文献翻译基于计算机技术的液压系统设计的发展Word文档格式.docx
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尽管液压系统较电力传输系统有优势，尤其是在需要高能量驱动的原动机时，然而同电力系统相比，液压已经在它的市场份额上遭受了损失。
造成这种变换主要原因是，一直以来，液压已经给人们留下了一种噪音、不可靠和易于泄露等名声。
这个反映不真实，但是基本上是液压系统设计设计差和不适当的安装和维修程序的一种结果。
液压设计方法趋向于迭代过程，从系统说明书开始，说明书一般由用户决定。
它提供了为满足特殊要求而需要的性能和操作要求。
液压设计者的职责是设计一个满足要求的回路。
尽管富有经验的设计者能够相对较快的做出基本设计，但是一些涉及到回路的内容不是很容易量化，而且可选择的方案都是合适的。
例如，图1是一个液压控制绞盘的回路。
在这个例子当中，设计一个连接到绞盘的液压马达的回路使重物上升或下降是相对简单的。
然而，对绞盘的控制可以通过许多方法实现，比如使用变量往返柱塞泵、变量马达或阀控制技术。
由于时间的限制，尤其是在报价阶段，发展各个可选择的方案是不可能的，结果提出的回路不一定是最合适的。
对绞盘回路来说，安全是最重要的要求，所以回路设计必须能够阻止重物超速。
在图1中，这个要求是通过在液压马达的出口上安装一个合适的背压阀来实现的。
设计完回路，下一步是选择各个独立的组件以满足系统载荷，运行速度等要求。
这个也被叫做稳定阶段设计，从载荷开始着手，通过回路一直到液压泵。
为满足绞盘要求，有必要计算出泵和马达的排量，阀和油管的尺寸，输入功率和液体冷去要求。
由于缺少关于系统载荷和摩擦力的参数，困难会经常遇到。
同时，相当多的时间会浪费在只是为了得到系统组件的性能数据上。
图1绞车液压回路
虽然设计过程经常被认为在组件选择阶段结束，但是只有当确定稳定阶段和液压性能时，设计者才能确信一种设计方法会满足说明书。
由于回路组件之间的液压交互作用，并且不能确定组件单独使用不变分析方法，所以系统经常会遇到比较大的操作性问题。
比如，在使用中的操作性问题会发生随着绞盘系统与背压阀的合并，在合并位置背压阀与马达输出油管的交互作用导致绞盘摆动。
然而，这类问题可以鉴别和矫正在设计阶段，可使用计算机仿真评估系统性能。
当回路组装完，由于组件和油管是安装或夹紧在不适当的位置时，不能预见的问题也有可能发生。
由此导致的结构性振动会产生高强度的噪音向四面八方传播，而且经过一段时间，会导致组件泄露和疲劳。
仔细的设计有可能达到可接受的噪音水平。
然而，这并不简单，因为噪音的产生机理是非常复杂的。
由于这个原因，有必要发展解析技术为低噪音系统的设计提供帮助。
很明显，液压系统设计不是一个简单的程序，而且只有经验是不足以达到成功的。
由于许多系统是一次性的，这就要求他们第一次正常工作而不需要继续向有益方向发展。
因此，在设计阶段设计者能够使用合适的解析工具来证明系统性能是必要的。
为发展基于计算机技术的液压系统设计，Bath大学机械工程学院在1992年8月创立了液压系统研究的工程设计中心。
EDC是唯一集中于特别技术。
它跟Bath大学的液压中心（FPC）有密切的联系，后者的研究、顾问以及教学是被国际承认的。
通过与参与FPC课题的工程师、FPC工业咨询团和顾问工作接触，EDC直接进入液压领域。
它也为知识转移，告知工业部门EDC正在进行的研究，同样重要的是，EDC得到工业部门现在和将来的研究提供了路线。
EDC的目标是成为液压系统设计领域杰出的中心。
现在EDC的研究把注意力放在计算机软件环境的发展上，以吸住液压系统设计如图2所示。
主要的研究领域如下：
