AMESim之中HCD庫(kù)實(shí)例教學(xué)a

1、HCD庫(kù)的使用1. 前言HCD(Hydraulic Compo nent Desig n)含義是液壓元件設(shè)計(jì)。HCD庫(kù)可以由非常 基本的模塊，建造出任一元件的子模型。HCD大大增強(qiáng)了 AMESim的功能。在使 用HCD之前最好能夠熟悉其他AMESim標(biāo)準(zhǔn)子模型。下面將提到建立該庫(kù)的主要性，之后時(shí)是關(guān)于使用HCD的五個(gè)例子，最后給 出了一些總體規(guī)則，以便更有效的使用 HCD。前四個(gè)例子針對(duì) 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，也是HCD應(yīng)用的重點(diǎn)。第五個(gè)例子是針對(duì) 相對(duì)運(yùn) 動(dòng)。推薦重復(fù)練習(xí)前四個(gè)例子。使用AMESim，可由庫(kù)中元件構(gòu)建一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的模型。起初， AMESim用 于這些元件的符號(hào)標(biāo)記是給予基本的表示方法(例

2、如液壓元件的 ISO標(biāo)記)。對(duì) 于某一領(lǐng)域工程師，這里存在兩個(gè)問題：元件的差異技術(shù)的差異元件的差異問題可以表述為：無論有多少元件，都是不夠的 。例如一個(gè)液壓 千斤頂，有以下的可能：有一個(gè)或兩個(gè)液壓腔；有一個(gè)或兩個(gè)活塞桿；有一個(gè)，兩個(gè)或零個(gè)彈簧。這樣一共就有 12個(gè)組合，每個(gè)都需要一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)記，而每個(gè)標(biāo)記都必須至 少對(duì)應(yīng)一個(gè)子模型。對(duì)多數(shù) AMISim 標(biāo)記來說，一個(gè)子模型就足夠了。在這種情 況下，就需要 12個(gè)子模型。如果考慮到伸縮式千斤頂，模型數(shù)量將會(huì)翻倍。有時(shí) 還需要在端口進(jìn)行不同設(shè)置，以得到不同結(jié)果，這就需要數(shù)量更大的模型。在標(biāo)準(zhǔn)AMESim庫(kù)中，不可能提供如此大量的標(biāo)記和相應(yīng)的子模型

3、。因此只 提供力一些比較通用的元件標(biāo)記和子模型。當(dāng)然，AMESim的專家用戶可以通過 AMESet來添加新的標(biāo)記和新的子模型。第二個(gè)問題，在AMESim中，要構(gòu)建好的元件子模型需要什么技術(shù)或其他的 軟件。列表如下：懂得構(gòu)建和操作該元件；清楚元件運(yùn)作時(shí)的物理變化；給物理量制定數(shù)學(xué)運(yùn)算法則，以便子模型由輸入量得到輸出量； 可將運(yùn)算法則編譯成可執(zhí)行代碼。 除此之外，還要對(duì)子模型進(jìn)行測(cè)試、糾錯(cuò)和修正。這就意味著子模型的開發(fā) 需要在機(jī)械、物理、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的綜合能力。這就是技術(shù)上的問題。 同時(shí)具有這些技術(shù)的人寥寥可數(shù)，因此構(gòu)建優(yōu)良子模型的任務(wù)時(shí)專家級(jí)別的工 作。HCD的開發(fā)就可以解決這些問題。上

4、面提到了，傳統(tǒng)AMESim庫(kù)使用的模型使用 的是標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)記。這些標(biāo)記是將模型細(xì)分成子模型。很顯然這個(gè)細(xì)分不是唯一 的，也不是最佳的方法?？梢詫⒓?xì)分應(yīng)用于更大或更小的單元。HCD使用細(xì)分可以由最少的子模型創(chuàng)建出最多種的機(jī)械系統(tǒng)的模型?；氐揭簤呵Ы镯?shù)哪莻€(gè)例子，可以發(fā)現(xiàn)所有建立起來的組合都是由下列元素組成的：壓力作用下的液壓流體；環(huán)狀變化的容積腔；機(jī)械彈簧；由微元壓力和面積產(chǎn)生的力推動(dòng)的活塞 。這才是對(duì)細(xì)分較好的利用，可以與基于ISO標(biāo)準(zhǔn)模型下的細(xì)分組合，很明顯， 基本模塊少很多。因?yàn)槊總€(gè)單元都是工程中的實(shí)體，可以將其稱之為技術(shù)單元。 可以在商店買到相應(yīng)的物理部件，組裝成想要的元件。購(gòu)物清單：

5、1 活塞2 環(huán)形可變缸3 機(jī)械彈簧4 液壓油在第2章中將繼續(xù)介紹這個(gè)例子，還有一系列的例子可以逐步介紹HCD的功用。2. 實(shí)例指南2.1.利用HCD構(gòu)造截止閥在這一節(jié)，將構(gòu)建入圖1所示的截止閥。該元 件的工作方式很簡(jiǎn)單。標(biāo)準(zhǔn)AMESim庫(kù)已經(jīng)提供了 這類元件的子模型，對(duì)液壓系統(tǒng)的一般仿真都是適用的。但當(dāng)要與其他系統(tǒng)進(jìn)行比較時(shí)，無法得到其動(dòng)態(tài)特性，因?yàn)榧俣ㄋ撬矔r(shí)作用的圖3圖2是HCD的標(biāo)記。其中的元件列表如圖4所示。前16個(gè)元件是用于絕對(duì)運(yùn) 動(dòng)的。在圖3中列出了三個(gè)特殊元件。第一個(gè)是電氣元件，另兩個(gè)是純液壓元件。 其余的元件是用于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。這些相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件的內(nèi)外部件都是可動(dòng)的； 而絕 對(duì)運(yùn)動(dòng)

