AMESim液压教程2
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AMESim的液压知识
3、 亨利定律 高于饱和压力，空气全部溶解； 低于饱和压力，未溶解的空气量与绝对压力成线性关系。 解释： 系统压力高于饱和压力，所有空气溶解； 系统压力突然低于饱和压力，气泡开始出现，这是一个渐变过程，非瞬间； 系统压力突然高于饱和压力，气泡开始溶解，这是一个快速过程，非瞬间，
因此有可能在系统压力高于饱和压力时仍有气泡； 但是始终遵循质量守恒定律，液压油的体积模量在有空气时也会减少。 4、 气穴现象 液体压力降低时，液体开始沸腾。由于液压油中混有空气，因此气穴现象有 压力范围，最高饱和蒸汽压力和最低饱和蒸汽压力。 在 AMESim 中，假设系统压力低于最高饱和蒸汽压力时，所有空气均不溶解。 这与空气释放不同。 解释： 系统压力高于饱和压力，无蒸汽，所有空气溶解； 系统压力在最高饱和蒸汽压合饱和压力之间时，无蒸汽，部分空气溶解；
diesel）绝热柴油机。 12.一般地，液压油空气含量低于 1%，通常设置为 0.1%。然而，在一些应用中， 例如齿轮箱的润滑油，空气含量通常设置为 2.5%，甚至达到 10%。 13.如果你想看到 f hz，设置的仿真步长不能大于 1/（10f）秒。
假设设置方针步长为 x s，你可以看到振动频率 1/（10x）Hz。 注意：设置步长，要根据自己想看到的振动频率；连线子模型不比过与复杂，
系统压力在最低和最高饱和蒸汽压之间时，有蒸汽，空气全都不溶解； 系统压力低于最低饱和蒸汽压时，有蒸汽和空气，液压油全部为蒸汽，无液 体。 体积弹性模量：
dP
B
=ρ
dρ
ρ 为液体密度，随着压力和空气含量的不同而改变。
P为系统压力。 5、 AMESim 假设系统都在恒温下仿真，除非用到热和液压元件库。 6、 连线的子模型
符合自己的要求即可。
液体特性理论
因此有可能在系统压力高于饱和压力时仍有气泡； 但是始终遵循质量守恒定律，液压油的体积模量在有空气时也会减少。 4、 气穴现象 液体压力降低时，液体开始沸腾。由于液压油中混有空气，因此气穴现象有 压力范围，最高饱和蒸汽压力和最低饱和蒸汽压力。 在 AMESim 中，假设系统压力低于最高饱和蒸汽压力时，所有空气均不溶解。 这与空气释放不同。 解释： 系统压力高于饱和压力，无蒸汽，所有空气溶解； 系统压力在最高饱和蒸汽压合饱和压力之间时，无蒸汽，部分空气溶解；
diesel）绝热柴油机。 12.一般地，液压油空气含量低于 1%，通常设置为 0.1%。然而，在一些应用中， 例如齿轮箱的润滑油，空气含量通常设置为 2.5%，甚至达到 10%。 13.如果你想看到 f hz，设置的仿真步长不能大于 1/（10f）秒。
假设设置方针步长为 x s，你可以看到振动频率 1/（10x）Hz。 注意：设置步长，要根据自己想看到的振动频率；连线子模型不比过与复杂，
系统压力在最低和最高饱和蒸汽压之间时，有蒸汽，空气全都不溶解； 系统压力低于最低饱和蒸汽压时，有蒸汽和空气，液压油全部为蒸汽，无液 体。 体积弹性模量：
dP
B
=ρ
dρ
ρ 为液体密度，随着压力和空气含量的不同而改变。
P为系统压力。 5、 AMESim 假设系统都在恒温下仿真，除非用到热和液压元件库。 6、 连线的子模型
符合自己的要求即可。
液体特性理论
AMESim液压元件设计库教程
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
HCD: 可变容积
28
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
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
HCD 应用
37
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
HCD 应用
38
¾减压阀
来自BOSCH
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
HCD 应用
Constant pressure line, Ps
A
HCD: 可变容积
14
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
6
¾ 对应的活塞直径为
Dp =
4A = 20 mm ≈ 4.607mm
π 6π
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
机械端口
活塞面积
液压端口
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
HCD: 可变容积
13
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
2007世冠AMESim液压、气动系统及其元件设计专题培训
液压阀门仿真分析 AMESIM
状态，泵的排量和流量维持不变。
而压力平衡阀的作用就是确保节流口（换向阀）两端的压差
维持在20 bar。这意味着举升液压缸支路的压力补偿阀开口 5 度较大，而翻转液压缸支路的压力补偿阀开口度较小以产生 40 bar的压力损失。
140 bar
1
120 bar
9 copyright LMS International - 2008
负载感应控制的优越性
优越性
节能：一个负载感应式变量泵只产生作动器所需要的流量 精确控制：由于通过调速阀的压差保持恒定，系统流量只和调速阀的开度有关 恒流控制：负载感应式泵能够在泵轴转速发生变化的时候为负载提供恒定的流量。当泵转速减小的
时候，只要排量未达到最大值，负载感应控制器就会增加泵的排量以维持通过换向阀的恒定的压差。
应用案例：轮式装载机的负载感应系统建模与仿真分析
AMESim仿真模型
系统建模
轮式装载机
设计验证
结果曲线
仿真分析
10 copyright LMS International - 2008
第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
11 copyright LMS International - 2008
第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
负载感应泵 Bosch Rexroth.
