液壓密封與損失計算分析系統(tǒng)

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者: 安向東*梁銘來源: 萬方數(shù)據(jù)
關鍵字: 液壓密封液流管路損失 AutoLISP 流體動力學
液壓傳動系統(tǒng)由于密封泄落、管道突變等原因,造成能量損失。論述了在基于AutoCAD與SolidWorks環(huán)境下開發(fā)的密封與液流損失計算系統(tǒng),提出新的流體力學設計思想和方法,實現(xiàn)了流體力學設計的信息化。

液壓傳動與密封設計過程煩瑣、復雜,需要大量復雜公式的計算和工程手冊查詢。傳統(tǒng)的人工設計計算效率低下,設計周期長,質(zhì)量和精度得不到保證,存在諸多問題,理論公式與實際有一定的出人,計算數(shù)據(jù)處理也不能實現(xiàn)信息化管理,制約著液壓產(chǎn)品設計現(xiàn)代化的發(fā)展。

CAD/CAM技術(shù)使制造業(yè)向集成化、智能化、標準化、網(wǎng)絡化發(fā)展,但目前國際市場上還沒有專門針對液壓傳動和密封而開發(fā)的中文環(huán)境的液壓密封和液壓損失計算分析軟件系統(tǒng),處于待開發(fā)階段,但它有著廣闊的應用空間和實用價值,能為制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

本系統(tǒng)將一個液壓傳動系統(tǒng)的總體設計思想、設計方法、實施手段都集成于一個軟件環(huán)境中實現(xiàn)。系統(tǒng)集成了各種流體傳動計算、液壓密封與損失計算及分析、數(shù)據(jù)處理等。

    1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以AutoCAD為平臺,采用AutoLISP語言與VBA接口實現(xiàn)用戶界面的開發(fā)、程序編制和對數(shù)據(jù)庫的訪問;Microsoft Access作為一種高效的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),提供了強大的數(shù)據(jù)組織和管理功能;SolidWorks提供了基于OLE自動化技術(shù)的API函數(shù),可以使用VB為它進行二次開發(fā),作為本系統(tǒng)的三維參數(shù)化造型工具。

1. 1系統(tǒng)計算四大功能

液壓傳動流體靜力學;液壓傳動流體動力學;液壓元件密封件選取和計算文檔處理;三維模型庫及模擬。流體力學上的諸多公式,計算麻煩、繁瑣,而且有時和實際不相符。我們這里采用專家與工程師們的經(jīng)驗數(shù)值和類比的方法,對密封與管路損失計算數(shù)據(jù)進行計算分析、補償。系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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    1. 2計算模塊實例

液體在直管中流動時的壓力損失是由液體流動時的摩擦引起的,稱之為沿程壓力損失,它主要取決于管路的長度、內(nèi)徑、液體的流速和粘度等。液體的流態(tài)不同,沿程壓力損失也不同。

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選擇系統(tǒng)菜單,彈出"直管層流壓力損失計算"窗口(如圖2所示),添人各選項的數(shù)據(jù),點擊"計算壓損",顯示出所計算出的數(shù)據(jù)。圖中,λ為沿程阻力系數(shù),它的理論值為λ= 64/Re,而實際由于各種因素的影響,對光滑金屬管取λ=75 / Re,對橡膠管取A=80/Re。

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1. 3系統(tǒng)計算依據(jù)

除了與基準解作比較外,所開發(fā)軟件系統(tǒng)或計算方法的重要手段是與可靠的實驗測定結(jié)果作比較。

這種考核數(shù)據(jù)的獲得與收集,對于發(fā)展計算流體的計算軟件具有特別重要的意義。為了使這種作為專家系統(tǒng)軟件的實驗數(shù)據(jù)表述規(guī)范化,相互間有一定可比性,提出了記錄實驗數(shù)據(jù)的格式如下:

①實驗設備;②試驗段;③試驗條件;④進口與邊界條件:⑤所測定的量;⑥實驗設備的診斷說明(即對該測定設備本身可靠性的考查);⑦本試驗中獨特的測試方法;⑧實驗方案;⑨質(zhì)量控制方法;⑩誤差分析;11)數(shù)據(jù)提供方式;12)參考文獻;13)實驗數(shù)據(jù)。