6、元件，若有外部部件，則為固定的。這里學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的元件。前兩個(gè)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)元件是質(zhì)量塊，帶有兩個(gè)軸向直線 端口，實(shí)現(xiàn)一維運(yùn)動(dòng)。第一個(gè)元件與第二個(gè)相比，運(yùn)動(dòng) 位移上沒有限制。該子模型可由提供的力計(jì)算出速度、 位移和加速度。在兩個(gè)端口都有輸出。在端口1輸出的是復(fù)制端口 2來的反信號(hào)。當(dāng)要顯示該子模型的相關(guān)變量時(shí)，可以選擇初始值（端 口 2），而不是復(fù)制值。加號(hào)和箭頭表示速度、位移和加速度的正方向。 S對(duì)于多數(shù)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)元件都有兩個(gè)軸線直線端口，至少一個(gè)液壓端口是提供壓力的。重要的的是要 壓力作用的活動(dòng)面。在符號(hào)上用 粗直線或曲線來表示這個(gè)活動(dòng)面，還有箭頭指向該面 。它們通常與 軸向直線端口相連形

7、成一個(gè)元件：滑閥、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)或是上述的例子一截止閥。然而，許多其他部件也是以同樣的形式構(gòu)建而來的，如液壓制動(dòng)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)變速 箱以及燃料噴射系統(tǒng)的內(nèi)部部件。這里最常用的液壓元件就是有壓縮性的壓力體，它與需計(jì)算液壓 的子模型相連。該模型有四個(gè)液流端口，接收來流的流速和體積。由 此可計(jì)算得到總體積和總來流量。 如果中流量為正，則壓力增加，為負(fù)，貝U壓力降低最簡(jiǎn)單的截止閥中，閥球在一個(gè)限定位移內(nèi)自由移動(dòng)。在一個(gè)極限位置，閥門是全關(guān)的，在另一個(gè)極限位置則是全開的。 為了平衡，閥球的位置取決于作用 在液壓端口的壓力。圖4HCD包含兩個(gè)液壓流道中為閥芯為球形的元件， 個(gè)是放置于平面圓上，另一個(gè)則是放置在錐

8、形斜面上 放置于平面上的子模型如圖5：有兩個(gè)液壓流動(dòng)端口，作用在兩端口上的壓力作為輸入量；如果閥球在右極限位置，則流道是完全關(guān)閉的；如果閥球在左極限位置，則流動(dòng)是完全打開的；與閥球相連的桿在該模型中直徑默認(rèn)為 0。閥球受到壓力作用，失去平衡，開始移動(dòng)，表 明這里需要引入閥球的慣量。由于在截止閥中閥球 的運(yùn)動(dòng)是有限制的，所以要選擇圖中右側(cè)的子模 型，其外部變量的詳細(xì)內(nèi)容如圖6所示。BAP21b3ii poppet with sharp edge set材 心誡Qf網(wǎng)曲l? dcon旳譏起涵已祜伽應(yīng)歸熔蟆斟畑屋g jwiwL/min cm"w3 bar L7min cm1 brCloe圖

9、5圖7給出系統(tǒng)的兩種可能形式。每個(gè)系統(tǒng)都包括截止閥和兩個(gè)壓力源，以便 對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試。存在兩種形式的原因很簡(jiǎn)單：為了讓HCD的使用盡可能的簡(jiǎn)單，許多HCD的標(biāo)記都對(duì)應(yīng)兩個(gè)子模型?；乜磮D5中BAP21子模型的外部變量， 可見BAP22的外部變量就是其鏡像。所以這兩個(gè)系統(tǒng)得到的結(jié)果是一樣的， 但為 了讓例子簡(jiǎn)化，按照?qǐng)D7(a)的系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。注意：零力源(F000)連接到自由機(jī)械端口。在子模型類型的選擇上，使用第一個(gè)子模型(Premier Submode)是較為簡(jiǎn) 便的。然而，如果要手動(dòng)設(shè)置慣量，就要注意兩種模型可能在位移限制上的不同， 通常是與其是否具有終點(diǎn)擋板有關(guān)。在處理終點(diǎn)擋板處的接觸時(shí)有

10、種不同方法：BAP22|FOOOBAI21PS 00PSOOIBAP21(a)(b)理想無彈性碰撞，速度瞬時(shí)降到0;機(jī)械彈簧阻尼器。這兩種形式都有可用之處，第二種方法需要設(shè)置彈簧和阻尼器的阻尼率。BAI21采取的是第一種處理方法。BAI21中參數(shù)，質(zhì)量設(shè)為10g，位移下限設(shè)為Omm，位移上限設(shè)為4mm。子 模型需計(jì)算質(zhì)量力，因此還有個(gè)角度有設(shè)置。而在本例中，相對(duì)于壓力，質(zhì)量力 可以忽略，所以對(duì)角度的設(shè)置是無關(guān)緊要的。 這里有必要適當(dāng)?shù)脑O(shè)置一下動(dòng)摩擦 （庫(kù)侖摩擦）和靜摩擦。非零的粘性摩擦可以讓該單元更穩(wěn)定，但實(shí)際情況中， 閥門通常是在全開或全關(guān)的狀態(tài)。所以這里把粘性摩擦設(shè)為0。在HCD庫(kù)中引入其

