AMESim-液压建模与仿真技术分享-Tony

AMESim液压建模与仿真分享者：Tony目的2学习相对比较重要的液压基础概念对AMESim液压库和元件有一个总体的认识复习怎样用AMESim搭建液压系统，★掌握建模的小技巧★复习典型液压系统的模型（应用案例）★理解用HCD库进行液压元器件建模时的重要思路.★根据要求倒推原件设置参数（工作点→计算→等效工作面积等所需参数）能够搭建液压元器件的AMESim模型能够对AMESim的液压元器件建模有更细致的体会.回顾常用的液压元器件的建模过程AMESim液压系统建模一、介绍AMESim基础知识二、液压油属性相关设置三、元件介绍四、应用案例五、HCD液压元件库介绍六、AMESim高级应用实例AMESim中的液压库4标准液压库(HYD).HYD:标准液压库，通过库内典型液压元件进行液压系统仿真。液阻库(HR).HR:液阻库，主要用于分析液压管网中的压力损失和流量分布。液压元件设计库(HCD).HCD:液压元件设计库，是由基本几何结构单元组成的基本元素库，用于根据几何形状和物理特性详细构建各种液压元件。在AMESim的库函数中与液压相关的三个主要库一、AMESim中液压的总体介绍三个液压库每个库有不同方面功能各不相同但能够相互兼容，且以标准液压库(HYD)为基础AMESim界面和功能介绍模型建立与仿真的四个步骤：SketchmodeSubmodelmodeParametermodeSimulationmode液压模型常用的模型分类：Library(signal\mechanical\hydraulic\hydrauliccomponent)仿真工具参数设置Holdinputsconstant:保持输入不变。模型是否有初始平衡点，取决于系统的输入。通常实物在响应输入信号之前是在某个初始平衡点的。设置stabilizing+Dynamic，就不能勾选Holdinputconstant。自定义参数设置绘制X-Y图123批运行123批运行45超级元件12Fluidproperties12影响液体动态特性的三个基本属性:密度[kg/m3]质量特性与流体的温度和压力有关体积模量[bar]可压缩性=刚度特性粘度[Pa.s]阻尼特性然而，空气含量(air/gascontent),饱和压力(saturationpressure)和蒸发压力(vapourpressures),是处理气蚀现象（aeration/cavitation）必不可少的。液体属性二、液压油属性相关设置13时间挥发气泡空气气泡饱和压力蒸发压力+只有液体吸收空气(全部或部分自由空气溶解空气)空气析出(溶解游离)PsatPvap溶解有空气的液体掺混空气-气蚀气穴/气蚀液体压力在AMESim中定义液体属性14在草绘阶段，插入一个流体属性图标,一个压力源和一个液体属性传感器。这是一种最简单的测试液体属性的方法选择FP04子模型(FP01,FP02和FP03是以前旧版本所使用的现在被FP04代替)进入到参数阶段液压油索引号是识别液体属性的参数，这样能够在同一个系统中考虑多种不同液体的影响（例如:液压油和冷却剂或液压油和汽油）。在草绘阶段,必须使用多个液压油属性符号所有液压元件子模型都需要定义流体的性质(ρ,B或viscosity)需要一个液压油索引号.Indexofhydraulicfluid15Typeoffluidproperties液体性质类型液压元件16液压系统中的几种元件容积腔阻尼孔泵管道换向阀液压缸三、液压元件介绍容积腔17容积腔是容性元件，具有容积效应，蓄能器和管路同样具有这样的效应向容积腔内输入流量，输出压力可以通过下式计算到：通过引入液体的弹性模量B来考虑液体的可压缩性，弹性模量B代表了液体刚度iiQV)P(BdtdP液压元件中两种压力损失:局部压力损失(阻尼孔，弯头，过滤器…)沿程压力损失阻尼孔和管道都有液阻的作用两种压力损失都能通过类似的流量方程(伯努利方程)计算阻尼孔18Orifices19方程假设没有能量损失:能量全部回收：如果A1=A3和h1=h3,P1=P3其中Px=静压U=流速A=过流面积g=重力加速度h=高度ρ=密度pressuretotalpressuredynamic23termgravity3pressurestatic321112121UhgPUhgP(1)U1U2U3P1A1P2A2P3A3阻尼孔Orifices20实际上是存在能量损失的，所以:P3P1局部压力扰动压力损失方程（1）转化成!233321112121lossesPUhgPUhgP(2)其中:DPlosses=压力损失P1,A1P2,A2P3,A3阻尼孔损失的压力可以认为是液体速度U,液体密度以及摩擦因子ξ(同元件的几何形状有关)的函数当我们需要考虑液压管网的压力损失和流量分布时(HRlibrary)，我们主要用方程（3）对于流量控制，需要用到一个关于流量系数Cq的方程，这个方程在AMESim(HYD,HCD…)中经常用到。Orifices212222121AQUPlosses21where2qdownuprqCPPACQ(4)(3)阻尼孔补充信息-摩擦因子ξ22211AA22fLvhdg22jvhg2211cccCC2/ccCAAwhgvgpzgvgpz222222221111沿程损失根据是惯性（inertia）起主要作用还是粘性（viscous）起主导作用，存在两种流动状态（flowregime）：层流（Laminar）：流动非常平稳紊流（Turbulent）：流体的运动不规则，在下游存在紊乱以及涡流等。