基于知识和规则推理的液压集成块元件布局设计方法

基于知识和规则推理的液压集成块元件布局设计方法

作为机械系统的核心单元，由于系统组成的不确定性、设备安装的多样性和部件连接关系的复杂性，该系统的建模复杂性增加了设备连接的复杂性。该块的中心设计包括每个外部环境的紧凑配置，其内部是密集、复杂、交叉的孔系网。该输出布局设计与内部油气连接的强制影响是实现自动设计的关键问题。到目前为止，最复杂的过滤式自动液压库的布局问题尚未得到解决。针对上述问题,学者开展了大量相关研究.液压集成块虚拟设计技术综上所述,将元件布局设计与油路联通优化分开进行,是实现集成块智能优化设计的有效解决途径之一.一方面,大量布局经验知识已综合考虑元件安装、调试及维护需求,另一方面,由于在布局阶段简化了关键油路联通设计,可大幅度降低优化算法的复杂程度并提高运算效率.本文在系统归纳各类元件布局设计经验的基础上,提出了一种基于知识的板式阀-插装阀混用的液压集成块元件布局方法,并以实例验证可行性及有效性.1叠加阀油孔结构分析从结构形式上看,液压元件类型包括板接式与插装式二种拓扑结构形式.液压附件在拓扑上可归结为板接式与插装式,可视为“广义阀”.叠加阀与板式阀油孔连接特征类似,且通常与板式阀或盖板叠加安装,不直接参与集成块油路设计.图1为典型的板接式元件及其关联的油孔结构.与板接式元件油口连通的油孔为底面油孔,图1所示为型号为4401-05-04-0-05图2为典型插装式元件安装孔及其关联的油孔结构.与插装式元件关联的油孔类型包括侧油孔与底面中心油孔.如图2所示,安装孔型号为7789-20-02-0-072液压原理图的绘制集成块上的液压元件布局设计的主要依据是液压系统原理图.液压原理图是采用特定图形符号、按照所需功能要求绘制的,包含了集成块上的液压阀名称、类型、型号信息以及阀与阀之间油口的联通关系、阀口与外部管道的连接关系2.1设计知识的内容企业在长期的工程实践中积累了大量的布局设计经验知识,这些经验知识体现在2个方面:文档化的设计知识,即相关的设计知识隐含在企业标准、技术规范及工程实例中;专家的经验知识,即专家在长期工程实践中积累的经验知识.系统归纳总结并挖掘这些经验知识,形成一系列的指导设计原则与规则,可为相关智能设计系统开发奠定基础.2.1.1安装时的需求在进行元件布局时,必须满足以下一般原则:1)元件安装面与方向.保证阀芯处于水平方向,防止因重力影响其灵敏度,特别是换向阀一般要求水平布置;特殊的元件可能包含禁忌安装面和禁忌安装角度.2)液压元件之间保证足够的间距.元件之间的间距应大于5mm,确保液压元件间有足够的安装和操作空间;保证操作空间与安装调整所需的扳手空间.3)减少不必要的工艺孔.元件安装应尽可能使需要联通的孔道正交及位于同面对齐等,减少孔道转弯次数,保证流体动力学性能.4)油口偏移.在油路设计中,油孔之间的连接应尽可能保持中心线对齐,如图3(a)所示;在特殊情况下,为实现工艺孔减少、确保不连通油孔之间的最小间距,可将油孔进行偏移,如图3(b)所示.在布局阶段,需灵活运用油孔偏移原则,避免包含多个多工艺孔的复杂油路.偏移应满足通流面积的要求.2.1.2元件布局sISO4401根据液压系统原理图,确定油路的联通关系.在所有油路中,将油路划分为主油路和控制油路.包含进油口P、回油口T和工作油口A与B的油路为系统的主油路,包含油口X,Y,Z的油路为控制油路.在元件布局过程中,首先依据油路中包含的油口,按照P,T,A,B,X,Y的顺序对油路进行排序;如果多条油路都包含了某一类型油口,则通径大的油路排在前面.该原则的核心是通过油路的排序,确定与油路关联元件的布局顺序.2.1.3油口的安装为了方便叙述,为液压集成块的各个表面命名,并构建集成块的坐标系统,如图5所示.坐标系的原点为面1、面2和面6的交点.