11、他與摩擦相關(guān)的參量是為了實(shí)現(xiàn)靜摩擦到動(dòng)摩擦更為平滑的過渡。通常這些量都可以保留其默認(rèn)值，若這里將動(dòng)摩擦和靜摩擦都設(shè)為0,那么這些量在任何情況下都不起作用。在BAP22子模型中，兩個(gè)桿的直徑都要設(shè)為0。最大流量系數(shù)（maximum flow rate coefficient）不要遠(yuǎn)離默認(rèn)值0.7。臨界流量數(shù)（critical flow number）可以控 制達(dá)到這個(gè)系數(shù)的快慢，通常也是保留其默認(rèn)值。在閥球上的總作用力就是作用 其上的所有壓力，也就是外部力，如圖7（ a）,假定右邊的壓力作用在與孔口相 鄰的面積上，左邊的壓力作用在閥球的剩余面積上。這種假定在多數(shù)情況下都可 得到滿意的結(jié)果，但這里

12、預(yù)備了一個(gè)修正條件：噴射力（jet force）。這是個(gè)驅(qū) 使球閥關(guān)閉的力。用一個(gè)系數(shù)噴射力系數(shù)來決定考慮這個(gè)修正。默認(rèn)為0，不考慮此條件，設(shè)置為1即考慮該修正?？赏ㄟ^實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置成其他的值，以得 到符合要求的子模型。將左邊的壓力源設(shè)為定值50bar。右邊的壓力源在1秒內(nèi)由0bar升至100bar， 再在1秒內(nèi)降至0bar,進(jìn)行一個(gè)2秒的仿真，設(shè)置間隔為0.01秒。圖8繪制了通過截 止閥流量隨差壓的變化，這是個(gè)動(dòng)態(tài)子模型，所以當(dāng)差壓為負(fù)時(shí)，流量也不為0。 盡管壓力下降的穩(wěn)態(tài)特性使閥門關(guān)閉，但慣量引起的閥球在離開穩(wěn)態(tài)位置后的滯 后導(dǎo)致了反向的流動(dòng)。在閥門打開時(shí)也是同樣的原因，使末尾的曲線不一樣。

13、為得到穩(wěn)態(tài)特性，要讓壓力變化的更加緩慢，增加仿真時(shí)間。注意到球閥子模型還計(jì)算了在兩個(gè)流動(dòng)端口處外部變量中的體積，這些量將對(duì)液壓千斤頂之后的一些部件起到重要作用。接下來，在截止閥中加入一個(gè)彈簧（SPR0），將其變換成為彈簧閥。修改后 的系統(tǒng)如圖9所示。在彈簧的另一端附上一個(gè)固定的零速度源（ V000）。100-11 - EAP22*1 fie 腳 rte port 1 0_/mnec-goJ-4020-0 二加一60I4040630differenHal pressure barIEU圖8需要注意：彈簧始終處于被壓縮狀態(tài)。依舊有兩種方式來構(gòu)建這個(gè)閥，如圖 9中(a)(b)所示。慣性力作用在球 閥

14、的哪一面都可以。然而，彈簧必須在左側(cè)，否則它會(huì)要將閥門打開而不是關(guān)閉。彈簧在兩個(gè)端口都有一個(gè)作用力，所以左邊的彈簧端口必須用一個(gè)零速度源 關(guān)閉而不是零力源。BAP21PSOOSPROOl 1 己SPROOIBA121(a)(b)調(diào)整彈簧剛度和預(yù)載荷以得到所期望的特性。通過對(duì)這些值的適當(dāng)選擇，可 以設(shè)置一個(gè)開啟壓力和一個(gè)流量壓力特性。在質(zhì)量塊子模型BAI21中計(jì)算得出基本位移和相應(yīng)的速度。如圖5和圖6所示，這些值通過子模型 BAI21。圖10示意出彈簧子模型的外部變量。SPR00接收來自BAI21的速度和另一個(gè)來自V000的速度（該速度通常為0）圖10亍尸Tit!苦VNue Unitcurren

15、t spring length 0.999 msp（ng rate10000 N 7mfree length oi spring1m圖11當(dāng)給彈簧設(shè)置參數(shù)的時(shí)，要盡可能給截止閥一個(gè)小的預(yù)載荷，以確定其開啟 壓力。在圖11中給出的是10N。采用與前一個(gè)例子相同的壓力源，運(yùn)行仿真。圖12是截止閥在開啟壓力約為5bar的情況下的流量一壓力特性曲線。在壓力約為22bar時(shí)出現(xiàn)的斜率的變化 是由于球閥到達(dá)它的行進(jìn)極限。圖13顯示了球閥的速度，注意在閥門部分開啟時(shí)出現(xiàn)了不穩(wěn)定的現(xiàn)象（最好將間隔時(shí)間降至0.001秒，會(huì)顯示的更清楚），可通過增加阻尼孔口來解決這個(gè)問題。這個(gè)辦法就是第三個(gè)例子。1 -RAP22

16、-1 flow rate pot 1 Ukrandiffenntial pessure bar圖12圖13作為練習(xí)，可按圖14形式改變截止閥。這個(gè)閥將受到來自兩個(gè)系統(tǒng)的壓力， 它將連接提供壓力較大的那個(gè)系統(tǒng)。在中心的兩個(gè)端口實(shí)際起作用的只有一個(gè)。 確保連接球閥到節(jié)點(diǎn)的兩條管路都被設(shè)置為直接連接（DIRECT ）。閥建好后進(jìn)行測(cè)試。兩個(gè)壓力源是供給系統(tǒng)，還有一個(gè)流量源。10秒內(nèi)流量源流量從0變化到10L/min，左壓力源從0 bar到100bar,右壓力源從100 bar到Obar。為了使兩球閥都可運(yùn)動(dòng)，還必須設(shè)置左球閥相對(duì)零位移的位移（lift ）。質(zhì)量塊終點(diǎn)擋板的下限值為 0, 上限設(shè)為0.

