船用柴油机控制空气管路的布局方法与流程

1.本发明属于船用柴油机管系设计技术领域，具体涉及一种船用柴油机控制空气管路的布局方法。


背景技术：

2.船用大功率柴油机采用压缩空气起动，即压缩空气进入空气分配器，分配器按柴油机的点火次序，依次经气缸起动阀送入在工作冲程的气缸中，推动活塞带动曲轴的转动，当曲轴达到限定转速时，喷入燃烧室的燃料方能自行发火燃烧，使柴油机正常运行；在上述整个过程中，由压缩空气进入空气分配器，再通过控制空气管决定了主压缩空气进入气缸的顺序，从而实现柴油机的起动，如果控制空气管有一个连接错误，不仅柴油机难以正常起动，而且还会造成柴油机关键零部件的损坏。
3.以八缸柴油机为例，需要对空气分配器、连接块、各缸接口、隔热罩底板等零部件之间，采用管件进行连接，相互之间存在空间结构关系，其中，空气分配器有九个空气管接口，中间一个为进气管接口，与其它八个接口用于连接控制空气管，不存在空间交叉关系；其接口分别位于空气分配器的上下左右四侧，每侧各两个，此时对控制空气管件进行排布，共有排列方法，设计方法较多，通过对国内同行的调研，在船舶柴油机制造行业，大功率柴油机控制空气管路的设计模式，有以下两种方案；方案一：每个管件根据其在柴油机上的接口，进行其两端接口及空间结构的设计，其设计过程需要通过大量的数据计算，用于校核其空间干涉状态；而管件单独设计时，其空间走向、布局与其它管件形成的空间型线，相互之间的关联性不强，导致管路制造安装后，在柴油机上形成的紧凑性差，整体布局不美观；方案二：根据实际安装环境，制作样管，模拟装配验证后，再反向进行图纸的设计，此方法的优点是设计的图纸不需要大量计算其干涉部位，缩短设计周期，仅需测绘样管尺寸，既能完成图纸设计；而现有控制空气管路布局多采用方案二样管逆向设计图纸，但是样管的制作都需要比对、弯制、修正、再弯制、验证等工步逐步完成，需要连续工作方能完成，因此样管弯制仅实现功能性，而对管件的外观质量和整体布局的美观性等方面，无法有效控制；样管逆向设计图纸，受空间坐标测量精度的影响，其准确性差，而且配管路弯制达不到横平竖直，管件外观的美观性差；管路逻辑顺序对操作人员技能要求高，管件无法实现数控弯制，按样管制作管件还需要现场修配。
4.因此，采用样管逆向设计图纸的方法，要求操作人员技能高，技术能力传承性差，不利于数字化生产；布局后的管路弯制数据难以记录，不利于信息共享；现场配管偶然误差比重过大，难以实现管件的一致性，影响柴油机的整体外观质量；现配管件时间过长，影响柴油机整体生产周期；同时管路走向随意性大，易出现管路空间交错，同向空间管路不平行，高低错落的现象，管路空间转向位置随意，多管路布置后，形成交错凌乱的形态，导致管件设计图形成的整体美观性差。严重影响柴油机的外观质量状态，综上所述，针对上述问题，有必要进行改进。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题：提供一种船用柴油机控制空气管路的布局方法，在三维数模环境下，根据空气分配器、连接块和缸接口板的空间位置和尺寸关系，确定个空间接口位置尺寸及关键空间走向，实现整体关系形式无干涉的布局设计，满足控制空气管的逻辑关系排列要求，控制控制管布局合理美观，减少制造环节材料的浪费，统筹生产计划，缩短生产准备时间，提高制造效率、整体制造降低成本，管件折弯质量和一致性好，降低对操作人员技术水平要求。
6.本发明采用的技术方案：船用柴油机控制空气管路的布局方法，包括以下步骤：
7.1)、根据现场空气分配器、连接块和缸接口板上各缸接口的空间位置和尺寸关系，建立气分配器、连接块和缸接口板的三维模型；
8.2)、采用设有九个接口的空气分配器，其中，空气分配器中部的接口为进气管接口，所述空气分配器上、下、左、右四个面上均设有与进气管接口连通且管口尺寸一致的接口，其中，八个接口分别为一号接口、二号接口、三号接口、四号接口、五号接口、六号接口、七号接口和八号接口；根据空气分配器与连接块的位置关系，对八个接口在空气分配器上、下、左、右四个面上的位置进行分配，所述空气分配器上端壁面上的接口由左向右为四号接口和七号接口，所述空气分配器左侧壁面上的接口由上至下为一号接口和三号接口，所述空气分配器下端壁面上的接口由左向右为二号接口和五号接口，所述空气分配器右端壁面上的接口由上至下为六号接口和八号接口；