    2數(shù)據(jù)庫管理與數(shù)據(jù)庫訪問

Microsoft Access是當前最流行的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一,基本的核心是Microsoft Jet數(shù)據(jù)庫引擎,其數(shù)據(jù)庫對象的層次結(jié)構(gòu)和編程方法及訪問與在VB中訪問數(shù)據(jù)庫一樣。它以操作方便、簡單易學以及和Micrsoft Office的完美結(jié)合著稱于世。同時Access又能滿足小型企業(yè)客戶/服務器解決方案的要求來組建客戶/服務器的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng),是一種功能較完備的系統(tǒng),幾乎包含了數(shù)據(jù)庫領域的所有技術(shù)和內(nèi)容。正因為這些特點,在使用VB開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用程序時,比較適合采用Access作為后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Access將流體與密封計算所需靜態(tài)工程數(shù)據(jù)分類管理,并將計算和分析所產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)歸納到數(shù)據(jù)庫中。對計算結(jié)果數(shù)據(jù),可以點擊"生成文檔",彈出窗口,如圖3所示。

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    3液壓元件的三維參數(shù)化建模

    3.1三維參數(shù)化建模思想

SolidWorks中常用的主要ActiveX Automation對象有SolidWorks的Body Parameter,Sldworks,Part,Face和Feature對象等。 Sldworks對象為VB對SolidWorks工作環(huán)境進行訪問處理提供了接口。用vs調(diào)用SolidWorks中的API函數(shù),還可以完成液壓元件的建造和修改;液壓元件各特征的建立、修改、刪除和壓縮等各項控制;液壓元件特征信息的提取,如特征尺寸的設置與提取,特征所在面的信息提取及各種幾何和拓撲信息;液壓元件的裝配信息;液壓元件工程圖紙中的各項信息等。

    3. 2三維建模的建立

采用程序驅(qū)動三維模型,在已創(chuàng)建的模型基礎上,進一步根據(jù)液壓密封設計要求建立一組可以控制三維形狀和大小的設計參數(shù)。參數(shù)化程序針對設計參數(shù)進行編程,實現(xiàn)設計參數(shù)的檢索、修改和根據(jù)新的參數(shù)值生成新的數(shù)字化模型。

    1)在對模型進行設計時,對二維截面輪廓,利用尺寸標注和施加相切、固定點、同心、共線、垂直及對稱等關系實現(xiàn)對幾何圖形的全約束。

    2)設計參數(shù)可以分為兩種情況:一種是與其他參數(shù)無關的獨立參數(shù),主要用來控制模型的幾何尺寸和拓樸關系;另一種是與其他參數(shù)相關的非獨立參數(shù),可以用以獨立參數(shù)為自變量的關系式表示。

3)正確建立設計參數(shù)與模型尺寸變量之間的關聯(lián)關系。

    圖4為采用本系統(tǒng)建立的三維液壓元件實體模型。

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    4系統(tǒng)特點

    1)系統(tǒng)是在AutoCAD與SolidWorks的基礎上二次開發(fā)而成,充分利用了它們強大的繪圖功能和三維實體造型功能,采用AutoLISP與VC++語言編程,系統(tǒng)具有很強的移植性,可適合不同版本的軟件平臺。

    2)系統(tǒng)可適合多種高級語言及數(shù)據(jù)庫,采用標準的數(shù)據(jù)接口,支持DXF. IGES標準,可與其它設計系
    統(tǒng)聯(lián)接。

    3)系統(tǒng)可實現(xiàn)與VB,VC,VC++等高級語言的接口,數(shù)據(jù)可與Oracle、Foxpro連接,為企業(yè)應用PDM提供了數(shù)據(jù)支持。

    面對復雜的流體公式與計算,采用計算機輔助設計可以大大改善設計效率,提高設計質(zhì)量。在設計系統(tǒng)的開發(fā)上可以采用高級語言,如VB.VC等進行界面和程序開發(fā),本系統(tǒng)在開發(fā)時考慮到與圖形環(huán)境的無縫集成,基于AutoCAD環(huán)境下,將流體計算、流體元件設計、流體傳動系統(tǒng)設計集成于同一環(huán)境下。

    5總結(jié)

    系統(tǒng)解決了液壓密封與管路損失計算中繁重、復雜的工作,以及與實際應用存在的誤差問題。充分利用了AutoCAD與SolidWorks的強大功能及開放性、面向網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫接口的新功能,以及與高級語言的良好接口,可以很好地與液壓CAD/CAM進行無縫集成。對計算過程及結(jié)果生成數(shù)據(jù)庫格式,為后續(xù)工序PDM提供動態(tài)數(shù)據(jù);為流體傳動系統(tǒng)設計一人員的工作帶來了新思維,極大地提高設計效率及設計精度,帶來良好的經(jīng)濟效益及社會效益。