Reliability Design for Impact Vibration of Hydraulic Pressure Pipeline Systems
Abstract: The research of reliability design for impact vibration of hydraulic pressure pipeline systems is still in the primary stage, and the research of quantitative reliability of hydraulic components and system is still incomplete. On the condition of having obtained the numerical characteristics of basic random parameters, several techniques and methods including the probability statistical theory, hydraulic technique and stochastic perturbation method are employed to carry out the reliability design for impact vibration of the hydraulic pressure system. Considering the instantaneous pressure pulse of hydraulic impact in pipeline, the reliability analysis model of hydraulic pipeline system is established, and the reliability-based optimization design method is presented. The proposed method can reflect the inherent reliability of hydraulic pipe system exactly, and the desired result is obtained. The reliability design of hydraulic pipeline system is achieved by computer programs and the reliability design information of hydraulic pipeline system is obtained. This research proposes a reliability design method, which can solve the problem of the reliability-based optimization design for the hydraulic pressure system with impact vibration practically and effectively, and enhance the quantitative research on the reliability design of hydraulic pipeline system. The proposed method has generality for the reliability optimization design of hydraulic pipeline system.
Key words: hydraulic pressure impact, vibration systems, probability perturbation method, reliability design
1 Introduction
When hydraulic valves is closed suddenly or moving parts braking apace, the liquid pressure rises sharply and forms the maximum pressure, which may cause device sealed, or the damage of pipe and hydraulic components, even cause the vibration of the equipment, generate large noise, cause the system operates abnormally. It is thus clear that the reliability design of vibration systems under hydraulic pressure impact has practical engineering and academic value.
In the recent thirty years, it has been understanding clearly about the cause of hydraulic pressure impact in the field of hydraulic system design, and puts forward the corresponding prevention and control measures[1]. Now the theory and method of reliability design have reached a certain level, some have been applied in the actual mechanical design[2–8]. These studies can help engineers to establish the structure tolerance safety and made the mechanical equipment safe under the influence of control random parameters, make the forecast of mechanical equipment more in line with actual working performance, so the equipment will safety and more cheaper.
CHARNES, et al[9], used stochastic programming method to optimize the random design parameters in
engineering, then the method was widely used in structure safety design. The other way to solve the reliability optimization design problem was established the reliability optimization model using the reliability index, then was solved using existing optimization algorithm[10–12], In half a century, there are many reliability optimization design theory and method, Refs. [13–14] describe the history and the development of the reliability-based optimization design. The reliability of hydraulic components and system research began in the 1970 s, and many scholars had reached considerable achievement in different levels, such as: the reliability modeling of hydraulic excavator system[15] and the reliability of hydraulic structures considering unit hydrograph uncertainty[16] . They assessed the reliability of hydraulic shovel system using fault trees[17] and researched the systems reliability of mechanical and hydraulic drive systems[18]. Reliability-based design and analysis on hydraulic system for synthetic rubber press[19] was discussed and the safety and reliability analysis of a thermal-hydraulic passive system was investigated using the failure mode and effect analysis application[20].
Hydraulic components and system reliability researches become even more important because they have the various failure modes and complex failure mechanism. The paper puts forward the method of reliability design of hydraulic pressure impact vibration systems. This study derives the numerical characteristics of state function of hydraulic pressure impact vibration systems using probability perturbation method and reliability technology, derives the reliability of hydraulic pressure impact vibration systems
and explores the transfinite damage and solve the reliability problems of hydraulic pressure impact vibration systems. It can realize the reliability design of hydraulic pressure impact vibration systems through computer program, and ensure the safety and reliability of the hydraulic system.
