液压密封与损失计算分析系统

2013-05-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

作者: 安向东*梁铭来源: 万方数据
关键字: 液压密封液流管路损失 AutoLISP 流体动力学
液压传动系统由于密封泄落、管道突变等原因,造成能量损失。论述了在基于AutoCAD与SolidWorks环境下开发的密封与液流损失计算系统,提出新的流体力学设计思想和方法,实现了流体力学设计的信息化。

液压传动与密封设计过程烦琐、复杂,需要大量复杂公式的计算和工程手册查询。传统的人工设计计算效率低下,设计周期长,质量和精度得不到保证,存在诸多问题,理论公式与实际有一定的出人,计算数据处理也不能实现信息化管理,制约着液压产品设计现代化的发展。

CAD/CAM技术使制造业向集成化、智能化、标准化、网络化发展,但目前国际市场上还没有专门针对液压传动和密封而开发的中文环境的液压密封和液压损失计算分析软件系统,处于待开发阶段,但它有着广阔的应用空间和实用价值,能为制造业带来巨大的经济效益。

本系统将一个液压传动系统的总体设计思想、设计方法、实施手段都集成于一个软件环境中实现。系统集成了各种流体传动计算、液压密封与损失计算及分析、数据处理等。

    1系统结构

系统以AutoCAD为平台,采用AutoLISP语言与VBA接口实现用户界面的开发、程序编制和对数据库的访问;Microsoft Access作为一种高效的数据库管理系统,提供了强大的数据组织和管理功能;SolidWorks提供了基于OLE自动化技术的API函数,可以使用VB为它进行二次开发,作为本系统的三维参数化造型工具。

1. 1系统计算四大功能

液压传动流体静力学;液压传动流体动力学;液压元件密封件选取和计算文档处理;三维模型库及模拟。流体力学上的诸多公式,计算麻烦、繁琐,而且有时和实际不相符。我们这里采用专家与工程师们的经验数值和类比的方法,对密封与管路损失计算数据进行计算分析、补偿。系统的框架结构如图1所示。

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    1. 2计算模块实例

液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的,称之为沿程压力损失,它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。液体的流态不同,沿程压力损失也不同。

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选择系统菜单,弹出"直管层流压力损失计算"窗口(如图2所示),添人各选项的数据,点击"计算压损",显示出所计算出的数据。图中,λ为沿程阻力系数,它的理论值为λ= 64/Re,而实际由于各种因素的影响,对光滑金属管取λ=75 / Re,对橡胶管取A=80/Re。

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1. 3系统计算依据

除了与基准解作比较外,所开发软件系统或计算方法的重要手段是与可靠的实验测定结果作比较。

这种考核数据的获得与收集,对于发展计算流体的计算软件具有特别重要的意义。为了使这种作为专家系统软件的实验数据表述规范化,相互间有一定可比性,提出了记录实验数据的格式如下:

①实验设备;②试验段;③试验条件;④进口与边界条件:⑤所测定的量;⑥实验设备的诊断说明(即对该测定设备本身可靠性的考查);⑦本试验中独特的测试方法;⑧实验方案;⑨质量控制方法;⑩误差分析;11)数据提供方式;12)参考文献;13)实验数据。

    2数据库管理与数据库访问

Microsoft Access是当前最流行的关系数据库管理系统之一,基本的核心是Microsoft Jet数据库引擎,其数据库对象的层次结构和编程方法及访问与在VB中访问数据库一样。它以操作方便、简单易学以及和Micrsoft Office的完美结合著称于世。同时Access又能满足小型企业客户/服务器解决方案的要求来组建客户/服务器的数据库应用系统,是一种功能较完备的系统,几乎包含了数据库领域的所有技术和内容。正因为这些特点,在使用VB开发数据库应用程序时,比较适合采用Access作为后台数据库管理系统。系统采用Access将流体与密封计算所需静态工程数据分类管理,并将计算和分析所产生的动态数据归纳到数据库中。对计算结果数据,可以点击"生成文档",弹出窗口,如图3所示。

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    3液压元件的三维参数化建模

    3.1三维参数化建模思想

SolidWorks中常用的主要ActiveX Automation对象有SolidWorks的Body Parameter,Sldworks,Part,Face和Feature对象等。 Sldworks对象为VB对SolidWorks工作环境进行访问处理提供了接口。用vs调用SolidWorks中的API函数,还可以完成液压元件的建造和修改;液压元件各特征的建立、修改、删除和压缩等各项控制;液压元件特征信息的提取,如特征尺寸的设置与提取,特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息;液压元件的装配信息;液压元件工程图纸中的各项信息等。

    3. 2三维建模的建立

采用程序驱动三维模型,在已创建的模型基础上,进一步根据液压密封设计要求建立一组可以控制三维形状和大小的设计参数。参数化程序针对设计参数进行编程,实现设计参数的检索、修改和根据新的参数值生成新的数字化模型。

    1)在对模型进行设计时,对二维截面轮廓,利用尺寸标注和施加相切、固定点、同心、共线、垂直及对称等关系实现对几何图形的全约束。

    2)设计参数可以分为两种情况:一种是与其他参数无关的独立参数,主要用来控制模型的几何尺寸和拓朴关系;另一种是与其他参数相关的非独立参数,可以用以独立参数为自变量的关系式表示。

3)正确建立设计参数与模型尺寸变量之间的关联关系。

    图4为采用本系统建立的三维液压元件实体模型。

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    4系统特点

    1)系统是在AutoCAD与SolidWorks的基础上二次开发而成,充分利用了它们强大的绘图功能和三维实体造型功能,采用AutoLISP与VC++语言编程,系统具有很强的移植性,可适合不同版本的软件平台。

    2)系统可适合多种高级语言及数据库,采用标准的数据接口,支持DXF. IGES标准,可与其它设计系
    统联接。

    3)系统可实现与VB,VC,VC++等高级语言的接口,数据可与Oracle、Foxpro连接,为企业应用PDM提供了数据支持。

    面对复杂的流体公式与计算,采用计算机辅助设计可以大大改善设计效率,提高设计质量。在设计系统的开发上可以采用高级语言,如VB.VC等进行界面和程序开发,本系统在开发时考虑到与图形环境的无缝集成,基于AutoCAD环境下,将流体计算、流体元件设计、流体传动系统设计集成于同一环境下。

    5总结

    系统解决了液压密封与管路损失计算中繁重、复杂的工作,以及与实际应用存在的误差问题。充分利用了AutoCAD与SolidWorks的强大功能及开放性、面向网络、数据库接口的新功能,以及与高级语言的良好接口,可以很好地与液压CAD/CAM进行无缝集成。对计算过程及结果生成数据库格式,为后续工序PDM提供动态数据;为流体传动系统设计一人员的工作带来了新思维,极大地提高设计效率及设计精度,带来良好的经济效益及社会效益。