液压集成块性能评估系统关键技术研究

发布时间：2020-08-12 00:33

【摘要】： 液压集成块是集成式液压系统的核心零部件,其内部流动特性直接影响液压系统的能耗和工作性能。从工程实用的角度,液压集成块不仅应具有良好的结构形态,还要具有与其所属液压系统的既定设计要求相匹配的通流品质。本文结合国家自然科学基金项目,以在结构优化设计的基础上实现性能寻优为目标,系统地研究了集成块内流系统的微观流动特性和耗能机理,建立起提高液压集成块通流性能的性能设计准则,依次实现对集成块设计方案的性能评价和方案优选;同时定量校验所得集成块设计结果的性能品质,取得了预期的成果。通过对国内外同类研究现状和成果的总结,本文提出针对液压集成块结构优化设计所得结果群体实施性能优选和校验,从而实现对液压集成块性能优化的的设计策略。这是一种复杂的带多性能约束的工程设计问题。其中,性能约束来源于对液压管流特性的深入研究,隶属于流体力学的研究范畴。根据液压集成块性能评估系统的功能需求,采用功能驱动的系统规划原理,对液压集成块的设计方案考核、性能评价优选、性能校验以及三者的集成方式进行了详细规划,建立起液压集成块性能评估系统的结构体系和总体工作流程。在此基础上,针对液压集成块管网的结构特点及液压管流的理化特性,提出用于液压集成块管流特性研究的计算流体力学(CFD)关键性建模技术,并实验验证了方法的可行性及结果的可靠性。为全文的研究奠定了基础。针对液压管流雷诺数相对较低的特点,运用等效流场分布和分布参数方法建立了局部阻力系数的计算模型,由此得出局部液阻的低雷诺数局部阻力系数,实现了对局部液阻阻力特性的量化评价,而且对其规律进行了合理的阐述。该方法涵盖了局部液阻引起的全部损失,消除了管壁对流体固有摩擦的影响,提高了局部阻力系数结果的准确性和计算效率。在此基础上,深入研究典型局部液阻的液压管流特性及能耗机理,建立起以获得优良通流品质为目标的局部液阻结构设计规则。为了全面性、多角度地评价集成块复杂管网的通流品质,将无因次压降系数和耗散率分别作为评价复杂管网的阻力特性和能耗特性的性能指标。通过对典型复杂管网的CFD研究,揭示了其内部管流的复杂机理,分析了局部液阻之间的相互影响关系,阐述了管网组合方式、工艺孔属性和进出油孔道属性等对管网性能品质产生的影响,并量化评价了三类组合管网的性能品质。在此基础上,确定了面向集成块性能优化的管网结构设计规则。另外,建立了面向多工艺孔复杂管网的虚拟分块原则,为其流动特性的快速分析提供依据。为实现集成块结果群体中的方案寻优,提出基于多目标决策方法的集成块性能优选设计策略。将性能约束规则转化成性能子目标,采用线性加权和法建立起集成块性能品质的多目标决策模型;根据实施性能优化必备的原始设计信息,设计科学合理的信息数据结构,从性能优选设计的需求出发,科学地建立面向性能优选的开放式工程数据库系统;通过数据库技术自动识别结构设计结果的孔道结构特征,实现对集成块设计方案的性能考核;依据性能考核结果实施集成块性能品质的量化评价;根据结果样本的性能评价函数值,实现集成块设计方案的性能优选。为了快速、准确地校验液压集成块的管网性能,运用CFD和最小二乘支持向量机(LS-SVM)相结合的方法实现了管网压降的建模和预测。基于CFD的基础研究,确定出压降预测模型的参数驱动变量,并借鉴正交实验的方法提取模型的训练数据和测试数据,从而建立基于LS-SVM的压降预测模型。经对比研究确立适合用于管网压降参数化预测的核函数,并与基于BP神经网络的预测模型在预测精度、必要的训练样本数及训练时间等方面进行了对比。开发了面向工程应用的液压集成块管网压降校验的实用性工具软件系统。基于上述研究,应用VC++6.0开发环境和ObjectARX开发工具包,实现各个子模块的衔接及封装,开发出基于MDT环境的液压集成块性能评估系统,成功实现了液压集成块设计结果的性能优选设计。该软件系统主要包括数据输入模块、性能评价优选模块和管网性能校验模块三部分。通过典型工程实例验证了本系统的有效性及本文所用方法的可行性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH137
【图文】：

液压集成块

构成液压集成回路及系统。液压管路集成化配置具有许多方面的优势:简化了管路连接与维护过程，提高空间使用率;减少了泄漏点，并降低了液压能耗;布局结构紧凑，降低了系统的复杂性，增强了现场添加和更改回路的柔性【’一3]。图1.1和图1.2分别为某液压系统的集成块装配图和内部孔道网络图。图1.1液压集成块 Fig.1.1HydraulieManifoldBloek图1.2集成块孔道网络 Fig.1.2NetworkinHMB液压集成块的孔道多采用钻、扩、铰、攻等机械加工方法[4l，形成的管网具有鲜明的结构特点:通常是由多条细、短孔道相交构成，内部空间狭小;管网的空间走向十分复杂，液压油的流向被迫发生多次改变;孔道相交处的边壁形状变化剧烈，构成诸如直角转向、T型交叉、突变以及不能完全避免的工艺孔容腔和非正交连通结构等局部液阻。受此影响，液压油流经管网时会产生能量损失、流体噪声等不利问题。随着液压技术朝着高压、大流量的方向发展，这些问题表现的尤为突出，已成为设计液压集成块时不可回避的问题。液压集成块的设计是一项十分复杂的工程设计任务，从可行性论证开始经过方案设计、技术设计、加工试制到安装调试的整个设计过程

集成块,孔道

网格分布,管网模型,液压集成块,网格划分

道交叉的情况，这些局部结构给流域的网格划分造成了很大困难。为此，本文采用了分块划分网格的方法，即在某些形状规则的区域采用结构化网格，而另外一些区域则采用非结构化网格。图2.4所示为网格划分后的集成块管网模型，其中管网Hl的C、G区域，管网H3及管网H4的B、E区域均采用了非结构化网格，而管网H4的D、I、J区域则采用了结构化网格。为充分利用计算机的内存资源，集成块管网的网格常常不是均匀的，在预期所求解的变量变化比较剧烈的地区，网格分布应该稠密一些，如图2.4中的A、E和G区域。图2.4液压集成块管网模型的网格划分 Fig.2.4MeshgenerationofPIPenetmodelinsideHMB

【引证文献】