9.3)、根据三维模型中空气分配器与连接块的空间尺寸关系，采用阶梯折弯法对与空气分配器上、下、左、右四个面上的接口进行连接的八根分配管进行折弯，八根所述分配管包括一号分配管、二号分配管、三号分配管、四号分配管、五号分配管、六号分配管、七号分配管和八号分配管；其中，七号分配管、三号分配管、五号分配管和八号分配管分别与七号接口、三号接口、五号接口和八号接口连接处的第一直线段长度相同，四号分配管、一号分配管、二号分配管和六号分配管分别与四号接口、一号接口、二号接口和六号接口连接处的第一直线段长度相同，且四号分配管、一号分配管、二号分配管和六号分配管的第一直线段长度大于七号分配管、三号分配管、五号分配管和八号分配管的第一直线段长度；
10.3)、八根分配管均沿着第一直线段向连接块的方向折弯后在空气分配器外周形成四方环形结构，且四号分配管、一号分配管、二号分配管和六号分配管分别位于七号分配管、三号分配管、五号分配管和八号分配管的前侧，并在连接块与空气分配器同侧的外部形成前排为从左向右依次为四号分配管、一号分配管、二号分配管和六号分配管和后排为从左向右依次为七号分配管、三号分配管、五号分配管和八号分配管的两排管路，按照阶梯折弯的方法对八根分配管再次进行折弯，使得前排和后排的分配管折弯后在相邻的两个分配管之间预留出至少一个管直径的距离，从而使前排和后排的分配管依次间隔交替分布后与连接块左侧对应的左连接口接通，即八根分配管在连接块上由下至上的连接顺序依次为一号分配管、三号分配管、二号分配管、五号分配管、六号分配管、八号分配管、四号分配管和七号分配管；
11.4)、在所述连接块的右侧壁上由下至上依次制有分别与一号分配管、三号分配管、二号分配管、五号分配管、六号分配管、八号分配管、四号分配管和七号分配管连接的左连接口连通的八个右连接口，将八根位于连接块右侧的缸管按照左右两排每排四根的分布方
式进行布置，其中，八根缸管包括一号缸管、二号缸管、三号缸管、四号缸管、五号缸管、六号缸管、七号缸管和八号缸管，所述一号缸管、二号缸管、四号缸管和七号缸管依次由前向后分布后为右排，所述三号缸管、五号缸管、六号缸管和八号缸管依次由前向后分布为左排，所述一号缸管、三号缸管、二号缸管、五号缸管、六号缸管、八号缸管、四号缸管和七号缸管的下端折弯后呈直线段的端部由下至上分布后依次分别与连接块右侧壁上的八个右连接口对应连接，从而通过连接板由下至上实现一号分配管与一号缸管、三号分配管与三号缸管、二号分配管与二号缸管、五号分配管与五号缸管、六号分配管与六号缸管、八号分配管与八号缸管、四号分配管与四号缸管、七号分配管与七号缸管一一对应并连通；
12.5)根据三维模型中连接块与缸接口板在空间上的位置和尺寸关系，使竖直段左右分布的两排缸管沿z轴向上延伸至隔热罩底板前端底部位置，经第一次直角折弯后使得两排缸管沿y轴延伸至隔热罩底板宽度中部位置处，此时，右排缸管在上而左排缸管在下，再经第二次折弯转向后使两排缸管沿与隔热罩底板长度方向平行的x轴向隔热罩底板后端延伸，在向隔热罩底板后端延伸的过程中再对两排缸管进行两次折弯，使其从隔热罩底板前端至后端依次实现八号缸管、七号缸管、六号缸管、五号缸管、四号缸管、三号缸管、二号缸管、一号缸管引出后与缸接口板上对应的缸接口连接。
13.上述步骤2)中，所述四号分配管、一号分配管、二号分配管和六号分配管的第一直线段长度至少大于七号分配管、三号分配管、五号分配管和八号分配管的第一直线段长度的一个管直径。
14.上述步骤2)中，八根分配管的管序号与空气分配器上、下、左、右四个面上的接口序号一一对应。
15.本发明与现有技术相比的优点：
16.1、本技术方案引入整体化设计模式对控制空气管路的布局进行设计，在三维建模环境下，由管系总体布局到单管件空间折弯形式，采用整体规划、逐步细化的设计思路，通过空气分配器、连接块、缸接口板等零件的数模装配关系，确定各空间接口位置尺寸及管件空间走向时，避免其它零部件的干涉可能性，实现整体管系形式的布局设计形式；
17.2、本技术方案对多根分配管和缸管的逻辑关系逆向推演排布，使连接块作为管路排序调整逻辑变化的拐点，使空气分配管和缸管在空间排序时，严格按逻辑关系排列，而在分配管和缸管空间折弯时，引入单平面阶梯式弯管方法，实现分配管和缸管位置的前后按逻辑关系的改变，保证管路空间上分布的整齐紧凑，美观性和技术能力的传承性均得到提高；
18.3、本技术方案在柴油机数模环境下，管路走向可根据方案的变化，相应进行变更，各种方案形式可直观展示，便于比对，调整，使优化方案的更趋于完善，管路的设计规划更加美观；
