基于法蘭連接的模塊式液壓控制元件 產(chǎn)品的虛擬開發(fā)和仿真初探

王娜

摘要：傳統(tǒng)的液壓控制產(chǎn)品受到歷史條件的限制，存在著許多的不足，但在IT技術(shù)等一系列新技術(shù)的影響之下，液壓控制產(chǎn)品的開發(fā)方法、制造流程等等發(fā)生了較大的變革，取得了一系列的成就，本文研究的課題屬于自主開發(fā)的電——液控制元件產(chǎn)品工程的分支之一，在集成控制系統(tǒng)產(chǎn)品平臺、組合式液壓空白紙?jiān)认嚓P(guān)工藝技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過虛擬開發(fā)對基于法蘭連接的液壓控制產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)及仿真研究，為行業(yè)的發(fā)展提供簡單的參考。

關(guān)鍵詞：飛法蘭連接；模塊式液壓控制元件；虛擬開發(fā)；Ame-sim仿真

中圖分類號：TH137.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

液壓元件的創(chuàng)新開發(fā)是液壓界研究發(fā)展過程中一個(gè)十分重要的課題，有利于擺脫當(dāng)前我國長期處于液壓元件產(chǎn)品供應(yīng)鏈底端的不利局面。本文研究討論的產(chǎn)品是基于組合式液壓控制產(chǎn)品技術(shù)平臺進(jìn)行的，廣泛采用基于PDM原理、變型設(shè)計(jì)技術(shù)及3D產(chǎn)品建模技術(shù)，通過虛擬開發(fā)借助AMESim軟件對基于法蘭連接的液壓控制產(chǎn)品進(jìn)行仿真研究，希望能夠?qū)σ簤寒a(chǎn)品的開發(fā)提供借鑒及參考。

1 基于法蘭連接液壓控制元件產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)

長期以來，我國的液壓控制技術(shù)發(fā)展的都比較遲緩，需要依賴外國液壓控制產(chǎn)品技術(shù)的支持，自行開發(fā)也大多以單一分散的產(chǎn)品為主，開發(fā)方式相對比較孤立，無法完全適應(yīng)市場需求，為此，行業(yè)內(nèi)有關(guān)研究人員正在積極進(jìn)行產(chǎn)品的重組及技術(shù)的重構(gòu)，希望能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的突破。本課題產(chǎn)品的開發(fā)策略及方法主要基于兩個(gè)方面，其一，基于符合未來控制技術(shù)的可配組、模塊化、開放式原則。相關(guān)應(yīng)用表明，當(dāng)前的液壓產(chǎn)品中，基于安裝孔連接的二通插裝閥控制技術(shù)產(chǎn)品是唯一符合該原則及技術(shù)特征的產(chǎn)品，因此，本文研究的創(chuàng)新產(chǎn)品本質(zhì)上其實(shí)指的是基于二通插裝閥控制技術(shù)的產(chǎn)品族。其二，本文研究的創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)是基于大規(guī)模定制產(chǎn)品的開發(fā)技術(shù)。大規(guī)模定制模式是現(xiàn)階段一種比較先進(jìn)的敏捷的產(chǎn)品生產(chǎn)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)定制的大規(guī)模性、高效性，該技術(shù)的成功實(shí)施主要依賴于開發(fā)團(tuán)隊(duì)幾相關(guān)設(shè)計(jì)人員的協(xié)同合作，實(shí)際的實(shí)施過程中需要工作人員對相關(guān)的工藝及零件進(jìn)行通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，采用總成本統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行成本計(jì)算，利用大規(guī)模定制的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)及設(shè)計(jì)。大規(guī)模定制模式是一種新的思維模式，在我國的應(yīng)用發(fā)展前景比較廣闊。大規(guī)模定制的挑戰(zhàn)之一是既要控制產(chǎn)品內(nèi)部多樣化，節(jié)省生產(chǎn)的時(shí)間及成本，同時(shí)又要展現(xiàn)無限的產(chǎn)品外部多樣化。這就需要在實(shí)際的生產(chǎn)之中要能夠柔性地制造產(chǎn)品，做到標(biāo)準(zhǔn)化及通用化。液壓控制產(chǎn)品零件通用化主要通過將首選零件標(biāo)準(zhǔn)化，減少零件種類數(shù)目，零件、自制件、外購件通用化設(shè)計(jì)等通用化方法實(shí)現(xiàn)。

液壓控制元件產(chǎn)品的大規(guī)模定制開發(fā)首先需要建立面向大規(guī)模定制的編碼體系。在產(chǎn)品開發(fā)及整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程之中，產(chǎn)品及零部件編碼十分重要，屬于基礎(chǔ)工作，能夠反映出企業(yè)對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)集有關(guān)資源的管理能力及水平。MC編碼是居于產(chǎn)品編碼的首要層次，工作量較大、基礎(chǔ)性較強(qiáng)，編碼過程中涉及12位數(shù)字編碼系統(tǒng)，屬于一種新型的編碼方法，目前我國液壓界在該領(lǐng)域涉足較少。

