行分析，提出科學的三維參數化設計方法，保證零部件能夠科學、自動化的配置，優化設計與結構分析，也使城市軌道交通車輛空調的三維參數化有科學的設計方法。

關鍵詞：城市軌道；交通車輛；空調；三維參數化；設計

近些年來，城市軌道交通車輛空調實現了很好的發展，其質量、技術性能得到提升，但是在產品開發、設計、工藝等方面還存在一定滯后性，所以需要積極開發城市軌道車輛空調三維設計。SolidWorks是一種三維設計軟件[1]，能夠使產品設計、生產集中起來，對空調機組結構布局進行優化設計，提高工作效率以及準確性。

一、城市軌道交通車輛空調結構布局分析

當前我國城市軌道交通車輛空調結構，依據送回風形式的不同可以分為4種，分別是雙側送風、回風型；雙側送風、底部雙回風型；底部雙側送風、單回風型；單側送風、底部單回風型。下面就雙側送風、底部雙回風的城市軌道車輛空調結構形式進行分析。

該空調機組主要分為5種功能段，分別是左右蒸發室、冷凝室、蒸發室蓋、冷凝室蓋等。不同功能段的用途是不同的，具有冷卻、送風、回風以及除濕的效果。送風機、冷凝風機、冷凝器、壓縮機、蒸發器等部件處于機組的不同功能段。

二、城市軌道交通車輛空調殼體三維參數化設計

一般有兩種方法進行參數化設計，首先是通過程序進行三維參數化設計，這種方法的編程量是比較大的，要有專門的程序設計人員進行操作，其拓展和靈活性不強。其次是使用CAD系統的參數化功能對模型進行變量驅動，對模型的約束關系以及幾何尺寸進行控制。在編輯模型時，用戶直接對變量修改就可以，優勢是比較明顯的，本文研究的SolidWorks軟件與第二種相適應[2]。

（一）建立空調殼體的骨架模型

結合客戶的要求，對空調外型尺寸以及空調機組橫截面形狀需要對空調殼體的骨架模型進行建立。依據客戶提供的數據對頂面、底面寬度、最大高度、傾斜角進行確定，并利用機組長度以及冷凝器長度對蒸發單位長度、冷凝單元長度進行計算。對于送風和回風口需要與客戶進行協商，最終確定。

（二）建立三維模型

依據功能段可以將空調殼體分為5部分，分別是左、右蒸發室殼體、冷凝室殼體、蒸發室蓋、冷凝室蓋。空調殼體是由鈑金件構成的，先進行鉚接，然后再焊接。建模的過程如下。

左、右蒸發室殼體模型的建立是相同的，左、右蒸發室殼體外型尺寸的底面寬度、蒸發單元長度、最大高度以及傾斜角等參數是由外部幾何復制殼體骨架模型得到的，并且與骨架模型是同步的。蒸發室殼體主要包括15件鈑金件，骨架模型會影響外型尺寸的大小。

以1號前端板對建模過程進行分析，第一壁的建立是最為關鍵的，需要受到骨架模型的限制，并增加其它特點，最后進行校驗，其安裝位置是缺省的，其余部件的三維模型建立過程與此類似。

第1，建立零件FRONT PLANT.PRT，在子類型中選擇“鈑金件”；

第2，按照插入、共享數據、復制幾何，將骨架模型中截面形狀作為依據進行復制；

第3，建立第一壁，依據參照復制幾何形成截面形狀，其厚度一般在0.15cm左右；

第4，切除部分，上部切除2.5cm左右，下部以及左右兩側需要切除0.15cm左右[3]；

第5，對凸緣進行拉伸，并切除送風口等；

第6，展平進行校驗，對零件進行建模。

在建立冷凝室殼體模型時，冷凝室殼體外型尺寸底面與頂面寬度、冷凝單位長度、最大高度以及傾斜角等參數是由外部幾何復制骨架模型得到的，并且與骨架模型是同步的。冷凝室殼體主要包括23件鈑金件，骨架模型會對其尺寸產生影響。

建立蒸發室蓋模型，其外型尺寸的頂面與底面寬度、蒸發單位長度、傾斜角等是通過骨架模型進行繼承得來的，與骨架模型同步，尺寸會受到骨架模型的影響。

空調殼體三維模型建立完成，殼體是由鈑金折彎件進行連接構成的，能夠使成型的尺寸得到保證。不同零部件的位置是缺省的，不需要再裝配。開展整體干涉校驗，避免零件之間會受到干擾。賦予零件材料時，要自動化的對零件及組件的重量進行計算，并重心位置進行計算，并明確產品對X軸、Y軸、Z軸的轉動慣量[4]，生成報表以及模型。

三、城市軌道交通車輛空調安裝

車輛空調殼體模型完成之后，需要將送風機、冷凝風機、冷凝器、蒸發器以及壓縮機等部件安裝到殼體中，同時進行干涉校驗，對部件安裝的位置以及局部的合理性進行分析，使其滿足設計需要。SolidWorks中對裝配體進行干涉檢查時，主要有兩種，分別是動態和靜態。裝配空調機組時，有運動關系零件間的裝配是比較少的，因此主要通過靜態干涉的方法進行檢查。

此外還需要科學的布置制冷管路以及電控元器件，保證空調機組的設計順利完成。

四、結語

總之，本次研究的城市軌道交通車輛空調三維參數化設計能夠使產品生產時間縮短，使其競爭優勢更加明顯。同時減少設計誤差，避免設計圖紙被頻繁的修改。使用骨架模型時，能夠對裝配的尺寸以及結構進行控制，依據骨架模型對零件進行設計，能夠使設計錯誤減少，降低錯誤率，也使開發制作成本減少。利用相關模塊進行有限元分析，使零件與力學需要相適應，讓質量變輕，結構更加合理?，F如今城市軌道交通車輛空調有很多種類結構，但標準卻并不統一，當前大鐵路車輛空調產品接口是統一的，因此城市軌道交通車輛空調的設計人員也希望有統一的標準進行空調接口結構形式設計，保證其能夠在不同城市、線路中通用。

參考文獻：

[1]宋志強，史青錄，陳艷，于慧艷，杜妮絲.轎車空調參數自調整模糊控制的仿真研究[J].機械工程與自動化，2014（04）：147149.

[2]黃允東，楊海峰.城市軌道交通車輛空調三維參數化設計[J].城市軌道交通研究，2012，15（08）：6770.

[3]高甫生.空調機組熱工參數三定律與建立特性曲線的新方法[J].暖通空調，2011，41（09）：120127.

[4]管勁浩.汽車空調參數自調整模糊控制的研究[J].汽車維修，2010（10）：2123.