基于知識(shí)和規(guī)則推理的液壓集成塊元件布局設(shè)計(jì)方法

基于知識(shí)和規(guī)則推理的液壓集成塊元件布局設(shè)計(jì)方法

作為機(jī)械系統(tǒng)的核心單元，由于系統(tǒng)組成的不確定性、設(shè)備安裝的多樣性和部件連接關(guān)系的復(fù)雜性，該系統(tǒng)的建模復(fù)雜性增加了設(shè)備連接的復(fù)雜性。該塊的中心設(shè)計(jì)包括每個(gè)外部環(huán)境的緊湊配置，其內(nèi)部是密集、復(fù)雜、交叉的孔系網(wǎng)。該輸出布局設(shè)計(jì)與內(nèi)部油氣連接的強(qiáng)制影響是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。到目前為止，最復(fù)雜的過(guò)濾式自動(dòng)液壓庫(kù)的布局問(wèn)題尚未得到解決。針對(duì)上述問(wèn)題,學(xué)者開(kāi)展了大量相關(guān)研究.液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)綜上所述,將元件布局設(shè)計(jì)與油路聯(lián)通優(yōu)化分開(kāi)進(jìn)行,是實(shí)現(xiàn)集成塊智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效解決途徑之一.一方面,大量布局經(jīng)驗(yàn)知識(shí)已綜合考慮元件安裝、調(diào)試及維護(hù)需求,另一方面,由于在布局階段簡(jiǎn)化了關(guān)鍵油路聯(lián)通設(shè)計(jì),可大幅度降低優(yōu)化算法的復(fù)雜程度并提高運(yùn)算效率.本文在系統(tǒng)歸納各類(lèi)元件布局設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于知識(shí)的板式閥-插裝閥混用的液壓集成塊元件布局方法,并以實(shí)例驗(yàn)證可行性及有效性.1疊加閥油孔結(jié)構(gòu)分析從結(jié)構(gòu)形式上看,液壓元件類(lèi)型包括板接式與插裝式二種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式.液壓附件在拓?fù)渖峡蓺w結(jié)為板接式與插裝式,可視為“廣義閥”.疊加閥與板式閥油孔連接特征類(lèi)似,且通常與板式閥或蓋板疊加安裝,不直接參與集成塊油路設(shè)計(jì).圖1為典型的板接式元件及其關(guān)聯(lián)的油孔結(jié)構(gòu).與板接式元件油口連通的油孔為底面油孔,圖1所示為型號(hào)為4401-05-04-0-05圖2為典型插裝式元件安裝孔及其關(guān)聯(lián)的油孔結(jié)構(gòu).與插裝式元件關(guān)聯(lián)的油孔類(lèi)型包括側(cè)油孔與底面中心油孔.如圖2所示,安裝孔型號(hào)為7789-20-02-0-072液壓原理圖的繪制集成塊上的液壓元件布局設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是液壓系統(tǒng)原理圖.液壓原理圖是采用特定圖形符號(hào)、按照所需功能要求繪制的,包含了集成塊上的液壓閥名稱(chēng)、類(lèi)型、型號(hào)信息以及閥與閥之間油口的聯(lián)通關(guān)系、閥口與外部管道的連接關(guān)系2.1設(shè)計(jì)知識(shí)的內(nèi)容企業(yè)在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中積累了大量的布局設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí),這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)體現(xiàn)在2個(gè)方面:文檔化的設(shè)計(jì)知識(shí),即相關(guān)的設(shè)計(jì)知識(shí)隱含在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及工程實(shí)例中;專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),即專(zhuān)家在長(zhǎng)期工程實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí).