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1、液壓機(jī)管路設(shè)計(jì)研究 液壓機(jī)管路設(shè)計(jì)研究 2014/10/29 《裝備制造技術(shù)雜志》2014年第九期 1液壓機(jī)管路設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容 針對空間干涉、合理布置、流場分布、振動(dòng)漏油、拆裝方便和可靠維護(hù)等液壓機(jī)設(shè)計(jì)問題，液壓機(jī)管路設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： （1）管徑及壁厚的設(shè)計(jì)。管徑和壁厚是進(jìn)行管路設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的兩個(gè)基本參數(shù)，是管路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。管道內(nèi)徑主要和管內(nèi)流量、流速有關(guān)。內(nèi)徑過小會(huì)使工作介質(zhì)流速過大，溫升加快，能耗加大，容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，引起管道泄漏，振動(dòng)和

2、噪聲等問題；內(nèi)徑過大會(huì)引起油管體積和質(zhì)量的增大，同時(shí)也增加了設(shè)備的重量和成本。管道壁厚與管道內(nèi)徑、最大工作壓力和管道的許用應(yīng)力有關(guān)。壁厚選的過小會(huì)使管道的安全性降低；選的過大會(huì)引起設(shè)備質(zhì)量和成本的增加，所以，管路設(shè)計(jì)時(shí)首先要設(shè)計(jì)合理的管徑和壁厚。 （2）重要管件的流場和溫度場分布。彎頭和三通是管路的重要組件，流體流經(jīng)彎頭時(shí)管內(nèi)流場會(huì)發(fā)生很大變化，引起壓力和速度重新分布，導(dǎo)致產(chǎn)生能量損失和管路振動(dòng)等問題。同時(shí)，采用不同的入流方式時(shí)，三通流場和溫度場分布也大不相同，甚至在一些管路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，二者的流場和溫度場分布將直接影響到整個(gè)管路的走向和布置情況，所以對重要管件進(jìn)行流場和溫度場的分析是管路設(shè)

3、計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。 （3）布管設(shè)計(jì)和布管原則。布管設(shè)計(jì)是管路設(shè)計(jì)中最核心的部分，管路間距的大小、管路走向的設(shè)計(jì)以及管路布局是否合理直接關(guān)系到管路系統(tǒng)質(zhì)量的好壞。因此，在布管設(shè)計(jì)的同時(shí)總結(jié)歸納出布管的通用原則也顯得非常重要。 （4）管路振動(dòng)的模態(tài)分析和支撐布置。工作中管路系統(tǒng)難免產(chǎn)生振動(dòng)，這會(huì)對整機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，應(yīng)盡量減小振動(dòng)，對管路系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，通過調(diào)整管路支撐的位置來改變其固有頻率，力求避免共振。 （5）管路設(shè)計(jì)原則的確定。管路設(shè)計(jì)原則具有較強(qiáng)的通用性，是工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行管路設(shè)計(jì)的主要參考依據(jù)。管路設(shè)計(jì)原則的確定可以有效的縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率，增加產(chǎn)品收益。 2現(xiàn)代設(shè)

4、計(jì)方法在液壓機(jī)管路設(shè)計(jì)中應(yīng)用 液壓管路設(shè)計(jì)就是用管道和各種管件把液壓裝置中的各種元件連接起來實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在管路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要集中在管路設(shè)計(jì)數(shù)值分析、管路布置和管路振動(dòng)等方面的研究。 （1）管路設(shè)計(jì)仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和新算法的應(yīng)用，數(shù)值仿真技術(shù)在管路設(shè)計(jì)中也起到了越來越重要的作用，其中以FLUENT和CFX軟件在管路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用最具代表性。利用FLUENT軟件可以對管路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓降損失間的關(guān)系進(jìn)行研究，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型以確定管道系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)；利用CFD軟件可以計(jì)算液壓集成塊內(nèi)部孔道的流場，計(jì)算產(chǎn)生壓力損失的原因，提出改進(jìn)孔道結(jié)構(gòu)

5、的方法，預(yù)測關(guān)鍵部件管件的腐蝕率。 （2）管路三維布置設(shè)計(jì)管路布置方面的研究，最初是由傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)及簡單的設(shè)備所構(gòu)成，后來逐漸發(fā)展到三維多約束及多目標(biāo)條件的系統(tǒng)，三維軟件JhSolid具有管道起點(diǎn)、終點(diǎn)定位，管路中心線自動(dòng)生成等新功能。目前針對各種三維軟件管路插件的二次開發(fā)和各種算法的應(yīng)用，已成為提高管路布置效率的主要方法?；谙伻核惴ǖ娜S管路路徑規(guī)劃是將蟻群系統(tǒng)應(yīng)用于三維管路路徑規(guī)劃的過程中，對具體實(shí)施細(xì)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，將螞蟻的信息素釋放在節(jié)點(diǎn)上而不是節(jié)點(diǎn)邊上，這樣就減少了龐大的距離矩陣，降低了運(yùn)算量，已應(yīng)用到了船舶、飛機(jī)和汽車內(nèi)組裝系統(tǒng)管路的三維設(shè)計(jì)中。 （3）管路振動(dòng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)管路的

6、振動(dòng)特性是管路系統(tǒng)研究中最根本，也是研究最廣泛的內(nèi)容，其主要包括管路的固有特性和動(dòng)態(tài)特性。管路振動(dòng)特性的研究已有上百年歷史，從19世紀(jì)僅考慮剛性直管內(nèi)不可壓縮流體的非耦合線性運(yùn)動(dòng)到現(xiàn)在的彈性管內(nèi)考慮流固耦合的非線性運(yùn)動(dòng)，管路振動(dòng)特性的研究已取得了巨大的進(jìn)展?？梢酝ㄟ^建立理想管路結(jié)構(gòu)的物理模型，運(yùn)用功率鍵合圖的方法建立管路模型，并推導(dǎo)出液壓管路的狀態(tài)方程，最后應(yīng)用MATLAB中的Simulink動(dòng)態(tài)仿真軟件包對管路動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真。也可以對充液管道做動(dòng)態(tài)有限元分析，通過結(jié)合軸向殼單元和一維流體單元，并考慮他們之間的相互作用，建立一個(gè)有限元模型來研究充液管路的特性。更為細(xì)致的設(shè)計(jì)，需要考慮管路中不

7、同組件(如彎管、變截面管，以及在管路中增加集中質(zhì)量)引起的劇烈擾動(dòng)，管路中的橡膠接頭、彈性支撐、剛性支撐等對管路動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性、約束邊界的影響。 3結(jié)束語 現(xiàn)階段，對液壓機(jī)的主體機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制技術(shù)的研究都有了很大的發(fā)展，但作為液壓機(jī)的重要組成部分———管路設(shè)計(jì)卻沒有得到應(yīng)有的重視，加之管路設(shè)計(jì)方法的不完善等，管路事故率在整機(jī)事故率中高居不下。管路設(shè)計(jì)一方面沒有得到充分重視；另一方面，在設(shè)計(jì)方法上仍只停留在傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)水平，設(shè)計(jì)周期長，準(zhǔn)確性差。隨著科技的快速發(fā)展，管路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該結(jié)合先進(jìn)的建模和分析軟件，吸收近期的研究成果，總結(jié)出較系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使液壓機(jī)的管路設(shè)計(jì)周期更短，效率更高，可靠性更好。 作者：石建偉單位：合肥合鍛機(jī)床股份有限公司 上一個(gè)文章： 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向下一個(gè)文章： 振動(dòng)篩篩分效率的探討