AMESim-HCD液壓元件設(shè)計庫教程-完整版

1、使用HCD 液壓元件設(shè)計庫濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所液壓技術(shù)中心 張友亮 250022 zylisbest1、引言HCD （Hydraulic Component Design）指液壓元件設(shè)計（以前被命名為液壓AMEBel ，表示AMESim 的基本元素庫），可以使用該庫中一系列的基本模塊來構(gòu)建組件的子模型。HCD 大大增強了AMESim 的功能，在開始使用HCD 之前，最好能夠徹底熟悉標(biāo)準(zhǔn)AMESim 子模型。為什么有必要創(chuàng)建這個庫？這個問題將在本部分找到答案。在此之后，將給出關(guān)于HCD 應(yīng)用的五個例子。在最后一部分，則給出關(guān)于HCD 應(yīng)用的一些基本規(guī)則，以使您能更加有效地運用HCD 。前四個例

2、子主要針對絕對運動，您將使用的絕大多數(shù)HCD 應(yīng)用都可能屬于這一類。第五個例子則關(guān)于相對運動，推薦您使用AMESim 重復(fù)練習(xí)前四個例子。使用AMESim 時，您可以通過一系列組件構(gòu)建工程系統(tǒng)模型。對于這些組件，AMESim 最初使用基于標(biāo)準(zhǔn)表示方法（諸如液壓元件的ISO 符號）的圖形符號或圖標(biāo)。對于特定領(lǐng)域的工程師，這使得最終的系統(tǒng)方案看起來很標(biāo)準(zhǔn)，也很容易理解。然而，這里存在兩個問題：組件的多樣性；技能的多樣性；組件問題的多樣性可以簡單描述為：無論有多少組件模型，但還是不夠的。拿液壓缸作為例子，有一些可能性：該液壓缸可能有一個或兩個液壓容腔；可能有一個或兩個活塞桿；可能有一個或兩個或零個彈

3、簧；這樣將給出12種組合，每一種組合都需要單獨的圖標(biāo)，每個圖標(biāo)都至少對應(yīng)一個子模型。然而對于多數(shù)AMESim 圖標(biāo)來說，一個子模型就已經(jīng)足夠。在這種情況下，將有12子模型。如果考慮到伸縮式液壓缸，可能性的數(shù)量將翻倍。通常，需要在元件端口處設(shè)置不同的因果關(guān)系，與其他元件端口因果關(guān)系相組合，將可能有超過一百種的液壓液壓缸子模型。在標(biāo)準(zhǔn)AMESim 庫中不可能提供如此龐大數(shù)量的圖標(biāo)和子模型，因此只提供比較常見的圖標(biāo)和子模型。當(dāng)然，AMESim 專家級用戶也可以通過AMESet 創(chuàng)建擴(kuò)展的圖標(biāo)和子模型，但在這一點上，我們將遇到的第二個多樣性問題。要創(chuàng)建AMESim 或者其他軟件中優(yōu)良的子模型，到底需要

4、什么樣的技能呢？現(xiàn)列表如下： 對于組件結(jié)構(gòu)和作用的理解；對于組件物理運行規(guī)律的理解；將物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)算法，以便從輸入得出子模型輸出的能力；將算法轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行代碼的能力；除此之外還包括對子模型進(jìn)行檢驗、調(diào)試、校正的能力，這意味著子模型開發(fā)人員需要工程、物理、數(shù)學(xué)和計算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的能力，這就是技能多樣性的問題。完全具備所有這些能力的人屈指可數(shù)，因此構(gòu)建良好的子模型是一種專家級行為。開發(fā)HCD ，是為解決這些問題的多樣性。我們已經(jīng)知道，傳統(tǒng)的AMESim 庫使用基于標(biāo)準(zhǔn)ISO 符號的圖標(biāo)，這些圖標(biāo)將模型細(xì)分為子模型，很顯然這個細(xì)分并不是唯一的，也不是最佳的方法，我們可以使用基于更大或者更小單元

5、的細(xì)分。HCD 使用這樣的細(xì)分：能夠利用最小數(shù)量的圖標(biāo)和子模型來構(gòu)建最大數(shù)量的工程系統(tǒng)模型。返回到上面所述液壓液壓缸的例子，我們可以清楚地看到，液壓缸所有可能的模型都是由下列元素的組合構(gòu)建而成：壓力作用下的液壓流體；環(huán)形可變?nèi)萸?；機(jī)械彈簧；由壓力和面積產(chǎn)生作用力的活塞；以上表明，這將是一個很好使用的劃分。與基于標(biāo)準(zhǔn)ISO 符號的劃分相比較，可以清楚地看到基本模塊會少很多。每一元素都是工程師眼中有形的實體，因此可以將這樣的劃分描述為技術(shù)單元。用戶可以到工程模塊庫中，尋找物理模型對應(yīng)的圖標(biāo)，使用他們組裝成需要的組件。方案清單：活塞1個環(huán)形可變?nèi)萸?個機(jī)械彈簧2個液壓油2聽在接下來的第二章中將繼續(xù)這