17、005m.。對(duì)右球閥，將其相應(yīng)于0位移的開度設(shè)為0,左球閥開度設(shè)為5mm。運(yùn)行仿真（10秒），繪制 +dLE1 BAP22-2 flow rate port 1 L/min610r10028l20n 1業(yè) 80； 604020-i圖1424 Trnels81 - H3NODE3 1 iunction pcessure bar同通過每個(gè)球閥的流量和輸出壓力。24 Trnels)81 - BAP21 *2 How rate port 1 L/mr1.1.利用HCD構(gòu)建液壓缸圖15這一節(jié)，介紹液壓缸的構(gòu)建方法，其簡(jiǎn)圖如圖15 (a)所示。包含質(zhì)量的液壓缸模型是AMESim中帶有的基本模型。利用 HC

18、D最簡(jiǎn)單的構(gòu)建形式如圖15(b)所示。同時(shí)構(gòu)建如圖16的系統(tǒng)。以便對(duì)使用 HCD和AMESim基本庫(kù)進(jìn)行比較。注意這里慣性力的標(biāo)記被鏡像了。這里給出的位移常規(guī)符號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸子模型 HJOOO中的一致。盡量自動(dòng)選用第一個(gè)子模型。選擇帶有理想(剛性)終點(diǎn)擋板 的質(zhì)量塊模型。在參數(shù)方式(Parameters mode中對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置， 使其盡可能的相同。這點(diǎn)需要特別注意。LJFigure 16子模型BAP11和BAP12非別代表活塞及其兩側(cè)的腔室，而這里不是兩個(gè)活塞，而是一個(gè)。在活塞兩側(cè)的每個(gè)子模型都和壓力源相連，箭頭和粗直線表示了壓力的作用面。注意質(zhì)量塊子模型可以放置在左側(cè)也可在兩個(gè)半

19、活塞之間。左側(cè)子模型的活塞桿直徑要設(shè)為0,而這兩個(gè)模型的活塞直徑都要設(shè)為 25m m,做到 和標(biāo)準(zhǔn)HJ000的參數(shù)一致。右側(cè)模型活塞桿直徑要設(shè)為12mm。這時(shí)不用設(shè)置零 位移時(shí)的腔長(zhǎng)度這個(gè)參數(shù)，接下來要返回設(shè)置該值。注意到在用HCD子模型時(shí)，以下幾個(gè)特征非常實(shí)用:全局參數(shù)復(fù)制參數(shù)普通參數(shù)活塞直徑可用全局參數(shù)來命名為 pdia，設(shè)為25mm,手動(dòng)設(shè)置后即可拷貝到 另一個(gè)子模型中。當(dāng)然可簡(jiǎn)單的將其設(shè)為普通參數(shù)。在HJOOO中，默認(rèn)的行程時(shí)0.3m，默認(rèn)的質(zhì)量是1000kg。因此這里帶終點(diǎn) 擋板的質(zhì)量塊要把質(zhì)量相應(yīng)設(shè)為 1000kg，行程下限為0m,上限為0.3m。箭頭和 加號(hào)表示位移為0時(shí)，質(zhì)量塊

20、在左邊活塞的極限位置。因?yàn)?HJ000中初始位移 值就時(shí)0,活塞處于左位，所以相應(yīng)在 BAI2 1中將初始位移設(shè)為0m。將提供的 壓力設(shè)為100bar，相應(yīng)的信號(hào)輸入頻率設(shè)為1Hz，然后執(zhí)行仿真。圖17是位移 的仿真結(jié)果。為何結(jié)果稍有不同？原因很簡(jiǎn)單，在下面的系統(tǒng)（圖16 （b）是個(gè)閥和缸 的直接（直接連接）子模型。即不存在動(dòng)態(tài)效應(yīng)，也就是說閥門直接作用在液壓 缸，壓力的動(dòng)態(tài)特性僅僅是由液壓缸內(nèi)的液容引起的，這個(gè)容積是隨著活塞的位置變化而變化的。與之相比，其上方的系統(tǒng)（圖 16（ a）,在液壓缸內(nèi)沒有這 部分液容，但HJ000中的閥缸之間存在液壓管道。壓力的動(dòng)特性是由管道中的1 - BA121

21、-1 disphcement port 2 m2 亠 HJ0001 rod displacement |m|0051 52圖17固定液容引起的將這部分變化的液容加入液壓缸也很簡(jiǎn)單，改進(jìn)的系統(tǒng)如圖20所示這里的關(guān)鍵部件是與兩個(gè)“半活塞”相連的液壓腔（ch）,相對(duì) 應(yīng)的子模型是BHC11，用于模擬壓力的動(dòng)特性。這個(gè)子模型有 4個(gè) 端口，每個(gè)的輸入都是流量（L/min）和體積量（cm*3 ）。子模型對(duì)4個(gè)體積量求和，再加上一個(gè)死體；同時(shí)對(duì)流量求和。由這些值即可計(jì)算出其 派生壓力。該模型用于包含一些獨(dú)立液容的復(fù)雜仿真， 也可用于模擬泄漏流。本 例中，只需要兩個(gè)端口，另兩個(gè)可以連接分別連接零流量源和零體