- Hydraulic Pressure Impact Vibration Systems
In the pipe which the hydraulic valve closed suddenly, the hydraulic pressure makes the pipe vibration, this kind of transient pressure and vibration will make the pipe broken, and reduce the working efficiency. As shown in Fig. 1, it assumes that the pressure of the system under normal work is p (Pa), the maximum pressure is
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pmax = p p, |
(1) |
where p is the maximum increment of hydraulic impact pressure(Pa). Set cross sectional area of pipe as A(m2), length as L(m), the speed of liquid flow in the pipe as v(m/s), liquid flow stop immediately when flui
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液压管路系统冲击振动的可靠性设计
文摘:当今对液压管路系统冲击振动可靠性设计的研究仍处于初级阶段，对液压元件和系统的定量可靠性研究仍未完成。在获得基本随机参数的数值特性的条件下，采用概率统计理论、液压技术和随机扰动法等几种方法进行液压系统冲击振动的可靠性设计，考虑了管道液压冲击的瞬时压力脉冲，建立了液压管路系统的可靠性分析模型，提出了基于可靠性的优化设计方法。该方法准确地反映了液压管路系统的固有可靠性，得到了理想的结果。通过计算机程序实现了液压管道系统的可靠性设计，获得了液压管路系统的可靠性设计信息。本文提出了一种可靠的设计方法，能有效地解决液压系统的可靠性优化设计问题，并对液压管路系统的可靠性设计进行了定量研究，该方法对液压管道系统可靠性优化设计具有一般性。
关键词:液压冲击、振动系统、概率摄动法、可靠性设计
1介绍
当液压阀突然关闭或移动部件快速制动时，液压急剧上升，形成最大的压力，可能导致设备密封，或管道和液压元件的损坏，甚至引起设备的振动，产生巨大的噪音，导致系统异常运转。由此可见，液压冲击下振动系统的可靠性设计具有实用的工程和学术价值。
近三十年来，研究者对液压系统设计领域液压冲击的原因进行了深入的分析，而且提出了相应的预防和控制措施，使得可靠性设计的理论和方法已经达到一定的水平，一些已经应用于实际的机械设计。这些研究可以帮助工程师建立结构的耐受性，使机械设备在随机参数的影响下更安全，让机械设备工作性能的预测与实际更一致，从而使设备更安全，更便宜。
采用随机编程方法优化随机设计参数
该方法在安全结构设计中应用广泛，用可靠性指标使用了另一种可靠性优化设计问题的方法，用现有的优化算法解决了可靠性优化设计问题，在半个世纪中，有许多可靠的优化设计理论和方法阐述了可靠性优化设计的历史和发展。液压元件和系统研究的可靠性始于1970年，许多学者取得了各种大的成就，例如:液压挖掘机系统的可靠性以及建模和液压结构的可靠性，使用故障树对液压挖掘机系统的可靠性进行了评估，并对机械和液压驱动系统的系统可靠性进行了研究。对合成橡胶冲压件液压系统的可靠性设计和分析进行了讨论，并利用失效模式和效果分析方法对热液被动系统的安全性和可靠性进行了研究。
液压元件和系统可靠性研究变得更加重要，因为它们有各种失效模式和复杂的失效机制。本文提出了液压冲击振动系统的可靠性设计方法，利用概率摄动法和可靠性技术，推导出液压冲击振动系统状态函数的数值特性，推导出液压冲击振动系统的可靠性，讨论了液压冲击振动系统的超限损伤和可靠性问题，通过计算机程序实现液压冲击振动系统的可靠性设计，确保液压系统的安全性和可靠性。
2液压冲击振动系统
在液压阀的管道突然关闭，液体压力使管道振动，这种瞬时压力和振动将使管道破裂，并减少管道工作效率。如公式1所示，它假设在正常工作下系统的压力是p(Pa)，最大的压力是p(Pa)