系統(tǒng)歸納總結(jié)并挖掘這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí),形成一系列的指導(dǎo)設(shè)計(jì)原則與規(guī)則,可為相關(guān)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ).2.1.1安裝時(shí)的需求在進(jìn)行元件布局時(shí),必須滿足以下一般原則:1)元件安裝面與方向.保證閥芯處于水平方向,防止因重力影響其靈敏度,特別是換向閥一般要求水平布置;特殊的元件可能包含禁忌安裝面和禁忌安裝角度.2)液壓元件之間保證足夠的間距.元件之間的間距應(yīng)大于5mm,確保液壓元件間有足夠的安裝和操作空間;保證操作空間與安裝調(diào)整所需的扳手空間.3)減少不必要的工藝孔.元件安裝應(yīng)盡可能使需要聯(lián)通的孔道正交及位于同面對(duì)齊等,減少孔道轉(zhuǎn)彎次數(shù),保證流體動(dòng)力學(xué)性能.4)油口偏移.在油路設(shè)計(jì)中,油孔之間的連接應(yīng)盡可能保持中心線對(duì)齊,如圖3(a)所示;在特殊情況下,為實(shí)現(xiàn)工藝孔減少、確保不連通油孔之間的最小間距,可將油孔進(jìn)行偏移,如圖3(b)所示.在布局階段,需靈活運(yùn)用油孔偏移原則,避免包含多個(gè)多工藝孔的復(fù)雜油路.偏移應(yīng)滿足通流面積的要求.2.1.2元件布局sISO4401根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖,確定油路的聯(lián)通關(guān)系.在所有油路中,將油路劃分為主油路和控制油路.包含進(jìn)油口P、回油口T和工作油口A與B的油路為系統(tǒng)的主油路,包含油口X,Y,Z的油路為控制油路.在元件布局過(guò)程中,首先依據(jù)油路中包含的油口,按照P,T,A,B,X,Y的順序?qū)τ吐愤M(jìn)行排序;如果多條油路都包含了某一類(lèi)型油口,則通徑大的油路排在前面.該原則的核心是通過(guò)油路的排序,確定與油路關(guān)聯(lián)元件的布局順序.2.1.3油口的安裝為了方便敘述,為液壓集成塊的各個(gè)表面命名,并構(gòu)建集成塊的坐標(biāo)系統(tǒng),如圖5所示.坐標(biāo)系的原點(diǎn)為面1、面2和面6的交點(diǎn).在液壓系統(tǒng)中,不同的油口具有不同的功能1)將油口中包含P,T,A,B油口的板式閥與疊加閥布置在集成塊的表面5.2)與主進(jìn)油口P和主回油口T關(guān)聯(lián)的元件布置在集成塊的表面2和表面4.3)與工作油口A,B關(guān)聯(lián)的元件布置在集成塊的表面3.4)需要手動(dòng)操作的元件布置在集成塊的表面1,便于操作.5)表面6為集成塊的安裝表面,此面上僅對(duì)工藝孔進(jìn)行封堵.2.1.4確定組件的位置1面5上的元件位置.集成塊面5上主要布置板式閥和疊加閥,并以元件的某一螺紋孔為定位基準(zhǔn),確定元件在面5上的具體位置.在通常情況下,將通徑最大的元件布置在左側(cè),之后按照通徑的大小依次布置其余元件.圖6為集成塊面5上通徑規(guī)格分別為10mm和6mm的2個(gè)元件布局實(shí)例,其中L2元件位置確定圍繞集成塊面5上已經(jīng)布置好的液壓元件,根據(jù)油路連通關(guān)系,按照節(jié)2.1.2確定的油路順序布置集成塊其余面上的元件.與面5上P,T,A,B油口相連的元件,其安裝表面已經(jīng)確定(見(jiàn)2.1.3),尚未確定的是元件在安裝表面上的具體位置.與集成塊表面5上的元件有連通關(guān)系的元件位置的確定,主要依據(jù)油孔類(lèi)型確定元件在Y向上的分布以及油孔偏移實(shí)現(xiàn).