12 copyright LMS l - 2008
第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
控制柱塞 缸筒座
配油盘
柱塞和滑履铰接部分 负载感应泵图解
13 copyright LMS International - 2008
第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
带压力截止功能的负载感应系统
压力截止阀：当泵出口压力达 到最大设定值时，调整泵的排 量使泵出口压力不超过最大压 力
而压力平衡阀的作用就是确保节流口（换向阀）两端的压差
维持在20 bar。这意味着举升液压缸支路的压力补偿阀开口 5 度较大，而翻转液压缸支路的压力补偿阀开口度较小以产生 40 bar的压力损失。
140 bar
1
120 bar
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负载感应控制的优越性
优越性
节能：一个负载感应式变量泵只产生作动器所需要的流量 精确控制：由于通过调速阀的压差保持恒定，系统流量只和调速阀的开度有关 恒流控制：负载感应式泵能够在泵轴转速发生变化的时候为负载提供恒定的流量。当泵转速减小的
时候，只要排量未达到最大值，负载感应控制器就会增加泵的排量以维持通过换向阀的恒定的压差。
应用案例：轮式装载机的负载感应系统建模与仿真分析
AMESim仿真模型
系统建模
轮式装载机
设计验证
结果曲线
仿真分析
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第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
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第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
负载感应泵 Bosch Rexroth.
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第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
控制柱塞 缸筒座
配油盘
柱塞和滑履铰接部分 负载感应泵图解
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第一步：负载感应式变量柱塞泵模型
带压力截止功能的负载感应系统
压力截止阀：当泵出口压力达 到最大设定值时，调整泵的排 量使泵出口压力不超过最大压 力
amesim HCD库的使用2
图8需要注意：弹簧始终处于被压缩状态。
依旧有两种方式来构建这个阀，如图9中（a）（b）所示。
惯性力作用在球阀的哪一面都可以。
然而，弹簧必须在左侧，否则它会要将阀门打开而不是关闭。
弹簧在两个端口都有一个作用力，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。
调整弹簧刚度和预载荷以得到所期望的特性。
通过对这些值的适当选择，可以设置一个开启压力和一个流量压力特性。
（a）（b）图9在质量块子模型BAI21中计算得出基本位移和相应的速度。
如图5和图6所示，这些值通过子模型BAI21。
图10示意出弹簧子模型的外部变量。
SPR00接收来自BAI21的速度和另一个来自V000的速度（该速度通常为0）。
图10图11当给弹簧设置参数的时，要尽可能给截止阀一个小的预载荷，以确定其开启压力。
在图11中给出的是10N。
采用与前一个例子相同的压力源，运行仿真。
图12是截止阀在开启压力约为5bar的情况下的流量—压力特性曲线。
在压力约为22bar时出现的斜率的变化是由于球阀到达它的行进极限。
图13显示了球阀的速度，注意在阀门部分开启时出现了不稳定的现象（最好将间隔时间降至0.001秒，会显示的更清楚），可通过增加阻尼孔口来解决这个问题。
这个办法就是第三个例子。
图12图13作为练习，可按图14形式改变截止阀。
这个阀将受到来自两个系统的压力，它将连接提供压力较大的那个系统。
在中心的两个端口实际起作用的只有一个。
确保连接球阀到节点的两条管路都被设置为直接连接（DIRECT）。
阀建好后进行测试。
两个压力源是供给系统，还有一个流量源。
10秒内流量源流量从0变化到10L/min，左压力源从0 bar到100bar，右压力源从100 bar到0bar。
为了使两球阀都可运动，还必须设置左球阀相对零位移的位移（lift）。
质量块终点挡板的下限值为0，上限设为0.005m.。
对右球阀，将其相应于0位移的开度设为0，左球阀开度设为5mm。
运行仿真（10秒），绘制同通过每个球阀的流量和输出压力。
AMESim 液压建模与仿真技术分享-Tony
1 2
U
2
1 2
Q2 A2
(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
只有 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
13
+
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
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)