6、個例子，還有一系列逐步介紹HCD 特性的其他例子。2、教程實例2.1 運用HCD 構(gòu)建液壓單向閥本節(jié)中，您將創(chuàng)建的液壓單向閥如圖1所示，選用這些組件是因為其工作方法清楚，即使非專業(yè)人士也能明白。標(biāo)準(zhǔn)AMESim 庫已經(jīng)提供了這類元件的子模型，其對于液壓系統(tǒng)的通用仿真很有用。它們不包含任何動力學(xué)，因為與系統(tǒng)其余部分相比較，它們的反應(yīng)速度被假定足夠快。圖 1 圖2 圖 3圖2所示是HCD 中的圖標(biāo)，而此類目下的所有組件示于圖4。前17個組件用于絕對運動，而接下來的18個組件用于相對運動。圖3表示兩個特殊的純液壓組件。在相對運動圖標(biāo)中，每個實體都內(nèi)嵌于另一實體，兩者都能運動；而在絕對運動圖標(biāo)中，若有

7、外部實體，則認(rèn)為固定不動。首先關(guān)注絕對運動的圖標(biāo)： 對于大多數(shù)絕對運動圖標(biāo)，有兩個線性軸端口和至少一個提供壓力的液壓端口，最重要的是液壓作用的活動區(qū)域。圖標(biāo)中使用比較寬的直線或曲線表示該活動區(qū)域，為更清楚起見，還有箭頭指向該區(qū)域。這些圖標(biāo)通常通過線性軸端口連接起來，以組成一實體，可能是滑閥、液壓執(zhí)行器，也可以是單向閥。然而，其它的實體像液壓制動元件，自動變速箱或燃油注射系統(tǒng)等也可以以相同的方式來構(gòu)造。最常使用的液壓圖標(biāo)則是具有壓縮性的液壓容腔，其與所計算液壓壓力的子模型相關(guān)。該模型有四個液壓端口，用以接收來流的流量和體積，可據(jù)此計算總體積和總流量。如果流量為正，則壓力升高；如果流量為負(fù)，則壓力

8、降低。最簡單的單向閥包含在有限位移內(nèi)自由移動的鋼球，在極限位置完全關(guān)閉阻斷通流，而在另一位置則完全打開。平衡狀態(tài)時，鋼球位置取決于兩液壓端口的液壓力。HCD 包含兩個液壓流道中閥芯為球形的圖標(biāo)，一個位于平面圓形閥座，另一個則位于錐形閥座，與平面圓形閥座相關(guān)聯(lián)的子模型如圖5所示。請注意：有兩個液壓流量端口，任一端口接受壓力作為輸入；如果鋼球在最右位置，流道會被阻塞；如果鋼球在最左位置，流道開口最大；子模型中與鋼球相連的桿默認(rèn)直徑為零；鋼球受壓力支配，如果不平衡，鋼球?qū)苿?。這意味著，我們必須考慮鋼球的慣性。由于單向閥鋼球的運動受限，我們需要如圖所示右手側(cè)的圖標(biāo)，詳細(xì)外部變量如圖6所示。 圖 6

9、圖7顯示了我們正在構(gòu)建系統(tǒng)的兩個可能的版本，每一個都包含單向閥和兩壓力源，為什么會有兩個版本呢？原因很簡單，為使HCD 盡可能的易于使用，許多HCD 圖標(biāo)都與兩個子模型相關(guān)聯(lián)。再來看圖5，可以看到子模型BAP21的外部變量，而子模型BAP22的外部變量則與其互為鏡像。上述兩系統(tǒng)能得到相同的結(jié)果，為使本實例易于理解，建立如圖7（a ）所示系統(tǒng)，請注意，零力源F000添加到自由機(jī)械端口。圖 7在子模型模式下，通過選擇首選子模型可以很方便地設(shè)置元件的子模型。然而，如果手動設(shè)置慣性子模型，會發(fā)現(xiàn)有兩種可能的子模型，差別在于應(yīng)對位移限制的方式不同，通常與有無終點擋板有關(guān)，應(yīng)對終點擋板處接觸的兩種建模的方