19.4、本技术方案管件外观质量改变得到提高：数控弯制管件具有折弯质量、一致性好的特点，按设计要求进行的弯制及整体装配，实现多平面之间的管件方向转换，管件布置横平竖直，过渡圆润，美观性好，并可形成管件的数控弯制的工艺参数，形成管件的全周期数字化档案。
附图说明
20.图1为本发明控制空气管路连接原理图；
21.图2为本发明控制空气管路部件分布连接图；
22.图3为本发明八根缸管与缸接口板连接处的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图1-3描述本发明的一种实施例，从而对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
25.船用柴油机控制空气管路的布局方法，包括以下步骤：
26.1)、根据现场空气分配器1、连接块2和缸接口板3上各缸接口的空间位置和尺寸关系，建立气分配器1、连接块2和缸接口板3的三维模型；
27.2)、采用设有九个接口的空气分配器1，其中，空气分配器1中部的接口为进气管接口，所述空气分配器1上、下、左、右四个面上均设有与进气管接口连通且管口尺寸一致的接口，其中，八个接口分别为一号接口21、二号接口22、三号接口23、四号接口24、五号接口25、六号接口26、七号接口27和八号接口28；根据空气分配器1与连接块2的位置关系，对八个接口在空气分配器1上、下、左、右四个面上的位置进行分配，所述空气分配器1上端壁面上的接口由左向右为四号接口24和七号接口27，所述空气分配器1左侧壁面上的接口由上至下为一号接口21和三号接口23，所述空气分配器1下端壁面上的接口由左向右为二号接口22和五号接口25，所述空气分配器1右端壁面上的接口由上至下为六号接口26和八号接口28；具体的，所述四号分配管7、一号分配管4、二号分配管5和六号分配管9的第一直线段长度大于七号分配管10、三号分配管6、五号分配管8和八号分配管11的第一直线段长度的一个管直径最佳；上述技术特征中，通过对空气分配器1上的接口进行编号，使空气分配器1上的接口序号经连接块2与缸接口板3上的连接口序号一一对应连通，从而保证控制空气管触发顺序逻辑关系正确；
28.3)、根据三维模型中空气分配器1与连接块2的空间尺寸关系，采用阶梯折弯法对与空气分配器1上、下、左、右四个面上的接口进行连接的八根分配管进行折弯，八根所述分配管包括一号分配管4、二号分配管5、三号分配管6、四号分配管7、五号分配管8、六号分配管9、七号分配管10和八号分配管11；其中，七号分配管10、三号分配管6、五号分配管8和八号分配管11分别与七号接口27、三号接口23、五号接口25和八号接口28连接处的第一直线段长度相同，四号分配管7、一号分配管4、二号分配管5和六号分配管9分别与四号接口24、一号接口21、二号接口22和六号接口26连接处的第一直线段长度相同，且四号分配管7、一号分配管4、二号分配管5和六号分配管9的第一直线段长度大于七号分配管10、三号分配管6、五号分配管8和八号分配管11的第一直线段长度；具体的，八根分配管的管序号与空气分配器1上、下、左、右四个面上的接口序号一一对应；
29.3)、八根分配管均沿着第一直线段向连接块2的方向折弯后在空气分配器1外周形
成四方环形结构，且四号分配管7、一号分配管4、二号分配管5和六号分配管9分别位于七号分配管10、三号分配管6、五号分配管8和八号分配管11的前侧，并在连接块2与空气分配器1同侧的外部形成前排为从左向右依次为四号分配管7、一号分配管4、二号分配管5和六号分配管9和后排为从左向右依次为七号分配管10、三号分配管6、五号分配管8和八号分配管11的两排管路，上述分布结构可保证多根分配管在空间上的走向横平竖直，不会出现杂乱交错的现象，按照阶梯折弯的方法对八根分配管再次进行折弯，使得前排和后排的分配管折弯后在相邻的两个分配管之间预留出至少一个管直径的距离，从而使前排和后排的分配管依次间隔交替分布后与连接块2左侧对应的左连接口接通，即八根分配管在连接块2上由下至上的连接顺序依次为一号分配管4、三号分配管6、二号分配管5、五号分配管8、六号分配管9、八号分配管11、四号分配管7和七号分配管10；
