淺談客車空調系統(tǒng)的計算機輔助設計
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1 客車空調系統(tǒng)設計的任務與要求[ 1，2 ]
客車空調系統(tǒng)設計的主要任務是創(chuàng)造車內舒適的氣候條件，以保持乘員的身體健康和提高工作效率。完整的客車空調系統(tǒng)應包括制冷、采暖、通風換氣、除霜(霧) 和空氣凈化五大功能。與一般空調相比，客車空調系統(tǒng)功能多、負荷大、結構復雜、性能要求高、布置設計復雜，其設計好壞直接關系到整車的使用性能和空調的使用效果。為此，客車空調系統(tǒng)設計必須滿足以下要求:
(1) 必須根據(jù)客車的使用情況合理確定客車內外氣候參數(shù)，計算冷熱濕負荷。
(2) 應根據(jù)車型、乘員人數(shù)和使用環(huán)境合理選擇空調設備，同時要考慮適用性和經(jīng)濟性。
(3) 應按照不同車型的結構特點，合理選用布置方案，力求布置合理，經(jīng)濟性好，使用維修方便。
(4) 合理布置送風管道，盡量減少長度和彎道，降低氣流阻力和熱損失，使車內氣流的組織和溫度分布滿足舒適性要求。
(5) 在車身設計的基礎上合理布置空調系統(tǒng)，滿足結構和性能要求。
(6) 設備布置、管道設計、出風口型式與布置設計應與整車和車內造型統(tǒng)一協(xié)調，充分滿足車身整體美觀要求。
(7) 通風設備的選型和布置應保證必要的通風換氣要求和車內空氣流通，除霜設備應保證風窗玻璃的除霜面積滿足最低的視野要求。
(8) 選用強有力的密封隔熱材料，減少熱損失，確?？照{效果。
完整的客車空調系統(tǒng)設計過程包括車內外氣候參數(shù)確定、冷熱濕負荷計算、空調設備選擇、車內氣流組織、風道設計、特性計算及其校核、系統(tǒng)布置方案確定、生產(chǎn)圖紙繪制以及數(shù)據(jù)和圖形的存儲與輸出等，其設計模塊組成如圖1 所示。這些設計工作如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的方法，必將大大影響產(chǎn)品的開發(fā)周期和設計質量，設計成本也較高。
圖1 客車空調系統(tǒng)設計過程圖
2.1 計算機輔助設計的特點和應用
計算機輔助設計(CAD ) ，也稱作設計自動化，是指利用計算機系統(tǒng)來輔助設計的建立、修改、分析或優(yōu)化等，從而有效地提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，是近年來在各行業(yè)發(fā)展較快、應用較廣的新技術[ 5 ]。它是一種人機緊密結合的交互式系統(tǒng)，使人、機在設計過程中可以取長補短，達到最佳的設計效果。
在空調技術的發(fā)展過程中，應用于建筑空調的計算機輔助設計軟件發(fā)展很快。我國建筑空調CAD的發(fā)展從二十世紀70 年代到現(xiàn)在，正逐步走向成熟和完善，并呈現(xiàn)出建筑工程一元化和計算繪圖一體化的特點。借鑒建筑空調CAD 技術的發(fā)展經(jīng)驗，將計算機技術和客車空調系統(tǒng)的設計相結合，把客車空調系統(tǒng)的設計理論、計算方法、設計經(jīng)驗與計算機的精密計算、圖形繪制、數(shù)據(jù)庫和圖形庫相結合，以提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。
汽車空調CAD 技術主要包括進行空調中各部件及系統(tǒng)的數(shù)值仿真，基于CFD (計算空氣動力學)的車內氣流組織分析與設計，風道設計和電子元器件散熱分析，以及空調系統(tǒng)各部件受力、傳熱的有限元分析與設計等[ 4 ]。而客車專用的空調系統(tǒng)設計軟件至今未見開發(fā)。
2.2 本軟件系統(tǒng)特點
就上述客車空調系統(tǒng)設計的任務和要求，客車空調系統(tǒng)計算機輔助設計的目標，就是要建立一個初步完整的、有一定先進性的、人機交互友好的、便于在客車設計制造行業(yè)中應用的CAD 系統(tǒng)[ 3 ]。該系統(tǒng)應具備以下特點:
(1) 功能完善，具有客車空調系統(tǒng)設計所需的計算和分析功能。
(2) 界面友好，操作簡單方便。采用人機交互流水作業(yè)方式，可由用戶輸入部分計算參數(shù)、布置參數(shù)，然后由計算機自動完成計算、布置和繪圖。
(3) 適應性廣，可以適應不同客車的空調系統(tǒng)設計。同時，各模塊也可以單獨完成某項設計工作。
(4) 專家化，簡單化。設計過程與可維護數(shù)據(jù)庫相連，采用查詢系統(tǒng)，給出特定客車空調系統(tǒng)的各種可能的設計方案，并可借鑒吸收專家的設計經(jīng)驗進行計算分析和布置設計。
(5) 計算結果可以存儲、輸出和打印報表。內部變量應與數(shù)據(jù)庫鏈接，以便進行數(shù)據(jù)的存儲查詢，形成報表。
(6) 軟件安裝、維護方便，運行穩(wěn)定。
2.3 系統(tǒng)具體工作內容
客車空調系統(tǒng)計算機輔助設計軟件包括: 設計計算、數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)布置三大模塊。具體有以下幾項工作:
(1) 車內外空調系統(tǒng)設計參數(shù)的確定。
(2) 進行交互式制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)以及除霜系統(tǒng)的負荷計算，盡量減少人工查表的麻煩。
(3) 制冷系統(tǒng)的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器的選擇及特性計算，進行機組設計。
(4) 建立客車空調制冷設備、采暖設備、除霜設備和通風換氣設備數(shù)據(jù)庫、圖形庫。
(5) 風道設計及車內氣流組織方式確定。
(6) 利用繪圖軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)設計的自動化，完成系統(tǒng)總布置和圖形自動生成，進行二維和三維圖形的繪制、造型以及動畫設計。
(7) 完成空調設備選型計算。
2.4 軟件結構
設計中圖形庫的建立和圖形的自動生成以國產(chǎn)軟件北航海爾的CAXA 為基礎，用Visual Foxpro610 建立數(shù)據(jù)庫，界面設計采用面向對象的可視化編程開發(fā)工具Visual C++ 6.0，以Windows2000 為開發(fā)平臺。軟件采用菜單式、窗口式人機對話，加入多媒體技術。整個軟件開發(fā)的關鍵，在于解決好高級語言與數(shù)據(jù)庫的接口和繪圖軟件與數(shù)據(jù)庫的接口技術問題。軟件結構如圖2 所示。
圖2 軟件結構框圖
以上簡要介紹了客車空調系統(tǒng)計算機輔助設計軟件的整體框架。利用計算機進行客車空調系統(tǒng)的輔助設計，將使設計工作更加高效、快捷，它對于縮短開發(fā)周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代具有十分重要的意義。
參考文獻:
[1] 申福林1 客車空調系統(tǒng)的任務與設計要求[J ]1 客車空調技術，1994，(5)
[2] 黃天澤1 汽車空調系統(tǒng)的設計要求[J ]. 汽車空調系統(tǒng)設計與使用維修，1997，(5)
[3] 陳煥新1 鐵路客車空調系統(tǒng)計算機輔助設計軟件的開發(fā)[J ]1 計算機應用，2001，(5)
[4] 景作軍，方建軍1 計算機輔助設計與工程分析[M ]1 北京: 化學工業(yè)出版社，20021(end)
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