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pmax = p p, |
(1) |
p是液压冲击压力的最大增量(Pa)。管子的横截面面积为(m2)，长度为L(m)，管道中液体流动的速度为v(m / s)，液体流动立即停止，流体流动突然在管道末端关闭，水力冲击压力增加
K是液体体积弹性模量(Pa)，是液体密度(kg / m3)，d是管的内径(m)，E是管的弹性模量(Pa)，是管壁的厚度(m)。
(1)适用于突然关闭的管道，即液压阀关闭后管道内的流体流动时间小于时间，压力波会来回传递所需的压力波
在液压阀关闭后，在管道内流体停止流动的时间，tc是临界关闭时间(s)，c是管道中激波的传播速度(m / s)，L是从液压阀到液压系统(m)之间管道的长度。情况符合Eq。
(3)被称为完全影响，否则称为不完全影响。对于短管，如果t = 0.005，管道长度不超过3米，则影响不大。不完全影响引起的压力上升比完全影响所引起的压力要低。在计算水力冲击引起的管道振动时，应设置液压阀瞬时关闭，计算结果更精确。因此，它应该增加t，减少L。
3结论
本文提出的可靠性设计方法准确地反映了液压管道系统的固有可靠性。它将创造出合理可靠的平衡设计，达到最佳的产品可靠性要求。
数学力学模型可以运用在实际计算中，对特定工况下的液压管路系统的可靠性进行估计或预测，并揭示液压管系统可靠性设计的本质。
采用可靠的优化设计方法，可以缩短设计周期，节省测试资金，提高设计水平。摘要液压管系统液压冲击振动的可靠性优化设计是通用的，可用于机械液压行业的各种可靠性优化设计。
特殊重型车辆液压悬挂系统的设计
文摘:一种新型的液压悬挂系统
设计特殊的重型车辆用来克服旧系统的缺点。电液比例阀用于控制悬挂式液压缸的运动，而不是用于混合阀。实践表明，它满足最终用户的需求。
关键词:液压悬挂系统，特殊重型车辆，故障树分析，灰色理论;灰色关联分析
3介绍
因为特殊重型车辆的体积大、运输效率高、控制方便，所以被广泛应用于造船、钢铁、公路、桥梁施工、建筑等方面。随着交通、能源和其他基础设施的快速发展，特别是建筑业和工业的快速发展，重工业及其周边产业的快速发展，特殊重型运输车的需求和数量迅速变大。
液压系统由于其结构紧凑，控制重量轻，能实现恒压变压器，被广泛应用于特殊重型车辆的驱动系统、悬架系统、转向系统和外置系统。结合工程要求，我们设计了一种新型的重型车辆液压悬挂系统，以克服旧系统的不足。
特殊重型车辆的四液压悬挂系统及其缺点
(1)特殊重型车辆的旧液压悬挂系统
特殊重型车辆属于重型施工机械为保证不均匀路面的运行稳定性，在各悬挂系统中安装了气缸振动平衡系统，其原理类似于水气弹簧吊架，在各种液压缸相连后，它可以根据路面情况自动调整液压缸的延展，以保证轮胎的地面压力相同，然后避免有人超载。
(二)特殊重型车辆液压悬挂系统的问题
从液压系统的示意图中，我们可以看到特殊的重型车辆液压悬挂系统采用了混合阀来控制几个悬架的运动。同时，它用组合阀作为开环控制系统的控制元件，它的同步性能根据阀门流量平衡的能力，但阀门的几何参数、尺寸和几何公差、弹簧力、水力、泄漏等因素影响了节流阀的流量平衡能力。混合阀的分流精度与进气流量和两个出口之间的差压有关。除了钢瓶的工艺精度和液压泄漏外，在配分阀和其他因素后，其他阀门的外部泄漏，虽然不会影响分型阀的分流精度，但它们直接影响悬架的同步精度。因此，混合阀的控制性能不太理想。分压阀的流分函数与流量无关，它无法控制悬架的运动速度。液压系统的功能按钮和操作手柄的数量太多，操作人员很难运行特殊的重型车辆。而且这个系统不能节约
特殊重型车辆新液压悬挂系统的设计
为了克服传统控制系统对特殊重型车辆的设计限制，根据终端用户的要求，我们采用了节能设计、减法设计等现代设计方法，设计了一种新型的专用重型车辆液压悬挂系统。它满足最终用户的需求，该系统具有如下特点:
采用多路电液比例阀和角传感器实现高同步精度，实现闭环控制，控制精度高，实现悬架的高精度同步动作。此外，多路比例阀还嵌入了差动变压器位移传感器，以检测阀门核心的位移，实现了阀芯的闭环控制。由电磁比例阀、位置反馈传感器组成的高度集成比例阀，驱动放大器和其他带有校正功能的电子电路有效地克服了一般比例阀的缺点，大大提高了控制精度。
一种新型自动变速箱液压系统的设计与动态仿真
文摘:我们设计了一种新型自动传动系统，并且通过理论计算，设计了阀门和气瓶的尺寸和结构。我们以仿真技术为基础，建立了液压系统的动态仿真模型，将仿真结果与理论设计结果相比较，验证了仿真模型。依据已确认的仿真模型，分析液压系统压力和流量的仿真结果。动态仿真方法对设计和分析液压系统性能和进一步优化设计有很大的帮助。理论设计方法和动态仿真模型在实际工业应用中是可行的。研究结果可用于液压系统设计和优化。
