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《裝備制造技術雜志》2014年第九期

1液壓機管路設計主要研究內容

針對空間干涉、合理布置、流場分布、振動漏油、拆裝方便和可靠維護等液壓機設計問題，液壓機管路設計的主要研究內容包括以下幾點：

（1）管徑及壁厚的設計。管徑和壁厚是進行管路設計時首先要確定的兩個基本參數，是管路設計的基礎。管道內徑主要和管內流量、流速有關。內徑過小會使工作介質流速過大，溫升加快，能耗加大，容易產生氣穴現象，引起管道泄漏，振動和噪聲等問題；內徑過大會引起油管體積和質量的增大，同時也增加了設備的重量和成本。管道壁厚與管道內徑、最大工作壓力和管道的許用應力有關。壁厚選的過小會使管道的安全性降低；選的過大會引起設備質量和成本的增加，所以，管路設計時首先要設計合理的管徑和壁厚。

（2）重要管件的流場和溫度場分布。彎頭和三通是管路的重要組件，流體流經彎頭時管內流場會發生很大變化，引起壓力和速度重新分布，導致產生能量損失和管路振動等問題。同時，采用不同的入流方式時，三通流場和溫度場分布也大不相同，甚至在一些管路設計的關鍵點，二者的流場和溫度場分布將直接影響到整個管路的走向和布置情況，所以對重要管件進行流場和溫度場的分析是管路設計的一個重要內容。

（3）布管設計和布管原則。布管設計是管路設計中最核心的部分，管路間距的大小、管路走向的設計以及管路布局是否合理直接關系到管路系統質量的好壞。因此，在布管設計的同時總結歸納出布管的通用原則也顯得非常重要。

（4）管路振動的模態分析和支撐布置。工作中管路系統難免產生振動，這會對整機的運行產生不利影響，應盡量減小振動，對管路系統進行模態分析，通過調整管路支撐的位置來改變其固有頻率，力求避免共振。

（5）管路設計原則的確定。管路設計原則具有較強的通用性，是工程設計人員進行管路設計的主要參考依據。管路設計原則的確定可以有效的縮短設計周期，提高設計效率，增加產品收益。

2現代設計方法在液壓機管路設計中應用

液壓管路設計就是用管道和各種管件把液壓裝置中的各種元件連接起來實現液壓系統功能設計。隨著計算機技術發展，現代設計方法在管路設計中的應用主要集中在管路設計數值分析、管路布置和管路振動等方面的研究。

（1）管路設計仿真技術隨著計算機的發展和新算法的應用，數值仿真技術在管路設計中也起到了越來越重要的作用，其中以FLUENT和CFX軟件在管路設計中的應用最具代表性。利用FLUENT軟件可以對管路系統的結構參數和壓降損失間的關系進行研究，建立相關數學模型以確定管道系統的最優結構參數；利用CFD軟件可以計算液壓集成塊內部孔道的流場，計算產生壓力損失的原因，提出改進孔道結構的方法，預測關鍵部件管件的腐蝕率。

（2）管路三維布置設計管路布置方面的研究，最初是由傳統的二維設計及簡單的設備所構成，后來逐漸發展到三維多約束及多目標條件的系統，三維軟件JhSolid具有管道起點、終點定位，管路中心線自動生成等新功能。目前針對各種三維軟件管路插件的二次開發和各種算法的應用，已成為提高管路布置效率的主要方法。基于蟻群算法的三維管路路徑規劃是將蟻群系統應用于三維管路路徑規劃的過程中，對具體實施細節進行了改進，將螞蟻的信息素釋放在節點上而不是節點邊上，這樣就減少了龐大的距離矩陣，降低了運算量，已應用到了船舶、飛機和汽車內組裝系統管路的三維設計中。

（3）管路振動動態設計管路的振動特性是管路系統研究中最根本，也是研究最廣泛的內容，其主要包括管路的固有特性和動態特性。管路振動特性的研究已有上百年歷史，從19世紀僅考慮剛性直管內不可壓縮流體的非耦合線性運動到現在的彈性管內考慮流固耦合的非線性運動，管路振動特性的研究已取得了巨大的進展。可以通過建立理想管路結構的物理模型，運用功率鍵合圖的方法建立管路模型，并推導出液壓管路的狀態方程，最后應用MATLAB中的Simulink動態仿真軟件包對管路動態特性進行仿真。也可以對充液管道做動態有限元分析，通過結合軸向殼單元和一維流體單元，并考慮他們之間的相互作用，建立一個有限元模型來研究充液管路的特性。更為細致的設計，需要考慮管路中不同組件(如彎管、變截面管，以及在管路中增加集中質量)引起的劇烈擾動，管路中的橡膠接頭、彈性支撐、剛性支撐等對管路動態特性及穩定性、約束邊界的影響。

3結束語

現階段，對液壓機的主體機械設計和自動化控制技術的研究都有了很大的發展，但作為液壓機的重要組成部分———管路設計卻沒有得到應有的重視，加之管路設計方法的不完善等，管路事故率在整機事故率中高居不下。管路設計一方面沒有得到充分重視；另一方面，在設計方法上仍只停留在傳統的平面設計水平，設計周期長，準確性差。隨著科技的快速發展，管路設計時應該結合先進的建模和分析軟件，吸收近期的研究成果，總結出較系統的設計方法，使液壓機的管路設計周期更短，效率更高，可靠性更好。

作者：石建偉單位：合肥合鍛機床股份有限公司