AMESim-HCD液压元件设计库教程-完整版.

图12
采用与前一个例子相同的压力源重新运行仿真，图12是单向阀在开启压力约为5Bar的情况下的流量—压力特性曲线，在压力约为22Bar时出现的斜率变化是由于钢球到达它的行程极限。图13显示钢球的速度，注意到在单向阀部分开启时出现了不稳定的现象（最好将间隔时间降至0.001S，会看的更清楚），可通过增加阻尼孔口来解决这个问题，在第三个例子中我们将会遵从这个理念。
图1图2图3
图2所示是HCD中的图标，而此类目下的所有组件示于图4。前17个组件用于绝对运动，而接下来的18个组件用于相对运动。图3表示两个特殊的纯液压组件。在相对运动图标中，每个实体都内嵌于另一实体，两者都能运动；而在绝对运动图标中，若有外部实体，则认为固定不动。首先关注绝对运动的图标：
对于大多数绝对运动图标，有两个线性轴端口和至少一个提供压力的液压
压力作用下的液压流体；
环形可变容腔；
机械弹簧；
由压力和面积产生作用力的活塞；
以上表明，这将是一个很好使用的划分。与基于标准ISO符号的划分相比较，可以清楚地看到基本模块会少很多。每一元素都是工程师眼中有形的实体，因此可以将这样的划分描述为技术单元。用户可以到工程模块库中，寻找物理模型对应的图标，使用他们组装成需要的组件。
开发HCD，是为解决这些问题的多样性。我们已经知道，传统的AMESim库使用基于标准ISO符号的图标，这些图标将模型细分为子模型，很显然这个细分并不是唯一的，也不是最佳的方法，我们可以使用基于更大或者更小单元的细分。
HCD使用这样的细分：能够利用最小数量的图标和子模型来构建最大数量的工程系统模型。返回到上面所述液压液压缸的例子，我们可以清楚地看到，液压缸所有可能的模型都是由下列元素的组合构建而成：
组件的多样性；
技能的多样性；
组件问题的多样性可以简单描述为：无论有多少组件模型，但还是不够的。拿液压缸作为例子，有一些可能性：
该液压缸可能有一个或两个液压容腔；
可能有一个或两个活塞杆；
可能有一个或两个或零个弹簧；
这样将给出12种组合，每一种组合都需要单独的图标，每个图标都至少对应一个子模型。然而对于多数AMESim图标来说，一个子模型就已经足够。在这种情况下，将有12子模型。如果考虑到伸缩式液压缸，可能性的数量将翻倍。通常，需要在元件端口处设置不同的因果关系，与其他元件端口因果关系相组合，将可能有超过一百种的液压液压缸子模型。
图13
图14
作为选择性练习，可以按照图14所示改造单向阀。该阀检测两个系统的压力，将连接至提供系统压力较大的系统，中间的两个端口事实上只有一个，确保连接球阀到节点的两条管路都被设置为直接连接（DIRECT）。
建立阀的测试系统，两压力源输入至系统，同时还有一恒流源。
设置流量源流量在10S内从0变化到10L/Min，左压力源从0 Bar到100Bar，
子模型BAP22两杆的直径必须设置为零，最大流量系数不能偏离默认值0.7，临界流量数可以控制达到这个系数的快慢，通常也是保留其默认值。
钢球上的合力由作用于其上的液压力和外部力来计算，而液压力的计算基于如图7（a）的假设：右手端压力作用于临近孔口的区域，左手端压力作用于钢球剩余区域。这种假设在多数情况下可以得到满意的结果，但这里有规定的修正项：液动力，该力使钢球趋于关闭。液动力系数通常用于禁用或启用该量，默认值是0禁用该量，设置为1则启用该量，也可以通过实验数据设置为其他值，以得到符合要求的子模型。
必须注意：
弹簧通常处于压缩状态；
构建如图9（a）、（b）所示单向阀有两种方法，惯性力作用于单向阀的哪一侧无关
紧要，然而，，弹簧必须在左侧，否则它将会打开单向阀而不是关闭；
弹簧在两端口都有作用பைடு நூலகம்，所以左边的弹簧端口必须用一个零速度源关闭而
不是零力源。
必须调整弹簧刚度和预紧力以求得到所需的特性，通过选择合适的值，可以得到开启压力和流量压力特性。
右
压力源从100 Bar到0Bar。为使两钢球都可运动，还必须设置左钢球相对零位移时的推力，设置质量块终点挡板的位移下限为0，上限为5mm。对右钢球，将其相应于0位移的开度设为0，左钢球开度设为5mm，运行仿真10秒，绘制通过每个钢球的流量和输出压力。
2.2利用HCD构建液压液压缸
图15
本节我们回到在引言中讨论的液压液压缸，其简图如图15（a）所示。注意到，该模型包含一质量块，为AMESim中标准的模块，最简单的HCD构建如图15（b）所示。
使用HCD液压元件设计库
济南铸造锻压机械研究所液压技术中心张友亮250022
1、引言
HCD（Hydraulic Component Design）指液压元件设计（以前被命名为液压AMEBel，表示AMESim的基本元素库），可以使用该库中一系列的基本模块来构建组件的子模型。HCD大大增强了AMESim的功能，在开始使用HCD之前，最好能够彻底熟悉标准AMESim子模型。
在标准AMESim库中不可能提供如此庞大数量的图标和子模型，因此只提供比较常见的图标和子模型。当然，AMESim专家级用户也可以通过AMESet创建扩展的图标和子模型，但在这一点上，我们将遇到的第二个多样性问题。
