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1、液壓機管路設(shè)計研究
液壓機管路設(shè)計研究
2014/10/29
《裝備制造技術(shù)雜志》2014年第九期
1液壓機管路設(shè)計主要研究內(nèi)容
針對空間干涉、合理布置、流場分布、振動漏油、拆裝方便和可靠維護等液壓機設(shè)計問題,液壓機管路設(shè)計的主要研究內(nèi)容包括以下幾點:
(1)管徑及壁厚的設(shè)計。管徑和壁厚是進行管路設(shè)計時首先要確定的兩個基本參數(shù),是管路設(shè)計的基礎(chǔ)。管道內(nèi)徑主要和管內(nèi)流量、流速有關(guān)。內(nèi)徑過小會使工作介質(zhì)流速過大,溫升加快,能耗加大,容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象,引起管道泄漏,振動和
2、噪聲等問題;內(nèi)徑過大會引起油管體積和質(zhì)量的增大,同時也增加了設(shè)備的重量和成本。管道壁厚與管道內(nèi)徑、最大工作壓力和管道的許用應(yīng)力有關(guān)。壁厚選的過小會使管道的安全性降低;選的過大會引起設(shè)備質(zhì)量和成本的增加,所以,管路設(shè)計時首先要設(shè)計合理的管徑和壁厚。
(2)重要管件的流場和溫度場分布。彎頭和三通是管路的重要組件,流體流經(jīng)彎頭時管內(nèi)流場會發(fā)生很大變化,引起壓力和速度重新分布,導(dǎo)致產(chǎn)生能量損失和管路振動等問題。同時,采用不同的入流方式時,三通流場和溫度場分布也大不相同,甚至在一些管路設(shè)計的關(guān)鍵點,二者的流場和溫度場分布將直接影響到整個管路的走向和布置情況,所以對重要管件進行流場和溫度場的分析是管路設(shè)
3、計的一個重要內(nèi)容。
(3)布管設(shè)計和布管原則。布管設(shè)計是管路設(shè)計中最核心的部分,管路間距的大小、管路走向的設(shè)計以及管路布局是否合理直接關(guān)系到管路系統(tǒng)質(zhì)量的好壞。因此,在布管設(shè)計的同時總結(jié)歸納出布管的通用原則也顯得非常重要。
(4)管路振動的模態(tài)分析和支撐布置。工作中管路系統(tǒng)難免產(chǎn)生振動,這會對整機的運行產(chǎn)生不利影響,應(yīng)盡量減小振動,對管路系統(tǒng)進行模態(tài)分析,通過調(diào)整管路支撐的位置來改變其固有頻率,力求避免共振。
(5)管路設(shè)計原則的確定。管路設(shè)計原則具有較強的通用性,是工程設(shè)計人員進行管路設(shè)計的主要參考依據(jù)。管路設(shè)計原則的確定可以有效的縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計效率,增加產(chǎn)品收益。
2現(xiàn)代設(shè)
4、計方法在液壓機管路設(shè)計中應(yīng)用
液壓管路設(shè)計就是用管道和各種管件把液壓裝置中的各種元件連接起來實現(xiàn)液壓系統(tǒng)功能設(shè)計。隨著計算機技術(shù)發(fā)展,現(xiàn)代設(shè)計方法在管路設(shè)計中的應(yīng)用主要集中在管路設(shè)計數(shù)值分析、管路布置和管路振動等方面的研究。
(1)管路設(shè)計仿真技術(shù)隨著計算機的發(fā)展和新算法的應(yīng)用,數(shù)值仿真技術(shù)在管路設(shè)計中也起到了越來越重要的作用,其中以FLUENT和CFX軟件在管路設(shè)計中的應(yīng)用最具代表性。利用FLUENT軟件可以對管路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓降損失間的關(guān)系進行研究,建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型以確定管道系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù);利用CFD軟件可以計算液壓集成塊內(nèi)部孔道的流場,計算產(chǎn)生壓力損失的原因,提出改進孔道結(jié)構(gòu)
5、的方法,預(yù)測關(guān)鍵部件管件的腐蝕率。
(2)管路三維布置設(shè)計管路布置方面的研究,最初是由傳統(tǒng)的二維設(shè)計及簡單的設(shè)備所構(gòu)成,后來逐漸發(fā)展到三維多約束及多目標(biāo)條件的系統(tǒng),三維軟件JhSolid具有管道起點、終點定位,管路中心線自動生成等新功能。目前針對各種三維軟件管路插件的二次開發(fā)和各種算法的應(yīng)用,已成為提高管路布置效率的主要方法。基于蟻群算法的三維管路路徑規(guī)劃是將蟻群系統(tǒng)應(yīng)用于三維管路路徑規(guī)劃的過程中,對具體實施細節(jié)進行了改進,將螞蟻的信息素釋放在節(jié)點上而不是節(jié)點邊上,這樣就減少了龐大的距離矩陣,降低了運算量,已應(yīng)用到了船舶、飛機和汽車內(nèi)組裝系統(tǒng)管路的三維設(shè)計中。
(3)管路振動動態(tài)設(shè)計管路的
6、振動特性是管路系統(tǒng)研究中最根本,也是研究最廣泛的內(nèi)容,其主要包括管路的固有特性和動態(tài)特性。管路振動特性的研究已有上百年歷史,從19世紀(jì)僅考慮剛性直管內(nèi)不可壓縮流體的非耦合線性運動到現(xiàn)在的彈性管內(nèi)考慮流固耦合的非線性運動,管路振動特性的研究已取得了巨大的進展??梢酝ㄟ^建立理想管路結(jié)構(gòu)的物理模型,運用功率鍵合圖的方法建立管路模型,并推導(dǎo)出液壓管路的狀態(tài)方程,最后應(yīng)用MATLAB中的Simulink動態(tài)仿真軟件包對管路動態(tài)特性進行仿真。也可以對充液管道做動態(tài)有限元分析,通過結(jié)合軸向殼單元和一維流體單元,并考慮他們之間的相互作用,建立一個有限元模型來研究充液管路的特性。更為細致的設(shè)計,需要考慮管路中不
7、同組件(如彎管、變截面管,以及在管路中增加集中質(zhì)量)引起的劇烈擾動,管路中的橡膠接頭、彈性支撐、剛性支撐等對管路動態(tài)特性及穩(wěn)定性、約束邊界的影響。
3結(jié)束語
現(xiàn)階段,對液壓機的主體機械設(shè)計和自動化控制技術(shù)的研究都有了很大的發(fā)展,但作為液壓機的重要組成部分———管路設(shè)計卻沒有得到應(yīng)有的重視,加之管路設(shè)計方法的不完善等,管路事故率在整機事故率中高居不下。管路設(shè)計一方面沒有得到充分重視;另一方面,在設(shè)計方法上仍只停留在傳統(tǒng)的平面設(shè)計水平,設(shè)計周期長,準(zhǔn)確性差。隨著科技的快速發(fā)展,管路設(shè)計時應(yīng)該結(jié)合先進的建模和分析軟件,吸收近期的研究成果,總結(jié)出較系統(tǒng)的設(shè)計方法,使液壓機的管路設(shè)計周期更短,效率更高,可靠性更好。
作者:石建偉單位:合肥合鍛機床股份有限公司
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