基于法兰连接的模块式液压控制元件 产品的虚拟开发和仿真初探

王娜

摘要：传统的液压控制产品受到历史条件的限制，存在着许多的不足，但在IT技术等一系列新技术的影响之下，液压控制产品的开发方法、制造流程等等发生了较大的变革，取得了一系列的成就，本文研究的课题属于自主开发的电——液控制元件产品工程的分支之一，在集成控制系统产品平台、组合式液压空白纸元件等相关工艺技术基础之上，通过虚拟开发对基于法兰连接的液压控制产品进行开发及仿真研究，为行业的发展提供简单的参考。

关键词：飞法兰连接；模块式液压控制元件；虚拟开发；Ame-sim仿真

中图分类号：TH137.5 文献标识码：A

液压元件的创新开发是液压界研究发展过程中一个十分重要的课题，有利于摆脱当前我国长期处于液压元件产品供应链底端的不利局面。本文研究讨论的产品是基于组合式液压控制产品技术平台进行的，广泛采用基于PDM原理、变型设计技术及3D产品建模技术，通过虚拟开发借助AMESim软件对基于法兰连接的液压控制产品进行仿真研究，希望能够对液压产品的开发提供借鉴及参考。

1 基于法兰连接液压控制元件产品的虚拟设计

长期以来，我国的液压控制技术发展的都比较迟缓，需要依赖外国液压控制产品技术的支持，自行开发也大多以单一分散的产品为主，开发方式相对比较孤立，无法完全适应市场需求，为此，行业内有关研究人员正在积极进行产品的重组及技术的重构，希望能够实现技术的突破。本课题产品的开发策略及方法主要基于两个方面，其一，基于符合未来控制技术的可配组、模块化、开放式原则。相关应用表明，当前的液压产品中，基于安装孔连接的二通插装阀控制技术产品是唯一符合该原则及技术特征的产品，因此，本文研究的创新产品本质上其实指的是基于二通插装阀控制技术的产品族。其二，本文研究的创新产品的开发是基于大规模定制产品的开发技术。大规模定制模式是现阶段一种比较先进的敏捷的产品生产模式，能够实现产品设计及生产定制的大规模性、高效性，该技术的成功实施主要依赖于开发团队几相关设计人员的协同合作，实际的实施过程中需要工作人员对相关的工艺及零件进行通用化及标准化，采用总成本统计的方法进行成本计算，利用大规模定制的设计理念进行产品的开发及设计。大规模定制模式是一种新的思维模式，在我国的应用发展前景比较广阔。大规模定制的挑战之一是既要控制产品内部多样化，节省生产的时间及成本，同时又要展现无限的产品外部多样化。这就需要在实际的生产之中要能够柔性地制造产品，做到标准化及通用化。液压控制产品零件通用化主要通过将首选零件标准化，减少零件种类数目，零件、自制件、外购件通用化设计等通用化方法实现。

液压控制元件产品的大规模定制开发首先需要建立面向大规模定制的编码体系。在产品开发及整个产品生产流程之中，产品及零部件编码十分重要，属于基础工作，能够反映出企业对于产品数据集有关资源的管理能力及水平。MC编码是居于产品编码的首要层次，工作量较大、基础性较强，编码过程中涉及12位数字编码系统，属于一种新型的编码方法，目前我国液压界在该领域涉足较少。

2 基于計算机开发技术编制的法兰连接的压力控制原件产品创新优化方法

液压控制元件自主创新开发策略中，通过深刻分析现有产品族及对系统进行综合，对现有的一些比较落后或者保守的产品及技术进行重组或者重构，是现阶段我国摆脱长期引用模仿状态的重要方法。大量采用计算机技术对产品平台、产品族进行开发，利用虚拟设计及仿真分析的方法对产品进行深入的研究开发对于行业的发展是十分有利的。

图1为基于计算机开发技术编制的法兰连接的压力控制原件产品方案简图，从图中可以清晰地得到产品的模块化结构及可配组产品方案。本课题主要有以下创新方向，其一，先导控制级中的创新。通过大量的应用分析及性能仿真可以知道，现阶段国际上比较常见的产品级中，先导控制级原件的参数及规格大多偏高、偏大，产品的结构外形较大，为了尽量降低产品的生产成本，产品创新时可以从这个方面开展，组合式液压控制原件产品及平台中，品的先导级普遍采用的是一种小型的紧凑化的先导控制阀，不仅能够有效地减小先导级的外形尺寸及重量，且这一类先导级的性能更好、换向时间段，能够使得产品的静动态性能更佳、性能比更高。

其二，二通插装阀主级优化。通过相关人员的研究分析发现，在小规格产品中，二通插装阀控制组件还有进行紧凑化及小型化的空间，法兰式控制盖板及块体的先导控制结构也能够进行进一步的合理化及优化。如图1所示的创新产品的主级，功率级采用的是可配组、模块化的二通插装阀控制组件，与ISO相同规格相比，该法兰控制盖板的尺寸及外形有所减小，座阀主级的安装孔虽然大部分保留了ISO尺寸，但孔深度有所减小，因此，总体而言，产品更加轻盈、紧凑，使用这种优化后的二通插装阀进行法兰式液压控制产品的组合，利于产品的优化。

3 基于法兰连接的液压控制元件的仿真

AMESim软件是一种专门用于液压/机械系统建模、仿真及动力学分析的软件，该软件凭借面向多学科的耦合平台、超强的交互仿真能力及快捷的建模方式成为液压、航空航天等工业研发部门进行系统仿真的标准工具。本文主要讨论的法兰连接组合式液压控制阀产品族是基于创新的二通插装阀控制产品及技术平台与组合式液压控制阀产品族同步开发的，因此主要的研究对象是基于法兰连接的具有先导式溢流阀功能的产品族。典型试验模型如图2所示。

仿真计算时，液压系统被描述成为一组非线性微分方程组，然后采用数值积分的方式进行求解出位移、压力等重要的状态变量，从而分析出该液压系统的动态特征。然后分析具有复杂先导溢流阀功能的法兰连接阀的控制回路原理图，根据原理图，通过AMESim仿真软件，讲HCD库中阀类液压元件调出来作为构建基础，建立对应的物理模型，然后即可分析控制回路模型的性能、控制阀的主要性能、各结构参数对于性能的影响等等。

4 结束语

本文主要研究的是基于法兰连接的组合式液压控制产品，该产品是一种变型设计的可配组、模块化的组合式液压阀产品，主要遵循了大规模定制开发及计算机集成产品工程的原则，在组合式集成控制阀系统技术产品及平台和组合式液压控制阀基础上，采用可配组、模块化手段，经过优化的二通插装阀控制技术设计开发而成，受篇幅所限，本文介绍的内容十分简略，仅为有关人员的研究提供参考。

参考文献：

[1]林森，但斌.面向大规模定制的产品平台管理模型[J].管理工程学报，2013（01）

[2]黄人豪.中国大型工程和装备液压总成技术的发展和创新[A].全国流动传动与控制学术会议论文集[C].2012