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Chapter2AME_HYD22007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训液压元件设计库HydraulicComponentDesign(HCD)世冠工程（北京）有限公司丁强博士122007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训目录1.HCD库简介：为什么?如何做？2.应用实例3.设计一个单向阀4.超模块工具5.设计一个三通阀液压元件设计库（HCD）32007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训AMESim中的标准液压库42007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训想一想:世界上有多种类型的液压缸？在此我们假设液压缸的缸体是固定的。如果液压缸的缸体是可动的话，那么液压缸类型的数目就要翻一倍！有时对同一种类型还需要考虑端口不同的因果规则(C或R)为什么需要液压元件设计库?52007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训9元件的多样性：不管液压库中的元件模型再多，也永远不够!9模型作用的多样性：不同假设的静态，动态特性9用户建模技巧的多样性虽然在液压库中含有大量的经典的液压元件模型，但是还存在两个问题：为什么需要液压元件设计库?62007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训考虑液压库中的简单的单向阀otherwisePcoefQPPifQcrackΔ⋅=Δ=0Æ现在，我们向考虑节流口的真实的几何形状，阀芯的惯性，液动力…为什么需要液压元件设计库?72007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训基本元素理念...82007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训基本元素理念绝对运动相对运动节流口可变容积92007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训AaAbVaPaVbPbQaQbloadforceFL基本元素理念¾HCD库构建的简单的液压缸模型在该模型中，没有考虑活塞/活塞杆总成的质量液压库HCD库!102007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训基本工程单元:动画惯性:X”=f(m,damp,stops)阀芯:Q=f(x)F=f(ΔP,Jet)活塞:Q=f(v)F=f(P,k,x)管路:动态特性?体积:P=f(β,V,ΣQ,fluidprops)HCD例子M机械运动^^液压112007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD总结¾HCD库采用工程结构单元细分的方法使得用户可以通过尽可能少的结构单元模块构建尽可能多的工程系统模型！122007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训方程F2=F3-P*AQ1=-A*V2V3=V2机械端口液压端口HCD的变量¾HCD库中所有模块端口变量：活塞面积132007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾让我们回到第一章中的第一个有关容积中压力计算的例子中¾此时，用活塞模块来取代恒流量源模块：通过推动活塞运动来产生体积流量Example1.ameExample8.ame142007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾假设活塞移动的速度0.1m/s，我们可以计算出产生0.1L/min的流量需要的活塞面积¾对应的活塞直径为2261006000011.01.600001.0mmmVQA====mmmmADp607.46204≈==ππ152007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾结果:¾注意:-昀终的压力为283.3bar-和我们采用恒流量源模块计算得到的压力281bar相比存在误差！¾该误差来自于参考压力修正162007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾详细解释:9在活塞单元模块中，体积流量的计算是（参见帮助）：9正如我们在第一章中所见，在容积模块中，输入的流量指的是在0bar表压下的流量，该流量根据当前实际压力进行了修正：9因此修正了两次！相当于修正抵消了。所以我们又得到了我们第一章手工计算得到的压力值！Q0=Ap*V*ρ(P)/ρ(P0)Q=Qin(0)*ρ(P0)/ρ(P)172007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾但是我们建立的该例不是特别精确：9活塞运动产生流量，这是体积排量的结果！也就是说我们还需要考虑相关容积的时变性（而事实上，在上述例子中我们并没有考虑！）9注意体积模量是体积的函数：9正如我们下面要看到的，活塞单元模块计算得到的体积信息并没有被容积模块所接收！!VPVBδδ−=182007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾为了考虑容积的时变性，可用HCD库中的体积单元模块来替代液压库中容积模块。¾总的容积是各个端口输入容积的和(4个端口)BHC11192007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾新的结果：容积的时变性Example8a.ame202007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾与HCD库中液压容积相关的重要参数：Chamberlengthatzerodisplacement212007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾该zerodisplacement对应于和该单元模块相连的惯性模块或者其他位移源的零时刻位移or…or…or…222007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾该chamberlength用于计算液压容腔的额外的体积[Vadd=L*AP]¾在我们的例子中，该容腔中设定的参数DeadVolume是1000cm3。活塞的速度是0.1m/s，在t=10s时，昀终的位移是1m，因此昀终容腔的体积为：1000-16.67=983.33cm3.