10、法：理想無彈性碰撞，速度瞬時降至零；機(jī)械彈簧和阻尼器；每種方法都很有意義，但第二種方法需要知曉如何設(shè)置彈簧和阻尼器阻尼值，MAS005 子模型使用第一種方法。在參數(shù)模式下，設(shè)置子模型MAS005質(zhì)量為10g ，位移下限為0mm ，位移上限為4mm ，該子模型考慮重力，因此需要設(shè)置角度。在我們假定的情況下，重力與液壓力相比微不足道，所以角度的設(shè)置并不重要。設(shè)置庫倫摩擦力和靜摩擦力可能是不恰當(dāng)?shù)?，非零粘性摩擦可能使單元更加穩(wěn)定，但實際上單向閥是完全開啟或關(guān)閉。設(shè)置粘性摩擦力為零，其他參數(shù)與斯特里貝克摩擦有關(guān)，在HCD 庫中引入與摩擦相關(guān)的其他參量，是為實現(xiàn)從靜摩擦到庫倫摩擦的平滑過渡。通常情況下，

11、斯特里貝克摩擦參數(shù)去默認(rèn)值。我們?nèi)粼O(shè)置庫倫摩擦力和靜摩擦力為零，那么這些量在任何情況下都不起作用。子模型BAP22兩桿的直徑必須設(shè)置為零，最大流量系數(shù)不能偏離默認(rèn)值0.7，臨界流量數(shù)可以控制達(dá)到這個系數(shù)的快慢，通常也是保留其默認(rèn)值。鋼球上的合力由作用于其上的液壓力和外部力來計算，而液壓力的計算基于如圖7（a ）的假設(shè)：右手端壓力作用于臨近孔口的區(qū)域，左手端壓力作用于鋼球剩余區(qū)域。這種假設(shè)在多數(shù)情況下可以得到滿意的結(jié)果，但這里有規(guī)定的修正項：液動力，該力使鋼球趨于關(guān)閉。液動力系數(shù)通常用于禁用或啟用該量，默認(rèn)值是0禁用該量，設(shè)置為1則啟用該量，也可以通過實驗數(shù)據(jù)設(shè)置為其他值，以得到符合要求的子模型

12、。設(shè)置左手壓力源為恒定值50Bar ，右手壓力源則在1S 內(nèi)由0Bar 上升至100Bar ，再在1S 內(nèi)將至0Bar 。運行一時長為2S 的仿真，設(shè)置通訊間隔為0.01S 。圖8所示為不同壓差下通過單向閥的典型流量曲線，這是一動態(tài)子模型，當(dāng)壓差為負(fù)時，流量也不為零。盡管壓力下降的穩(wěn)態(tài)特性使單向閥關(guān)閉，但慣量引起的鋼球在離開穩(wěn)態(tài)位置后的滯后導(dǎo)致了反向流動，需要注意的是，由于類似的原因，導(dǎo)致開關(guān)曲線不一致。圖 8為得到穩(wěn)態(tài)特性，要讓壓力變化的更加緩慢，相應(yīng)的增加仿真時間。需要注意的是，鋼球子模型還需要在兩流動端口計算外部變量的容積，這種解釋將順延至下一節(jié)關(guān)于液壓液壓缸的例子，這些量起重要作用。圖

13、 9接下來，你將增加彈簧SPR000，使單向閥轉(zhuǎn)變?yōu)閺椈杉虞d單元，修正后的系統(tǒng)如圖9所示，增加零速度源V001至彈簧另一端。必須注意：彈簧通常處于壓縮狀態(tài)；構(gòu)建如圖9（a ）、（b ）所示單向閥有兩種方法，慣性力作用于單向閥的哪一側(cè)無關(guān)緊要，然而，彈簧必須在左側(cè)，否則它將會打開單向閥而不是關(guān)閉；彈簧在兩端口都有作用力，所以左邊的彈簧端口必須用一個零速度源關(guān)閉而不是零力源。必須調(diào)整彈簧剛度和預(yù)緊力以求得到所需的特性，通過選擇合適的值，可以得到開啟壓力和流量壓力特性。圖 10在質(zhì)量塊子模型MAS005中計算出基本位移和相應(yīng)的速度，正如圖5、圖6所示，這些值通過子模型BAI21傳遞。圖10示出彈簧子

