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三维可视液壓管路系統集成优化设计技术与工程應用
上架時間:
2019-04-15

産品描述

1       液壓管路系統设计技术特点

1.1   液壓管路系統研究所依托具有百年历史的国家985/211重点建设高校—同济大学机械工程学科,以液壓管路系統作为技术研究和工程應用对象,对其进行多方位的研究、开发、应用、标准化与推广工作,以提升中国(液压)机械産品的整体可靠性、美观度和竞争力。

1.2   應用領域:移動設備領域,如工程機械、農業機械、礦山機械;大型固定設備領域,如鍛壓設備、冶金設備、船舶、各類液壓泵站。

1.3   基于实际空间约束条件,虚拟环境中进行液壓管路系統的三維設計,并預先實現三维可視、立體的完全等同于實際工程施工效果的液壓管路系統,并可进一步快速评估、改进、优化。也即:預先實現實際的工程施工效果預先實現免除“預裝配階段”的管路設計。

1.4   准確定位管路的空間位置,優化布管路徑,避障和幹涉校驗,保證管路受力的合理性,實現軟、硬管一體化裝配,消除漏油、滲油現象,實現管路系統的良好密封。

1.5   管路系統的快速安裝技術(不允許現場焊接、現場彎管);

1.6   管路系統特性優化設計和分析(減小管路壓力損失,降低沖擊、振動、噪音)

1.7   管路系統可靠性技術研究(含清潔技術)。

1.8   液壓管路系統的基础及应用理论研究:包括流体传输管路动力学研究;多相流体传输理论;流固耦合振动理论研究等。

1.9   液壓軟管彎曲特性建模研究:靜態條件下液壓軟管彎曲特性建模和分析;動態條件下,特別是相對運動工況下,液壓軟管彎曲特性和扭曲特性的建模分析。

1.10  液壓管路系統设计技术应用标准化研究,推动液壓管路系統设计与应用技术向好用(不漏油、不泄漏,装拆方便快捷)、好看(外观整齐、美观、合理利用空间)和长寿命(高可靠性,长寿命,降低使用成本)方向发展。内在的优化向节能提效(降低管路压力损失、减少系统发热)、降振、降噪(液压的冲击、振动、)、清洁技术(油液清洁、外观清洁)方向发展;以及与自然环境、工作环境方面友好的方向发展。

                                                           

 

2       液压系统与液壓管路系統

2.1 工程或工業領域的液壓系統組成

l  液壓元件(液壓泵、液壓馬達或液壓缸、各種液壓控制閥等)

l  液壓輔件(油箱、濾清器、蓄能器、冷卻器等)

l  液壓管路系統(液压軟管总成、硬管总成、各种卡套式管接头等)

l  液壓油(作爲介質)

連接而組成密閉系統--液壓油在密閉系統內流動實現能量的傳遞。




2.1  液壓管路系統及其连接技术

 

2.2 液壓管路系統组成(圖2.1

液壓管路系統:由液压軟管总成、硬管总成、各种卡套式管接头等把液压元件、液压附件的油口连接起来而構成的密闭管路系統。

l  液壓軟管(總成):膠管(軟管)總成是液壓系統中常用的一種輔助裝置。它是由高壓鋼絲編織或纏繞膠管及鋼件接頭經專  用設備扣壓而成,用來連接液壓系統中各類液壓元件,主要應用于在工作溫度-40℃至+100℃條件下,進行液壓動力傳送或輸送水、氣、油等高壓介質,以保證液體的循環和傳遞液體能量。

l  硬管(总成):硬管(总成)是指用液压用的冷拔无缝钢管经过弯曲加工,钢管两头分别与卡套式管接头等(螺纹式或法兰式)焊接而成。功能与軟管总成相同。

l  卡套式管接頭(螺紋式及法蘭式管接頭等。30年代,德國Ermato發明; EO管接頭,EO-2管接頭,EO-3管接頭)

常用的卡套式管接頭有:

端直通接頭、45°/90°端直角接頭、各種過渡接頭以及可調向接頭、各種變徑接頭或法蘭式管接頭等;解決連接液壓元件或輔件的油口與管子、管子與管子之間的連接問題。

三通接頭、三通組合接頭和四通接頭等。解決管路中一分二、二合一或一分三、三合一以及二合二分等管路中的合流或分流連接。

 

2.3           液壓管路系統的主要问题

液压系统的主要问题就在于液壓管路系統。液压机器工作中,跑冒滴漏、效率降低、环境糟糕、维护困难,是液压系统的主要故障来源,影响巨大。

l  元件、輔件的油口標准繁多複雜,各種管接頭多達上萬種;

l  機械結構條件複雜,空間制約多,空間尺寸難以准確;

l  軟管不软,硬管刚度极大。除了固定部件,还需考虑运动部件;

l  工作溫度、濕度、防水防潮,振動等工作環境要求;

l  需要正確理解及把握各種機器的液壓系統工作壓力、流量、工作頻率、運動速度等性能參數及其各種範圍等。

 

2.4   液壓管路系統设计需要解决的问题

l  如何減少太多的接頭種類?

l  如何選擇可靠方便的密封?**感覺密封件不存在?

l  如何做到管路整齊、美觀,至少順眼?

l  如何實現管路固定而不浮動、少振動?

l  如何实现钢管少折弯,軟管空中转弯?

l  如何做到快捷變徑(管徑粗細)連接?

l  如何實現更多通路的合流與分流?

l  如何方便測壓、測溫、排氣?

l  如何減少發熱,提**率?

l  如何減少管路中非標設計和生産?     