2 基于計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)編制的法蘭連接的壓力控制原件產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化方法

液壓控制元件自主創(chuàng)新開發(fā)策略中，通過深刻分析現(xiàn)有產(chǎn)品族及對系統(tǒng)進(jìn)行綜合，對現(xiàn)有的一些比較落后或者保守的產(chǎn)品及技術(shù)進(jìn)行重組或者重構(gòu)，是現(xiàn)階段我國擺脫長期引用模仿狀態(tài)的重要方法。大量采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對產(chǎn)品平臺、產(chǎn)品族進(jìn)行開發(fā)，利用虛擬設(shè)計(jì)及仿真分析的方法對產(chǎn)品進(jìn)行深入的研究開發(fā)對于行業(yè)的發(fā)展是十分有利的。

圖1為基于計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)編制的法蘭連接的壓力控制原件產(chǎn)品方案簡圖，從圖中可以清晰地得到產(chǎn)品的模塊化結(jié)構(gòu)及可配組產(chǎn)品方案。本課題主要有以下創(chuàng)新方向，其一，先導(dǎo)控制級中的創(chuàng)新。通過大量的應(yīng)用分析及性能仿真可以知道，現(xiàn)階段國際上比較常見的產(chǎn)品級中，先導(dǎo)控制級原件的參數(shù)及規(guī)格大多偏高、偏大，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)外形較大，為了盡量降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，產(chǎn)品創(chuàng)新時(shí)可以從這個(gè)方面開展，組合式液壓控制原件產(chǎn)品及平臺中，品的先導(dǎo)級普遍采用的是一種小型的緊湊化的先導(dǎo)控制閥，不僅能夠有效地減小先導(dǎo)級的外形尺寸及重量，且這一類先導(dǎo)級的性能更好、換向時(shí)間段，能夠使得產(chǎn)品的靜動態(tài)性能更佳、性能比更高。

其二，二通插裝閥主級優(yōu)化。通過相關(guān)人員的研究分析發(fā)現(xiàn)，在小規(guī)格產(chǎn)品中，二通插裝閥控制組件還有進(jìn)行緊湊化及小型化的空間，法蘭式控制蓋板及塊體的先導(dǎo)控制結(jié)構(gòu)也能夠進(jìn)行進(jìn)一步的合理化及優(yōu)化。如圖1所示的創(chuàng)新產(chǎn)品的主級，功率級采用的是可配組、模塊化的二通插裝閥控制組件，與ISO相同規(guī)格相比，該法蘭控制蓋板的尺寸及外形有所減小，座閥主級的安裝孔雖然大部分保留了ISO尺寸，但孔深度有所減小，因此，總體而言，產(chǎn)品更加輕盈、緊湊，使用這種優(yōu)化后的二通插裝閥進(jìn)行法蘭式液壓控制產(chǎn)品的組合，利于產(chǎn)品的優(yōu)化。

3 基于法蘭連接的液壓控制元件的仿真

AMESim軟件是一種專門用于液壓/機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動力學(xué)分析的軟件，該軟件憑借面向多學(xué)科的耦合平臺、超強(qiáng)的交互仿真能力及快捷的建模方式成為液壓、航空航天等工業(yè)研發(fā)部門進(jìn)行系統(tǒng)仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具。本文主要討論的法蘭連接組合式液壓控制閥產(chǎn)品族是基于創(chuàng)新的二通插裝閥控制產(chǎn)品及技術(shù)平臺與組合式液壓控制閥產(chǎn)品族同步開發(fā)的，因此主要的研究對象是基于法蘭連接的具有先導(dǎo)式溢流閥功能的產(chǎn)品族。典型試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2所示。

仿真計(jì)算時(shí)，液壓系統(tǒng)被描述成為一組非線性微分方程組，然后采用數(shù)值積分的方式進(jìn)行求解出位移、壓力等重要的狀態(tài)變量，從而分析出該液壓系統(tǒng)的動態(tài)特征。然后分析具有復(fù)雜先導(dǎo)溢流閥功能的法蘭連接閥的控制回路原理圖，根據(jù)原理圖，通過AMESim仿真軟件，講HCD庫中閥類液壓元件調(diào)出來作為構(gòu)建基礎(chǔ)，建立對應(yīng)的物理模型，然后即可分析控制回路模型的性能、控制閥的主要性能、各結(jié)構(gòu)參數(shù)對于性能的影響等等。

4 結(jié)束語

本文主要研究的是基于法蘭連接的組合式液壓控制產(chǎn)品，該產(chǎn)品是一種變型設(shè)計(jì)的可配組、模塊化的組合式液壓閥產(chǎn)品，主要遵循了大規(guī)模定制開發(fā)及計(jì)算機(jī)集成產(chǎn)品工程的原則，在組合式集成控制閥系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品及平臺和組合式液壓控制閥基礎(chǔ)上，采用可配組、模塊化手段，經(jīng)過優(yōu)化的二通插裝閥控制技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)而成，受篇幅所限，本文介紹的內(nèi)容十分簡略，僅為有關(guān)人員的研究提供參考。

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