液压润滑与密封管路能量损失计算专家系统分析与开发

梁 铭

(广东纺织职业技术学院,广东 佛山 528000)

0 引 言

计算技术的快速发展,CAD/CAM技术使制造业产生了新的革命,向制造集成化、智能化、标准化、网络化发展,出现了 I-DEAS、Solidworks、UG、Pro-engineer等优秀的机械设计专家系统。但是,目前国际市场上还没有专门针对液压传动开发的中文环境下的CAD设计系统,因而有着广阔的应用空间和巨大的实用价值,能为制造业带来巨大效益。

液压传动技术在制造业占有重要位置,设计过程烦琐、复杂,需要大量复杂公式的计算和工程手册查询。传统的手工设计效率低下,设计周期长,计算的质量和精度得不到保证。液压传动计算中,液流管路损失计算是一项艰苦的工作,人工设计计算存在诸多问题,理论公式与实际有较大误差,计算数据处理也不能实现与PDM集成,制约着液压产品设计现代化。

本项研究旨在应用流体力学技术及专家系统概念,将流体传动系统的总体设计思想、设计方法、实施手段都集成于一个系统环境中,集成各种流体传动计算、流体动力学、流体静力学的计算、液流管路损失计算及分析、数据处理等。

1 系统分析

在流体力学中计算管路损失是麻烦的、繁琐的,而且有时候和实际不相符。这里我们采用专家系统分析,与工程师的经验数值进行类比,对管路损失计算数据进行计算分析、补偿。计算流程如图1所示。

图1 计算流程框架

1.1 沿程压力损失计算

液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的,称之为沿程压力损失,它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。液体的流态不同,沿程压力损失也不同。

式(1)中:λ为沿程阻力系数。它的理论值为λ=64/Re,而实际由于各种因素的影响,对光滑金属管取λ=75/Re,对橡胶管取λ=80/Re。

选择系统菜单,弹出 “直管层流压力损失计算”窗口 (图2),添入各选项的数据,点击 “计算压损”,显示出所计算出的数据。

图2 直管层流压力损失计算模块

对计算结果数据,可以点击 “生成文档”,弹出 (图3)窗口。

图3 压力损失计算结果

1.2 流体动力学计算方程

流体动力学三大方程、孔口液流特性、缝隙液流特性的计算。

连续性方程:v1 A1=v2A2=vA=Q (2)

伯奴利方程 (计算模块如图4所示):

图4 伯奴利方程计算模块

1.3 专家系统的分析与校验

专家系统的计算除了与基准解作比较外,可与实验测定结果进行对照,校验流场、温度场等,获得高准确度定量测定结果,专家系统采用可视化技术获得流动定性图像。

当定量实验测定结果满足以下的几个条件时,可称之为CFD/NHT“考核数据”(Validation Data):

(1)测定结果的准确度比较高,是以数字而不是以图线形式给出;

(2)数据及有关的信息比较完全;

(3)数据容易获得;

(4)有不确定度的分析。

所谓的数据比较完全,是指获得这批数据的边界条件、进口或初始条件叙述明确,以使数值计算工作者可依这些条件来进行数值模拟。这种考核数据的获得与收集,对于发展计算流体的计算软件具有特别重要的意义。为了使这种作为专家系统软件的实验数据表述规范化,相互间有一定可比性,提出了记录实验数据的格式如下:

①实验设备;②试验段;③试验条件;④进口与边界条件;⑤所测定的量;⑥实验设备的诊断说明 (即对该测定设备本身可靠性的考查);⑦本试验中独特的测试方法;⑧实验方案;⑨质量控制方法;⑩误差分析;○11数据提供方式;○12参考文献;○13实验数据。

2 系统优势评价

专家系统是在美国著名的AUTODESK公司开发的AutoCAD基础上二次开发而成,程序采用AutoLISP语言,对话框为dcl语言结构。面对复杂的流体公式与计算,采用计算机辅助设计可以大大改善设计效率,提高了设计质量。在设计系统的开发上采用高级语言,如VB、VC等进行界面和程序开发,在开发时考虑到与图形环境的无缝集成,基于AutoCAD环境下,将流体计算、流体元件设计、流体传动系统设计集成于同一环境下。

具有以下主要优势:

(1)可移植性。充分利用了它强大的绘图功能和三维实体造型功能,采用AutoLISP语言编程,系统具有很强的移植性,可适合不同版本的软件平台。

(2)高标准性。系统可适合多种高级语言及数据库,采用标准的数据接口,支持DXF、IGES标准 ,可与其它设计系统联结。

(3)强支持性。系统可实现与VB、VC、VC++等高级语言的接口,数据可与ORACLE、FOXPRO连接,为企业应用PDM提供了数据支持。

用户可以很方便地进行交互设计计算,并将处理数据输出到SDF格式文档,进行数据管理,为企业进行PDM与ERP做数据资源。

3 结 语

采用专家系统解决流体力学管路损失计算中繁重、复杂的工作,同时解决与实际应用存在的误差问题。系统充分利用AUTOCAD的强大功能及开放性、高版本AUTOCAD面向网络、数据库接口新技术、新功能,以及与高级语言的良好接口,可以很好地与液压CAD/CAM进行有机集成,实现无缝对接。对计算过程及结果生成数据库格式,为后续工序PDM提供动态数据;为流体传动系统设计人员的工作带来了新思维,极大提高了设计效率及设计精度,带来了良好的经济效益和社会效益。

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