一種簡(jiǎn)便的液壓集成塊設(shè)計(jì)方法

供稿|宋英杰, 黃繼德 / SONG Ying-jie, HUANG Ji-de

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文章介紹了一種利用三維CAD軟件SOLIDWORKS進(jìn)行液壓集成塊設(shè)計(jì)的方法.該方法與以往采用的二維方法(設(shè)計(jì)者的思維在圖紙二維和頭腦三維中不斷轉(zhuǎn)換)相比不但工作效率大大提高,而且具有效果直觀、不易發(fā)生錯(cuò)誤、能夠達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)、更改容易等優(yōu)點(diǎn).

液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置,具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、振動(dòng)小、利于實(shí)現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用日益廣泛.其中的關(guān)鍵零件--液壓集成塊,具有密集而復(fù)雜的空間孔道系統(tǒng),其設(shè)計(jì)工作是一件極其煩瑣、復(fù)雜而又極易出錯(cuò)的工作,長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著人們.盡管人們已經(jīng)在這方面做了大量的工作,但隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展,新的問(wèn)題也不斷出現(xiàn),使液壓集成塊的設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜.

有些液壓集成塊的設(shè)計(jì)研究盡管部分涉及了三維輔助內(nèi)容,但并沒(méi)有把三維設(shè)計(jì)作為基本設(shè)計(jì)手段,仍然是二維和三維的結(jié)合.但是隨著科技水平的不斷發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)的不斷進(jìn)步,三維CAD軟件的普及應(yīng)用,改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,極大減少了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度,把他們徹底地從繁重的設(shè)計(jì)勞動(dòng)中解放出來(lái).

SOLIDWORKS是基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng),技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì),功能強(qiáng)大,易學(xué)易用,并具有直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核(由劍橋提供)以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù).本文介紹了一種利用SOLIDWORKS三維CAD軟件進(jìn)行液壓系統(tǒng)集成塊設(shè)計(jì)的方法.

建立液壓元件模型

在設(shè)計(jì)集成塊之前,應(yīng)首先明確液壓原理圖所實(shí)現(xiàn)的功能及所使用的液壓元件.

液壓原理圖是由大量標(biāo)準(zhǔn)液壓元件符號(hào)組成的,如液壓泵、各種液壓控制閥、液壓輔件等,這些標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件具有確定的結(jié)構(gòu)、尺寸和表示方法.在集成塊的設(shè)計(jì)中,經(jīng)常需要考慮這些液壓元件的結(jié)構(gòu)、功能及外形尺寸;生成集成塊裝配圖時(shí),則需要畫出這些元件各個(gè)方向的視圖.首先必須建立所選用液壓元件的三維模型.如圖1為電磁換向閥的三維模型.當(dāng)然,建立眾多的液壓元件模型是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜而艱巨的任務(wù),國(guó)外一些著名的液壓元件廠商會(huì)提供一些液壓元件的三維模型,可以直接調(diào)用;也可使用一些二次開(kāi)發(fā)軟件廠商提供的液壓元件模型庫(kù);比較常用的模型也可以根據(jù)廠家提供的樣本來(lái)創(chuàng)建.對(duì)于集成塊模型開(kāi)始可以粗略地估計(jì)尺寸來(lái)建立,以后還可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷更改.

圖1 電磁換向閥的三維模型

在裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)集成塊

液壓集成塊實(shí)體是一個(gè)三維六面體(圖2),集成塊外部安裝所需各種元件如液壓閥、管接頭、壓力測(cè)點(diǎn),壓力表等.集成塊是安裝元件的支承體.集成塊內(nèi)部有許多相互連通或相互交錯(cuò)的圓柱孔道,這些孔道與安裝元件底面孔道相溝通構(gòu)成液壓系統(tǒng)某個(gè)回路.設(shè)計(jì)液壓集成塊,首先要滿足液壓系統(tǒng)的動(dòng)作要求,其次要保證安裝在集成塊上元件裝配合理,互不干涉,而最重要的是保證集成塊內(nèi)部孔道連通,無(wú)危險(xiǎn)孔,工藝孔少.對(duì)于復(fù)雜的集成塊由于表面的元件眾多,尺寸各異,單憑頭腦想象而確定元件的布置,難免會(huì)發(fā)生干涉.必須建立一個(gè)虛擬的裝配環(huán)境,在這個(gè)虛擬的裝配環(huán)境中進(jìn)行集成塊設(shè)計(jì)的空間規(guī)劃.如圖3為所建立的表面具有液壓元件的虛擬裝配環(huán)境.