22、積源，如圖18所示。注意液壓管道不是直接連到液容，而是在中間連接了兩個(gè)如圖19所示的液壓節(jié)點(diǎn)，有時(shí)這樣的連接出現(xiàn)在 BHC11與其他子模型之間，是用于供給流 量，而不是體積量。<9圖10更改后的系統(tǒng)如圖20所示。在BHC11中將死體設(shè)為50m3，使之與HJOOO 設(shè)置一致。當(dāng)質(zhì)量塊的位移是0時(shí)，活塞處在左極限位置，這就意味著右液壓腔的長(zhǎng)度 時(shí)0.3m,左腔的長(zhǎng)度為0。因此將BAP11在零位移處的腔長(zhǎng)參數(shù)設(shè)為 300mm, 相應(yīng)的BAP12設(shè)為0。為何這里長(zhǎng)度有兩種單位m和mm，是由于HCD子模型不僅用于液壓缸的 仿真，還有各種閥門的仿真，對(duì)于通常 m作為長(zhǎng)度單位都太大，而 mm則比較 合

23、適。對(duì)質(zhì)量塊子模型，用 m做單位，是為了跟標(biāo)準(zhǔn) AMESim子模型相對(duì)應(yīng)。圖21是分別用HCD和HJ000建模得到的位移的比較?？梢妰煞N方法已經(jīng)得到了相同的結(jié)果。圖22顯示了 CH中的體積變化1 - BiJ21 -2 3spiacerni5nl pmt 2 |m_2 HJDIU od elHjlaLehia i mllime t圖211-EHC11-' volume of hydraulic chamber cn""32 -EHC11-2 volume of hydraulic chamber cmS門-一一一十一 2 1心1-2te在上面HCD構(gòu)造的模型中，沒考慮

24、經(jīng)過活塞的泄漏。這一點(diǎn)，可以在兩個(gè) “半活塞”之間加入一個(gè)泄漏模塊即可，如圖23所示。相對(duì)應(yīng)的子模型是BAF11 （其鏡像是BAF12），計(jì)算的泄漏流量就是端口 1, 2的輸出，提供一個(gè)體積量， 而這個(gè)體積通常為0。也就是說這些端口可以連接到 BHC11子模型上。泄流量是根據(jù)活塞直徑、縫隙、活塞長(zhǎng)度和速度計(jì)算而來的。粘性摩擦也隨 之計(jì)算出來圖23圖24現(xiàn)在考慮如圖24的情況。在標(biāo)準(zhǔn)AMESim庫(kù)中不包括這個(gè)系統(tǒng)。構(gòu)建后的 形式如圖25。對(duì)于HCD子模型來說，很容易看出基于系統(tǒng)進(jìn)行的假定。在圖 25中，很明 顯壓力動(dòng)特性包含了泄漏和終點(diǎn)擋板的阻尼。而在圖 24中就不能清楚了解這些 內(nèi)容。圖252

25、.3構(gòu)建伺服閥Ppre$ureL27圖0Supply preute圖28這里要構(gòu)建如圖26所示，有特殊壓力需求的閥。輸入壓力為 P和輸出載荷 為Ao輸出端壓力又作為閥的驅(qū)動(dòng)壓力。構(gòu)建該模型主要是想要在輸出端能夠維 持一個(gè)預(yù)定的壓力。彈簧力用來維持閥門的打開狀態(tài)，而驅(qū)動(dòng)壓力則使之有關(guān)閉 的趨勢(shì)。若負(fù)載壓力低，彈簧力將閥門打開，流量增加；若負(fù)載壓力高，則閥門 會(huì)部分或全關(guān)。后接油箱回收排油。圖27該系統(tǒng)的示意圖。圖28是用HCD元件構(gòu)建的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。注意: 液壓腔動(dòng)態(tài)特性通過使用管道子模型 HLOOO來進(jìn)行模擬； 不考慮泄漏；輸出端A需要進(jìn)行穩(wěn)定化處理或設(shè)置阻尼孔口，否則工作不理想; 有壓力作用在活

26、塞上的三個(gè)圓形或環(huán)形面上，與彈簧力同向或反向圖29是在28模型的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)的系統(tǒng)。管道子模型 HLOOO用壓縮性 元件BHC1 1代替。需要重點(diǎn)指出的是，容積變化由液壓腔傳遞到子模型 BHC11。 與圖28相比，在孔口和驅(qū)動(dòng)端口之間的管道 HLOOO中，加入了一個(gè)普通節(jié)流孔 口，意味著用一個(gè)固定容積來代替驅(qū)動(dòng)壓力腔的變化容積。因此會(huì)有所不同，但可通過設(shè)置HLOOO的參數(shù)，使之與驅(qū)動(dòng)壓力腔容積一致，結(jié)果就非常接近。在圖29中，需用一兩端口液壓節(jié)點(diǎn)來連接標(biāo)準(zhǔn)液壓元件：可變孔口和HCD子模型：液壓腔Ch，原因是標(biāo)準(zhǔn)AMESim子模型只能提供流量。阻尼孔口相對(duì)應(yīng)的子模型是 HCD中的BHO11，與

