基于NSGA-Ⅱ算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于NSGA

【技术实现步骤摘要】
基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法


[0001]本专利技术涉及工程机械领域，具体涉及一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法。

技术介绍

[0002]高压螺纹插装式溢流阀具有振动小、调压轻便、结构紧凑等优点，常在工程机械液压系统中用于稳定系统压力。由于内部结构复杂，工作特性影响因素较多，设计不合理往往易造成其在液压系统中出现压力冲击、振动、憋压等问题。作为工程机械主机中核心零部件，常用于高压大流量工况中，其启闭特性、稳定性与压力流量特性直接影响主机控制精度、使用寿命和响应速度，因此提高高压螺纹插装式溢流阀综合性能具有重要意义。
[0003]对于高压螺纹插装式溢流阀的优化设计，存在以下主要问题：(1)高压螺纹插装式溢流阀采用先导级
‑
主级构型，内部结构复杂，影响其综合性能的结构参数较多，且存在影响不同性能间的结构参数互相耦合的问题，目前研究主要集中在对阀启闭特性、稳定性等单一目标进行性能优化，而不是多个目标下且结构参数存在交叉影响的综合性能优化，导致阀在工作过程中性能不佳、使用寿命低。(2)传统的结构参数优化策略，其设计步骤繁琐、仿真计算量较大，会消耗大量的人力财力，难以保证优化设计的效率及优化的可靠性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的问题是在现有溢流阀性能优化时，主要针对其某一特定性能指标进行优化，通常要以牺牲其他性能指标优化效果为代价，不能兼顾多个性能指标优化效果的同时提升。因此，提出一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法，优化后溢流阀具有更高的开启率、更优的稳定性与更小的调压偏差，高压螺纹插装式溢流阀综合性能得到有效提高。
[0005]具体地，本专利技术提供一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法，其包括以下步骤：
[0006]S1、基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立启闭特性关联模型、压力流量特性关联模型和稳定性关联模型；
[0007]S2、分别对启闭特性关联模型、压力流量特性关联模型和稳定性关联模型进行分析，得出对高压螺纹插装式溢流阀性能存在交叉耦合影响的结构参数；
[0008]S3、将步骤S1得到的关联模型与优化算法进行结合，根据高压螺纹插装式溢流阀的优化参数以及优化目标，构建高压螺纹插装式溢流阀的多目标优化模型，并进一步构建高压螺纹插装式溢流阀的性能优化模型如下：
[0009][0010]S4、利用NSGA
‑Ⅱ
算法对高压螺纹插装式溢流阀性能优化模型进行全局寻优得到最优解集，并根据最优解集求解最优结构参数；
[0011]S5、将步骤S4得到的最优结构参数作为高压螺纹插装式溢流阀最优结构参数对高压螺纹插装式溢流阀进行控制。
[0012]优选地，步骤S1中基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立启闭特性关联模型如下：
[0013][0014]其中，δ
p
为开启率；Q
cT
为先导阀额定流量；D
c
为先导阀芯直径；k
c
为先导弹簧刚度；x
c0
为先导弹簧预压缩量；l1为主阀阻尼孔长度；l2为先导阀阻尼孔长度；d1为主阀阻尼孔直径；d2为先导阀阻尼孔直径。
[0015]优选地，步骤S1中基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立压力流量特性关联模型如下：
[0016][0017]其中，e为调压偏差；C3为先导阀口的线性系数；α
c
为先导阀锥角；k
v
为主阀芯弹簧刚度；k
vn
为主阀稳态液动力刚度；k
cn
为先导阀稳态液动力刚度；d
v
为主阀芯直径；α
v
为主阀阀套锥角。
[0018]优选地，步骤S1中基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立稳定性关联模型如下：
[0019][0020]其中，p
c0
为先导阀开启压力；C
max
为匹配系数；E为油液体积弹性模量；B
c
为先导阀芯粘性阻尼系数；m
c
为先导阀质量；V2为弹簧腔体积。
[0021]优选地，步骤S3中将高压螺纹插装式溢流阀的数学模型与多目标优化结合，以开启率、调压偏差、稳定性性能提升为优化目标，以步骤S2中求得的耦合结构参数为决策变量，现有性能及几何尺寸为约束，建立综合性能优化模型。
[0022]优选地，步骤S3中构建的高压螺纹插装式溢流阀的多目标优化模型为：
