【摘要】： 液壓集成塊是集成式液壓系統(tǒng)的核心零部件,其內(nèi)部流動(dòng)特性直接影響液壓系統(tǒng)的能耗和工作性能。從工程實(shí)用的角度,液壓集成塊不僅應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)形態(tài),還要具有與其所屬液壓系統(tǒng)的既定設(shè)計(jì)要求相匹配的通流品質(zhì)。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)性能尋優(yōu)為目標(biāo),系統(tǒng)地研究了集成塊內(nèi)流系統(tǒng)的微觀流動(dòng)特性和耗能機(jī)理,建立起提高液壓集成塊通流性能的性能設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,依次實(shí)現(xiàn)對(duì)集成塊設(shè)計(jì)方案的性能評(píng)價(jià)和方案優(yōu)選;同時(shí)定量校驗(yàn)所得集成塊設(shè)計(jì)結(jié)果的性能品質(zhì),取得了預(yù)期的成果。 通過對(duì)國內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀和成果的總結(jié),本文提出針對(duì)液壓集成塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所得結(jié)果群體實(shí)施性能優(yōu)選和校驗(yàn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓集成塊性能優(yōu)化的的設(shè)計(jì)策略。這是一種復(fù)雜的帶多性能約束的工程設(shè)計(jì)問題。其中,性能約束來源于對(duì)液壓管流特性的深入研究,隸屬于流體力學(xué)的研究范疇。 根據(jù)液壓集成塊性能評(píng)估系統(tǒng)的功能需求,采用功能驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)規(guī)劃原理,對(duì)液壓集成塊的設(shè)計(jì)方案考核、性能評(píng)價(jià)優(yōu)選、性能校驗(yàn)以及三者的集成方式進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃,建立起液壓集成塊性能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和總體工作流程。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)液壓集成塊管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及液壓管流的理化特性,提出用于液壓集成塊管流特性研究的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)關(guān)鍵性建模技術(shù),并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性及結(jié)果的可靠性。為全文的研究奠定了基礎(chǔ)。 針對(duì)液壓管流雷諾數(shù)相對(duì)較低的特點(diǎn),運(yùn)用等效流場(chǎng)分布和分布參數(shù)方法建立了局部阻力系數(shù)的計(jì)算模型,由此得出局部液阻的低雷諾數(shù)局部阻力系數(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部液阻阻力特性的量化評(píng)價(jià),而且對(duì)其規(guī)律進(jìn)行了合理的闡述。該方法涵蓋了局部液阻引起的全部損失,消除了管壁對(duì)流體固有摩擦的影響,提高了局部阻力系數(shù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。在此基礎(chǔ)上,深入研究典型局部液阻的液壓管流特性及能耗機(jī)理,建立起以獲得優(yōu)良通流品質(zhì)為目標(biāo)的局部液阻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則。 為了全面性、多角度地評(píng)價(jià)集成塊復(fù)雜管網(wǎng)的通流品質(zhì),將無因次壓降系數(shù)和耗散率分別作為評(píng)價(jià)復(fù)雜管網(wǎng)的阻力特性和能耗特性的性能指標(biāo)。通過對(duì)典型復(fù)雜管網(wǎng)的CFD研究,揭示了其內(nèi)部管流的復(fù)雜機(jī)理,分析了局部液阻之間的相互影響關(guān)系,闡述了管網(wǎng)組合方式、工藝孔屬性和進(jìn)出油孔道屬性等對(duì)管網(wǎng)性能品質(zhì)產(chǎn)生的影響,并量化評(píng)價(jià)了三類組合管網(wǎng)的性能品質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,確定了面向集成塊性能優(yōu)化的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則。另外,建立了面向多工藝孔復(fù)雜管網(wǎng)的虛擬分塊原則,為其流動(dòng)特性的快速分析提供依據(jù)。 為實(shí)現(xiàn)集成塊結(jié)果群體中的方案尋優(yōu),提出基于多目標(biāo)決策方法的集成塊性能優(yōu)選設(shè)計(jì)策略。將性能約束規(guī)則轉(zhuǎn)化成性能子目標(biāo),采用線性加權(quán)和法建立起集成塊性能品質(zhì)的多目標(biāo)決策模型;根據(jù)實(shí)施性能優(yōu)化必備的原始設(shè)計(jì)信息,設(shè)計(jì)科學(xué)合理的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),從性能優(yōu)選設(shè)計(jì)的需求出發(fā),科學(xué)地建立面向性能優(yōu)選的開放式工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)自動(dòng)識(shí)別結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的孔道結(jié)構(gòu)特征,實(shí)現(xiàn)對(duì)集成塊設(shè)計(jì)方案的性能考核;依據(jù)性能考核結(jié)果實(shí)施集成塊性能品質(zhì)的量化評(píng)價(jià);根據(jù)結(jié)果樣本的性能評(píng)價(jià)函數(shù)值,實(shí)現(xiàn)集成塊設(shè)計(jì)方案的性能優(yōu)選。 為了快速、準(zhǔn)確地校驗(yàn)液壓集成塊的管網(wǎng)性能,運(yùn)用CFD和最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)壓降的建模和預(yù)測(cè)�；贑FD的基礎(chǔ)研究,確定出壓降預(yù)測(cè)模型的參數(shù)驅(qū)動(dòng)變量,并借鑒正交實(shí)驗(yàn)的方法提取模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù),從而建立基于LS-SVM的壓降預(yù)測(cè)模型。經(jīng)對(duì)比研究確立適合用于管網(wǎng)壓降參數(shù)化預(yù)測(cè)的核函數(shù),并與基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型在預(yù)測(cè)精度、必要的訓(xùn)練樣本數(shù)及訓(xùn)練時(shí)間等方面進(jìn)行了對(duì)比。開發(fā)了面向工程應(yīng)用的液壓集成塊管網(wǎng)壓降校驗(yàn)的實(shí)用性工具軟件系統(tǒng)。 基于上述研究,應(yīng)用VC++6.0開發(fā)環(huán)境和ObjectARX開發(fā)工具包,實(shí)現(xiàn)各個(gè)子模塊的銜接及封裝,開發(fā)出基于MDT環(huán)境的液壓集成塊性能評(píng)估系統(tǒng),成功實(shí)現(xiàn)了液壓集成塊設(shè)計(jì)結(jié)果的性能優(yōu)選設(shè)計(jì)。該軟件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)輸入模塊、性能評(píng)價(jià)優(yōu)選模塊和管網(wǎng)性能校驗(yàn)?zāi)K三部分。通過典型工程實(shí)例驗(yàn)證了本系統(tǒng)的有效性及本文所用方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH137
【圖文】：