14、模型的外部變量，彈簧SPR000接受來自BAP21和V001的速度。圖 11當(dāng)設(shè)置彈簧的參數(shù)時，給單向閥一個盡可能小的預(yù)緊力，以確定其開啟壓力。圖11所示參數(shù)中，給定預(yù)緊力10N 。 圖 12采用與前一個例子相同的壓力源重新運行仿真，圖12是單向閥在開啟壓力約為5Bar 的情況下的流量壓力特性曲線，在壓力約為22Bar 時出現(xiàn)的斜率變化是由于鋼球到達(dá)它的行程極限。圖13顯示鋼球的速度，注意到在單向閥部分開啟時出現(xiàn)了不穩(wěn)定的現(xiàn)象（最好將間隔時間降至0.001S ，會看的更清楚），可通過增加阻尼孔口來解決這個問題，在第三個例子中我們將會遵從這個理念。圖 13圖 14作為選擇性練習(xí)，可以按照圖14所

15、示改造單向閥。該閥檢測兩個系統(tǒng)的壓力，將連接至提供系統(tǒng)壓力較大的系統(tǒng)，中間的兩個端口事實上只有一個，確保連接球閥到節(jié)點的兩條管路都被設(shè)置為直接連接（DIRECT ）。建立閥的測試系統(tǒng)，兩壓力源輸入至系統(tǒng)，同時還有一恒流源。設(shè)置流量源流量在10S 內(nèi)從0變化到10L/Min，左壓力源從0 Bar到100Bar ， 右壓力源從100 Bar 到0Bar 。為使兩鋼球都可運動，還必須設(shè)置左鋼球相對零位移時的推力，設(shè)置質(zhì)量塊終點擋板的位移下限為0，上限為5mm 。對右鋼球，將其相應(yīng)于0位移的開度設(shè)為0，左鋼球開度設(shè)為5mm ，運行仿真10秒，繪制通過每個鋼球的流量和輸出壓力。2.2 利用HCD 構(gòu)建液

16、壓液壓缸圖 15本節(jié)我們回到在引言中討論的液壓液壓缸，其簡圖如圖15（a ）所示。注意到，該模型包含一質(zhì)量塊，為AMESim 中標(biāo)準(zhǔn)的模塊，最簡單的HCD 構(gòu)建如圖15（b ）所示。按圖16所示開始構(gòu)建系統(tǒng)，以便對HCD 和標(biāo)準(zhǔn)AMESim 庫各自運行的結(jié)果進(jìn)行對照。注意慣性力的圖標(biāo)改變了方向，它給出了同標(biāo)準(zhǔn)子模型HJ000相一致的位移符號約定。利用首選子模型功能為盡可能多的元件自動選擇子模型，設(shè)置質(zhì)量塊子模型帶有理想終點擋板，在參數(shù)模式下對兩個系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使其盡可能相同，這點需要特別注意，以下是幾點建議： 子模型BAP11 和BAP12分別代表活塞和活塞兩側(cè)的容積，這里不是兩個活塞而是

17、一個，活塞兩側(cè)每個子模型都和壓力源相連，箭頭和粗直線指出了壓力的作用區(qū)域。注意質(zhì)量塊子模型可以被放置在左側(cè)也可以在兩半活塞之間，左側(cè)子模型活塞桿直徑要設(shè)為零，而兩子模型的活塞直徑必須設(shè)置為25mm ，以同標(biāo)準(zhǔn)子模型HJ000保持一致，右側(cè)子模型活塞桿直徑則設(shè)置為12mm ，這是不要急著設(shè)置標(biāo)簽為零位容腔長度的參數(shù)，過后我們再來設(shè)置該值。圖 16必須注意，在設(shè)置HCD 子模型參數(shù)時，以下特征非常有用：全局參數(shù)；復(fù)制參數(shù)；通用參數(shù)；活塞直徑可引入全局參數(shù)pdiam ，值為25mm ，一經(jīng)手動設(shè)置好后，還可以復(fù)制到其他子模型，當(dāng)然還可以將其設(shè)置為通用參數(shù)。子模型HJ000默認(rèn)行程0.3m ，默認(rèn)質(zhì)量

18、為1000Kg ，因此將帶有理想終點擋板的質(zhì)量子模型設(shè)置為1000Kg ，位移下限設(shè)為0，位移上限設(shè)為0.3m 。箭頭和加號表示，當(dāng)位移為零時，質(zhì)量塊在最左極限位置。子模型HJ000初始位移為零，并且假設(shè)活塞在左側(cè)，因此設(shè)置子模型MAS005初始位移為零。設(shè)置供油壓力為100Bar ，調(diào)整輸入信號頻率為1HZ ，運行仿真，圖17為位移的典型仿真結(jié)果。為什么結(jié)果會有些不同呢？原因很簡單，圖16（b ）所示系統(tǒng)中，閥與液壓缸之間采用直連子模型，這意味著該段管道不存在動態(tài)效應(yīng)，也就是說， 閥直接與液壓缸相連，壓力的動態(tài)特性主要由液壓缸和活塞兩側(cè)的液容引起。與此相反，圖16（a ）中沒有這部分液容，但

