分享：液压集成块3D设计技术的研究

    摘要：文章对液压集成块当前的设计方法和研究作了系统的综述，可以作为液压设计的参考。

液压技术是现代化传动与控制技术的关键技术之一，随着计算机技术、电子信息技术、自动控制技术，以及新工艺和新材料在液压技术上的应用，使得液压系统的技术水平有了很大提高。现今液压技术的主要发展方向为自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化，同时也提高了其对液压系统硬件结构的要求。传统的液压系统存在大量的管路连接，系统复杂，泄漏点多等缺点，很难满足液压技术的发展要求，而采用了液压集成块对液压元件进行集成安装的集成式液压系统则可有效的必满这些缺点，满足液压技术的发展要求。集成式液压系统广泛应用于机械加工、航空航天、船舶重工等行业，而液压集成块是集成式液压系统的控制油路中最为关键的零件，它将需要集成的油路上的液压元件组合起来，并通过管路连接动力元件（液压泵），油箱和执行元件（液压马达、液压缸）。

采用液压集成块进行液压阀集成安装，可以减少大量的管路连接，降低液压系统的复杂性（工程中可以将一个液压集成块近似看作一个液压元件），提高系统的可适应性，具有结构紧凑、安装和维护方便、泄漏少、振动小，有利于实现液压系统的集成化和标准化等优点。但其设计与制造处于相对较低的水平，一般由设计人员根据液压原理图（二维图）依靠经验和空间想象进行方案设计，无法高效准确地从二维原理图生成为三维模型，而没有三维模型图就不能快速高效地生成用于工程生产的二维工程图，限制了液压集成块的工业生产，进而限制了液压集成系统的发展。如何从二维原理图高效准确地生成液压集成块三位模型已成为了集成式液压系统发展的技术瓶颈。而解决这个技术瓶颈将极大地促进液压集成系统的发展，从而促进整个液压技术的发展。

由于液压集成块外部元件布局和内部油路连通的复杂性和强耦合性，使得液压集成块的设计很难找到最优的设计方案。而集成块设计的最终目的在于找到总体的最优解，一般采用线性加权法来获得一个近似最优解，也可以通过智能算法来获得一个较优解。

国内天津大学的研究提出了一种基于广义装配理论的液压集成块可适应设计过程建模理论；还提出了一种面向设计的液压阀模型和开放式液压阀库的构建方法。大连理工大学也对涉及板式阀，插装阀以及叠加阀混用的复合式液压集成块的优化设计方法进行了研究，包括复合型液压集成块优化设计系统的方法。天津大学的研究论文中提出了基于动态油路特征的液压集成块设计方法，系统研究了液压集成块油路拓扑优化方法，建立了优化数学模型，并提出了单油路自动优化连通的设计方案。另一组研究提出了智能创成与交互式修改相结合的液压集成块油路设计策略；建立了以实体邻接图邻接矩阵为核心的液压液压集成块有效性验证算法。2012年天津大学研究论文进一步提出了分层递阶解耦的液压集成块设计策略及实现方法，包括液压元件的布局优化设计，油路路径智能规划设计以及油路动态特征设计三个层次，实现了由粗到细的液压集成块设计方法；采用了改进的遗传算法（NSGA-Ⅱ）对液压元件的布局进行优化；利用了网格法对集成块进行环境建模，并在此基础上，采用一种混合算法MA-NSGA-Ⅱ，结合迷宫算法实现了油路连通的优化。燕山大学的研究论文在全面分析了插装阀集成块的设计过程和集成块设计特点的基础上，提出了一种插装阀集成块智能优化设计方法。

上述这些液压集成块的三维智能设计方法还处于一种液压元件布局及油路连通方案的设计，并不能直接生成可用于生成工程图纸的集成块三维模型，在确定方案之后还需要进一步的细化三维模型的细节，因此，研究的实用性还有待进一步的完善。国际上对液压集成块设计的研究已形成商品化的设计工具，根据南京东岱软件的统计，其中VEST公司的产品在国内已有多家企业得到应用，美国的VEST公司开发的MDTools软件基于嵌入式规则进行油孔的连通与校核，油孔特征来自于包含各大公司液压元件标准孔的数据库，因此在完成油路连通之后，所生成的液压集成块可直接用于工程图纸的生成。

MDTools的功能特点主要体现在以下几个方面：

（1）MDTools为使用者提供了清晰易辨的交互式设计界面，可以清楚的显示集成块内部的油路连接，该软件可以自动以彩色编码的方式表示油孔、油路以及安装端口。对于压力连接自动采用流苏色彩编码，红色表示高压，绿色表示正常，黄色表示低压。

（2）MDTools提供了系统的专业的设计功能，可以实现复杂的孔、槽、腔洞、隔断、孔洞以及O型环沟槽的复杂设计。并且可以通过关联性设置，在插入液压元件端口时对油孔的直径和深度进行优化；

（3）MDTools为集成块设计提供了强大的检查功能，检查项包括油路的连通性、油孔壁厚可制造性（直径比，角度公差等）以及更多其他的检查选择项，使得复杂的检查工作变得容易简单；

（4）MDTools有一个专用的空腔数据库，该数据库中包含了大量的市场上的液压阀的底面油口信息及其对应的油孔，设计者可以在设计时方便调用；如果数据库中没有所需的油孔，设计者可以自行编辑（添加，修改，删除等）油孔数据空。

（5）MDTools提供了方便快捷的拓展操作，可以通过拖动通过拖动模型中集成块的一个面改变块的尺寸，同时已经创建了的油孔会保持连接关系并自动重新生成；还可以通过拖拽选择腔洞的中心点来移动模型中的一个腔洞，或者通过抓取一个方向箭头来沿一个坐标轴方向移动一个腔洞。

（6）MDTools可以导入并识别液压系统二维原理图设计软件HyDraw的设计数据，自动生成油路列表和油孔列表；当MDTools从HyDraw 生成的设计数据列表中插入油孔时，液压阀的腔洞和端口信息将自动导入。另外，当油路列表中不同油路的油孔连接时，MDTools将不能操作，这有效地避免了油路连接的错误。

    以上这些功能特点都是MDTools比较基本的功能，其还有很多其他的功能，还有待进一步的研究。