圖2 集成塊的三維模型

圖3 液壓集成塊表面具有液壓元件的虛擬裝配環(huán)境

在虛擬裝配環(huán)境中,裝配并布局液壓閥主要根據(jù)以下幾點(diǎn)來(lái)進(jìn)行:

(1) 考慮特殊要求,如某些閥的指定安裝表面.

裝配布局必須首先滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的要求,比如考慮到整體美觀及液壓管道布置的需要,某些液壓元件,或接口必須在指定的安裝表面.

(2) 個(gè)人設(shè)計(jì)習(xí)慣.

由于個(gè)人設(shè)計(jì)習(xí)慣的不同可能對(duì)于同一功能的集成塊出現(xiàn)不同的布局型式,可以多參考幾種不同的裝配布局型式,選擇其中的最佳方案.

(3) 操作及維護(hù)方便.

布局設(shè)計(jì)要便于日后的操作及維修,這一點(diǎn)非常重要.在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要考慮到集成塊安裝的空間狀況,滿足液壓元件及管路的拆卸與維修不會(huì)存在空間障礙,及操作者在滿足基本使用要求下操作便利.

由于集成塊內(nèi)部孔道多,孔深不一,有的應(yīng)該相通,有的卻不能相通,且立體交叉,錯(cuò)綜復(fù)雜.以往用二維的方法表示不直觀,是最容易發(fā)生錯(cuò)誤的環(huán)節(jié).在SOLIDWORKS軟件中,可以通過(guò)插入異型孔從而直觀地觀察孔的位置及深度是否合理.需要注意的是,為了便于觀察集成塊內(nèi)部孔道的狀況,可以通過(guò)該軟件設(shè)置物體透明度的功能把集成塊設(shè)置成透明狀態(tài),也可以通過(guò)"抽殼"的方法來(lái)實(shí)現(xiàn).同樣為了便于觀察,可以把不同的孔系賦予不同的顏色(如圖4所示).還應(yīng)注意,盡可能應(yīng)用SOLIDWORKS軟件的功能,如草圖、約束、表達(dá)式,使設(shè)計(jì)的孔系具有關(guān)聯(lián)性.例如在調(diào)整液壓閥即元件的位置時(shí),油路連通關(guān)系要保持,同時(shí)盡可能保持油路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這樣可方便實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變更(設(shè)計(jì)變更在設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免),同時(shí)可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)設(shè)計(jì)通過(guò)少量的修改,成為一個(gè)新設(shè)計(jì).

圖4 對(duì)不同的孔系賦予不同的顏色

優(yōu)化油路原則:使工藝孔最少;避免深孔;使集成塊體積最小.

工藝孔是為了實(shí)現(xiàn)相關(guān)連通孔系的目的而設(shè)置的孔道.工藝孔出口一般都用螺塞盲死,工藝孔過(guò)多,既增加了加工的工序,又會(huì)增加使用中發(fā)生泄漏的危險(xiǎn),因此應(yīng)盡量把工藝孔的數(shù)量控制在最小.

在許可的情況下,應(yīng)盡可能將集成塊的體積優(yōu)化到最小.這樣不但能降低制造成本,又會(huì)在一定程度上,避免深孔的出現(xiàn).如果出現(xiàn)深孔,不但會(huì)增加加工難度,還容易發(fā)生鉆孔偏斜.

在設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)反復(fù)進(jìn)行油路優(yōu)化使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳.

檢查油路連通關(guān)系

在集成塊設(shè)計(jì)完成后應(yīng)根據(jù)液壓原理圖進(jìn)行油路連通關(guān)系檢查,必須避免油路連通關(guān)系與原理不符錯(cuò)誤的發(fā)生.為了檢查直觀,可以把相連通的油路賦予相同的顏色,在一定程度上可以減少油路錯(cuò)誤連接.

最小壁厚檢查

在集成塊設(shè)計(jì)中,可根據(jù)系統(tǒng)壓力及集成塊材質(zhì)等因素確定一個(gè)孔間的最小安全壁厚,用以避免集成塊油路間造成擊穿.對(duì)于壓力較高的液壓系統(tǒng),一般孔間壁厚應(yīng)不小于5 mm.利用SOLIDWORKS軟件的測(cè)量功能,可以輕易地實(shí)現(xiàn)孔間最小壁厚的檢查,只需選中待檢查的兩個(gè)孔,便可自動(dòng)顯示出孔的中心距及最小壁厚.

結(jié)束語(yǔ)

液壓集成塊上的孔道設(shè)計(jì)實(shí)際上是空間孔系的設(shè)計(jì),也是集成塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在.利用SOLIDWORKS軟件可完成液壓集成塊設(shè)計(jì)的全部工作,并可對(duì)孔間距進(jìn)行校核.SOLIDWORKS軟件的應(yīng)用可以大大減輕設(shè)計(jì)人員的工作量,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率.