19、閥與液壓缸之間的存在液壓管道子模型HL000，其存在動態(tài)效應(yīng)，只是基于固定液容。將這部分變化的液容加入液壓缸系統(tǒng)也很簡單，修正之后的系統(tǒng)如圖19所示。圖 17圖 19這里的關(guān)鍵圖標(biāo)是與兩半活塞流量端口相連接的液壓容腔，對應(yīng)的子模型為BHC11，用于模擬壓力的動特性。該子模型有四個端口，都一端口的輸入都是流量L/Min或者容積 。該子模型對四個體積量求和，再加上一閉死容積，同時也對流量求和，通過這些可以計算出壓力的導(dǎo)數(shù)值。該模型用于模擬包含一些獨立液容的復(fù)雜仿真，也可用于模擬泄露流動。當(dāng)前這個案例只需要兩個端口，另外兩端口可分別連接零流量源和零體積源予以封閉，如圖18所示。改造后的系統(tǒng)如圖19所

20、示，設(shè)置BHC11閉死容積為50 ，與HJ000相一致。當(dāng)質(zhì)量塊位移為零時，活塞位于最左極限位置，這意味著右側(cè)液壓容腔長度為0.3m ，左側(cè)容腔長度則為0，故此設(shè)置BAP11中零位時容腔長度為0.3m ，相應(yīng)的BAP12中長度為零。為什么會有m 和mm 兩種單位？因為HCD 子模型不僅用于液壓缸，還用于各種閥的仿真。通常以m 為單位太大，而以mm 為單位則顯得更方便。質(zhì)量塊子模型使用m 單位，主要是因為其通常與標(biāo)準(zhǔn)AMESim 子模型相對應(yīng)。 圖20是分別使用HCD 和HJ000建模得到的位移對比結(jié)果，兩方法得到的結(jié)果相同。 圖21顯示BHC11兩容腔體積變化規(guī)律。圖 20圖 21圖 22在上

21、面HCD 構(gòu)造的模型中，沒有考慮流經(jīng)活塞的泄露?？梢栽趦砂牖钊g插入泄露圖標(biāo)，如圖22所示，相對應(yīng)的子模型BAF11（其鏡像為BAF12）計算的泄露流量則為端口1,2的輸出，還提供了一通常為零的體積量，也就是說這些端口可以連接到液壓容腔BHC11。泄漏量由活塞直徑、間隙、活塞長度和粘度來計算，粘性摩擦也隨之計算而來。 現(xiàn)在考慮左圖所示液壓缸，它并不包含于標(biāo)準(zhǔn)AMESim 庫中，但確定的是，可以按圖24所示構(gòu)建構(gòu)建出來。圖 24要注意的是，利用HCD 子模型，很容易就能看到基于系統(tǒng)進(jìn)行的假設(shè)。從圖24可以清楚的看到，壓力動特性綜合考慮了泄露和終點擋板的影響，而在圖23中不能看到這點。2.3 搭

22、建滑閥我們將搭建定值壓力調(diào)節(jié)閥，如左圖所示。端口P 輸入壓力，端口A 負(fù)載輸出，A 口輸出壓力為閥的先導(dǎo)壓力，用于維持A 口輸出壓力為預(yù)定值不變。彈簧使閥趨于開啟，而先導(dǎo)壓力使閥趨于關(guān)閉。若負(fù)載壓力下降，彈簧使閥開度增大以通過更多流量；若負(fù)載壓力升高，先導(dǎo)壓力使閥部分或完全關(guān)閉，泄露流量接入油箱。左圖是該調(diào)節(jié)閥典型單元的簡圖，圖27為利用HCD 構(gòu)建的簡圖。必須注意：液壓容腔動特性通過管道子模型HL000來模擬；不考慮泄露；輸出端口A 處包含有固定或動態(tài)液阻，否則元件工作不理想；壓力作用于活塞上三處圓形或圓環(huán)形區(qū)域，與彈簧力同向或者反向。圖 27圖28為在圖27基礎(chǔ)上改進(jìn)的系統(tǒng)，管道子模型HL