30.4)、在所述连接块2的右侧壁上由下至上依次制有分别与一号分配管4、三号分配管6、二号分配管5、五号分配管8、六号分配管9、八号分配管11、四号分配管7和七号分配管10连接的左连接口连通的八个右连接口，将八根位于连接块2右侧的缸管按照左右两排每排四根的分布方式进行布置，其中，八根缸管包括一号缸管12、二号缸管13、三号缸管14、四号缸管15、五号缸管16、六号缸管17、七号缸管18和八号缸管19，所述一号缸管12、二号缸管13、四号缸管15和七号缸管18依次由前向后分布后为右排，所述三号缸管14、五号缸管16、六号缸管17和八号缸管19依次由前向后分布为左排，所述一号缸管12、三号缸管14、二号缸管13、五号缸管16、六号缸管17、八号缸管19、四号缸管15和七号缸管18的下端折弯后呈直线段的端部由下至上分布后依次分别与连接块2右侧壁上的八个右连接口对应连接，从而通过连接板2由下至上实现一号分配管4与一号缸管12、三号分配管6与三号缸管14、二号分配管5与二号缸管13、五号分配管8与五号缸管16、六号分配管9与六号缸管17、八号分配管11与八号缸管19、四号分配管7与四号缸管15、七号分配管10与七号缸管18一一对应并连通；采取上述缸管排布方式，可保证多根缸管的空间走向，保证不会出现杂乱交错的现象；
31.5)、根据三维模型中连接块2与缸接口板3在空间上的位置和尺寸关系，如图2所示，使竖直段左右分布的两排缸管沿z轴向上延伸至隔热罩底板20前端底部位置，经第一次直角折弯后使得两排缸管沿y轴延伸至隔热罩底板20宽度中部位置处，此时，右排缸管在上而左排缸管在下，再经第二次折弯转向后使两排缸管沿与隔热罩底板20长度方向平行的x轴向隔热罩底板20后端延伸，如图3所示，在向隔热罩底板20后端延伸的过程中再对两排缸管进行两次折弯，使其从隔热罩底板20前端至后端依次实现八号缸管19、七号缸管18、六号缸管17、五号缸管16、四号缸管15、三号缸管14、二号缸管13、一号缸管12引出后与缸接口板3上对应的缸接口连接，依次进入各缸。
32.如图1所示，对功能件中空气分配器1、连接块2、缸接口板3，在现场根据实际状态，一一进行管件的弯制；连接原则为：从与缸接口板3连接的一号缸管12出发，经过连接块2转换为一号分配管4进入空气分配器1中对应的一号接口21，二号缸管13经过连接块2转换为二号分配管5进入空气分配器1中对应的二号接口22，三号缸管14经过连接块2转换为三号分配管6进入空气分配器1中的的三号接口23，四号缸管15经过连接块2转换为四号分配管7进入空气分配器1中的的四号接口24，五号缸管16经过连接块2转换为五号分配管8进入空气分配器1中的的五号接口25，六号缸管17经过连接块2转换为六号分配管9进入空气分配器1中的的六号接口26，七号缸管18经过连接块2转换为七号分配管10进入空气分配器1中
的的七号接口27，直至八号缸管19经过连接块2转换为八号中转管11进入空气分配器1中对应的八号接口28，如此实现各缸与空气分配器1中各接口一一对应连接，使控制空气管路控制压缩空气的输入和中止，以实现柴油机的起动；
33.本技术方案引入整体化设计模式对控制空气管路的布局进行设计，在三维建模环境下，由管系总体布局到单管件空间折弯形式，采用整体规划、逐步细化的设计思路，通过空气分配器1、连接块2、缸接口板3等零件的数模装配关系，确定各空间接口位置尺寸及管件空间走向时，避免其它零部件的干涉可能性，实现整体管系形式的布局设计形式，是否出现空间交错的问题时，在三维环境下可直观检查出与其它柴油机零部件干涉的问题，从而可及时避免，消除控制空气管布局上的空间交叉，实现控制空气管布管过程的一致性；
34.对多根分配管和缸管的逻辑关系逆向推演排布，使连接块2作为管路排序调整逻辑变化的拐点，使空气分配管1和缸管在空间排序时，严格按逻辑关系排列，而在分配管和缸管空间折弯时，引入单平面阶梯式弯管方法，实现分配管和缸管位置的前后按逻辑关系的改变，保证管路空间上分布的整齐紧凑，美观性和技术能力的传承性均得到提高；
35.在柴油机数模环境下，管路走向可根据方案的变化，相应进行变更，各种方案形式可直观展示，便于比对，调整，使优化方案的更趋于完善，管路的设计规划更加美观；
36.管件外观质量改变得到提高：数控弯制管件具有折弯质量、一致性好的特点，按设计要求进行的弯制及整体装配，实现多平面之间的管件方向转换，管件布置横平竖直，过渡圆润，美观性好，并可形成管件的数控弯制的工艺参数，形成管件的全周期数字化档案。
37.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
38.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。