AMESim液压培训

进入到参数阶段
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Type of properties Index offluid hydraulic fluid 液体性质类型
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.
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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其他元件 Other elements
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/Δ P 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)
这两种流动状态和雷诺数(Reynolds number)相关或者是流量系数λ。
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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Orifices 阻尼孔
在HYD 中,流量是通过最大流量系数和Cq 和临界流数来计算
.
液压执行机构目标 : 建立一个能够让质量块移动的液压系统 Hydraulic actuator
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).
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Lines 管道的选用
06_Pipe_inertia.ame

对于 HL01,没有考虑惯量，与动态特性相关的是R-C单元。

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
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
A
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
Q Cq . 2

P鷓 P
down
D
4 A

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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Orifices 阻尼孔
U1 U2
U3
其中
Px = 静压 U = 流速 A = 过流面积
P1 A1
P2 A2
P3 A3
g = 重力加速度 h = 高度
ρ = 密度
1 1 2 2 P g h U P g h U 1 1 1 3 3 3 2 2 static gravity
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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 马达 泵 溢流阀 转动惯量
油箱
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Hydrostatic transmission 静液传动
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
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
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二、液压油属性相关设置 Fluid properties
液体பைடு நூலகம்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
pressure term
(1)

total pressure
dynamic pressure
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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Orifices 阻尼孔
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
dP B( P ) Qi dt V i
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…)
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
培训
学习主要收获 学习相对比较重要的液压基础概念 对AMESim液压库和元件有一个总体的认识 复习怎样用AMESim搭建液压系统，★掌握建模的小技巧
★复习典型液压系统的模型（应用案例） ★理解用HCD库进行液压元器件建模时的重要思路. ★根据要求倒推原件设置参数（工作点→计算→等效工作面积等所需 参数） 能够搭建液压元器件的AMESim模型 能够对AMESim的液压元器件建模有更细致的体会. 回顾常用的液压元器件的建模过程
Dh Q A
流量系数
Laminar
Laminar Turbulent Recrit Re
min
crit
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Orifices 阻尼孔
Cq 和 的转换关系 λcrit 和Recrit的转换关系
1 2 Cq
Cq
1

OR
Re Cq
or
Re
Recrit Cq max crit
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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 容积腔 换向阀
阻尼孔
泵
管道
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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：

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 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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Lines 管道
06_Pipe_inertia.ame
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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…)
吸收空气(全部或部分 自由空气 溶解空气)
Psat
空气析出(溶解 游离)
饱和压力
Pvap
蒸发压力
+
空气气泡
5
挥发气泡
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 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)
Orifices 阻尼孔
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
Plosses
1 Q2 1 2 U 2 A 2 2
(3)
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。
Q Cq Ar
2

Pup Pdown where
1 2 Cq
(4)
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Orifices 阻尼孔

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。
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桥式回等效路搭建三位四通阀 Hydraulic actuator
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。
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 的两倍时，阻尼孔D2的直径是多 少？
P1, A1
P2, A2
P3, A3
方程（1）转化成
P1 g h1
其中:
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1 U 12 P3 g h3 2
1 2 U 3 2 Plosses
(2)

!
DPlosses = 压力损失
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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Orifices 阻尼孔
03_simple_orifice.ame


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

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。
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气穴 / 气蚀
掺混空气 - 气蚀
液 体 压 力
溶解有空 气的液体 只有 液体
1
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。
or crit Recrit min
注意
A
过流面积 λ 流量系数 压降 摩擦系数 液体密度 液体运动粘度
Cq
Dh Q Re
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流量系数
水力直径 体积流量 雷诺数
Dp x r n
Orifices 阻尼孔
03_simple_orifice.ame
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

阻尼孔直径/ 最大流量系数
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Orifices 阻尼孔
03_simple_orifice.ame
流量、压力曲线
OR0000-1 flow rate at port 1 [L/min]
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
Q Cq Arest
2 P ρ
HR library
达西-威斯巴赫方程
Q2 P 2 Arest 2

流数

Cq Cqmax
Dh


2 P

Turbulent
雷诺数 摩擦因数

Re

比较两种不同的阻尼孔
阻尼孔直径/ 最大流量系数
压降/流量
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Orifices 阻尼孔
03_simple_orifice.ame
在 0到1.5 bar中有微小的差异
阻尼孔直径/ 最大流量系数
对湍流来讲 结果一样
压降/流量
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Orifices 阻尼孔
03_simple_orifice.ame
‘pressure drop/flow rate pair’ 是怎样工作的？