1、使用计算机仿真进行系统设计和性能评估；
2、所有液压和联合组件数据环境的发展；
3、回路设计专用草图要减小液压回路噪音和振动；
4、使用公理化方法和神经中枢进行回路结构设计；
5、使用数字最优化技术来选择和排列液压组件。
已经着手开始的方案4，在1994年，在EDC的评论之后被授予奖项。
尽管方案5单独被工程和物理科学研究委员会研究计划提供资金资助，但是它也被包括在EDC研究工作的一部分。
这篇论文是对Bath大学研究的总结。
图2液压系统设计过程
1.系统设计和性能评估
如前提到的，液压系统设计是反复的过程包括回路构造，组件选择和性能评估。
尽管成功的设计很打程度上取决于创造性科技和设计者的系统经验，但是满意的运行只有当系统性能评估完成后才能确定。
因此，在设计阶段设计者拥有能够量化静态和动态性能的合适的解析工具是必要的。
EDC采用哲学目的是通过使用计算机仿真和关联的软件工具帮助设计者的创造力。
计算机仿真作为设计工具得到的好处是显而易见的。
然而，仍然有空间来增加另外的特征来扩大和简化仿真程序。
由于这个原因，研究初期主要集中在使用Bath大学动态仿真技术提高计算机仿真技术。
1.1减少仿真运行时间
虽然现代计算机硬件的引入，先进的数值积分运算使得运行仿真消耗时间大大减少，但是不可接受的长时间仿真仍然发生。
例如，由于原始条件差导致仿真花费长时间开始。
真正的动态仿真需要解决一套微分方程式来描绘回路组件和相互连接的油管的动态行为。
所有综合的参数（如速度，位移，压力）都是变的。
这需要原始初值，别且如果初值设置不适当，快速反应瞬时现象会产生，并且阻止增加时间步调，结果仿真启动会变慢。
为仿真设定正确的初始值所占的时间占整个仿真时间很大的比例。
因此，许多方法应经使得仿真程序效率更高。
当启动仿真的时候，用户只是选择最合适的选择。
一般来说，用户会选择新的启动，即启动一个完全新的由用户设定或默认值的仿真，这可能导致上边所说的问题出现。
当回路存在小部分相互联系的液体流量时，长时间的仿真启动也会发生。
为克服这个数学问题，一种叫做细微连接器的新模型产生。
细微连接器使两个细微的端口有效的直接相连，比如一个激励源通过一个短油管连接在控制阀上，因而，避免了在分析中包含关联油管流量的需要。
1.2仿真结果的自动监控
虽然动态仿真提供了一个详细的系统行为的说明，但是设计缺陷仍有可能被忽略掉。
用户一般会把注意力集中在与保证性能要求直接相关的操作参数上。
这就意味着在回路的其他地方存在未检测到的问题。
典型例子有组件和油管的压力过大，管道上出现气穴现象，泵和马达的超速，以及电子组件的饱和问题。
为了使性能缺陷总能检测到，产生了一种自动检测程序。
这种技术已经被加入到Bathfp的仿真软件包里，并且向用户发出合适的警报。
回路组件造成问题并且发生时，信息会发出来描述这个问题。
1.3控制系统设计
许多液压系统现在都有一些形式的电子控制，因此必须对液压和电子回路都予以考虑。
对在工业环境中控制系统性能的评估经常采用启发式技术实现不达标准的方案，这种技术向系统提供超过其正常工作范围的稳定操作。
然而，使用典型流体控制理论可以获得一种更好的控制系统性能评估方式。
虽然这种方法可以应用在液压系统，但是分析结果很难适用于现在大多数非线性系统。
已被接受的分析方法是使用摄动技术使系统方程线性化，从特殊运行状态得到开环或者闭环传递函数。
在许多情况下，标准方程并不适合并且系统方程按照第一个原则得出也是必要的。
然而，分析结果需要一种控制理论的特殊知识。
1.4集中的和分布的油管参数模型
液压仿真对于相互连接的管道会使用集中的参数模型。
虽然这类模型考虑到液体的可压缩性和摩擦，但是在分析中没有包括液体惯性影响。