 

3       三維可視集成優化設計技術

3.1  設計技術及其5個階段

l  基于实际空间约束条件、虚拟环境的液壓管路系統三維設計預先實現可視、立體、完全等同于實際工程施工效果的液壓管路。并可進一步快速評估、改進、優化;也即:預先實現實際的工程施工效果;預先實現免除預裝配階段的管路設計。

l  准確定位管路的空間位置,優化布管路徑,避障和幹涉校驗,保證管路受力的合理性,實現軟、硬管一體化裝配,消除漏油、滲油現象,實現管路系統的良好密封。

l  管路系統的快速安裝技術(不允許現場焊接、現場彎管)。

l  管路系統特性優化設計和分析(減小管路壓力損失,降低沖擊、振動、噪音)。

l  管路系統可靠性技术研究(含清潔技術)

 

優點:

l  精確性高,管接頭庫的模型與管接頭樣本完全一致,避免實際裝配時發生因尺寸不准而産生的幹涉;

l  交互性好,调用方便,可快速调用接头零件库和軟管总成库、硬管总成库等,实现快速管路设计。

l  在設計過程中全面考慮與配管相關的每個部件,將所有相關部件做出三維模型,以全面考慮配管走向,使管路設計合理、美觀。

l  幫助設計人員在虛擬的三維立體空間環境下,**限度地了解各個液壓部件和管路的布置情況。

l  在設計初期階段就可以充分了解可能出現的問題,做到管路路徑和相關機械結構的優化設計,減少整機裝配可能出現的問題。

l  例如,管路走向的提前確定,還可以保證部分液壓輔件位置的合理規劃

通过生成的三维立体空间模型,使设计人员实时观测设计效果,了解各部分之间的空间关系,不必更多的考虑平面上的投影及画线、画弧等圖面表达方式,从而有更多的精力去思考工艺流程的优化,实现计算机辅助绘圖到计算机辅助设计的飞跃。

3.1  管路設計技術的5個階段



 

3.2  管路設計技術的流程及其内容

3.2  三維環境建模

構成與實物吻合1:1),預先實現可視、立體的完全等同于實際空間環境的虛擬環境模型。

全面考虑与液壓管路相关的空间环境约束条件和设计要求:

l  機械結構等約束條件,包括管路附著面、支承面等;

l  動力元件(液壓泵),執行元件(液壓馬達、液壓缸),液壓控制閥等元器件位置;液壓油箱,過濾器,蓄能器,冷卻器等輔件位置;

l  移動機械:發動機、柴油箱,制動器等固定部件,工作裝置,鉸接機構,轉向機構等運動部件;

  固定機械:牆、地面、管溝、基礎等附著面、支承面等;

l  工作溫度、濕度、防水防潮,振動等工作環境要求;

l  液壓系統工作壓力、流量,工作頻率,運動速度等。

 

3.3   設計方案評估及其改進(核心階段)評估方法

l  初步方案:三維管路可視化軟件設計平台,形成可行性方案;

l  改進方案:可行性方案評估,修改,優化,完善;

l  精細方案:可行性方案的再評估,再修改,再優化和完善;

l  可實施方案:可行性方案的進一步完善,現場可實施方案。

方案評估方法:

l  運用流體力學、液壓傳動與控制技術、流體管路動力學,工程實踐經驗等相關理論知識和經驗逐個對接頭、管路的基本合理性進行評估;

l  管路通順性和接點合理性評估,包括原理評估,可靠性和使用壽命等;

l  軟管、硬管选择合理性评估;

l  成本評估;

l  管路密封性(漏油等)型式及合理性;

l  流動阻力損失計算;

l  系統發熱計算;

l  其他合理性分析簣D扑悖òㄕ穸⒊寤鳎ㄋ负吐龆翟氲龋

 

3.4   三維可視與施工管理

目前,液压軟管总成的数量和长度都是在整机装配完成后才现场量取,而采购需要一定时间,会影响生产进度。还由于现场设计,时间较仓促,管路的路径规划会有较多的不合理之处,对液压系统性能有一定的影响。

優點:

l  清晰地給出標准件的數量,管材的用量,明確管路標准件用在什麽位置*合理、美觀,保證生産和裝配過程中不發生多件和缺件現象

l  能精確地做出材料消耗和工時定額,同时降低管路标准件对産品成本的影响,有利于管路系統成本的独立核算。

l  無需現場焊接和彎管,管件根据设计圖纸,一並工廠加工,可靠,准確,質量有保證,而且**限度提高清潔度。在工厂内完成軟管加工、硬管加工、非标准件的加工。

 

3.5   快捷安裝的可行性

快速性原因:

l  基于DIN標准和ISO標准的24°锥管接頭,具有自动对中、双重密封,保证密封圈均匀变形,有利于实现安装的快速性和密封的可靠性;

l  轴测圖,不仅方便查找管路簣D觳楣苈氛沸裕以谑导首芭涔讨校∪チ舜罅康亩翀D和拆圖时间;

l  無需現場彎管和焊接,縮短現場安裝時間;


4、 三維可視集成優化設計技術条件与平台

4.1  零部件庫                                                      

l  管接頭零件庫(包括輕、重系列,法蘭、多通塊接頭等)。

l  軟管总成库(轻、重系列,法兰,接头法蘭混合式)。

l  硬管(鋼)總成庫(螺紋、法蘭,接頭法蘭混合式)。

l  管夾、支架等輔件庫,標准件庫。

       管接頭零件庫是基于DIN標准、ISO標准和SAE標准,以派克漢尼汾公司零件手冊的接頭爲基礎,逐步豐富、完善的、包含各類管接頭的零件庫。管接頭零件庫包括全部的各類油口接頭、如直通接頭、鉸接接頭、彎通接    

                        






5. 工程應用







加載中

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