23、000用可壓縮子模型BHC11代替，必須強調(diào)，先導(dǎo)容腔的容積變化傳遞到子模型BHC11。與圖27相比，圖28中阻尼和先導(dǎo)端口之間的管道子模型HL000中加入通用阻尼，這意味著用固定容積代替先導(dǎo)腔的可變?nèi)莘e，因此會有所不同，但假如設(shè)置HL000的參數(shù)與先導(dǎo)壓力容腔平均容積相一致，結(jié)果將非常接近。圖 28與阻尼孔相對應(yīng)的子模型為BHO11，與OR000相比，BHO11每端口都是零體積、零流量輸出。還可能有許多不同的變化，我們當(dāng)然也可以考慮質(zhì)量動特性，但這將不會改變結(jié)果。其他的變化則基于不同的假設(shè)，可能會導(dǎo)致結(jié)果明顯的變化。圖27用了兩個可壓縮性管道HL000，先導(dǎo)容腔的容積并不包含在壓縮性影響之中

24、。圖28綜合考慮了左側(cè)阻尼和輸入端口之間的泄露，這相當(dāng)于給阻尼孔口附加一并行孔口。哪種假設(shè)更好呢？如果先導(dǎo)容腔的容積與它連接的管道相比很小，就沒有必要在兩者之間加以限制，圖27所以已足夠。但如果阻尼孔口與先導(dǎo)容腔直接相連，或先導(dǎo)容腔隨閥行程而有所變化，圖28所示模型較好。然后，利用HCD 可以測試不同的組合，比較它們的結(jié)果。圖 29圖29代表搭建彈簧腔的另一種方式，圖27與圖28更接近于帶排油腔的物理情形，然而仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，沒有泄露。可以很容易地引入一泄漏量，但可能非常小。由此可見，處理彈簧容腔的唯一區(qū)別如圖29所示，壓力始終為零，而圖27與圖28中，只有當(dāng)油箱的壓力為零時才為零。搭建圖28所

25、示系統(tǒng)，利用首選子模型功能設(shè)置子模型。在參數(shù)模式下，通過指定兩孔口的直徑來設(shè)置其特性，設(shè)置孔口變量的最大直徑為8mm ，不要忘記設(shè)置整體參數(shù)，以便能指定該孔口的直徑特性。設(shè)置阻尼孔口直徑為0.5mm ，設(shè)置與可變孔口相連的信號源在前5S 從0變化到1，后5S 從1變化到0 。這將模擬可變載荷的周期循環(huán)。設(shè)置子模型BAP12和BAO011默認(rèn)的活塞、閥芯直徑為10mm ，設(shè)置BAO011和中間的BAP12子模型活塞桿直徑為4mm ，而另一BAP12和BAP16則設(shè)置活塞直徑為0，這將保證中間容腔的壓力平衡，而左手容腔壓力與彈簧力反向。對于泄露子模型BAF11，設(shè)置其直徑和接觸長度均為10mm ，

26、在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂萌肿兞?。設(shè)置MAS005質(zhì)量為0.03Kg ，粘性摩擦為10 N/(m/s，位移下限為0，位移上限為0.7mm ，端口2初始位移為0.7mm 。當(dāng)位移為0時，滑閥在最左極限位置，閥口全開，因此設(shè)置BAO011零位時開口量為0。BAP16的彈簧剛度和預(yù)緊力決定了閥將要維持的負(fù)載壓力，而位移則由質(zhì)量塊子模型MAS005來確定。當(dāng)位移為0時，滑閥處于最左極限位置，因此位移為零時，彈簧將處于最大長度狀態(tài)，將此時彈簧力設(shè)為200N ，彈簧剛度則為10N/mm，此時先，導(dǎo)容腔的長度也將最大，設(shè)為40mm ，用以計算容腔容積。然而，不考慮壓力動態(tài)特性，將除BAP12以外的子模型保持為默認(rèn)參

27、數(shù)，其為液壓容腔子模型提供容積。當(dāng)位移為0時，容腔長度最小，故設(shè)為0。我們本應(yīng)該用一更大的值來給定閉死容積，但是在液壓容腔子模型BHC11中這將是允許的，因此設(shè)定左側(cè)BHC11控制容腔的閉死容積為2 ，右側(cè)輸出容腔的閉死容積為100 。圖 30設(shè)置供油壓力為常值100Bar ，運行10S 的一次仿真，圖30顯示負(fù)載壓力變化，可以看出該閥將試圖維持壓力在25Bar 左右，但在5S 時壓力發(fā)生了什么變化？在位移變化曲線中，會發(fā)現(xiàn)此時閥口處于全開位置。可以看出，某些特定參數(shù)影響了閥的穩(wěn)定性，嘗試設(shè)置阻尼孔口直徑為1mm, 再繪制負(fù)載壓力和閥芯位移曲線圖，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定，接下來再將阻尼孔口直

