三维软件在液压阀块设计中应用

三维软件在液压阀块中应用 液压阀块在液压系统中的重要性已被越来越多的人们所认识,其应用范围也越来越广泛。然而,一般的液压集成阀块都具有密集而复杂的立体孔道系统,其设计和加工是一项非常繁琐而又极易出错的工作。在如今,计算机辅助设计在液压系统设计上的应用已越来越广泛,尤其是在二维工程图的绘制方面,极大地提高了工作的效率,而三维设计在液压系统设计中的应用却没有二维设计应用得广泛。 1 Pro /Engineer在液压阀块设计中的应用 1.1液压阀快设计一般步骤 图1 液压阀快设计步骤 设计液压阀块的一般步骤如图1所示,从图1中可以看出,液压阀块设计,首先根据厂家的要求画出液压阀块的6个视图,这对设计人员的空间想象能力有较高的要求,对于简单的油路尚可,如果油路稍微复杂,就易出错。而在打孔、走油路这一步骤中,以往设计人员所用的二维软件,设计周期长,容易考虑不全,当阀块某个油路和工艺孔需要修改时,任务量相当大,多做了一些重复性工作,这样浪费了设计时间。而运用Pro /E软件,在三维环境中可以方便地修改设计人员认为不合理的尺寸,修改后的实体模型可以很迅速的反映出改变后的效果。 1.2 Pro /ENGINEER软件简介 Pro /ENGINEER软件是美国PTC公司推出的工程设计软件,简称Pro /E。该软件具有造型设计、零件设计、装配设计、二维工程图制作、结构和运动仿真等功能。行为建模器、机械设计技术和包络简体技术，加上其它新模块,以及一种经过改进的“专为Windows环境设计”的图形用户界面,使Pro /E成为历史上优秀的软件之一。Pro /E推出很多版本,本文所运用的是Pro /E2001版本,它共有六大主模块:(1)工业设计(CAID)模块；(2)机械设计(CAD)模块；(3)功能仿真(CAE)模块；(4)制造(CAM)模块；(5)数据管理(PDM)模块；(6)数据交换(Geometry Translator)模块。而其中运用在液压阀块设计中最多的模块是机械设计模块。 1.3 Pro /E软件在液压阀块设计中的运用 图2 液压回路图 在某钢厂粗轧系统液压改造线路中实际油路中有如图2所示的液压回路,所用的阀种类多、数量大。其设计要求如下: (1)油路P、T口都必须布置在阀块底部；（2) 4个换向阀都采用板式连接,前都必须布置在阀块的顶面；(3)测压接头必须布置在前端面；(4)其它阀不可布置在阀块的底部；(5)阀块整体重量不超过500kg。从要求可以得出,液压阀块内含为数众多的、形态尺寸各异的光孔、螺纹孔等,而且只有运用三维几何造型软件建造阀块孔道体系的实体模型,才能够最充分地表现它的复杂的内、外立体形状,从不同的角度和在任意的剖面上,自动生成多个视图和剖面图,自动判断任意空间上的点是在实体模型的外部还是内部,以便于设计者形象地进行孔系干涉校验。根据要求在Pro /E软件中设计液压阀块具体步骤如下：(1)根据油路要求确定各阀最大尺寸,并估计阀块的尺寸,在Pro /E软件中绘出阀块的外形实体,省去了画液压阀块的6个视图工作。(2)根据要求在阀块实体上布置阀的位置和走油路(打工艺孔),在这一步过程中,设计人员的油路可以清晰的从Pro /E软件实体模型中反映出来,阀块中油路之间的距离、深度都可以从图中表达出来,有效避免了各油孔之间相互干涉。(3)针对原理图,在实体上核对阀的位置和工艺孔的深度、位置、大小。由于Pro /E有方便的三维视角,可以从各个不同的侧面查看阀块上工艺孔的定位尺寸和定形尺寸,以及油路的干涉问。如果发现问题可以及时修改,而且很容易的进行重绘。真正做到了所见即所得的效果。最后形成的实体如图3所示,可以满足厂家对阀块的要求。(4)在修改正确后,利用Pro /E软件的三维视图生成二维视图功能,快速、方便的完成该油路液压阀块的设计任务。而且可以在二维软件修改不合习惯的尺寸。 1.4 Pro /E软件在液压阀块设计中的优点 从以上步骤可以看出,采用Pro /E软件有几个优点: (1)采用三维参数化Pro /E软件进行设计,使形体转换为可视、可分析、可修改、可进一步模拟加工的实体模型,以便设计人员能尽可能在设计阶段发现问题,从而能够摆脱繁重的绘图工作,把主要精力放在对功能结构、原理等方面的分析和思考上,保证设计质量,提高设计的效率,避免产生废品。(2)可以对实体模型进行不同视点的观察,使阀体孔系的正确性检查变得直观可靠,对装配体进行干涉检查,提高一次性设计的成功率。(3)设计人员能轻松地重新构造自己的零件模型,并自动地更新二维工程图。 2、Inventor软件在液压阀块中的设计应用 2.1 Inventor软件简介 Inventor美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件Autodesk Inventor? Professional（AIP），目前已推出最新版本AIP2014。同时还推出了iphone版本，在app store有售。