1970_液壓式組合建筑機(jī)械液壓部分設(shè)計(jì)

1970_液壓式組合建筑機(jī)械液壓部分設(shè)計(jì),液壓式,組合,建筑機(jī)械,液壓,部分,部份,設(shè)計(jì) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 1 頁(yè)以液壓為例平穩(wěn)系統(tǒng)的無(wú)規(guī)則性摘要：許多技術(shù)系統(tǒng)的力學(xué)規(guī)律包括陡峭的特點(diǎn)，它作為一個(gè)原則導(dǎo)致使用不同的方程和大量的計(jì)算時(shí)間。對(duì)動(dòng)力性能如此陡峭的特點(diǎn)是非常接近有極值特性的規(guī)律，并且因此可能被極值力學(xué)所取代，對(duì)多體動(dòng)力學(xué)（包括單方面）這是正確的，且對(duì)流體機(jī)械系統(tǒng)(如水力)是近似正確的。下面我們以液壓系統(tǒng)為例，提出了一種新的建模方案，以有雙邊和單方面的限制多體系統(tǒng)方程確立了液壓方程并能減少 3 到 4 個(gè)數(shù)量級(jí)的計(jì)算時(shí)間。一個(gè)大工業(yè)事例說(shuō)明了新理論的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：光滑系統(tǒng)的無(wú)規(guī)則性，互補(bǔ)性，系統(tǒng)模型，液壓力黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 2 頁(yè)1 介紹模型符合物理或技術(shù)的現(xiàn)實(shí)。 他們是較為詳細(xì)的，但所有的模型在一定程度上有近似性,但不能完全模擬現(xiàn)實(shí)世界，因此，在建立模型時(shí)，我們應(yīng)該牢記，技術(shù)系統(tǒng)特別是技術(shù)力學(xué)不是演譯系統(tǒng)。它對(duì)經(jīng)典解析力學(xué)來(lái)講是正確的，只適用于具有一些現(xiàn)實(shí)意義的部分問(wèn)題。另一個(gè)方面關(guān)系到模型的目標(biāo)。我們是要盡可能完美的模擬現(xiàn)實(shí)還是想考慮某些參數(shù)的影響呢？要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)都會(huì)遇到復(fù)雜問(wèn)題，因?yàn)橐粋€(gè)模型本身不能敘述，我們必須做一個(gè)模型智能地引入我們的問(wèn)題，并考慮：盡可能理解物理和技術(shù)特性、預(yù)測(cè)參數(shù)的影響、估計(jì)忽視條件、所有這些比科學(xué)更加藝術(shù)， 但它是如此重要,以至沒(méi)有一個(gè)機(jī)械的、物理的模型,導(dǎo)致良好的想象和現(xiàn)實(shí)世界中被模擬的美好畫(huà)面的問(wèn)題,初步階段就不能建立好模型。以該系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)與傾向而建立的簡(jiǎn)單模型存在一些難點(diǎn)問(wèn)題，因?yàn)槿绱撕?jiǎn)單的模式，不僅要負(fù)擔(dān)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，而且還能準(zhǔn)確地表達(dá)各種信息。因?yàn)槌撕?jiǎn)單的系統(tǒng)建?？赡艹鲥e(cuò)，很多自由度的干擾可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)完全不同的動(dòng)態(tài)行為。最近發(fā)表的一份針對(duì)自激振蕩與下降的特點(diǎn)的調(diào)查,說(shuō)明了出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)果時(shí)的危險(xiǎn)性。包括一個(gè)以上的自由度，它可以證明自激振蕩都有可能表現(xiàn)為增加而不是下降的特點(diǎn)[2] 。 在處理這個(gè)模式過(guò)程中， 這一點(diǎn)往往被遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估， 我們必須找到一種對(duì)數(shù)學(xué)特別是對(duì)我們想應(yīng)用的數(shù)值工具。對(duì)同一個(gè)問(wèn)題，我們有各種可能的數(shù)學(xué)描述和某種數(shù)值的算法。通常情況下采用物理-數(shù)學(xué)函數(shù)，利用該函數(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái) 分析和解決部分解析解的目標(biāo)轉(zhuǎn)化、收斂性，更好地表達(dá)數(shù)值算法的穩(wěn)定性和結(jié)果的清晰度。我們?cè)诿枋鼍哂性撎攸c(diǎn)的力學(xué)規(guī)律時(shí)，通常采用兩種方式：光滑的和不光滑的。在實(shí)際的工程特性中，發(fā)生于結(jié)合接觸問(wèn)題、液壓設(shè)備的流體力學(xué)問(wèn)題、空穴或電子開(kāi)關(guān)問(wèn)題，上面只是列舉的幾個(gè)例子。