[0023][0024]其中，为优化目标，x1,x2,
…
,x
n
为高压螺纹插装式溢流阀的结构参数，x
imin
为第i个结构参数的约束最小值，x
imax
为第i个结构参数的约束最大值。
[0025]优选地，步骤S2中的耦合结构参数为主阀芯直径、先导阀芯直径、主阀芯阻尼孔直径长度、先导阀芯阻尼孔直径长度、先导阀半锥角、主阀弹簧刚度、先导阀弹簧刚度与主阀弹簧腔体积。
[0026]优选地，步骤S4具体步骤如下：
[0027]S41、在高压螺纹插装式溢流阀结构参数的约束条件下随机产生大小为P0的种群；
[0028]S42、对种群执行快速非支配排序，并进行二元锦标赛或者轮盘赌法进行选择、交叉及变异操作，产生新种群Q0；
[0029]S43、令t＝0得到新的种群R
t
＝P
t
∪Q
t
，对种群R
t
进行非支配排序，得到非劣前端F1,F2,
…
；对所有F
i
根据拥挤度比较算子选取下代个体组成新的种群P
t+1
；
[0030]S44、对种群P
t+1
进行遗传操作，得到新的种群Q
t+1
；
[0031]S45、重复步骤S42
‑
S44直至满足算法停止条件，并将最终产生的种群输出作为最优解集。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0033](1)本专利技术提出了一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法，克服了过去只关注模型的建立和仅进行一个或两个特定参数的单目标优化局限性，在优化过程中考虑到了结构参数对阀的启闭特性、稳定性与压力流量特性存在交叉耦合影响的关系，全面的提高了高压螺纹插装式溢流阀综合性能，对高压螺纹插装式溢流阀进行了大幅度优化。
[0034](2)传统的溢流阀结构参数优化策略，其设计步骤繁琐、仿真计算量较大，难以保证优化设计的效率及优化的可靠性。基于这些缺陷，本专利技术将阀的数学模型与优化算法相结合建立高压螺纹插装式溢流阀综合性能优化模型，并通过NSGA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法，其特征在于：其包括以下步骤：S1、基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立启闭特性关联模型、压力流量特性关联模型和稳定性关联模型；S2、分别对启闭特性关联模型、压力流量特性关联模型和稳定性关联模型进行分析，得出对高压螺纹插装式溢流阀性能存在交叉耦合影响的结构参数；S3、将步骤S1得到的各个关联模型与优化算法进行结合，根据高压螺纹插装式溢流阀的优化参数以及优化目标，构建高压螺纹插装式溢流阀的多目标优化模型，并进一步构建高压螺纹插装式溢流阀的性能优化模型如下：其中，F1、F2和F3均为目标函数；x1,x2,
…
,x
n
为高压螺纹插装式溢流阀的结构参数，d
v
为主阀芯直径、D
c
为先导阀芯直径、d1为主阀芯阻尼孔直径；l1为主阀芯阻尼孔长度；d2为主阀芯阻尼孔直径；l2为主阀芯阻尼孔长度；a
c
为先导阀半锥角、k
v
为主阀弹簧刚度、k
c
为先导阀弹簧刚度；V2为主阀弹簧腔体积；S4、利用NSGA
‑Ⅱ
算法对高压螺纹插装式溢流阀性能优化模型进行全局寻优得到最优解集，并根据最优解集求解最优结构参数；S5、将步骤S4得到的最优结构参数作为高压螺纹插装式溢流阀最优结构参数对高压螺纹插装式溢流阀进行控制。2.根据权利要求1所述的基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法，其特征在于：步骤S1中基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立启闭特性关联模型如下：其中，p
k
为主阀口开启压力；p
s
为主阀口额定压力；δ
p
为开启率；Q
cT
为先导阀额定流量；D
c
为先导阀芯直径；k
c
为先导弹簧刚度；x
c0
为先导弹簧预压缩量；l1为主阀阻尼孔长度；l2为先导阀阻尼孔长度；d1为主阀阻尼孔直径；d2为先导阀阻尼孔直径；μ为油液动力粘度。3.根据权利要求1所述的基于NSGA
‑Ⅱ
算法的高压螺纹插装式溢流阀性能优化方法，其特征在于：步骤S1中基于高压螺纹插装式溢流阀结构特征，建立压力流量特性关联模型如下：
其中，e为调压偏差；C3为先导阀口的线性系数；α
c
为先导阀锥角；k
v
为主阀芯弹簧刚度；k
vn
为主阀稳态液动力刚度；k
cn
为先导阀稳态液动力刚度；d
v
为主阀芯直径；α
v
为主阀阀套锥角；p
s0
为主阀口开启压力；ρ为液压油密...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥东，郭煜杰，陈俊翔，艾超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：