27、OROOO不同的是，它每 個(gè)端口都是O體積、O流量輸出。還可進(jìn)行其他改進(jìn)變化，例如加入質(zhì)量引起的動(dòng)態(tài)特性，但這不會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的變化。還有基于不同假設(shè)的其他改變，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果明顯的變化。在圖28中，使用兩壓縮性管道（HLOOO），而驅(qū)動(dòng)腔的體積內(nèi)未考慮壓縮性影響。圖29還考慮到左（阻尼）和輸入端之間的泄漏。就相當(dāng)于給阻尼孔口附加 一并行孔口。哪種假設(shè)更好？如果驅(qū)動(dòng)腔體積相比管道的來說很小，就沒有必要在兩者之間加以限制，圖28所示的系統(tǒng)就已足夠。但如果阻尼孔直接連到驅(qū)動(dòng)腔上或是腔容積隨閥芯位移而變化，就要考慮用圖 29所示的系統(tǒng)會(huì)更好。然而，用HCD 建模是可以測(cè)試出不同假設(shè)條件下的連接的效果，并

28、對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。圖30圖30給出了建立彈性腔的另一種方法，圖 28和圖29更接近于帶排油箱的 自然情形，然而進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，沒有泄漏，加入一個(gè)泄漏量很簡(jiǎn)單，但可能這 個(gè)量非常小。也就是說位移的不同就是在腔的彈性上，圖30的壓力始終為0，而圖28和29中的壓力只有當(dāng)油箱的壓力為 0時(shí)才為0。構(gòu)建如圖29的系統(tǒng)，并采用第一個(gè)模型作為首選。在參數(shù)形式工作狀態(tài)下， 分別給兩個(gè)孔口設(shè)置給定直徑?？勺兛卓诘淖畲笾睆皆O(shè)為8mm（不要忘了設(shè)置整數(shù)參數(shù)以便能夠指定該孔口直徑特征值）。將阻尼孔口的直徑設(shè)為0.5mm。與 可變孔口相連的信號(hào)源，前5秒信號(hào)值由0到1線性增加，后5秒由1到0線性 減小。這樣模擬出一個(gè)變

29、化的負(fù)載周期。子模型BAP12和BAO011的默認(rèn)活塞/閥芯直徑設(shè)為10mm。BAO011和中 間的BAP12子模型的活塞桿直徑設(shè)為 4mm,另外一個(gè)BAP12和BAP16的活塞 桿直徑設(shè)為0mm。這樣就確保了中間腔的壓力平衡，而左腔壓力與彈簧力反向。 對(duì)于BAF11泄漏模型，其直徑和接觸長(zhǎng)度設(shè)為 10mm?？捎萌肿兞縼磉M(jìn)行設(shè)BAI21的質(zhì)量設(shè)為0.03kg，粘性摩擦設(shè)為10N/（m/s）,位移下限設(shè)為0m，上 限設(shè)為0.0007m,初始位移（端口 2位移）設(shè)為0.0007m。當(dāng)位移為0時(shí)，閥芯 在左極限位置，也就是閥門全開，BAO011相對(duì)于零位移的開口量（underlap） 應(yīng)為0。BA

30、P16的彈簧剛度和預(yù)加載荷要能提供閥門保持原位的載荷壓力，而位移要和質(zhì)量塊模型BAI21相對(duì)應(yīng)。當(dāng)位移為0時(shí)，閥芯處于左極限位置，所以彈簧 在位移為0時(shí)處于最大拉伸長(zhǎng)度狀態(tài)，將此時(shí)的彈簧力設(shè)為 200N，彈簧剛度設(shè) 為10N/mm。此時(shí)驅(qū)動(dòng)腔的長(zhǎng)度達(dá)到最大，設(shè)為 40mm,該數(shù)值可用來計(jì)算腔容積。然而，沒考慮壓力的動(dòng)態(tài)特性，除 BAP12以外的其他子模型的相關(guān)參數(shù)保1 -佢歸m留默認(rèn)值即可，而BAP12則要給液壓腔子模型提供一定的體積量。當(dāng)位移為0時(shí)，腔長(zhǎng)為最小，輸入量為 0?？梢酝ㄟ^設(shè)定子模型 BHC11中死體體積來增大 這個(gè)輸入。將控制腔（左BHC11）死體體積設(shè)為2cm3，輸出腔（右BH

31、C11 ）死 體體積設(shè)為100cm3。供給壓力設(shè)為100bar,定常。運(yùn)行仿真10s。圖31顯示了負(fù)載壓力的變化。 可以看出系統(tǒng)大致維持25bar的壓力，而在5s附近的壓力發(fā)生了變化，可以在 位移圖中發(fā)現(xiàn)這是閥門全開的時(shí)刻。 可見是某些參數(shù)影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 可將 阻尼孔口直徑設(shè)為1mm,再來顯示負(fù)載壓力和閥芯位移的圖形?？梢园l(fā)現(xiàn)系統(tǒng) 變的不穩(wěn)定。再將此值改為0.8mm查看結(jié)果。最后說明，在驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)或是在HL000 管道內(nèi)一個(gè)很小的體積都可使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。2.4三位三通換向閥圖32這一節(jié)要構(gòu)建的是一個(gè)方向控制閥。圖 32是一個(gè)三位三通閥。在沒有任何 驅(qū)動(dòng)力的情況下，該閥是在彈簧力作用下處于