從數(shù)學(xué)和最終的數(shù)值立場(chǎng)上看，這種特性產(chǎn)生剛性微分方程或需要一個(gè)有互補(bǔ)性的工作方式。最后采用那種方法主要取決于計(jì)算時(shí)間。 考慮接觸及相關(guān)問(wèn)題，我們可能通過(guò)局部剛度來(lái)離散處理，這需要力學(xué)規(guī)律的推導(dǎo)。由于接觸剛度通常十分大，運(yùn)用剛性微分方程。第二種方式假設(shè)以局部接觸面積作為剛性，并由互補(bǔ)[7，8]制訂了接觸特性。在液壓網(wǎng)絡(luò)中，我們發(fā)現(xiàn)有這樣一種與單向閥、伺服閥和在流體-空氣混合物的汽蝕相關(guān)聯(lián)的互補(bǔ)性行為。例如，一個(gè)單向閥可能打開(kāi)，那我們就要假設(shè)沒(méi)有任何壓力降但有一定大小的流速。或者單向閥可能會(huì)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 3 頁(yè)被關(guān)閉，然后就有一個(gè)壓力降，但沒(méi)有流速。流體中少量的空氣會(huì)被一個(gè)大的壓力壓縮成可以忽略不計(jì)，但對(duì)于一個(gè)非常小的壓力，空氣會(huì)以一種接近爆炸的方式膨脹，這種方式可近似為一個(gè)互補(bǔ)[1，9]。 非光滑力學(xué)的面積已經(jīng)在過(guò)去三十年由蒙彼利埃的 moreau 和塞薩洛尼基[ 6 ]的 panagiotopoulos 確立。 在 90 年代，這些理論已被應(yīng)用于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[ 7，8]，從那時(shí)起 furtheron 以一個(gè)非常簡(jiǎn)潔和嚴(yán)格的方式[4，5]發(fā)展 。鑒于數(shù)值方法的研究仍然在繼續(xù)，因?yàn)橛行У臄?shù)值方法是針對(duì)應(yīng)用大型技術(shù)系統(tǒng)[3]的關(guān)鍵。該文章將主要基于對(duì)論文的研究[1]和一些出版物[9]發(fā)行 。因此對(duì)新型液壓原理的描述將盡量簡(jiǎn)短。2 液壓學(xué)模型為了建立一個(gè)假設(shè)的數(shù)學(xué)模型，即液壓系統(tǒng)可被視為一個(gè)基本元件的網(wǎng)絡(luò)。這些組件是由節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起的。在傳統(tǒng)的模擬方案中，這些節(jié)點(diǎn)可假設(shè)為彈性的。在相對(duì)大容量的情況下，這個(gè)假設(shè)是合理的，而對(duì)于很小的容量，伴隨單側(cè)或雙側(cè)行為的不可壓縮路口是一個(gè)更好的方法。復(fù)雜的部件如由線、單向閥基本組件組成的控制閥等等。基本組件的選擇在下面被考慮。這表明運(yùn)動(dòng)方程如何推導(dǎo)，以及他們是如何組合在一起而形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 2.1 路口路口是填充油的液壓卷。該卷可視為常數(shù)卷或可變卷如公式 1 所示。有可變卷的路口通常用于液壓氣瓶。 2.1.1 可壓縮路口 假設(shè)一定體積的可壓縮流體產(chǎn)生一個(gè)非線性微分方程的壓力為 p。圖 1: 有常量和可變量的液壓路口壓力在不同體積彈性模量條件下的計(jì)算可根據(jù)下面的公式來(lái)計(jì)算:（ 1 ??dPV????黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 4 頁(yè)）在常數(shù)卷中流量-壓力的差分方程（ 2 iEPQV??） 和（ 3 ??iKAx?） 在一個(gè)可變?nèi)莘e下，鑒于流體性質(zhì)的普遍性，假設(shè)考慮了具有少量空氣的線性彈性流體的混合物。 例 2 顯示含石油和百分之一空氣的混合物計(jì)算的特定體積（參考值為 1 巴） 。在高壓下空氣被壓縮到一個(gè)可忽視的體積，而在低壓下空氣突然擴(kuò)大，見(jiàn)圖 2 壓力 P-特別體積 。這個(gè)圖示也說(shuō)明了取決于特別體積的壓力曲線，可以有單v側(cè)行為很好地近似。如果我們將選擇一個(gè)光滑模型，我們會(huì)得到剛性微分方程（2）及（3）對(duì)極少的體積 → 0 。 V2.1.2 不可壓縮路口為了避免小體積的剛性微分方程，盡可能用代數(shù)方程代替微分方程。假設(shè)不可壓縮流體流量的恒定體積為常量或變量，以下代數(shù)方程： 特別是 0iQ?? 0iKQAx???（4）這些方程即沒(méi)有考慮彈性，也沒(méi)有考慮單方面的流體性質(zhì)。一個(gè)同時(shí)涵蓋彈性和單方面性質(zhì)的流體模型在第 2.1.1 部分已描述。在可忽略的小體積情況下，流體性質(zhì)可近似由單方面特性。如圖 2 說(shuō)明，可以通過(guò)引入狀態(tài)變量建立方程： 0tVd????（5）上式代表流體體積中總的無(wú)限體積。 由于 ，所以只要壓力值高于某一個(gè)最0V?低值 ，無(wú)限體積就為零。 minP當(dāng)壓力 P 趨近于最低值 時(shí)，無(wú)效體積形成。