液壓系統設計輔助工具的開發研究

張利軍,袁 兵,謝瑜嫻,陳丹鵬,陶賽華

(武漢理工大學物流工程學院,湖北 武漢 430063)

鑒于液壓系統的設計和優化需要耗費很多人力和物力,為解決那些不熟悉建模和編程的人員在設計液壓系統時的煩惱,筆者探索開發液壓系統的輔助工具,使用計算機仿真來預測給定載荷下液壓系統的動態性能,使液壓系統設計和優化更加有效和更加系統化.

1 輔助工具設計液壓系統流程

綜合考慮,決定采取如框圖1所示的步驟來開發本液壓系統設計輔助工具.利用該輔助工具可以減少設計人員在設計系統時用在數學模型和編寫程序上的時間,使液壓系統設計更方便快捷.

圖1 輔助工具設計液壓系統流程圖

2 建立原理圖

2.1 建立液壓元件圖形庫

運用CAD繪制出泵與馬達、液壓控制閥、液壓缸、輔助元件、典型系統等各類液壓元件圖形符號,完成液壓元件圖形符號庫的設計.

2.2 建立數據庫

經過比較之后選擇了Access數據庫管理系統,將常用液壓元件的型號、技術參數、繪圖參數、仿真參數及仿真子模型和出產廠家等信息進行管理以供設計時選用.

2.2.1 數據庫的建立、修改、查詢 建立Access數據庫[1]既可以采用菜單方式,也可以采用命令方式.數據庫結構和數據庫內容是數據庫的兩個重要部分.數據庫結構式關系數據庫的框架,是數據庫表頭部分,說明數據庫內容及相互間關系的部分;而數據庫內容則是表里的信息,是由一個個記錄組成的.在馬達元件的數據庫中就錄有各種型號馬達的技術參數及馬達符號圖的長、寬、接口尺寸和仿真時用的仿真參數.一種型號的馬達就需要一條記錄.

2.2.2 液壓系統CAD數據結構分析 在液壓系統設計中,常用到元件的類別、型號、設計參數、繪圖參數、仿真參數以及仿真模型和生產廠家等一系列信息,按Access的數據庫結構,對各類元件的數據進行了分析.分析中發現各類元件要查詢的字段和技術參數都不同,故對各類元件都建立了一個獨立的字庫.

如常用液壓系統馬達數據庫結構是由型號、排量、額定壓力、最高壓力、理論轉矩、最低轉速、最高轉速和生產廠家八個字段組成,這里型號是一個關鍵字,選出馬達的型號以后,需要在其下級數據庫中查找與馬達型號相同的仿真參數、繪圖參數以及仿真子模型.圖2所示為處理馬達部件時采用的層次關系結構示意圖.運用該原理可以建立其他元件的數據文件[2].

圖2 馬達部件數據層次結構

3 建立仿真模型

運用C++[3]定義了與Access數據庫相兼容的數據結構及訪問數據庫的程序,給出了馬達參數結構體及訪問數據庫的接口函數:

通過C++訪問數據庫,可以在選取元件的同時將所選元件在設計過程中所用到的數據全部取出傳遞到相應的數據結構中,這些數據結構可以再將這些數據分別傳遞給相應的模塊供設計時使用[4].

4 仿真實驗

通過上述原理創建液壓系統穩態和準瞬態仿真軟件.運用該軟件計算確定載荷下液壓系統各節點的壓力和各支路的流量,并對負載運動下由于載荷變動引起的系統內各節點的壓力和各支路流量的變化情況進行仿真,計算負載突然變化時的液壓系統各節點的壓力和流量響應,同時充分考慮液壓泵在液壓系統中的調節作用.當經過仿真實驗所測得的各項數據指標達到要求,便最終完成了一個液壓系統的設計.

5 結束語

本文利用數據庫管理的優勢,探索采用面向對象程序設計方法來開發基于Windows環境下的液壓系統設計輔助工具.該工具將CAD、數據庫、仿真技術同時運用到了液壓系統的設計中,既實現了設計功能,還可以對系統進行分析,為液壓系統設計提供了一種新的設計方法.

[1]羅 堅,高志標.Access數據庫應用技術教程[M].北京:北京理工大學出版社,2008.

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

[3]閔聯營,何克右.C++程序設計教程[M].武漢:武漢理工大學出版社,2005.

[4]張長琦,張 弼,王存堂.智能液壓仿真系統的研究與開發[J].農機化研究,2003(3):56-58.