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2013-08-06 by:广州机械cad设计 来源:仿真在线
基于分层设计的插装阀集成块CAD方法
0 引言
随着二通插装阀控制技术日益广泛的应用,插装阀液压集成块 的设计问题已愈加受到人们的关注。由于插装阀元件的结构特殊性和集成块内部 孔道连通的复杂性,使集成块设计工作具有相当难度,颇费工时且容易出错。因 此,在设计过程中采用CAD技术和方法已成为行业内的必然选择。但在目前,国 内外所见的液压集成块CAD研究基本上集中在原理图绘制、孔道校核及二维工程 图输出等方面,很少涉及到液压集成块中元件布局和孔道连通的自动优化设计, 且大多数研究都集中在板式阀,针对插装阀的则较少见。
同时,随着CAD 专业软件、方法和工具的不断发展和升级,也为液压集成块CAD设计提供了更为 有利的外部软件支撑。在此新形势下,本文就插装阀集成块CAD设计方法进行了 深入研究,全面分析了插装阀的结构特征及集成块的设计方法,提出了一种以现 代设计理论和方法为基点的基于功能块及分层设计的插装阀集成块CAD设计方法 。
1 插装阀结构及其集成块设计方法
1.1插装阀的结构特征
二通插装阀由插装件、控制盖板、先导控制阀和集成块体四部分组成。 其中插装件坐于集成块体内部,集成块体既是插装阀的阀体,同时也是系统中所 有插装件的承载体。与普通板式阀相比,由于插装阀结构的特殊性使得插装阀集 成块的设计问题显得更加复杂,主要表现在以下几个方面:
(1) 二通插装 阀采用了插入式连接的座阀结构,整个插装件都坐在集成块体内部,其孔道为由 若干阶梯组成的阶梯孔,同时二通插装阀阶梯孔中带有侧向孔道,且该孔道的方 向只能由与其相通的插装阀位置来决定,具有孔道方向不定性。
(2)插装 阀系统中的控制油道非常复杂,若只是按照直孔方式进行连通则会大大增加工艺 孔的数量,影响集成块的性能,因此在加工条件允许的情况下,为减少工艺孔数 目,根据设计需要可适当地采用斜孔进行连通。
(3)插装阀的控制阻力采 用了阀口相互独立分离的结构,插装阀液压系统的元件数目大大增加。一般来说 ,一个普通板式阀的控制功能需用两个或四个甚至更多的插装阀才能实现,大大 增加了集成块元件布局设计的工作量。
1.2 集成块设计CAD方法分析
总结目前集成块CAD设计方法主要有两种:
(1)根据液压系统提供 的元件信息及元件之间的连通信息实现元件的计算机自动布局和孔道之间的自动 连通,直接生成集成块三维立体图或二维工程图。
(2)根据系统原理凭借 设计者的人脑思维和设计经验确定出集成块的集成方案,确定元件的布局位置, 然后利用计算机进行孔道安全校核,完成集成块CAD设计。
上述两种方法 中,第一种方法自动化程度高,以智能优化设计理论为依托,利用计算机实现集 成块自动布局和布孔,达到了对集成块体积、工艺孔数、最短孔道路径等优化目 标的最优设计,但由于各液压系统实际工作环境及装配环境的不一致性,很难将 其纳入优化设计模块当中,设计者还需根据系统工况对优化设计结果进行调改, 直至满足设计要求。第二种方法的元件布局和孔道连通全部由设计者根据经验设 计得出,虽可以满足系统实际工作及装配环境的需求,但缺少优化计算,只对孔 道连通进行安全校核,其设计结果仅为可行,难以达到最优,而且将插装阀集成 块所有元件的布局和孔道连通设计问题全部由设计者凭大脑思维和经验来完成, 大大增加了人的设计工作量,且设计难度很大,效率低。
对于二通插装 阀而言,由于其特殊的结构和大大增加的元件数目,若采用第一种方法进行设计 ,可以进行最优化设计,但同时也会极大地增加设计工作量,而且还需要对优化 设计后的结果进行调改。若采用第二种方法进行设计则自动化程度低,设计者设 计工作量大,效率低。为此,本文根据插装阀的结构特征,结合上述种设计方法 的优点,提出一种针对插装阀集成块的CAD设计方法—基于功能块及分层设 计的CAD方法,并对该方法进行了探讨性研究和分析。
0 引言
随着二通插装阀控制技术日益广泛的应用,插装阀液压集成块 的设计问题已愈加受到人们的关注。由于插装阀元件的结构特殊性和集成块内部 孔道连通的复杂性,使集成块设计工作具有相当难度,颇费工时且容易出错。因 此,在设计过程中采用CAD技术和方法已成为行业内的必然选择。但在目前,国 内外所见的液压集成块CAD研究基本上集中在原理图绘制、孔道校核及二维工程 图输出等方面,很少涉及到液压集成块中元件布局和孔道连通的自动优化设计, 且大多数研究都集中在板式阀,针对插装阀的则较少见。
