工程机械液压元件一体化再设计研究

In order to solve the problem of high performance and high reliability of engineering mechinery hydraulic components under the complex condition,an ingration redesign mechod is used in this study project.Combining top-down and bottom-up to mathmatical model of flexible model,it is based on robust performance.Specifically,engineering design requirements are transformed to robust performance evaluation of qunatitative expression,the coupled fluid and structure are integrated by high prcision,high degree freedom and discrete characteristics modeling mechod,the traditional sequential design spaces are integrated into an integration space,Finally,integration of robust optimization model is built to redesign.In the integration design process,this study will build multidisciplinary platform,solve the problem of liquid interdisciplinary electromechanical integration and the problem of muti-variable with large computations,as well as the problem of nonlinear characterization of mutation effects.This study aims to provide theoretical support to realize great-leap-forward development of engineering machinery hydraulic components in china.

为解决在工程机械复杂工况条件下，高性能和高可靠性液压元件的设计与制造一体化问题，以自上而下数理模型与自下而上柔性模型相融合，提出研究建立基于液压元件健壮性性能评价的一体化再设计方法。具体地讲，将工程化设计要求转化为可量化表达的健壮性性能评价，将互为设计边界的流体与结构用高精度、大自由度、离散化特征的方法实现一体化建模，将传统的技术设计、制造设计等顺序设计空间整合成设计与制造一体化设计空间，建立一体化健壮性优化设计模型，进行工程机械液压元件的多学科融合再设计；在其一体化再设计的过程中，通过构建多学科再设计平台，解决机电液学科交叉的信息融合问题；通过柔性建模,解决一体化再设计过程中，带来的多变量和大计算量问题、以及结构动态边界和流场突变效应的非线性表征等难题。项目以具有多学科交叉与实质性应用特征的液压元件为设计对象，旨在为实现我国工程机械液压元件产业的跨越式发展提供理论支持。

工程机械恶劣的工作条件和复杂的工况对其内部液压元件提出了高精度、高性能和高可靠性要求，国产品牌液压元件开发过程仍需经历材料制备、结构设计、加工制造、反馈修改和投入生产多个环节，不仅开发周期长、过程繁琐，而且大多靠经验和实验定型，缺乏必要的理论依据，没有成形的设计理论，难以实现最优的性能设计，最终导致国产液压元件经常出现效率低、噪声大、泄露和性能不稳定问题，高端液压元件市场几乎都被国外产品所占领。为此，提出了工程机械液压元件一体化再设计理论方法研究，以工程机械用国产的宁波意宁液压元件有限公司提供的I3V-10S型高压轴向柱塞泵和IPVD型轴向柱塞马达、油升油压有限公司提供的YEOSHE PV270高压轴向柱塞泵、维柴动力传控股份有限公司提供的CBAk型高压齿轮泵以及HDF-32型多路换向阀为再设计对象，引入健壮性设计思想，将其内部产生的泄露、噪声、困油、空化腐蚀、周期性震荡等诸多工程问题转化为可量化表达的健壮性性能评价，对液压元件内部的机液单向耦合、机液瞬态动力耦合以及振动耦合问题等利用联合仿真、自组织建模、大自由度离散化特征的方法实现了多学科融合一体化建模与优化再设计。在一体化再设计过程中，通过构建多学科再设计平台，解决了液压元件内部机电液学科交叉的信息融合问题；通过柔性建模、实验设计、近似函数等理论方法，解决了一体化再设计过程中多变量和大计算量问题、以及结构动态边界和流场突变效应引起的非线性表征等难题。项目面向I3V-10S型轴向柱塞泵和YEOSHE PV270型轴向柱塞泵的降噪问题进行了内部结构的一体化再设计；面向CBAk型高压齿轮泵困油和径向不平衡力问题对内部猫眼式卸荷结构进行了一体化再设计；面向IPVD型轴向柱塞马达内部空化问题对配流盘结构进行了一体化再设计；面向HDF-32型多路阀阀芯瞬态振动问题对阀芯和阀座结构进行了一体化再设计。最终，分别在意宁液压元件有限公司、潍柴动力传控股份有限公司、油升油压股份有限公司以及同济大学工程机械仿真实验室开展了实验验证，验证了基于健壮性性能评价的工程机械液压元件一体化再设计的正确性和有效性，旨在为实现我国工程机械液压元件产业的跨越式发展提供理论支持。