AMESim液压元件设计库教程

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¾ 新的结果：
容积的时变性
Example8a.ame
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HCD: 可变容积
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¾ 与HCD库中液压容积相关的重要参数：Chamber length at zero displacement
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HCD: 可变容积
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HCD: 可变容积
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!
¾ chamber length at zero displacement 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?
Example9.ame
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HCD: 可变容积
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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Dead volume
为什么需要液压元件设计库 ?
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考虑液压库中的简单的单向阀
Q = 0 if ΔP < Pcrack Q = coef ⋅ ΔP otherwise
Æ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 …
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基本元素理念
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...
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¾ 在我们的例子中，该容腔中设定的参数Dead Volume是1000cm3。活塞的速度是0.1m/s，在 t=10s时，最终的位移是1m，因此最终容腔的 体积为：1000-16.67 = 983.33cm3.
¾ 如果我们给定chamber length at zero displacement 等于 1m，初始的容腔的体积就 变为V0=1000 + 16.67 = 1016.67cm3， 而最 终的体积变为1000cm3
HCD 单元模块中的可变节流口
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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 9 R 液压因果规则
9 混合机械因果规则
BAP025
BAP026
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HCD 单元模块中的可变节流口
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¾ 主要参数
几何数据 开口度 / 重叠 量定义
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HCD 应用
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HCD 应用
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wk.baidu.com
¾减压阀
来自BOSCH
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HCD 应用
Constant pressure line, Ps
A
HCD: 可变容积
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¾ 结果:
¾ 注意:
-最终的压力为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
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HCD: 可变容积
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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 ）：
HCD: 可变容积
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¾ 该 zero displacement 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 …
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HCD: 可变容积
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¾ 该 chamber length 用于计算液压容腔的额外
的体积 [Vadd= L*AP]
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AMESim中的标准液压库
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为什么需要液压元件设计库 ?
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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)
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目录
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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
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HCD 应用
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¾4-通阀
Supply
Return
Loads
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为什么需要液压元件设计库 ?
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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：
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
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9 行程Stroke = 1m 9 活塞直径Piston diameter = 10mm X=0 X=stroke 9 活塞杆直径Rod diameter (只给左腔) = 5mm 9 Dead volume = 10cm3 9 端口直径Ports' diameter = 5mm 9 位移Displacement: 在10s内从0-1m
Q0 = Ap*V*ρ(P)/ρ(P0)
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：
Q = Qin(0)*ρ(P0)/ρ(P)
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！
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膜片单元模块
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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
liquid
gas
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)
AME_HYD2 Chapter 2
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液压元件设计库
Hydraulic Component Design (HCD)
世冠工程（北京）有限公司 丁强博士
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液压元件设计库（HCD）
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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
HCD 总结
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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！
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HCD 的变量
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¾ HCD库中所有模块端口变量：
方程
F2 = F3 - P*A Q1 = -A*V2 V3 = V2
HCD 例子
阀芯: Q=f(x)
F=f(ΔP, Jet)
基本工程单元: 动画 M
惯性: X”=f(m, damp,
stops)
活塞: Q=f(v) F=f(P, k, x)
>
< 机械运动
^ ^ 液压
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体积: P=f(β, V, ΣQ, fluid
props)
管路: 动态特性?
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HCD: 可变容积
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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。
BHC11
¾ 总的容积是各个端口输入容积的和(4 个端口)
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HCD: 可变容积
机械端口
活塞面积
液压端口
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HCD: 可变容积
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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.ame
Example8.ame
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HCD: 可变容积
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¾ 在该情况下， 当液压缸处于回收位置时（x=最 大行程1m），右腔的dead volume应该等于 10cm3
¾ 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) = 88.54cm3
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HCD 单元模块中的可变节流口
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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
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HCD 中的泄漏单元模块
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¾ 泄漏:
Q
=
π
D
.C
3 R
.Δ P
12 μ L
¾ 粘性摩擦
F viscous
= πμ L Δ P .V
CR
¾ 偏心率: (e = 直径上的偏心率)
Q
=
π
D
.C
3 R
12 μ L
.Δ
P
⎡ .⎢1 ⎢⎣
+
1 . 5 ⎜⎜⎝⎛
e CR
⎟⎟⎠⎞
2
⎤ ⎥ ⎥⎦
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HCD: 可变容积
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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：
B = −V δP δV
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！
液动力
Dead volumes
节流特性
考虑完全关闭时的 泄漏流量或者全部 打开时节流作用
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HCD 中的泄漏单元模块
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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)
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x
¾ 在上述例子中，让我们考虑：
X=0 X=最大行程
9 X=0 定义在活塞处于最左位（伸出位置）；dead volume 是 10cm3
9 当活塞处于最右位时，X=最大行程；dead volume 是 10cm3
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HCD: 可变容积
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¾ 参数:
9 这种情况本不应该出现， 只是我们参数设置不当造成的
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HCD: 可变容积
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¾ 所设定的dead volumes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dead volume + 最大行程*活塞面积Î 因此需要给定chamber length at zero displacement
基本元素理念
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绝对运动 相对运动
节流口
可变容积
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基本元素理念
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¾ HCD库构建的简单的液压缸模型
液压库
Qb Qa
Pa
Pb
Va Vb
Aa
Ab
load force FL
HCD 库
! 在该模型中，没有考虑活塞/活塞杆总成的质量
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HCD: 可变容积
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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
A = Q = 0.1 . 1 = 1 m2 = 100 mm2
V 60000 0.1 60000
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¾ 对应的活塞直径为
Dp =
4A = 20 mm ≈ 4.607mm
π 6π
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K1 Pc Vc
Qc
x Ks
PR, Vt
QL
Hydraulic load
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减压阀
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HCD 应用
40
¾径向柱塞泵
来自REXROTH
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