要创建AMESim或者其他软件中优良的子模型，到底需要什么样的技能呢？现列表如下：对于组件结构和作用的理解；
子模型BAP11和BAP12分别代表活塞和活塞两侧的容积，这里不是两个活塞而是一个，活塞两侧每个子模型都和压力源相连，箭头和粗直线指出了压力的作用区域。注意质量块子模型可以被放置在左侧也可以在两半活塞之间，左侧子模型活塞杆直径要设为零，而两子模型的活塞直径必须设置为25mm，以同标准子模型HJ000保持一致，右侧子模型活塞杆直径则设置为12mm，这是不要急着设置标签为零位容腔长度的参数，过后我们再来设置该值。
为什么有必要创建这个库？这个问题将在本部分找到答案。在此之后，将给出关于HCD应用的五个例子。在最后一部分，则给出关于HCD应用的一些基本规则，以使您能更加有效地运用HCD。
前四个例子主要针对绝对运动，您将使用的绝大多数HCD应用都可能属于这一类。第五个例子则关于相对运动，推荐您使用AMESim重复练习前四个例子。使用AMESim时，您可以通过一系列组件构建工程系统模型。对于这些组件，AMESim最初使用基于标准表示方法（诸如液压元件的ISO符号）的图形符号或图标。对于特定领域的工程师，这使得最终的系统方案看起来很标准，也很容易理解。然而，这里存在两个问题：
端口，最重要的是液压作用的活动区域。图标中使用比较宽的直线或曲线
表示该活动区域，为更清楚起见，还有箭头指向该区域。这些图标通常通
过线性轴端口连接起来，以组成一实体，可能是滑阀、液压执行器，也可
以是单向阀。然而，其它的实体像液压制动元件，自动变速箱或燃油注射
系统等也可以以相同的方式来构造。
最常使用的液压图标则是具有压缩性的液压容腔，其与所计算液压压力的子模
对于组件物理运行规律的理解；
将物理模型转化为数学算法，以便从输入得出子模型输出的能力；
将算法转化为可执行代码的能力；
除此之外还包括对子模型进行检验、调试、校正的能力，这意味着子模型开发人员需要工程、物理、数学和计算机技术等领域的能力，这就是技能多样性的问题。完全具备所有这些能力的人屈指可数，因此构建良好的子模型是一种专家级行为。
子模
型使用第一种方法。
在参数模式下，设置子模型MAS005质量为10g，位移下限为0mm，位移上限为4mm，该子模型考虑重力，因此需要设置角度。在我们假定的情况下，重力与液压力相比微不足道，所以角度的设置并不重要。设置库伦摩擦力和静摩擦力可能是不恰当的，非零粘性摩擦可能使单元更加稳定，但实际上单向阀是完全开启或关闭。设置粘性摩擦力为零，其他参数与斯特里贝克摩擦有关，在HCD库中引入与摩擦相关的其他参量，是为实现从静摩擦到库伦摩擦的平滑过渡。通常情况下，斯特里贝克摩擦参数去默认值。我们若设置库伦摩擦力和静摩擦力为零，那么这些量在任何情况下都不起作用。
按图16所示开始构建系统，以便对HCD和标准AMESim库各自运行的结果进行对照。注意惯性力的图标改变了方向，它给出了同标准子模型HJ000相一致的位移符号约定。利用首选子模型功能为尽可能多的元件自动选择子模型，设置质量块子模型带有理想终点挡板，在参数模式下对两个系统进行参数设置，使其尽可能相同，这点需要特别注意，以下是几点建议：
型相关。该模型有四个液压端口，用以接收来流的流量和体积，可据此计算总
体积和总流量。如果流量为正，则压力升高；如果流量为负，则压力降低。
最简单的单向阀包含在有限位移内自由移动的钢球，在极限位置完全关闭阻断
通流，而在另一位置则完全打开。平衡状态时，钢球位置取决于两液压端口的液压力。
HCD包含两个液压流道中阀芯为球形的图标，一个
图16
必须注意，在设置HCD子模型参数时，以下特征非常有用：
全局参数；
复制参数；
通用参数；
活塞直径可引入全局参数pdiam，值为25mm，一经手动设置好后，还可以复制到其他子模型，当然还可以将其设置为通用参数。
子模型HJ000默认行程0.3m，默认质量为1000Kg，因此将带有理想终点挡板的质量子模型设置为1000Kg，位移下限设为0，位移上限设为0.3m。箭头和加号表示，当位移为零时，质量块在最左极限位置。子模型HJ000初始位移为零，并且假设活塞在左侧，因此设置子模型MAS005初始位移为零。
图8
为得到稳态特性，要让压力变化的更加缓慢，相应的增加仿真时间。
需要注意的是，钢球子模型还需要在两流动端口计算外部变量的容积，这种解释将顺延至下一节关于液压液压缸的例子，这些量起重要作用。
图
9
接下来，你将增加弹簧SPR000，使单向阀转变为弹簧加载单元，修正后的系统如图9所示，增加零速度源V001至弹簧另一端。
要如图所示右手侧的图标，详细外部变量如图6所示。
图6
图7显示了我们正在构建系统的两个可能的版本，每一个都包含单向阀和两压力源，为什么会有两个版本呢？原因很简单，为使HCD尽可能的易于使用，许多HCD图标都与两个子模型相关联。再来看图5，可以看到子模型BAP21的外部变量，而子模型BAP22的外部变量则与其互为镜像。上述两系统能得到相同的结果，为使本实例易于理解，建立如图7（a）所示系统，请注意，零力源F000添加到自由机械端口。