液压CAD应用软件简述

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第193页（9378字）

液压CAD应用软件，目前正从只能进行简单的设计计算的低档专用软件转向开发具有较高级功能的软件。与此同时，从国外引进了一些有较高性能的软件，主要有液压系统原理图的绘图软件、液压元件及系统参数设计和元件造型软件、动态仿真软件、结构设计及零、部件自动绘图软件。应用软件绝大部分具有上述的一个或几个功能。

(1)仿真软件

A．DSH程序系统

DSH程序系统是德国亚琛工业大学液压气动传动及控制研究所开发的液压系统动态数字仿真专用程序系统。浙江大学流体传动及控制研究室于1981年引进、消化、移植和改进后已在国内推广。

DSH程序系统具有自动建立数学模型时域阶跃响应，过渡过程的积分计算和绘制曲线的功能。同时也可完成频率响应的计算、线性化、根轨迹分析和参数优化等工作。

使用时只需将仿真液压系统的物理模型，按规定格式输入计算机，即可自动完成建立数学模型的工作。输入仿真参数结构、参数等参量后，即可显示或打印输出结果或曲线。该系统的数据库存储内容充实，并可扩大采用模块化结构，模块所占内存小，除适用PDP－11／24小型计算机外，也可用于IBM－PC微机。该系统对我国开展CAD工作起了先导和示范作用。

B．自动从图形编程的液压系统仿真软件包HYCAD

该软件包是由上海交通大学机械系液压教研室于1985年研制并推广应用。

该软件能够从用户输入的一张液压系统原理图，自动生成描述系统的仿真程序，简化了使用者掌握编程的困难。仿真程序经编译后，在连接时，可把元件和算法调进，组装成所需的仿真程序。修改或增加算法方便，不必改动仿真程序。软件采用菜单提示、选择，适合于不同层次使用者的要求。软件图形功能丰富，满足不同输出显示的要求，可以输出频率特性、根轨迹及时域响应曲线。输出方式灵活多样，既可屏幕显示，也可用打印机或绘图仪输出曲线。软件设计用模块化结构，结构清晰，程序可读性好。仿真结束后，生成标准液压系统原理图。软件应用面广，既可用元件仿真也适用于系统仿真；既面向生产设计人员，也面向学校教育，是课程辅助教学的良好工具。

C．HYPNEU软件包

该软件包由美国BARDYNE公司研制，于1993年引进国内。该软件设计具有90年代初的流行风格。采用C语言编制窗口界面、菜单选择，可视性强。该软件具有元、部件设计、系统图设计、系统设计、系统静态分析、极限工况分析、频率性能分析等功能，是一个集设计、仿真于一体的综合软件。具有丰富的元件数据库，提供元件模型及参数模块。参数模块向计算机输入产品目录、设计参数值或实验数据的信息，同时由系统数据库提供选择元件、运行环境、输出参数等信息。在元、部件设计时，既可以运用软件提供的180种基本元件模型和图形，不需要编程就可以建立具体元件模型，也可根据需要建立专门的元件模型。

系统原理图可在屏幕、打印机或绘图仪上绘制；系统输出为BODE图形时，可用其进行频响分析；适用于线性、非线性系统；分析评估系统，同时考虑了温度、流体物理性、化学性、磨损、漏损、空穴、机械污染等因素的影响。

(2)液压系统原理图绘制软件

这类软件具有液压系统图形符号库，有的还能进行文字标注，绘制出完整的液压系统原理图。

A．液压系统图形符号库组成

通常液压系统图形符号库包含液压元件基本图形子图库及常用典型图形块子图库。

液压元件基本图形子图库定义了绘制液压系统原理图中常用的液压元件图形符号，它包含有：

·基本图形元素图形符号。有液压图形符号中最基本最常用的图形单元，如圆、菱形、方形、箭头；

·常规液压元件图形符号。如泵、马达、液压缸、压力表等；

·常用标准组合液压元件图形块。如压力阀、方向阀、流量阀。

常用典型图形块子图库是参考国内常用液压系统，以实现典型功能的图形块为基础建立的子图库，它包含有：

·常用典型液压系统回路图形块；

·叠加阀式液压系统迭加阀图形块；

·集成式液压系统常用集成块图形块；

·插装阀液压系统插装阀块图形块。

对于液压元件常用典型图形块子图库的组合中，软件开发者选用的侧重将会有所不同。如大连理工大学开发的液压系统CAD原理图、图形库HGCAD软件系统中，就没有插装阀块的图形块，而上海交通大学开发的HCD绘图软件，则主要侧重于插装阀组合单元的图形块。