以面5上10mm通徑元件為例,說(shuō)明元件位置確定規(guī)則,如圖7所示.在圖7(b)中,H當(dāng)與面5上元件的A口或B口相連的元件多于1個(gè)時(shí),在布置好第1個(gè)元件后,其余元件在同一水平面上,并以一定間距依次沿X方向布置.圖8所示為2個(gè)元件與B口相連,L3插裝閥單獨(dú)接收點(diǎn)a由于插裝閥結(jié)構(gòu)的特殊性,其閥芯需要埋入集成塊內(nèi)部,閥芯上的油口也進(jìn)入集成塊內(nèi)部.因此在元件布局過(guò)程中,需要區(qū)別于其它元件,對(duì)插裝閥單獨(dú)考慮.如果插裝閥底面中心油口與面5上元件的P,T,A,B油口相連,則將插裝閥布置在集成塊的面1,且插裝閥底面中心油口中心與相連油口中心對(duì)齊,如圖9(a)所示.其中,H如果插裝閥側(cè)油口與面5上元件的P,T,A,B油口相連,則將插裝閥布置在集成塊的面5,并且插裝閥側(cè)油口與相連油口對(duì)齊,如圖9(b)所示,H2.2元配置方案系統(tǒng)的建設(shè)2.2.1配置流程經(jīng)過(guò)系統(tǒng)歸納總結(jié),構(gòu)建了布局知識(shí)庫(kù)及規(guī)則庫(kù),形成了基于知識(shí)與規(guī)則的元件布局方法.元件布局設(shè)計(jì)流程如圖10所示.2.2.2ponent模型算法:基于規(guī)則的元件布局算法.輸入:元件集合Component,油路集合Path.將集合Component中包含P,T,A,B油口的元件放入集合ComOnTop中,其余元件放入集合ComElse中1確定油壓機(jī)的設(shè)計(jì)順序2確定組件布局順序3布局設(shè)計(jì)模塊的實(shí)現(xiàn)本文闡述的元件布局方法,已經(jīng)完成程序的編寫(xiě),將元件布局設(shè)計(jì)模塊添加到之前開(kāi)發(fā)的液壓集成塊快速設(shè)計(jì)軟件中,并在企業(yè)得到應(yīng)用.應(yīng)用上述方法完成元件的布局后,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,通過(guò)適當(dāng)手工交互,最終完成元件布局設(shè)計(jì).3液壓集成塊的元件布局設(shè)計(jì)圖11為某液壓系統(tǒng)原理圖,包括了11個(gè)液壓元件和7條油路.原理圖中涉及的液壓元件信息如表1所示按照元件布局的流程,對(duì)圖11所示液壓集成塊進(jìn)行元件布局設(shè)計(jì).得到包含P,T,A,B油口的元件通徑為16mm,油路設(shè)計(jì)的先后順序?yàn)镻1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,元件布局的先后順序?yàn)?,6,5,3,10,11,4,7,8,9,各元件的安裝表面如表3所示,各元件在其安裝表面上的具體位置如表4所示.圖12所示為關(guān)鍵階段的布局結(jié)果,圖13為最終液壓集成塊的設(shè)計(jì)結(jié)果,其中油路P1,P2,P3,P5,P6無(wú)工藝孔,油路P4和P7各包含一個(gè)工藝孔.實(shí)例應(yīng)用表明,該布局方法可得到盡優(yōu)且符合工程約束的布局設(shè)計(jì)結(jié)果.同時(shí),在優(yōu)化的元件布局基礎(chǔ)上,可大大降低油路的復(fù)雜性,進(jìn)而簡(jiǎn)化油路路徑規(guī)劃算法及推理難度.4基于微織構(gòu)的元件布局設(shè)計(jì)在系統(tǒng)歸納各類(lèi)元件布局設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于規(guī)則與知識(shí)的板式閥-插裝閥混用的液壓集成塊元件布局方法.該方法能夠快速自動(dòng)生成元件布局初始方案,通過(guò)適度的人機(jī)交互調(diào)整,形成一個(gè)盡優(yōu)的元件布局方案.并以工程設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性.由于全面考慮了