28、徑設(shè)為0.8mm ，結(jié)果表明先導(dǎo)壓力容腔或HL000的一很小的體積將會使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。2.4 三位三通方向控制閥圖 31本節(jié)將搭建方向控制閥，圖31 為三位三通控制閥單元。在沒有任何驅(qū)動力時，閥芯在彈簧力作用下處于中間位置。如果閥芯向左移動，供油壓力P 口將接通A 口；如果閥芯向右移動，A 口將接通T 口。如果彈簧力較小，那么很小的驅(qū)動力將能使閥全開或在另一方向上全關(guān)，因此該閥總是趨于全開或者全關(guān)位置。如果彈簧力很大，將需要比閥芯開啟更大的力才能使閥芯全開。若彈簧力足夠穩(wěn)定，閥芯將被保持在既非全開也非全關(guān)的中間位置。圖31并未示出任何形式的驅(qū)動力，該閥可以被手動、電磁驅(qū)動、先導(dǎo)液壓驅(qū)動控制，

29、為保持穩(wěn)定，彈簧容腔通過阻尼孔口連接至中間容腔。圖32為利用HCD 搭建的簡單機(jī)械操控方向閥。圖 32圖 33圖 34應(yīng)當(dāng)注意：代表閥芯質(zhì)量的子模型處于中間位置；兩彈簧/活塞子模型同中間容腔相連，左側(cè)的則通過阻尼孔口連接；每一液壓容腔需要5個流量/體積作為輸入量，一次需要一液壓節(jié)點；用可變孔口代表典型的負(fù)載；用一簡單壓力源代表供油壓力；用一力源提供手動作用。搭建系統(tǒng)并利用首選子模型功能設(shè)置子模型，所有活塞直徑和活塞桿直徑都保留其默認(rèn)值，這正適用于本例。設(shè)置質(zhì)量子模型MAS005質(zhì)量為50g ，位移下限為-0.002m ，位移上限為0.002m ，即閥芯總行程為4mm ，中間位置為0。設(shè)置所有的

30、BAP16如圖33所示，子模型BAO011容腔長度為20mm ，設(shè)定可變孔口直徑為4mm 以代表負(fù)載，確保連接至可變孔口的信號源為常值1，設(shè)定阻尼孔口直徑為0.8mm ，驅(qū)動力的工作周期按圖34所示設(shè)置，常值供油壓力為150Bar 。運行10S 的仿真，繪制不同的結(jié)果。圖35所示分別為滑閥位移隨時間變化，阻尼負(fù)載流量隨閥芯位移變化的情況。圖 35應(yīng)當(dāng)注意：閥芯在兩個方向都到達(dá)了極限位置；中間位置時，流量銳減；此時，我們返回到閥芯子模型BAO011和BAO012，差異之處在于一個是另一個的鏡像。在當(dāng)前系統(tǒng)中，因質(zhì)量塊處于中間，只有子模型BAO011可用。假如質(zhì)量塊被置于最左或最右極限位置，這兩個

31、子模型都將可用。BAO011當(dāng)前參數(shù)如圖36所示。 圖 36零位時開口量這個參數(shù)極其重要，默認(rèn)值為0。圖37表示零位時零開口，正開口，負(fù)開口情況。分別設(shè)置閥芯子模型的該參數(shù)為1mm 和-1mm 并運行仿真，會發(fā)現(xiàn)第一種情況時中間位置有泄露，而第二種情況時存在死區(qū)效應(yīng)。圖 37必須要提及的另外兩個參數(shù)是：對應(yīng)于最小過流面積的開口量；對應(yīng)于最大過流面積的開口量；默認(rèn)情況下，開口量為0時，過流面積為0，并隨正開口量線性增加；第一個參數(shù)為過流面積的下限，可能由泄露或某些固定節(jié)流孔產(chǎn)生；第二個參數(shù)則為過流面積的上限，可能由環(huán)形節(jié)流孔流經(jīng)某孔口區(qū)域，或是如圖38所示，閥芯行程過大以致環(huán)形節(jié)流窗口完全打開。