B．绘制液压系统原理图

有了图形库，只为绘制液压系统原理图提供了方便的条件。在图形库支持下实现绘制液压系统原理图的方法，有实时交互方式、编写专用的绘图程序两种方法。

实时交互方式是最简单的方法。通过人机交互，利用菜单直接在屏幕上调用图形符号库，经过编辑、连接和添加必要的注释就可完成，但对用户配合操作要求太高。编写专用的绘图程序是按一定规律编写专用的绘图程序，通过调用标准的元件库或标准功能回路图形块，实现自动检索、逻辑设计。这种方法对于处理插装阀、集成块、叠加阀等规范化的原理图比较方便，而不宜绘制非规范的系统图，因此两种方式均有较大的局限性。

(3)设计软件

CAD的设计软件通常包括参数设计、结构设计、仿真和绘图这几部分。其中绘图，还有三维图和二维图。

A．液压泵的CAD

(A)斜轴式轴向柱塞的CAD软件

哈尔滨工业大学液压教研室在对斜轴泵特性进行理论分析后，建立了设计模型，并对球面配流盘、缸体组件的优化进行了研究。开发了液压元件数据库系统，并用BASIC语言开发了二维机械绘图软件包MAKEDRWING，实现了液压泵零件的参数化绘图，以及装配图的自动绘制。该软件包具有下列内容：泵特性计算机辅助分析；优化设计模块；元件数据库系统，尺寸公差数据库、优化系数数据库以及压力、排量系列、阀直径和泵的模型系数的数据库。本软件包适用于液压元件及一般机械零、部件的零件图和装配图的绘制。

(B)液压泵的CAD研究

航天部一院在APOLLEO工作站上进行泵CAD工作。采用IDEAS和DDM作为液压泵CAD支撑软件。IDEAS是美国SDRC公司的大型实时三维软件，具有设计和工程分析功能。把实体造型、有限元分析、计算机绘图、实验数据分析、数控编程、运动学分析融为一体。在液压泵三维实体造型中，对液压泵实体造型的计算机表示法中，采用目前比较先进和定型的构造主体法(Constructive Solid Geometry)简称为CSG和边界表示法(Boundary Representration)简称为BRep。前者用于液压泵的实体组合编辑，具有简单、可靠等优点，但耗机时多。后者用于实体造型中边界固定的边界计算，具有便于拼合运算的优点，但运算复杂，实体图形绘制则采用编程或交互式绘图方式。实体图形有下述功能：

·可以将零、部件图形进行总体模装，代替实物模型；

·得到的三维表面、二维图形能提供工程分析；

·求出液压泵及零、部件的表面积、体积质量和惯性矩等物理量；

·提供有限元分析。

在液压泵的结构分析中使用有限元分析软件，对缸体和其它几何相似结构施加不同的内压、外压、温度等边界条件，进行优化和解算。并用数据分析软件完成分析结果的数据的处理。

对液压泵柱塞连杆的静，动力学的运动分析。在确定柱塞连杆机构的模型后，根据对运动规律分析，确定活塞连杆机构的受力函数，对仿真模型进行解算，在屏幕上绘制运动过程，并将运动仿真后的数据进行处理。

DDM软件是美国CALMA公司一个大型交互式软件。它能进行三维实体绘制与数控AC软件配合，产生数控文件，输送到数控加工中心，加工零、部件，实现液压泵设计、制造一体化。

利用这两个软件的各自特色，使液压泵CAD工作，摆脱了分散、局部，仅能绘制二维图形或简单计算的水平；摆脱了手工作坊式、繁琐、重复、低效率的设计方式，实现设计、分析、实验、制造一体化。

B．各种系统设计的软件

目前在实践中推广应用较多和较普遍的系统设计软件是液压阀集成块CAD系统、插装阀液压阀块CAD系统、叠加集成块液压系统CAD。

(A)二维插装阀系统计算机辅助设计——SCVCAD软件

软件由上海704所设计研制。软件是根据冶金系统插装阀使用日益普遍，为了提高插装阀系统设计效率、水平和规范化；开发液压控制技术，扩大插装阀的应用领域而研制的。

由于插装控制技术从回路到系统设计，元件、组件到控制块的设计，都是若干标准的符号以及标准零、部件的组合，十分有利于建立“要素—元件—组件—系统”的层次结构，通过上述树型结构，建立有专门数据库的数据模式。所以插装阀系统软件设计中建立了图形符号、要素及元件和组件(含扩展组件)的图形库，并采用人机交互方式进行工业系统中插装阀的绘制。