32、中間位置的。若閥芯向左移動(dòng)，貝U提供的壓力P將連接到端口 A ;若閥芯向右移動(dòng)，貝U A連接到油箱T。如果閥 芯很輕，一個(gè)很小的力就可以使其左右移動(dòng)，這樣的閥總是趨于全開或全關(guān)的。 而當(dāng)彈簧力很大時(shí)，就需要比單克服閥門慣性力大得多的力才能使閥門全開。倘若穩(wěn)定，閥門就將處在中間位置，既不使全開也不是全關(guān)。圖32沒有詳細(xì)的表示出這些內(nèi)容。系統(tǒng)可以是手動(dòng)，也可能是電動(dòng)或是液 壓驅(qū)動(dòng)。彈性液容要通過阻尼孔口連接到中心腔，得到穩(wěn)定的系統(tǒng)。圖33就是用HCD元件構(gòu)建的一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械驅(qū)動(dòng)的換向閥圖33閥芯質(zhì)量的子模型被放置在中間；兩個(gè)彈性/活塞子模型于中心腔相連，左邊一個(gè)通過一個(gè)阻尼孔口 連接;其中一個(gè)液壓腔

33、（Ch）有5路的流量/體積的輸入，因此需要一個(gè)節(jié)點(diǎn)；通過可變孔口的形式表示一個(gè)典型的負(fù)載;用一個(gè)簡(jiǎn)單的壓力源來提供壓力；用一個(gè)力源來模擬手動(dòng)作用。連接系統(tǒng)，仍然是選擇各子模型的第一個(gè)參數(shù)。所有的活塞/閥芯直徑和活塞 桿直徑都保留其默認(rèn)值，恰好和本例相符。質(zhì)量塊模型BAI21的質(zhì)量設(shè)為50g，位移的上下限分別為0.002m和-0.002m,即總行程為4mm,中間位置的位移為0。 按照?qǐng)D34對(duì)BAP16的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。BAO11子模型的腔長(zhǎng)設(shè)為20mm。將可 變孔口直徑設(shè)為4mm以確定相應(yīng)的載荷。確保于 該孔口相連信號(hào)源的信號(hào)值是 常量1。將阻尼孔口直徑設(shè)為0.8mm。按照?qǐng)D35對(duì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行周期性

34、設(shè)置。壓 力源提供150bar的常壓。TitleValueUnitrxiex of hidraUic fUd0rxiex of hidraUic fUd0phton diameter10 mmrod diarnetei5rnmspring stiffness50N/mmspring force at zero displa匚亡20 N chamber length at zero dr$placefrient20 mm圖34TideValueUnithme at which duty cycle startsOsoutput at start ol stage 1Ondll匚at end of

35、 stage 1OniJIduration 口f stage 11soutput at strt of Mage 2OnUIoutput at end ot2250 nUIduration of stage 22soutpul 孤 如t of3250 ndloutput at end of3250 nullduration of stage 34soutput at art of ?tage 4”250 nUHoutput at erd of 如p 4Onullduratiori of42soutput 砂 start of stag已 5OnUlloutput at end of stage

36、 5Ondlduration gf stage 51 14J11e+O06sl-lI-圖35運(yùn)行仿真10s，繪出結(jié)果。圖36給出了閥芯位移隨時(shí)間變化的情況以及通過載荷孔口的流量隨閥芯位移的變化pooi diplcenenl ml圖36注意:系統(tǒng)在兩個(gè)方向都運(yùn)動(dòng)到了極限位置;在中間位置完全截?cái)嗔肆髁?。由此，回過頭來看閥芯子模型 BAO011和BAO012。其中一個(gè)是另一個(gè)的鏡 像。在當(dāng)前的系統(tǒng)中，因?yàn)橘|(zhì)量在中間，只有 BAO011是有用的。如果質(zhì)量放 在左極限或右極限位置，兩個(gè)模型都起作用。當(dāng)前BAO011的參數(shù)設(shè)置見圖37在零位移處的開口量是個(gè)很重要的參數(shù)，其默認(rèn)值是0mm。圖38給出了在零位

37、移處，開口量分別為0、正、負(fù)的三種情形。將兩個(gè)閥芯子模型的這個(gè)參數(shù) 分別均設(shè)為1mm和-1mm，運(yùn)行仿真，發(fā)現(xiàn)第二種情況下，會(huì)出現(xiàn)死區(qū)（dead-band 作用。另兩個(gè)需要注意的參數(shù)是:對(duì)應(yīng)于最小面積的開口量對(duì)應(yīng)于最大面積的開口量TitleValueUMmdeK of hydraulic fluid0indeK of hydraulic fluid0spool diameter10mmrod diameter5mmmdmurn flow coeffcient0 7 nullcritical How number100 nullundetlap corresponding to sero dis

38、placement Orm undeflap corresponding to rnrumum rea0mmundedap corresponding to maKmnum diea 1 e+030 mm chamber length at zero drspiacemerit0 mmjet angle69 degreezero underlap圖37positive underlapnegative underlap! (overlap)jet force coefficient0 ridl圖38默認(rèn)值，流通面積為0時(shí)的開口量為0,然后隨著正開口量線性增加。第一個(gè)參數(shù)是開口量的下限，可能是由

39、泄漏或是一些固定的小孔口導(dǎo)致的；第二個(gè)參數(shù)是開口量的上限，可能是由于環(huán)形孔口經(jīng)過某個(gè)孔，或是如圖39所示，閥芯的移動(dòng)造成環(huán)形孔口的全部打開。圖39圖40是這兩個(gè)閥芯子模型的相關(guān)參數(shù)。注意對(duì)應(yīng)于最小面積的開口量沒有出現(xiàn)在這里，是因?yàn)槟Ｐ偷男孤┮呀?jīng)通過縫隙和圓形邊界明確的計(jì)算出來了。將子模型BAO011換成BAO013，然后再運(yùn)行仿真。會(huì)發(fā)現(xiàn)再閥芯處于中間位置時(shí),負(fù)載孔口存在一個(gè)小流量。這里從 P到T液一直有少量泄漏。試著增大縫隙和圓形邊界的半徑，然后會(huì)發(fā)現(xiàn)增大這些參數(shù)會(huì)增大泄漏量皿VaJueUnitindex of hydraulic fkiid0口 ol diameter10 mmrod di

