AMESim液压培训

对湍流来讲 结果一样
阻尼孔直径/ 最大流量系数
压降/流量
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O阻ri尼fic孔es
‘pressure drop/flow rate pair’ 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
03_simple_orifice.ame
§当我们需要考虑液压管网的压力损失和流量分布时(HR library)，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。
QCqAr 2P upP down wh eC r1q 2e (4)
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O阻ri尼fic孔es
§.
H液y压dra执ul行ic a机ct构ua目tor标 : 建立一个能够让质量块移动的液压系统
§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).
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.
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液体性质总结
液压油三个主要属性 AMESim中不同复杂程度液体属性设置 气穴现象对液体性质的影响
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三、液压元件介绍
液压元件
液压系统中的几种元件
液压 缸 换向 阀
泵
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容积腔 阻尼孔 管道
Re U Dh
2 P Dh
§ 在AMESim中, 两种流动状态的转换是通过流量系数Cq来实现的。
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O阻ri尼fic孔es
§ 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
HYD library
伯努利方程
流数 流量系数
液压建模中的技巧
§注意求解器的设置
通信步长需要根据仿真的需要来调整 液压系统动态仿真时求解器的误差应减少(应设为1e-7 而不是1e-5)
§避免使用较小的容积和较大的阻尼孔，尤其是将两者连在一起，这样会显著增加
系统的计算时间
§注意模型的管理，模型文件的大小可以通过多个方法减小(amepurge, 不保存全
方程（1）转化成
P2, A2
P3, A3
!
P1gh1 1 2U1 2 P3gh3 1 2U3 2 Plosses
(2)
其中: DPlosses = 压力损失
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O阻ri尼fic孔es
§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
P los ses1 2U21 2Q A2 2 (3)
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O阻ri尼fic孔es
OR0000-1 flow rate at port 1 [L/min]
03_simple_orifice.ame
流量、压力曲线
§在这段曲线上选择一个点 § §例如 §t = 10 s §其中: §P = 5 bar 和 §Q = 28.287 L/min
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O阻ri尼fic孔es
部变量, 通信间隔…) 。
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小结
掌握怎样用AMESim搭建液压系统 液压管网 液压传动 液压执行机构 防止系统抖动 液压仿真中的建模技巧 液压系统有很多不同的应用 AMESim的demos中有很多应用实例
§ 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（flow regime）： 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(Reynolds number)相关或者是流量系数λ。
AMESim液压培训
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
一、AMESim 中液压的总体介绍
AMESim中的液压库
在AMESim的库函数中与液压相关的三个主要库 §标准液压库(HYD). HYD:标准液压库，通过库内典型液压元件进
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建模仿真中的共性问题
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：
§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
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G建e模ne仿ral真itie中s a的bo共ut性si问mu题lation models
3
二Fl、uid液pro压pe油rti属es 性相关设置
液体属性
§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/gas content),饱和压力(saturation pressure) 和蒸发 压力( vapour pressures ),是处理气蚀现象（aeration/cavitation）必不可少 的。
容积腔
§ 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：
dP B(P)
dt V
i
Qi
§ 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
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阻尼孔
§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…)
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
A Cq.
Q
D
2
P鷓Pdown
4A
注意选择平均压力Patm下的ρ
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
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L管in道es的选用
§对于 HL01,没有考虑惯量，与动态特性相关的是R-C单元。
06_Pipe_inertia.ame
§对于HL04, 考虑了流体惯量。 在45ms ](22 [Hz])时压力达到最大值 （液体需要加速）
§对于HL020, 管道中有着相似的增压效果，但是却伴随着较高的振动频率
§ 液体惯性的效应有着显著的影响，因此引入时间常数45 [ms]. § 然而，如果频率范围在[0-200] [Hz]时, 不推荐使用HL020 和 HL030
§这些元件的使用方法将在下面的介绍
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液压元件总结
一、元件：容积腔、阻尼孔、管道泵、马达、 方向阀 二、集中参数法、复合接口、能量守恒、因果 关系
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四、应用案例
流量分布
§目标 : 根据给定流量设计阻尼孔
§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
§ 复制前面的模型 § 选择‘restriction definition’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
03_simple_orifice.ame
阻尼孔直径/ 最大流量系数
压降/流量
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O阻ri尼fic孔es
在 0到1.5 bar中有微小的差异
03_simple_orifice.ame
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fluidproperties密度kgm质量特性与流体的温度和压力有关粘度pas然而空气含量airgascontent饱和压力saturationpressure蒸发压力vapourpressures是处理气蚀现象aerationcavitation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vap溶解有空气的液体气蚀气穴气蚀液体压力amesim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
§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
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O阻ri尼fic孔es
U
U
1
2
P1
P2
A1
A2
U
其中
3
Px = 静压
U = 流速
A = 过流面积
g = 重力加速度
P3 A3
h = 高度 ρ = 密度
P1gh11 2U12s P t3atic g gra h v 3it y 1 2 U 32 (1)
§ 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
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IT液nydp体eex性ooff质fhluy类didra型purloicpfeluritdies
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
pressure term
dynamic
p re ss ure
totparlessure
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
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O阻ri尼fic孔es
实际上是存在能量损失的，所以: P3 < P1
局部压力扰动
压力损失
P1, A1
因为这样会引入不必要的噪声，而且增加CUP运行时间
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L管in道es
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06_Pipe_inertia.ame
其他元件
§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）
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H桥y式dra回ul等ic a效ct路ua搭tor建三位四通阀
§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。
的两倍时，阻尼孔D2的直径是多 少？
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静液传动
§目标 : 建立一个简单的液压传动系统
管道
泵
溢流阀
油箱
马达 转动惯量
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H静y液dro传st动atic transmission
§液压系统一开始就达到稳态值. 仿真时间10 [s] :
气穴
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静液传动
§为了避免系统内部产生气穴，需要给泵施加一个连续的曲线 §通过定义初始曲线可以避免气穴的发生
Cq
1
ORC1q2
注意
A 过流面积 Cq 流量系数 Dh 水力直径 Q 体积流量 Re 雷诺数
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λcrit 和Recrit的转换关系
Re C q orRe
R cr e iC tq macx rio t rcr iR t cre itmin
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
4
气穴 / 气蚀
§掺混空气 - 气蚀
液
体
溶解有空
压液体
吸收空气(全部或部分 自由空气 溶解空气)
饱和压力
空气析出(溶解 游离)
Pvap
5
+
空气气泡
挥发气泡
蒸发压力
时间
在AMESim 中定义液体属性
§ 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
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O其th他er元el件ements
§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)
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。
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
QCq Arest
2P ρ
Dh 2P
Cq Laminar Turbulent Cqmax
crit
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HR library
达西-威斯巴赫方程
雷诺数 摩擦因数
P
2
Q2 A2
rest
Re
Dh
Q A
Laminar
Turbulent min
Recrit
Re
O阻ri尼fic孔es
Cq 和 的转换关系
O阻ri尼fic孔es
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0 bar, ΔP 就等于Pup § 设定Pup 在10 s内从 0 到 5 bar
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阻尼孔直径/ 最大流量系数
图1
图2
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Hydraulic actuator
信号源参数设置如图3，图4
03_HYD_Jack.ame
图3
图4
图4（4个节流口参数设置相同——使用复制参数粘贴参数方法） 5、压力源、缸、质量块参数图1和图2相同（质量块50kg，动摩擦力即库仑摩擦力500N， P1=5bar，质量块向两边可各移动1m，每移动1m使用2s时间。）