構(gòu)成液壓集成回路及系統(tǒng)。液壓管路集成化配置具有許多方面的優(yōu)勢(shì):簡化了管路連接與維護(hù)過程，提高空間使用率;減少了泄漏點(diǎn)，并降低了液壓能耗;布局結(jié)構(gòu)緊湊，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)添加和更改回路的柔性【’一3]。圖1.1和圖1.2分別為某液壓系統(tǒng)的集成塊裝配圖和內(nèi)部孔道網(wǎng)絡(luò)圖。圖1.1液壓集成塊 Fig.1.1HydraulieManifoldBloek圖1.2集成塊孔道網(wǎng)絡(luò) Fig.1.2NetworkinHMB液壓集成塊的孔道多采用鉆、擴(kuò)、鉸、攻等機(jī)械加工方法[4l，形成的管網(wǎng)具有鮮明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):通常是由多條細(xì)、短孔道相交構(gòu)成，內(nèi)部空間狹小;管網(wǎng)的空間走向十分復(fù)雜，液壓油的流向被迫發(fā)生多次改變;孔道相交處的邊壁形狀變化劇烈，構(gòu)成諸如直角轉(zhuǎn)向、T型交叉、突變以及不能完全避免的工藝孔容腔和非正交連通結(jié)構(gòu)等局部液阻。受此影響，液壓油流經(jīng)管網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生能量損失、流體噪聲等不利問題。隨著液壓技術(shù)朝著高壓、大流量的方向發(fā)展，這些問題表現(xiàn)的尤為突出，已成為設(shè)計(jì)液壓集成塊時(shí)不可回避的問題。液壓集成塊的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，從可行性論證開始經(jīng)過方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、加工試制到安裝調(diào)試的整個(gè)設(shè)計(jì)過程

構(gòu)成液壓集成回路及系統(tǒng)。液壓管路集成化配置具有許多方面的優(yōu)勢(shì):簡化了管路連接與維護(hù)過程，提高空間使用率;減少了泄漏點(diǎn)，并降低了液壓能耗;布局結(jié)構(gòu)緊湊，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)添加和更改回路的柔性【’一3]。圖1.1和圖1.2分別為某液壓系統(tǒng)的集成塊裝配圖和內(nèi)部孔道網(wǎng)絡(luò)圖。圖1.1液壓集成塊 Fig.1.1HydraulieManifoldBloek圖1.2集成塊孔道網(wǎng)絡(luò) Fig.1.2NetworkinHMB液壓集成塊的孔道多采用鉆、擴(kuò)、鉸、攻等機(jī)械加工方法[4l，形成的管網(wǎng)具有鮮明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):通常是由多條細(xì)、短孔道相交構(gòu)成，內(nèi)部空間狹小;管網(wǎng)的空間走向十分復(fù)雜，液壓油的流向被迫發(fā)生多次改變;孔道相交處的邊壁形狀變化劇烈，構(gòu)成諸如直角轉(zhuǎn)向、T型交叉、突變以及不能完全避免的工藝孔容腔和非正交連通結(jié)構(gòu)等局部液阻。受此影響，液壓油流經(jīng)管網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生能量損失、流體噪聲等不利問題。隨著液壓技術(shù)朝著高壓、大流量的方向發(fā)展，這些問題表現(xiàn)的尤為突出，已成為設(shè)計(jì)液壓集成塊時(shí)不可回避的問題。液壓集成塊的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，從可行性論證開始經(jīng)過方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、加工試制到安裝調(diào)試的整個(gè)設(shè)計(jì)過程

道交叉的情況，這些局部結(jié)構(gòu)給流域的網(wǎng)格劃分造成了很大困難。為此，本文采用了分塊劃分網(wǎng)格的方法，即在某些形狀規(guī)則的區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而另外一些區(qū)域則采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。圖2.4所示為網(wǎng)格劃分后的集成塊管網(wǎng)模型，其中管網(wǎng)Hl的C、G區(qū)域，管網(wǎng)H3及管網(wǎng)H4的B、E區(qū)域均采用了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而管網(wǎng)H4的D、I、J區(qū)域則采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。為充分利用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存資源，集成塊管網(wǎng)的網(wǎng)格常常不是均勻的，在預(yù)期所求解的變量變化比較劇烈的地區(qū)，網(wǎng)格分布應(yīng)該稠密一些，如圖2.4中的A、E和G區(qū)域。圖2.4液壓集成塊管網(wǎng)模型的網(wǎng)格劃分 Fig.2.4MeshgenerationofPIPenetmodelinsideHMB

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 劉成沛;液壓打樁錘壓力反饋配流系統(tǒng)及回油特性研究[D];中南大學(xué);2012年

2 辛楊桂;基于VB.NET的SolidWorks二次開發(fā)在液壓設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D];東北大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2789776