這一理想的流體行為可以由一個(gè)minP所謂的角落法或 signorini 法[7] 來(lái)表示。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 5 頁(yè)圖 2 低壓下的流體膨脹； ； （6）0V??p?0V???壓力平均值 被定義為 。根據(jù)互補(bǔ)性的不同，壓力平均值可以表述為與流minp速相關(guān)的方程。（7） 0iVQ????等號(hào)標(biāo)志代表了基爾霍夫方程即是流進(jìn)容積的所有流速之和等于流出容積的所有流速之和。如果流出大于流入，則無(wú)效體積增加， v > 0 。而由在連接線和相應(yīng)的地方速度的方向流動(dòng)的流率 q 成液量， （8） 流量連接點(diǎn)方程以單方面形式. (9)0??vWT很顯然，有非恒卷的流體體積也能通過(guò)增大流速和面積而改變活塞的運(yùn)動(dòng)速度。只要壓力高于最小值, 單邊方程（9） 可以由一個(gè)雙邊方程取代 。在這種情況下，由于雙邊約束并不能避免平均壓力的負(fù)值，所以要核實(shí)假設(shè) 的有效性 。2.2閥門(mén)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 6 頁(yè)下面我們將列舉一些利用模擬簡(jiǎn)單的閥門(mén)和比較復(fù)雜的閥門(mén)作為網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分的例子。從物理角度講，無(wú)論工作單元是一個(gè)插板、球，針頭等， 任何閥都是一種可控的約束。 2.2 管口可變區(qū)的管口通過(guò)改變管口面積來(lái)控制液壓系統(tǒng)中流體的流動(dòng)。如圖 3 說(shuō)明 :在管口的壓力降顯示出非線性行為。伯努利方程是利用截面積和流率來(lái)計(jì)算壓力降的傳統(tǒng)模型。 （10） 該因子 α 是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，決定于幾何和依賴(lài)?yán)字Z數(shù)的壓力損失。它必須由實(shí)驗(yàn)確定。 只要閥門(mén)打開(kāi)，壓力降就可以用流速和閥門(mén)截面積來(lái)表示，如方程（10） 。如圖 3 所示，當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，特點(diǎn)變得很明顯。由于會(huì)導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定性和剛性微分方程，該方程只應(yīng)用于少數(shù)商業(yè)仿真軟件中。為了避免這種數(shù)值問(wèn)題，閉合閥門(mén)的壓降的特點(diǎn)可由一個(gè)簡(jiǎn)單的約束方程取代。圖 3 孔口的壓力損失（11）當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，這個(gè)約束必須考慮到系統(tǒng)方程中。但在閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，又必須除去。這就引出一系列與時(shí)間變化相關(guān)的約束方程。為了解決系統(tǒng)方程，一要區(qū)分積極約束（關(guān)閉閥門(mén)）和被動(dòng)約束（打開(kāi)閥門(mén)） ，后者約束必須除去。 約束方程避免了剛性微分方程。另一方面，他們需要定義主動(dòng)和被動(dòng)套[ 4，7，8 ] 。 2.3 單向閥黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 7 頁(yè)單向閥是有方向性的閥門(mén)，只允許流體單方向流動(dòng)。因?yàn)樗荒苊枋鏊鞋F(xiàn)存的類(lèi)型，所以只提出了基本原則及數(shù)學(xué)公式。 圖 4 顯示了有一個(gè)球的閥門(mén)作為工作單元的原則。假設(shè)只在一個(gè)方向流動(dòng)的損失導(dǎo)致了下面兩種可能情況。圖 4 單向閥閥門(mén)開(kāi)啟：對(duì)所有的流率 q ≥ 0，壓降為 0閥門(mén)關(guān)閉：對(duì)所有的壓降 p ≥ 0，流動(dòng)比率 Q = 0 再次，這兩種情況可以由一個(gè)邊界規(guī)則描述（12） 有彈性的預(yù)應(yīng)力單向閥表現(xiàn)出一種單方面行為，見(jiàn)圖 5 。圖 5 單向閥特性黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文獻(xiàn)翻譯） 第 8 頁(yè)預(yù)應(yīng)力單向閥的壓力降曲線可以被劃分為一個(gè)理想的單方面部分△ p1 和一條考慮彈性收縮和壓力損失的光滑曲線△ P2，見(jiàn)圖六。圖 6 疊加的單邊性質(zhì)和光滑曲線2.4 結(jié)合組件結(jié)合組件是許多液壓標(biāo)準(zhǔn)組件組合的基本要素。由于組合單方面和平穩(wěn)的特點(diǎn)，流量的通暢與不通暢則需要考慮這些部件與平穩(wěn)的特點(diǎn)。我們舉一個(gè)典型的組合：一個(gè)節(jié)流閥和一個(gè)單向閥。