在液压系统中,不同的油口具有不同的功能1)将油口中包含P,T,A,B油口的板式阀与叠加阀布置在集成块的表面5.2)与主进油口P和主回油口T关联的元件布置在集成块的表面2和表面4.3)与工作油口A,B关联的元件布置在集成块的表面3.4)需要手动操作的元件布置在集成块的表面1,便于操作.5)表面6为集成块的安装表面,此面上仅对工艺孔进行封堵.2.1.4确定组件的位置1面5上的元件位置.集成块面5上主要布置板式阀和叠加阀,并以元件的某一螺纹孔为定位基准,确定元件在面5上的具体位置.在通常情况下,将通径最大的元件布置在左侧,之后按照通径的大小依次布置其余元件.图6为集成块面5上通径规格分别为10mm和6mm的2个元件布局实例,其中L2元件位置确定围绕集成块面5上已经布置好的液压元件,根据油路连通关系,按照节2.1.2确定的油路顺序布置集成块其余面上的元件.与面5上P,T,A,B油口相连的元件,其安装表面已经确定(见2.1.3),尚未确定的是元件在安装表面上的具体位置.与集成块表面5上的元件有连通关系的元件位置的确定,主要依据油孔类型确定元件在Y向上的分布以及油孔偏移实现.以面5上10mm通径元件为例,说明元件位置确定规则,如图7所示.在图7(b)中,H当与面5上元件的A口或B口相连的元件多于1个时,在布置好第1个元件后,其余元件在同一水平面上,并以一定间距依次沿X方向布置.图8所示为2个元件与B口相连,L3插装阀单独接收点a由于插装阀结构的特殊性,其阀芯需要埋入集成块内部,阀芯上的油口也进入集成块内部.因此在元件布局过程中,需要区别于其它元件,对插装阀单独考虑.如果插装阀底面中心油口与面5上元件的P,T,A,B油口相连,则将插装阀布置在集成块的面1,且插装阀底面中心油口中心与相连油口中心对齐,如图9(a)所示.其中,H如果插装阀侧油口与面5上元件的P,T,A,B油口相连,则将插装阀布置在集成块的面5,并且插装阀侧油口与相连油口对齐,如图9(b)所示,H2.2元配置方案系统的建设2.2.1配置流程经过系统归纳总结,构建了布局知识库及规则库,形成了基于知识与规则的元件布局方法.元件布局设计流程如图10所示.2.2.2ponent模型算法:基于规则的元件布局算法.输入:元件集合Component,油路集合Path.将集合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确定油压机的设计顺序2确定组件布局顺序3布局设计模块的实现本文阐述的元件布局方法,已经完成程序的编写,将元件布局设计模块添加到之前开发的液压集成块快速设计软件中,并在企业得到应用.应用上述方法完成元件的布局后,根据设计要求,通过适当手工交互,最终完成元件布局设计.3液压集成块的元件布局设计图11为某液压系统原理图,包括了11个液压元件和7条油路.原理图中涉及的液压元件信息如表1所示按照元件布局的流程,对图11所示液压集成块进行元件布局设计.得到包含P,T,A,B油口的元件通径为16mm,油路设计的先后顺序为P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,元件布局的先后顺序为1,6,5,3,10,11,4,7,8,9,各元件的安装表面如表3所示,各元件在其安装表面上的具体位置如表4所示.图12所示为关键阶段的布局结果,图13为最终液压集成块的设计结果,其中油路P1,P2,P3,P5,P6无工艺孔,油路P4和P7各包含一个工艺孔.实例应用表明,该布局方法可得到尽优且符合工程约束的布局设计结果.同时,在优化的元件布局基础上,可大大降低油路的复杂性,进而简化油路路径规划算法及推理难度.4基于微织构的元件布局设计在系统归纳各类元件布局设计经验知识的基础上,提出了一种基于规则与知识的板式阀-插装阀混用的液压集成块元件布局方法.该方法能够快速自动生成元件布局初始方案,通过适度的人机交互调整,形成一个尽优的元件布局方案.并以工程设计实例验证了该方法的可行性和有效性.由于全面考虑了