复杂型液压集成块的优化设计

　　液压集成块作为液压系统的核心单元,由于系统组成的非标准性和所承装阀体及其相互连通关系的多样性,设计起来颇费工力。随着液压技术的不断发展,集成化程度越来越高,液压集成块的设计问题日趋复杂。现有的液压集成块CAD软件所能实现的功能多集中在原理图绘制、孔道校核、实体造型及工程图输出等方面^[1]。且目前大多数研究集中在板式阀,涉及板式阀、插装阀、叠加阀混用的复杂型液压集成块设计研究则较为少见。迄今为止,快速、高效、自动地得到复杂型液压集成块最优布局布孔方案这一核心问题,尚未得到良好的解决。

　　本文深入分析了复杂型液压集成块设计问题的复杂性,结合现代混合优化算法在布局优化设计中的应用,提出一种混合优化算法和工程设计经验相结合的集成块优化设计方法。并结合集成块内部孔道网络的结构特点和设计规律,提出了启发式孔道连通策略以及布线策略。构建了复杂型液压集成块优化设计系统,实现了实时元件外形干涉校核和孔道安全校核下液压集成块自动优化设计。

　　1 复杂型液压集成块优化设计的研究内容

　　复杂型液压集成块设计的核心问题是外部布局和内部布孔集成方案的自动优化设计,是在孔道自动连通算法支撑下的三维空间中液压元件布局方案的自动寻优。是一种复杂的带性能约束的立体空间布局问题,数学上可以归结为组合最优化^[2]。与以往板式阀集成块设计研究^[1-2]相比复杂型液压集成块的设计更为复杂,它要求将结构形状各异的阀类元件(板式阀、插装阀、叠加阀等)和其它附件在不发生干涉并且保证足够安装和操作空间的条件下,尽可能紧凑地分布到块体各面上,使外部元件布局及其外形干涉校核十分复杂;由于插装阀采用阻力阀口相互分离的独特结构,元件数目大大增加,增大了集成块布局设计的工作量;集成块内部不仅包括连接板式阀的直通孔,还包括与插装阀的插装件有配合关系的阶梯孔以及阶梯孔的侧向连接孔,使得孔道连通和校核更加复杂。

　　遗传算法^[3]和模拟退火算法^[4]是当今优化技术领域研究的热门,均是用于求解带性能约束的组合优化问题的通用有效的优化算法。遗传算法的编码技术和遗传操作比较简单,优化不受限制性条件的约束,具有稳定、收敛、高效等优点,但局部寻优能力差。

　　模拟退火算法具有描述简单、使用灵活、运用广泛、运行效率高和较少受初始条件限制等优点,但优化时间过长。将遗传算法和模拟退火算法相互融合、取长补短可以充分发挥各自特长。同时工程设计经验对集成块的优化设计具有重要的指导价值,充分利用它们可对优化起到事半功倍的作用。因此本文以混合遗传退火算法为基础,结合工程设计经验,实现人、机在算法层面的有机结合并使其具有可操作性,为集成块优化设计这一复杂问题提供了一条有效途径。