图形库中基本图形符号有插件、控制盖板(含叠加阀)及先导阀的符号。图形库中还有基本回路模块和基本图形符号，根据不同需要，可以编辑和组合各种系统。除了生成集成液压系统原理图，还必须根据原理图形成控制块和集成块的图纸。控制块的设计是插装阀设计中的难点，本系统提供了泵系统块、四通块、三通块、附加块、功能块和功能附加块、顶块等图形，可以组合各种工业系统的控制阀块体。

本软件提供了插装阀系统从原理图绘制到控制块图形的绘制以及集成块系统的自动生成软件。

(B)二通插装阀集成系统——CV－CAD软件

该软件是由一汽自行开发的二通插装阀集成系统CAD软件，可与704所的插装阀集成系统设计技术图纸互换，具有液压系统设计的标准化、通用化、系列化性能，适用于机床行业，大流量液压设备(拉床、压床、锻压机)液压系统设计。

软件采用交互式对话或编制SCR文件方式，能自动完成插装阀集成系统液压原理图、集成块装置装配图及零件图的绘制。软件具有丰富的图形库，可以根据系统需要，输入泵控制底块、中间块、二通、三通、四通、回路块、集成块顶盖、液压缸、泵—电机、滤油器型号，以及集成块、功能扩展块，自动完成液压原理图的绘制，包括连线、编号、明细表及技术条件的输入。软件设计程序采用C语言；绘图程序用AutoLISP语言编制，自动生成SCR文件，可自动绘制上千种液压系统原理图、集成块装置、装配图及零件图，可以一次性完成液压设备的各种图纸，提高了自动化的程度，软件具有很高的应用价值。

(C)二通插装阀阀块计算机辅助设计软件

本软件是由大连理工大学开发的软件。通过插装阀液压原理图设计插装阀块结构。该软件采用人机对话方式和菜单提示方式运行。利用程序库自动完成阀块体设计和孔道校核工作，所建立的数据库包括插装阀垫片、盖板以及元件结合面数据库和安装阀孔，插装阀件孔数据库。依据工厂设计经验构成了阀块体设计知识库，阀块体设计时，由设计人员输入信息，查询数据库内结构数据，确定阀块体连通孔道、销钉孔、工艺孔和螺钉孔的布置并对孔道校核。

阀块设计程序中遵循了孔道之间不干涉、工艺孔最短、最少的设计原则，并对可能产生的重复孔道进行了处理。

孔道校核模块把阀块内部油孔、螺钉孔等孔道校核归纳为空间几何学中研究圆柱体的相对位置问题，引出计算机分析阀体内部孔道关系的数学模型，较好解决了阀体内部孔道的校核难题。

软件采用模块化结构，使用维护方便，操作简便，并结合了工厂实际。

(D)二通插装阀块三维CAD设计

本软件是由大连理工大学和首钢液压机械厂联合开发的，针对插装阀结构的特点，采用三维空间设计阀块，使结构直观明了，便于调整插装件位置及孔道大小、位置。软件系统将插装阀设计技术和二维、三维图像处理技术、计算机辅助设计技术相结合，实现了下述功能：

·采用交互式设计方法拟定插装阀块设计方案和调整方案；

·交互式和自动式设计阀块孔道和调整孔道，对设计完毕的阀块进行孔道校核；

·实现了阀块设计中图形与数据的自动转换。借助于AutoCAD高级造型扩展功能，生成阀块体逼真三维图、浓淡渲染图、消隐视图及任意位置剖面图。用软件生成的阀块三维立体图形，自动输出阀块方案参数和孔道数据文件，依据上述数据又可自动生成三维立体图形。三维立体图形显示能综观全局，观察到相邻两侧元件的位置、外形及各面孔道相互连通情况，因而可避免元件外形干涉；

·根据设计结果绘制插装阀块零件图和装配图。实现了三维图形和二维图形的自动转换。二维图形清晰显示某一平面视图，有利于调整、修改阀块尺寸及元件安装位置参数。软件结合工厂生产实际，已基本满足工程应用。

(E)叠加式液压系统集成化软件包

叠加式液压系统具有结构紧凑、体积小、配置灵活和安装维修方便的优点。在数控机床设备中应用日益广泛，大连理工大学和银川长城机床厂联合开发了叠加式液压系统集成化软件。

软件包结构由图形库、数据库和知识库、油路块设计和校核模块、自动绘制装配图模块、自动绘制零件图模块构成。

图形库包括原理图图形库及装配图图形库。原理图图形库包含有：

·液压元件职能符号图形子库；

·叠加式液压系统原理图图形子库；

·常规式液压系统原理图图形子库。

装配图图形库包含有：

·叠加阀外形图子库；

·板式阀外形子库；

·联接件图形子库。

用三维图形方式建立装配图形库。

数据库内存储板式和叠加式液压元件的型号、规格和尺寸参数，以及与图形库相对应的图形信息。知识库内存储油路块设计、自动生成原理、装配图、零件图的知识和规则信息。

油路块设计和校核模块。叠加式液压系统是由一组或几组叠加阀和其它元件组成叠加阀组，一般安装到一个或几个油路块上。采用交互方式拟定正确油路设计方案，自动进行孔道设计和校核。