Autodesk Inventor Professional包括Autodesk Inventor®三维设计软件；基于AutoCAD平台开发的二维机械制图和详图软件AutoCAD Mechanical；还加入了用于缆线和束线设计、管道设计及PCB IDF文件输入的专业功能模块，并加入了由业界领先的ANSYS技术支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor软件中进行应力分析。在此基础上，集成的数据管理软件Autodesk Vault-用于安全地管理进展中的设计数据。 2.2 Inventor软件在液压阀块设计中的运用 已知一采用叠加阀的300 T液压机工作原理图,如图3所示。其主要工作原理是用比例方向阀来控制液压机的上升和下降,采用接近开关发讯,当活塞接近工件时,第1个接近开关发讯减速,而第2个接近开发发讯停止,换向阀加压,当压力达到压力传感器的设定压力时,通过PLC程序发讯,使电磁换向阀换向,并打开充液阀,使活塞迅速上升,活塞达到第一个接近开关发讯减速,而第2个接近开发发讯停止。液压机在整个工作周期内,由PLC来实现连续控制。原理图上设置了溢流阀,作安全阀用。若误操作等其它原因,系统压力超出继电器的设定压力,继电器发讯,使液压泵卸载。 1. 压力传感器　2. 压力继电器　3. 压力表开关　4. 压力表 5. 充液阀　6. 蝶阀　7. 安全阀　8. 单向减压阀　9、10. 截止阀 11. 蓄能器及安全阀组　12. 换向阀　13. 比例阀 14. 叠加式单向阀　15. 活塞缸 图3液压机液压原理图 阀块体内的油道孔,用以联系各个控制元件,构成单元回路及液压控制系统。油液流经阀块体内油道孔的压力损失与块体的油道孔的孔径尺寸,形状以及光滑度有关。通油道孔过小,拐弯多,内表面粗糙,压力损失就大;油道孔径过大,压力损失虽可减小,但会造成阀块体外形增大。所以设计阀块体内油道孔时,应尽量缩短油道长度,减小拐弯,合理确定油道孔的通流截面积。用Inventor软件设计液压阀块的具体步骤如下:根据液压机工作原理图,液压阀块的油口设计、布置如下: ①阀块的压力油口P、回油口T布置在左、右侧(通孔) ; ②换向阀的油口布置在阀块的顶部; ③连接执行元件的出油口布置在阀块的背面。 根据阀块孔道参数,确定阀块的外形尺寸,在Inventor软件中绘制阀块的外形尺寸,根据要求在阀块顶部打孔,其孔必须符合换向阀的安装孔尺寸相匹配。其孔包括换向阀的油口和安装螺纹孔。在模型中,设计人员的油路可以清晰的从Inventor软件实体模型中反映出来,阀块中油路之间的距离、深度,可以从图4中表达出来,有效避免了各油孔之间相互干涉。 图4 液压阀快三维图 在完成液压阀块的三维形体设计后, 通过绘制工程图将三维模型转换为二维工程图,各种生产所需的剖视图,如图3所示。同时, Inventor软件的三维模型和二维工程图完全关联,确保了三维和二维图形的数据统一。 3 UG软件在液压阀块中的设计应用 3.1 UG软件简介 UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG同时也是用户指南（user guide）和普遍语法（Universal Grammer）的缩写。 3.2 UG软件在液压阀块设计中的运用 图5.液压系统原理图 （1）供油模块的阀块设计 图6.供油阀块 供油模块为系统原理图中虚线框2内的部分，其主要功能包括连接液压泵的出油口与油箱的回油口，连接系统蓄能器和连接偏航阀块与主轴制动阀块。此阀块包括11个主要的液压元件，阀块尺寸为175×100×100mm。其管路设计如上图所示。A3、A1、B分别为轴刹接口、偏航接口、偏航回油口。其余数字编号为其在液压系统原理图上对应的元件编号。 （2）偏航模块的阀块设计 偏航模块为系统原理图中虚线框9内的部分，其主要功能为完成偏航系统需要的三种压力控制，偏航阀块尺寸为55×100×75mm，其管路设计如下图。 图7.偏航阀块 （3）主轴制动模块的阀块设计 图8.偏航阀块 主轴制动模块为系统原理图中虚线框8内的部分，功能主要为控制主轴制动器的油缸进行主轴刹车，风机正常运行中较少使用。主轴制动阀块尺寸为60×100×75mm，管路设计如下图所示。由于本阀块中堵头较多，可选用统一规格的同型球胀式堵头。 4  液压阀块设计准则 4.1油路块的结构 油路块是一块较厚的液压元件安装板，用螺钉将板式液压元件安装在油路板的正面或者各个侧面（保持底面或某一个面为安装固定面），在正面对应的孔与液压阀的各孔相通，各孔间按照液压系统原理图的通路要求，在油路板内部钻纵、横孔道，在孔口开有螺纹，安装管接头用以接管。 为避免孔道过长、过多而不便于加工，在一块油路板上安装元件的数量一般不超过10~12个。油路板边长不宜大于400mm。 油路板内部孔道数量较多且又互相交叉时，为了便于设计和制造，减少工艺孔，可将油路板的厚度分为三层，第一层为泄露油和控制油孔的通道（L层），其孔径较小；第二层为压力油孔通道（P层）；第三层为回油孔通道（O层）。 如果元件数量并不多，尽可能将压力油孔通道和回油孔通道布置在同一层内，以减小油路板的厚度。