同时,随着CAD 专业软件、方法和工具的不断发展和升级,也为液压集成块CAD设计提供了更为 有利的外部软件支撑。在此新形势下,本文就插装阀集成块CAD设计方法进行了 深入研究,全面分析了插装阀的结构特征及集成块的设计方法,提出了一种以现 代设计理论和方法为基点的基于功能块及分层设计的插装阀集成块CAD设计方法 。
1 插装阀结构及其集成块设计方法
1.1插装阀的结构特征
二通插装阀由插装件、控制盖板、先导控制阀和集成块体四部分组成。 其中插装件坐于集成块体内部,集成块体既是插装阀的阀体,同时也是系统中所 有插装件的承载体。与普通板式阀相比,由于插装阀结构的特殊性使得插装阀集 成块的设计问题显得更加复杂,主要表现在以下几个方面:
(1) 二通插装 阀采用了插入式连接的座阀结构,整个插装件都坐在集成块体内部,其孔道为由 若干阶梯组成的阶梯孔,同时二通插装阀阶梯孔中带有侧向孔道,且该孔道的方 向只能由与其相通的插装阀位置来决定,具有孔道方向不定性。
(2)插装 阀系统中的控制油道非常复杂,若只是按照直孔方式进行连通则会大大增加工艺 孔的数量,影响集成块的性能,因此在加工条件允许的情况下,为减少工艺孔数 目,根据设计需要可适当地采用斜孔进行连通。
(3)插装阀的控制阻力采 用了阀口相互独立分离的结构,插装阀液压系统的元件数目大大增加。一般来说 ,一个普通板式阀的控制功能需用两个或四个甚至更多的插装阀才能实现,大大 增加了集成块元件布局设计的工作量。
1.2 集成块设计CAD方法分析
总结目前集成块CAD设计方法主要有两种:
(1)根据液压系统提供 的元件信息及元件之间的连通信息实现元件的计算机自动布局和孔道之间的自动 连通,直接生成集成块三维立体图或二维工程图。
(2)根据系统原理凭借 设计者的人脑思维和设计经验确定出集成块的集成方案,确定元件的布局位置, 然后利用计算机进行孔道安全校核,完成集成块CAD设计。
上述两种方法 中,第一种方法自动化程度高,以智能优化设计理论为依托,利用计算机实现集 成块自动布局和布孔,达到了对集成块体积、工艺孔数、最短孔道路径等优化目 标的最优设计,但由于各液压系统实际工作环境及装配环境的不一致性,很难将 其纳入优化设计模块当中,设计者还需根据系统工况对优化设计结果进行调改, 直至满足设计要求。第二种方法的元件布局和孔道连通全部由设计者根据经验设 计得出,虽可以满足系统实际工作及装配环境的需求,但缺少优化计算,只对孔 道连通进行安全校核,其设计结果仅为可行,难以达到最优,而且将插装阀集成 块所有元件的布局和孔道连通设计问题全部由设计者凭大脑思维和经验来完成, 大大增加了人的设计工作量,且设计难度很大,效率低。
对于二通插装 阀而言,由于其特殊的结构和大大增加的元件数目,若采用第一种方法进行设计 ,可以进行最优化设计,但同时也会极大地增加设计工作量,而且还需要对优化 设计后的结果进行调改。若采用第二种方法进行设计则自动化程度低,设计者设 计工作量大,效率低。为此,本文根据插装阀的结构特征,结合上述种设计方法 的优点,提出一种针对插装阀集成块的CAD设计方法—基于功能块及分层设 计的CAD方法,并对该方法进行了探讨性研究和分析。
2.3 分层设计实例
为具体说明功能块与分层设计在插装阀集成块设计中的应用与实现,以 一个简单的插装阀系统实例来说明基本功率回路的划分和层的设计。为简化问题 ,只对系统的主油路进行了分析,如图2.
由原理图 2a可以看出,本系统 由一个四通回路和两个三通回路组成。根据本文功能块和分层设计思想,可作如 下处理:1区中的四通回路直接作为集成块的一层来处理,2区和3区中的两个三通 回路合并作为集成块上的一层来实现,如图2b。这样,利用分层设计思想,将上 述两层合并,即完成整体集成块的初步结构设计,其上层包含两个三通回路及压 力表支路,下层实现一个四通回路,整个集成块层次鲜明,结构清晰,而且设计 简单快捷。
3 插装阀集成块CAD优化设计系统
利用分层设计的方 法调用各层相应的功能块,根据块中己有的数据和信息确定个元件的布局位置, 结合元件安装角度孔道连通方法进行集成块孔道网络优化设计。集成块CAD优化 设计各环节之间的关系如图3.
液压集成块CAD设计的核心之一是其外部元 件的布局优化设计,是一种复杂的空间布局问题,属NP完全问题,利用分层设计 的方法,充分利用插装阀液压系统功率回路的特性和设计人员丰富的设计经验, 将液压集成块虚拟地划分为若干层,快速合理地完成集成块外部元件的布局设计 。
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