液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助工具的開(kāi)發(fā)研究

張利軍,袁 兵,謝瑜嫻,陳丹鵬,陶賽華

(武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院,湖北 武漢 430063)

鑒于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化需要耗費(fèi)很多人力和物力,為解決那些不熟悉建模和編程的人員在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)的煩惱,筆者探索開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)的輔助工具,使用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)預(yù)測(cè)給定載荷下液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,使液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化更加有效和更加系統(tǒng)化.

1 輔助工具設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)流程

綜合考慮,決定采取如框圖1所示的步驟來(lái)開(kāi)發(fā)本液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助工具.利用該輔助工具可以減少設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)用在數(shù)學(xué)模型和編寫(xiě)程序上的時(shí)間,使液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)更方便快捷.

圖1 輔助工具設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)流程圖

2 建立原理圖

2.1 建立液壓元件圖形庫(kù)

運(yùn)用CAD繪制出泵與馬達(dá)、液壓控制閥、液壓缸、輔助元件、典型系統(tǒng)等各類(lèi)液壓元件圖形符號(hào),完成液壓元件圖形符號(hào)庫(kù)的設(shè)計(jì).

2.2 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

經(jīng)過(guò)比較之后選擇了Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),將常用液壓元件的型號(hào)、技術(shù)參數(shù)、繪圖參數(shù)、仿真參數(shù)及仿真子模型和出產(chǎn)廠家等信息進(jìn)行管理以供設(shè)計(jì)時(shí)選用.

2.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、修改、查詢 建立Access數(shù)據(jù)庫(kù)[1]既可以采用菜單方式,也可以采用命令方式.數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容是數(shù)據(jù)庫(kù)的兩個(gè)重要部分.數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的框架,是數(shù)據(jù)庫(kù)表頭部分,說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容及相互間關(guān)系的部分;而數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容則是表里的信息,是由一個(gè)個(gè)記錄組成的.在馬達(dá)元件的數(shù)據(jù)庫(kù)中就錄有各種型號(hào)馬達(dá)的技術(shù)參數(shù)及馬達(dá)符號(hào)圖的長(zhǎng)、寬、接口尺寸和仿真時(shí)用的仿真參數(shù).一種型號(hào)的馬達(dá)就需要一條記錄.

2.2.2 液壓系統(tǒng)CAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析 在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,常用到元件的類(lèi)別、型號(hào)、設(shè)計(jì)參數(shù)、繪圖參數(shù)、仿真參數(shù)以及仿真模型和生產(chǎn)廠家等一系列信息,按Access的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),對(duì)各類(lèi)元件的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析.分析中發(fā)現(xiàn)各類(lèi)元件要查詢的字段和技術(shù)參數(shù)都不同,故對(duì)各類(lèi)元件都建立了一個(gè)獨(dú)立的字庫(kù).

如常用液壓系統(tǒng)馬達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)是由型號(hào)、排量、額定壓力、最高壓力、理論轉(zhuǎn)矩、最低轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)廠家八個(gè)字段組成,這里型號(hào)是一個(gè)關(guān)鍵字,選出馬達(dá)的型號(hào)以后,需要在其下級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中查找與馬達(dá)型號(hào)相同的仿真參數(shù)、繪圖參數(shù)以及仿真子模型.圖2所示為處理馬達(dá)部件時(shí)采用的層次關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖.運(yùn)用該原理可以建立其他元件的數(shù)據(jù)文件[2].

圖2 馬達(dá)部件數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)

3 建立仿真模型

運(yùn)用C++[3]定義了與Access數(shù)據(jù)庫(kù)相兼容的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的程序,給出了馬達(dá)參數(shù)結(jié)構(gòu)體及訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口函數(shù):

通過(guò)C++訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù),可以在選取元件的同時(shí)將所選元件在設(shè)計(jì)過(guò)程中所用到的數(shù)據(jù)全部取出傳遞到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以再將這些數(shù)據(jù)分別傳遞給相應(yīng)的模塊供設(shè)計(jì)時(shí)使用[4].

4 仿真實(shí)驗(yàn)

通過(guò)上述原理創(chuàng)建液壓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)瞬態(tài)仿真軟件.運(yùn)用該軟件計(jì)算確定載荷下液壓系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和各支路的流量,并對(duì)負(fù)載運(yùn)動(dòng)下由于載荷變動(dòng)引起的系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的壓力和各支路流量的變化情況進(jìn)行仿真,計(jì)算負(fù)載突然變化時(shí)的液壓系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和流量響應(yīng),同時(shí)充分考慮液壓泵在液壓系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)作用.當(dāng)經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到要求,便最終完成了一個(gè)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理的優(yōu)勢(shì),探索采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法來(lái)開(kāi)發(fā)基于Windows環(huán)境下的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助工具.該工具將CAD、數(shù)據(jù)庫(kù)、仿真技術(shù)同時(shí)運(yùn)用到了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,既實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能,還可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析,為液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)方法.

[1]羅 堅(jiān),高志標(biāo).Access數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù)教程[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.

[2]李永堂,雷步芳,高雨茁.液壓系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003.

[3]閔聯(lián)營(yíng),何克右.C++程序設(shè)計(jì)教程[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2005.

[4]張長(zhǎng)琦,張 弼,王存堂.智能液壓仿真系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2003(3):56-58.