32、圖 38所有這些結(jié)果均假設(shè)閥芯與閥套完美配合，但實際上，閥芯與閥套之間存在間隙，且閥芯帶有圓整的棱邊，這些將產(chǎn)生泄漏。在子模型模式下，設(shè)置閥芯子模型為BAO013，（如果質(zhì)量塊不在兩閥芯中間，你要指定其中一閥芯子模型為BAO014），這兩個子模型均考慮配合間隙和閥芯圓整棱邊的影響。圖39顯示這些子模型的參數(shù)，注意對應(yīng)于最小過流面積的開口量參數(shù)并未出現(xiàn)在列表中，因為該子模型中泄露明確考慮了配合間隙和圓整棱邊的影響。將子模型BAO011換成BAO013，再運行仿真，會發(fā)現(xiàn)即使閥芯處于中間位置時，負(fù)載孔口也會有小流量通過，這通常總是從P 口向T 口的泄露。嘗試著增大配合間隙和閥芯棱邊圓角半徑， 會發(fā)

33、現(xiàn)泄露流量相應(yīng)增大。圖 39利用高級細(xì)節(jié)特征，該例子模型被修改。這對于此類控制閥設(shè)計者來說是合適的，但對于大多數(shù)使用者來說，簡潔的表示方法可能更合適。因此，在大多情況下，閥及其控制系統(tǒng)的動特性近似簡化為二階傳遞函數(shù)，這些數(shù)據(jù)通?？稍谠?yīng)商樣本中找到，圖40表示高度簡化的系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注意：動態(tài)特性由二階滯后所產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)給定自然頻率和阻尼系數(shù)；位移則由飽和環(huán)節(jié)加以限制；辨識位移最終值，用以產(chǎn)生恒定的速度；其他需要加以考慮的是子模型BAO011和BAO012的尺寸數(shù)據(jù)；圖 402.5 帶有移動缸體的液壓缸通常情況下，液壓缸缸體剛性固定，假定為不可移動。然而，在其他情況下為得到更真實的結(jié)果有必要將缸

34、體的運動加以考慮，HCD 中相對運動的圖標(biāo)和子模型可以實現(xiàn)這些要求。我們將搭建一帶有移動缸體的液壓缸，并將其與缸體固定的液壓缸相比較，搭建圖41所示系統(tǒng)，注意：當(dāng)有一系列HCD 元件時，不要將相對運動和絕對運動圖標(biāo)相混淆，相對運動圖標(biāo)位于模型庫的下方，而絕對運動圖標(biāo)則位于模型庫的上方；HCD 中相對運動子模型所有終點擋板具有彈性，這是因為在撞擊中，兩質(zhì)量塊是有限的，兩者之間必然存在接觸力。本系統(tǒng)中，底部液壓缸缸體連接至一彈簧減震器，而該彈簧減震器連接至一零速度源，用以模擬帶有柔性支座的液壓缸。使用首選子模型功能設(shè)置子模型，設(shè)置其他一些合理的參數(shù)并運行仿真，圖42顯示有移動和固定缸體的液壓缸活塞

35、桿位移變化情況。 圖 41圖 423 一些基本規(guī)則3.1 引言HCD 庫的設(shè)計使用戶能夠構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)AMESim 庫中所沒有的元件，而不需使用AMESet ，也不需要編寫代碼，使用相對不多的技術(shù)元素，卻能構(gòu)建出大量的元件。HCD 擺脫了傳統(tǒng)的模型構(gòu)建技術(shù)，但未完全脫離。自然而然地假定用戶具有工程技術(shù)背景以便能理解元件或系統(tǒng)工作的基本原理，解釋和分析仿真結(jié)果。此外還有兩個技術(shù)上的要求：理解因果關(guān)系（即理解輸入與輸出的關(guān)系）；理解物理規(guī)律，不是在深入的數(shù)學(xué)層級上，而是在能評估重要問題的層次上。 3.2 因果關(guān)系每一元件圖標(biāo)的背后都有一子模型，子模型用以收集一系列已知量，稱之為輸入，來計算另一些量，稱之為輸出。但輸入從何而來？來源于其它子模型的輸出。圖 43子模型通過端口互相連接，因果關(guān)系的基本原則是兩子模型要連接在一起，其中一個要為另一個提供輸入。圖43顯示原動機(jī)子模型PM001與泵子模型PU001之間的連接，箭頭表示信息傳遞的方向。軸的轉(zhuǎn)速 這一物理量，既是PM001的輸出，也是PU001的輸入，而轉(zhuǎn)矩T 則是PU001的輸出，也是PM001的輸入，每一子模型都有它需要的輸入。相比之下，圖44試圖在孔口子模型OR000與溢流閥CV000之間建立連接，每一子模型都輸出流量Q ，都需要輸入壓力P ，這種連接在AMES