关键词:自动传输;液压系统;动态仿真
1介绍
自动传动液压系统是动力传动系统的重要组成部分，它的功能是保证传动系统的正常工作,控制转移和传输系统的转移过程。配合油压和体积流量的特点，不仅可以延长位移元件的工作寿命，而且有效地减少了变速过程的功率损失，保证了汽车的加速度性能，同时保证了移动的质量。通过对液压系统动态过程的分析，我们可以了解液压系统各元件的运动学和动力学过程。
液压系统的动态仿真和优化的主要参数并没有描述如何设计液压系统的。大岛和三岛等地对液压系统进行了简单的改进，并没有给出详细的设计和仿真结论，在研究动力转向离合器在充电过程中的动态特性时，他们只考虑了一个离合器，不考虑整个液压系统的移位过程。PAN 和MOSKWA ， MARTIN et al ,
OHASHI et al , 和YANG 以及HE分别介绍了液压系统的功能，LEE et al、JIANG et al和LI et al对液压系统中特殊阀门进行了优化和改进，但整个液压系统没有被模拟。根据以往的参考资料，我们可以得出结论:液压系统的设计方法和过程不是完善的技术。设计的液压系统需要逐步优化和改进，而静态设计起着主要作用。该动态模拟将在产品设计、开发周期长、开发成本高的情况下进，。在此基础上，我们提出了一种新的液压系统设计方法，通过对液压系统的整体设计和动态仿真，在短时间内开发出更优秀的液压系统。
液压系统的设计和操作原理
表1列出了传输逻辑的变化。只有五个移动元件实现了8个井步进档和一个倒挡。如图1所示，控制5个移动元件的五个螺线管是电子比例控制阀(EPCV)。一个电子比例控制阀控制一个的压力改变元素。在液压系统中使用纯电子压力控制中，压力由传输控制单元(TCU)根据发动机扭矩输出控制。快速反应和高质量转移是通过使用螺线管来单独控制每一个移动元件实现的。
手动阀门通过管道X的压力移动到正确的位置。当手动阀门处于位置时，可调节的压力可以操作移位的元件。当电子比例控制阀失败时，压力会消失在管道X中。由于弹簧力，手动阀门将被移到左边位置。移动压力由手动转换阀电子比例控制阀控制。如果5个控制因素的电子比例控制阀都失败，所有的电子比例控制阀都将关闭，紧急程序将启动。
移位杠杆与MSV连接。当变速杆在R档上时，B1、K2和K4将被关闭。当变换杆在N个齿轮上时，只会关闭K2和K4。当变速杆
在D齿轮上，只能是5档，将K1、K2和K4都关闭，这也被称为下坡装置。通过压力减压阀(prv_gq)，管道“g”的压力降低到0.5 MPa(prv_gq)，用于打开移动元件，制动缸(B1)是用阀瓣弹簧打开的。
液压系统的动态仿真模型
3.1仿真模型
根据该模型在参考文献的基础上，建立了动态仿真模型。ITI - simulationx是ITI有限公司的动态仿真软件，用于构建液压系统的模型。
3.2仿真参数
采用恒流泵提供液压系统的主要油压。系统温度在minus;30到150℃之间,主油压0.8minus;2.0 MPa,泵的转速是0minus;5 700 r / min,和位移为0.01 L / r是理想的位移的70%。
仿真结果表明，旋转速度和锁定时间将会发生变化。与此同时,温度设置为90℃,齿轮是根据齿轮依次增加。参数的变化如图2和3所示。表2列出了每个控制单元的参数。
泵的转速与时间的转速关系
锁定比与锁定时间的关系
分析模拟结果
4.1比较静态结果和动态结果
液压系统压力减压阀控制的主要压力在0.8 ~ 2.0 MPa之间。prv_pg的控制压力由称为EPCV_g的电磁阀提供。压力进入变速缸是由所有的EPCV_C控制的。
Table 2 Parameters of control units
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Cylinder |
Cylinder |
Return |
Return |
||
|
Shift |
Piston |
cylinder |
cylinder |
||
|
stroke/ |
outer |
inner |
outer |
Inner |
|
|
element |
diameter/ |
diameter/ |
|||
|
mm |
mm |
mm |
diameter/ |
diameter/ |
|
|
mm |
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