液壓密封與損失計算分析系統

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: 萬方數據
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環境下開發的密封與液流損失計算系統,提出新的流體力學設計思想和方法,實現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。傳統的人工設計計算效率低下,設計周期長,質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,計算數據處理也不能實現信息化管理,制約著液壓產品設計現代化的發展。

CAD/CAM技術使制造業向集成化、智能化、標準化、網絡化發展,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的中文環境的液壓密封和液壓損失計算分析軟件系統,處于待開發階段,但它有著廣闊的應用空間和實用價值,能為制造業帶來巨大的經濟效益。

本系統將一個液壓傳動系統的總體設計思想、設計方法、實施手段都集成于一個軟件環境中實現。系統集成了各種流體傳動計算、液壓密封與損失計算及分析、數據處理等。

    1系統結構

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

1. 1系統計算四大功能

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驗數值和類比的方法,對密封與管路損失計算數據進行計算分析、補償。系統的框架結構如圖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、內徑、液體的流速和粘度等。液體的流態不同,沿程壓力損失也不同。

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選擇系統菜單,彈出"直管層流壓力損失計算"窗口(如圖2所示),添人各選項的數據,點擊"計算壓損",顯示出所計算出的數據。圖中,λ為沿程阻力系數,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系統計算依據

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

這種考核數據的獲得與收集,對于發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軟件的實驗數據表述規范化,相互間有一定可比性,提出了記錄實驗數據的格式如下:

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質量控制方法;⑩誤差分析;11)數據提供方式;12)參考文獻;13)實驗數據。

    2數據庫管理與數據庫訪問

Microsoft Access是當前最流行的關系數據庫管理系統之一,基本的核心是Microsoft Jet數據庫引擎,其數據庫對象的層次結構和編程方法及訪問與在VB中訪問數據庫一樣。它以操作方便、簡單易學以及和Micrsoft Office的完美結合著稱于世。同時Access又能滿足小型企業客戶/服務器解決方案的要求來組建客戶/服務器的數據庫應用系統,是一種功能較完備的系統,幾乎包含了數據庫領域的所有技術和內容。正因為這些特點,在使用VB開發數據庫應用程序時,比較適合采用Access作為后臺數據庫管理系統。系統采用Access將流體與密封計算所需靜態工程數據分類管理,并將計算和分析所產生的動態數據歸納到數據庫中。對計算結果數據,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化建模

    3.1三維參數化建模思想

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工作環境進行訪問處理提供了接口。用vs調用SolidWorks中的API函數,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

采用程序驅動三維模型,在已創建的模型基礎上,進一步根據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。參數化程序針對設計參數進行編程,實現設計參數的檢索、修改和根據新的參數值生成新的數字化模型。

    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對幾何圖形的全約束。

    2)設計參數可以分為兩種情況:一種是與其他參數無關的獨立參數,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相關的非獨立參數,可以用以獨立參數為自變量的關系式表示。

3)正確建立設計參數與模型尺寸變量之間的關聯關系。

    圖4為采用本系統建立的三維液壓元件實體模型。

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    4系統特點

    1)系統是在AutoCAD與SolidWorks的基礎上二次開發而成,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,系統具有很強的移植性,可適合不同版本的軟件平臺。

    2)系統可適合多種高級語言及數據庫,采用標準的數據接口,支持DXF. IGES標準,可與其它設計系
    統聯接。

    3)系統可實現與VB,VC,VC++等高級語言的接口,數據可與Oracle、Foxpro連接,為企業應用PDM提供了數據支持。

    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,提高設計質量。在設計系統的開發上可以采用高級語言,如VB.VC等進行界面和程序開發,本系統在開發時考慮到與圖形環境的無縫集成,基于AutoCAD環境下,將流體計算、流體元件設計、流體傳動系統設計集成于同一環境下。

    5總結

    系統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、面向網絡、數據庫接口的新功能,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。對計算過程及結果生成數據庫格式,為后續工序PDM提供動態數據;為流體傳動系統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,帶來良好的經濟效益及社會效益。