这种方法在大多数应用情况下是可接受的，尤其是在油管相对短的地方。
然而，集中参数化模型不满足海底使用的情况，海底下管道可能有上千米长，或者是快速反应系统，比如车辆刹车回路，或者燃料注射系统，瞬时压力现象很重要。
在这些情况中，有必要使用分布式参数模型。
1.5当前的研究
液压液体温度对液压系统的效率有很大的影响。
液体热量会从几个方面产生，包括管道摩擦，卸压和流量控制阀造成的压力损失，泄露和泵和马达的机械摩擦。
在现代高压系统中，为冷却液体有必要安装水热交换器或者空气热交换器。
估计系统冷却要求可能是困难的，尤其是运行条件变化的时候。
由于提供适当冷却的重要性，一种作为性能评估程序一部分，并且使液体温度能够被预测的技术发展起来了。
一种基于描述液体控制流量质量和能量守恒定律部分微分方程式的建模技术形成了。
这个最初用于在简单检测回路里预测动态和静态的热效应。
一项集中于仿真技术一系列能量传送系统包括电力、机械、气压系统和液压系统中应用的研究开始了。
这种比较这些不同系统的性能特征的能力能使设计者为特殊应用情况选择最合适的能量。
2.组件数据库环境的发展
这项计划集中于所有用在液压系统中的液压、电子、机械组件数据库环境的发展。
这不只是简单的储存一览标准数据。
最主要的是提供一个使设计者能够得到适合组成部分选择和依大小排列的设计过程的相必然的整套稳态和动态的性能数据。
当在一次模拟期间确定零部件尺寸和提供脱机的浏览设备时，数据库将允许直接的在线询问。
仿真的时候，由于用户不需要再进行详细比较和进入零部件性能参数，与模拟相连接的数据库的具有相当多的好处，因此仿真过程更成本效益并且具有较少的错误倾向。
对已选的液压部件制造商目录数据的评论反映了现在用来说明部件性能的数据的形式、范围和类型。
虽然就所包括的技术细节的总量而言，目录和赠送的形式有主要的不同，但是依然许多共同的特征被鉴定出来。
包括：
操作符号；
功能描述；
性能数据；
安装数据；
零备件信息；
预订信息以及尺寸的数据。
非标准的赠送使有一个灵活数据输入的数据库成为必需并且展示设备。
由于这要求超过市场上可买到软件的范围，开发一个专用数据库实用程序成为必需。
2.1成比例阀门数据库
许多专门的编辑器已经开发出来并且能够处理多种多样的目录中出现的信息。
这些已经用来建造水力的成比例阀门的数据库，有广泛的稳态和动态的工作特性。
数据库应经成形并且用一种与目录给出的相似的方式，用下面的标题提供信息。
一般描述；
特殊功能；
功能描述；
技术规格说明；
工作特性；
尺寸数据；
安装说明。
信息以文本、图表、表格和数字形式表示。
多数情况下，一般描述和特殊功能是纯文本，职能描述和安装注意到可能是正文和数字，技术规格说明和尺寸数据用表格描述，工作特性是图或者表格。
图3比例阀数据库开机显示
图3显示了提供包括再数据库和一个最初菜单里的制造商细节的开始屏幕显示。
数据库可以被改编满足用户的特别的要求。
特殊功能适用于建造用来描述操作的照片的图象和连通与滑阀相关的构造。
浏览的设备允许用户观看并且打印选择的页，直接的比较可以在两个不同的零部件的工作特性之间进行。
例如，在图4是一个来自相同的制造商的两个不同的阀门模特在流动特性之间的比较。
图4阀性能比较显示
为比例阀门开发的那些编辑器也已经用来为液压泵和液压马达建造一个相似的公用设备。
2.2当前研究
现在，所有的部件数据的输入都是通过键盘进行的，它不仅慢而且容易出错。
如果数据概念被工业开发和应用，输入过程肯定将改善。
一项调查使用光符识别技术（OCR）直接扫描文本、数字和图表的可能性正在进
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