¾如果我们给定chamberlengthatzerodisplacement等于1m，初始的容腔的体积就变为V0=1000+16.67=1016.67cm3，而昀终的体积变为1000cm3232007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积242007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾chamberlengthatzerodisplacement参数的设定对于避免出现0或者负的体积非常重要！¾例如，在液压缸中如何正确的设置参数?¾在上述例子中，让我们考虑：9X=0定义在活塞处于昀左位（伸出位置）；deadvolume是10cm39当活塞处于昀右位时，X=昀大行程；deadvolume是10cm3!X=0X=昀大行程x252007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训X=0X=stroke¾参数:9行程Stroke=1m9活塞直径Pistondiameter=10mm9活塞杆直径Roddiameter(只给左腔)=5mm9Deadvolume=10cm39端口直径Ports'diameter=5mm9位移Displacement:在10s内从0-1mHCD:可变容积Example9.ame262007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾让我们看看右腔的体积变化¾我们看到体积在0.1cm3饱和了，为什么?9为了在AMESim中避免0或者负的体积出现，有一个饱和设定为V0/100，其中V0=在液压容腔中定义的Deadvolume9这种情况本不应该出现，只是我们参数设置不当造成的272007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾所设定的deadvolumes指的是当活塞运动到它的终端是该容腔剩余的体积。¾此时，零时刻的位移对应的是伸出位置，也就是说，在该位置时，右边液压容腔的体积等于deadvolume+昀大行程*活塞面积Î因此需要给定chamberlengthatzerodisplacement282007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD:可变容积¾在该情况下，当液压缸处于回收位置时（x=昀大行程1m），右腔的deadvolume应该等于10cm3¾现在我们的参数设置是正确的，即当x=0时，容腔的体积为10+100*(pi/4)=88.54cm3292007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD单元模块中的可变节流口¾下述HCD的单元模块是主要考虑可变节流口的单元模块：9过流面积是阀芯位移的函数9各种类型的几何形状9用户自定义特性9压力作用在图标中加粗的面积上9这些单元模块中不考虑质量302007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD单元模块中的可变节流口9可以计算液动力9通过相连的惯性模块或者其他任何位移源的计算速度/位移9R液压因果规则9混合机械因果规则BAP026BAP025312007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD单元模块中的可变节流口¾主要参数几何数据节流特性开口度/重叠量定义考虑完全关闭时的泄漏流量或者全部打开时节流作用液动力Deadvolumes322007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD中的泄漏单元模块¾各种可用的子模型注意：在本例中直给出了一种因果规则(Î考虑其他因果规则的话，可用子模型数量要翻倍)332007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD中的泄漏单元模块¾泄漏:¾粘性摩擦¾偏心率:(e=直径上的偏心率)PLCDQRΔ=.12.3μπVCPLFRviscous.Δ=πμ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+Δ=235.11..12.RRCePLCDQμπ342007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训膜片单元模块¾这些单元模块的主要特点是可变活塞面积(定义为阀升程的函数)¾在膜片的两端可以设置不同的流体：9液体/液体9液体/气体¾需要给定一个定义有效活塞直径随阀升程变化的数据文件¾根据所选择的子模型，有时需要给定一个液压刚度(KH=B/Vol)gasliquid352007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训目录1.HCD库简介：为什么?如何做？2.应用实例3.设计一个单向阀4.超模块工具5.设计一个三通阀362007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训SupplyReturnLoadsHCD应用¾4-通阀372007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD应用382007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训来自BOSCHHCD应用¾减压阀392007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训Constantpressureline,PsxKsQLPR,VtQcK1PcVcAHydraulicloadHCD应用减压阀402007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训来自REXROTHHCD应用¾径向柱塞泵412007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训吸油出油单向阀压缩腔柱塞/柱塞套之间的泄漏吸油单向阀HCD应用422007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD应用432007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训HCD应用¾燃油喷射Caterpillar442007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训机械式燃油喷射系统共轨喷射系统HCD应用452007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训VVAHCD应用462007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训自动变速器HCD应用472007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训目录1.HCD库简介：为什么?如何做？2.应用实例3.设计一个单向阀4.超模块工具5.设计一个三通阀482007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训设计一个单向阀建立单向阀模型的不同方式来自SUN492007世冠AMESim液压、气动系统及其