40、ameter5nmaximum flow coefficient07nullcritical fkw number100 nullundedap corresponding to zeio dispidcernent0 mmunderlap corresponding to maHimum area1 總*030 mmchjfnber length corresponding to zero di$口lacementOmmrounded corner radu0.005 mmclearance on diameter0.003mmjet force coeWicientOridl圖40這個(gè)例子

41、的模型將所用問題都高度細(xì)化。對(duì)閥門的設(shè)計(jì)者來說是非常適用的，但對(duì)于更多的使用者來說，更簡(jiǎn)單的方法要更合適一些。然而許多情況下， 閥的動(dòng)態(tài)特性及其控制系統(tǒng)近似為二階傳遞函數(shù)，通過軟件中提供的數(shù)據(jù)來定義這些參數(shù)。圖41就是這樣一個(gè)高度簡(jiǎn)化的系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)特性由一個(gè)二階滯后提供，包括自然頻率和阻尼系數(shù)；位移限制由一個(gè)飽和元件來實(shí)現(xiàn)；位移的最終值是不同的，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)得速度；其他需要用來計(jì)算的量是子模型 BAO011和BAO012空間上的相關(guān)數(shù)據(jù)。2.5帶移動(dòng)缸體的液壓缸通常得液壓缸體是固定不動(dòng)的或可假定為靜止。然而，在其他情況下或是想 得到更符合實(shí)際的結(jié)果就有必要將缸體得運(yùn)動(dòng)考慮在內(nèi)。HCD中的相對(duì)運(yùn)

42、動(dòng)子模型可以實(shí)現(xiàn)這一要求?？梢杂靡苿?dòng)缸體來構(gòu)建一個(gè)液壓缸模型， 并與固定缸進(jìn)行比較。系統(tǒng)如圖42 所示。注意:在HCD中，不要把相對(duì)運(yùn)動(dòng)的子模型和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)得子模型相混淆。相對(duì)運(yùn) 動(dòng)子模型在庫(kù)中的標(biāo)記處于下方，而絕對(duì)運(yùn)動(dòng)子模型的標(biāo)記則在上方。HCD中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的子模型的終點(diǎn)擋板都是彈性的。是因?yàn)樵谧矒糁?，兩個(gè) 質(zhì)量塊是有限定的，有必要得到之間的撞擊力液壓腔連有兩端口液壓節(jié)點(diǎn)，作為HCD液壓流動(dòng)端口與標(biāo)準(zhǔn) AMESim液壓流動(dòng)端口的分界©圖42系統(tǒng)中下方的一個(gè)液壓缸連有一彈性阻尼，再連一零速度源，這樣就是一個(gè) 帶有柔性裝置的液壓缸模型。同樣還是選用模型選項(xiàng)中的第一個(gè)子模型，對(duì)其參 數(shù)進(jìn)行設(shè)

43、置，然后運(yùn)行仿真。圖 43給出了運(yùn)動(dòng)和固定液壓缸的活塞位移。xlO1412£一 4匚«>£«|0命一 d 祈Hp10fixed jack (solid)mobiL亡 jack (dashed)tune s 圖433. 一般規(guī)則3.1介紹HCD庫(kù)的設(shè)計(jì)是為了讓用戶能構(gòu)建在標(biāo)準(zhǔn) AMESim庫(kù)中沒有的單元，不需 要使用AMESet，不用編寫程序代碼。相對(duì)數(shù)量不多的基本元件卻可用來構(gòu)建大 量的單元。HCD突破了傳統(tǒng)的模型構(gòu)建技術(shù)，但又沒有完全脫離。用戶還是需 要有一定的機(jī)械基礎(chǔ)，能夠理解元件或系統(tǒng)工作的基本原理并能夠?qū)Y(jié)果進(jìn)行解 釋和分析。此外還有兩個(gè)技

44、術(shù)上的要求：理解輸入、輸出的關(guān)系對(duì)物理的理解，不需要很深的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，只需能對(duì)重點(diǎn)問題作出解釋。3.2輸入、輸出關(guān)系每一個(gè)單元符號(hào)代表一種子模型。一個(gè)子模型就是要收集一些量，也就是所 謂的輸入；然后計(jì)算一些量，也就是所謂的輸出。輸入從何而來，來自其他子模 型的輸出。圖44模型之間通過端口相連，之間的關(guān)系的基本原則就是兩個(gè)子模型要連接在一 起，其中一個(gè)提供另一個(gè)的輸入量。 圖44是原動(dòng)機(jī)模型PM001和泵模型PU001 的一個(gè)連接。箭頭表示流動(dòng)的方向。軸的轉(zhuǎn)速這個(gè)量是PM001的輸出，也是PU001 的輸入。T是扭矩，是PU001的輸出，又是PM001的輸入。兩個(gè)模型都具有各 自需要的輸入量。與之相比，圖 45是嘗試將孔口模型 0R000和單向閥CV000 連接到一起。兩個(gè)模型都輸出一個(gè)流量 Q