自动绘制装配图模块。根据原理图和油路块提供的信息，自动生成叠加阀组和油路块的三维图形，再转换成二维装配图视图。

自动绘制零件图模块。根据需要选择油路块，零件图视图也显示出内部通道的连接关系。

软件采用模块化结构，菜单控制，使用简便、维护扩充方便，适用于叠加式液压系统和常规式液压系统的设计。

(F)液压阀集成块计算机辅助设计系统

本软件是由北京液压技术研究所开发。该软件是在AutoCAD支持下的二次开发，使用了AutoCAD的菜单功能、绘图功能以及LISP语言，还使用NFOXBAS+多用户数据管理系统及汇编语言。其主要功能是设计板式液压阀、液压系统，绘制液压系统原理图并完成液压阀块结构设计，校核阀内油路相通与误通情况。并画出零件图及装配图。

(G)液压阀集成块的计算机辅助设计

本软件是由机电部北京自动化研究所开发。该软件适用于安装所有板式阀、叠加阀和插装阀。液压阀集成块CAD软件由5个模块组成：交互式阀块设计、孔道输入、孔道校核、工程图纸生成、设计与校验结果信息输出组成。

交互式阀块设计模块是在AutoCAD软件支持下开发的，由安装面图库、数据库、AutoLISP设计程序和高级语言的接口组成。用屏幕菜单方式调用图库、数据库，进行阀块外形设计与板式阀、插装阀和自定义安装联接面的设计、工艺孔设计以及上述步骤的修改。设计完成后，设计信息输入孔道校验程序。

孔道信息输入模块是在C语言支持下工作，当构思阀块草图后，将阀块的孔道信息输入程序，用于孔道校验及生成工程图纸。

这两个模块提供了两种应用方式。一种是交互式方法，直接进行阀块设计，孔道校验，依次循环直到合格，再输出图纸及其它设计信息。另一种是通过孔道信息输入模块输入孔道信息，然后进行孔道校验，依次循环直至输出设计图纸。

孔道校验模块用C语言编写。校验阀体中各种直孔和空间斜孔的通断关系，并校验两孔之间壁厚，给出通孔之间联线的最短距离，以便校核过流面积能否满足要求。孔道模型不作简化，采用网络逐点布尔运算算法，对孔道计算通断结果精确度高，可保证校核的正确。

阀块工程图纸生成模块是在AutoCAD支持下开发的，在输入阀块信息后，自动绘制加工图纸，给出全部标注。

设计与校验结果信息输出模块用C语言编写，用于输出设计与校验结果信息。并可将信息经转换输入加工数控中心的加工指令，准备加工之用。联通孔及危险孔道信息可以用文件形式存储备用，也可屏显或打印机输出。

本软件侧重于实用性、通用性，依靠计算机完成重复计算，但又能进行逻辑关系和数学关系描述的工作，如交互式设计、显示和删改，元件安装联接面输入、孔道校验和绘图。对于创造性的思维，如孔道的自动布置和连接仍由设计者完成。

(H)液压泵站CAD软件

液压泵站CAD内容涉及到许多相对独立，又分别自成体系的设计，如液压系统原理图设计、液压泵站设计计算，阀块设计管道布置。软件有原理编辑系统SGS，通用数据管理软件YYDBG、阀体设计系统CVS／VBS，以及液压泵CAD软件。该软件包括三维布局、总图生成、零、部件选型、变参库、管道布置、泵站及部件装配图及零件图等功能块。在此，仅就泵站设计计算及有关问题进行介绍。三维布局是要得到泵站部件布置、示意外形图。在零、部件选型、变参库支持下，建立油箱体立体草图，然后在油箱上布置组、部件，并确定部件定位空间位置。

在液压泵站及其部件装配图设计中，采用结构描述法和程序装配法得到总图装配图、机油箱体和泵组装配图。应用三维技术解决了管道布置。

由浙江大学开发的液压泵CAD软件，遵循总体、部件、零件的自上而下设计原则，用交互方式完成总体布局设计得到三维布置草图，再进行结构设计生成总装配图，再绘制零、部件图。

此外，上海交通大学、浙江大学、北京理工大学、北京航空航天大学等院校均在插装阀系统三维软件、单级电液伺服阀、航空液压元件和系统CAD方面进行了开发，并取得了相应的成果。