这两种流动状态和雷诺数(Reynoldsnumber)相关或者是流量系数λ。在AMESim中,两种流动状态的转换是通过流量系数Cq来实现的。Orifices23hDURehDP2阻尼孔Orifices24在HYD中,流量是通过最大流量系数和Cq和临界流数来计算在HR中,压降是通过摩擦系数和临界雷诺数来计算ρPACQrestq2222restAQPPDh2HYDlibraryHRlibrary伯努利方程达西-威斯巴赫方程流数雷诺数AQDRhe流量系数摩擦因数CqmaxCqcritTurbulentLaminarminRecritReLaminarTurbulent阻尼孔Orifices2521OR1qqCCReorReqCCq和的转换关系λcrit和Recrit的转换关系minmaxReorRecritcritcritqcritCA过流面积Cq流量系数Dh水力直径Q体积流量Re雷诺数λ流量系数Dp压降x摩擦系数r液体密度n液体运动粘度注意阻尼孔Orifices26在下面的例子中，绘制流经5mm阻尼孔时的流量将节流孔两端的压差设定ΔP设定成一个瞬态递增的过程如果Pdown保持在0bar,ΔP就等于Pup设定Pup在10s内从0到5bar03_simple_orifice.ame阻尼孔直径/最大流量系数阻尼孔Orifices27在这段曲线上选择一个点例如t=10s其中:P=5bar和Q=28.287L/min流量、压力曲线OR0000-1flowrateatport1[L/min]03_simple_orifice.ame阻尼孔Orifices28复制前面的模型选择‘restrictiondefinition’选项使用之前的Q和P值分别作为流量和压降参数比较两种不同的阻尼孔压降/流量03_simple_orifice.ame阻尼孔阻尼孔直径/最大流量系数Orifices29在0到1.5bar中有微小的差异对湍流来讲结果一样03_simple_orifice.ame阻尼孔压降/流量阻尼孔直径/最大流量系数Orifices30‘pressuredrop/flowratepair’是怎样工作的？通过输入流量和相对于的压降，用户自己定义压力流量曲线上的一点通过这一点(在湍流状态下),AMESim计算等效阻尼孔直径Cq取值是1.0(不是0.7)因此,层流状态下的计算和选项2中的不同用选项1要注意：湍流计算比较准确,但是层流计算准确率相对较低ADPPCQAdown鷓q42.注意选择平均压力Patm下的ρ03_simple_orifice.ame阻尼孔其他元件31泵:在AMESim液压库中有很多不同种类的泵(容积泵,离心泵…)泵类元件实质上是转换器：把机械能转换成液压能液压缸：液压缸同样也是转换器：把液压能转换成机械能（反之亦然）Otherelements32换向阀:液压库中提供了很多换向阀的模型.这些阀将根据工作位(2~3)和通路(2~6)来定义。换向阀每一条通路的同流性质是通过定义流量和压差，靠Q/ΔP来计算最大开口面积的。对于每条通路来说，过流面积是位移的函数，过流面积S(x)=Smax*f(x)这些元件的使用方法将在下面的介绍其他元件流量分布33压力源的油箱压力恒定阻尼孔1通过定义D1直径来计算流量当通过阻尼孔2的流量是阻尼孔1的两倍时，阻尼孔D2的直径是多少？目标:根据给定流量设计阻尼孔四、应用案例AD4静液传动34泵管道转动惯量溢流阀油箱马达目标:建立一个简单的液压传动系统Hydrostatictransmission35静液传动马达的流量与压力曲线溢流阀的流量与压力曲线负载的转速曲线Hydraulicactuator36第一步:计算需要克服的阻力：15N，压力源的压力为5[bar]活塞直径是多少?注意:用这个直径,不能满足最大输出力的要求活塞面积要增加30%来满足(惯性力,库伦摩擦力,粘性摩擦力).液压执行机构目标:建立一个能够让质量块移动的液压系统Hydraulicactuator37三位四通阀有A\B\P\T共4个通流截面，可以用电路里面的桥式回路进行等效。这个桥式等效回路的意义在于：大部分液压阀的通流截面都可以用节流阻尼孔，构建成桥式回路相似的物理模型来解决。图2的系统可以用图1的桥式回路等效出来。图1图2桥式回等效路搭建三位四通阀Hydraulicactuator3803_HYD_Jack.ame仿真的目标要求的精度允许CPU最大运行时间或执行任务的数量参数(几何,形状…).可用的数据建模人员的经验分析人员的经验建模仿真中的共性问题39仿真模型不仅同元件或系统相关，以下几个方面同样对模型的结构有很大的影响：采用HCD库的意义即便是标准液压库中已经含有大量经典的常用的元件，但是在仿真时还是会碰到下述问题：元件的多样性:无论软件中已经预置了多少种不同的元件，永远都不会够！模型用途的多样性:静态特性，准静态特性或动态特性的仿真可用数据的多样性:实验测量数据或技术图纸40五、HCD液压元件库介绍基本元件的概念41单向阀柱塞类型1柱塞类型2……HCD库–容积元件42必须通过将活塞连接到一个容积元件才可以考虑：当活塞运动时，流量变化及容积变化的情况如何计算公式:HYD库中的容积元件的容积是不可变的，因此通常来说，我们会将HCD库中的容积元件连接到活塞上portsVVQBdtdP@0portsVVVol@0体积变量液压变量Externalvariables:阀在仿真时能量转换:液压能机械能阀内部可计算具有某特定几何结构下的流量大小计算公式:F3=F4–P2·Apistonv4=v3Vol2=-A·x3通流面积是通过