1 2
U
2 1
P3
g h3
1 2
U
2 3
Plosses
(2)
其中: DPlosses = 压力损失
20
阻尼孔 Orifices
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
AMESim 液压建 模与仿真
分享者： Tony
目的
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
AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用
结论与展望
通过深入研究液压系统的动态特性，可以为工程机械液压系统的维护和检修 提供更加精确的理论依据和技术支持。这些研究成果将有助于提高工程机械的运 行效率，降低设备的维修成本，具有重要的工程应用价值和发展前景。
谢谢观看
案例分析
案例分析
以某型工程机械液压系统中的故障为例，利用AMESim进行仿真分析。该故障 表现为液压油缸在行程终端时无法实现自锁。首先，建立该型液压系统的AMESim 模型，包括液压泵、液压缸、液压阀等关键元件。然后，对模型进行仿真，并观 察液压缸在行程终端时的状态。
案例分析
通过调整仿真参数，可以发现液压缸在行程终端时无法实现自锁的原因在于 液压缸的密封件磨损严重，导致密封性能下降。这一结果与实际情况基本一致， 说明AMESim在工程机械液压系统故障仿真中的可靠性。
结论与展望
结论与展望
本次演示介绍了基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究。通过建立液 压系统的AMESim模型，可以对液压系统的工作状态进行实时监控和调整，从而实 现液压系统的优化设计。在未来的研究中，可以进一步拓展AMESim在工程机械液 压系统故障仿真中的应用，如开展多种故障的耦合仿真、引入算法进行故障预测 和预防等方面的研究。
AMESim仿真技术及其在液 压系统中的应用
目录
01 引言
03 原理与实现
02 概述 04 参考内容
引言
引言
液压系统在各种工业领域中具有广泛的应用，如机械制造、航空航天、石油 化工等。随着科技的不断进步，对液压系统的性能和稳定性要求越来越高，因此 仿真技术在液压系统设计、优化和故障诊断中发挥着越来越重要的作用。AMESim 是一种先进的仿真技术，可以针对复杂液压系统进行高精度、高效率的仿真分析。 本次演示将介绍AMESim仿真技术在液压系统中的应用意义、基本原理、应用案例 以及前景展望。
Amesim培训教程_HCD
Amesim中的标准液压库
HYD标准液压库通常是用于系统级别的仿真，并不需要知道液压元部 件的非常详细的描述
在HYD标准库中提供了 一套基本模型，可用 于仿真大部分常用的 液压缸及控制阀
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为什么要用HCD库?
请考虑一下这个问题: 你能想起来的液压油缸总共有多少种不同类型？
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HCD库– 阀元件
带箭头标识的部分说明：
- 压力施加在哪个部分 - 哪些端口会计算流量及容积的变化
• 考虑port 2的所受压力大小，可计算受 力情况
• 活塞移动引起port2的容积和流量的变化
• 考虑port1和port2所受压力的大小，可 计算受力情况
HYD1 简单回顾
“流体属性”是液压系统建模中需要考虑的第一个步骤
流体属性是什么 ?
充气现象 / 气穴现象
在Amesim中流体属性的模型
液压建模中常用的3个流体属性
确保质量守恒
充气和气穴现象会影响流体的这些属性
Amesim中不同的流体属性
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HYD1 brief review
在Amesim中共有3个库可以构建液压系统及液压元部件模型:
液压库 (HYD).
液阻库 (HR).
液压元件设计库 (HCD).
每个库都有相应的应用
液压库是完全兼容的
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基于AMEsim的液压系统建模与仿真
基于AMEsim的液压系统建模与仿真液压系统是工程中常见的一种动力传动系统，它通过液体传递能量来驱动机械设备。
液压系统具有传递功率大、传动效率高、操作简便、响应速度快等优点，被广泛应用于工程机械、航空航天、冶金采矿等领域。
在液压系统的设计和优化过程中，建模与仿真是非常重要的工具，可以帮助工程师们更好地理解系统工作原理、分析系统性能并进行优化设计。
本文将介绍基于AMESim的液压系统建模与仿真技术。
一、AMESim的基本介绍AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems）是由法国FDS公司研发的一种多物理仿真软件，旨在为工程师提供一个全面的仿真平台，用于分析和优化系统的动态性能。
AMESim具有图形化建模界面、丰富的预定义组件库、强大的仿真求解器等特点，可以用来建模与仿真多种工程领域的系统，包括机械、电气、液压、热力等。
二、液压系统建模与仿真1. 液压系统建模液压系统通常由液压泵、执行元件、控制阀、油箱和管路等组成，液体在其中传递能量并驱动执行机构。
在AMESim中，可以使用预定义的液压元件来建模系统的各个部分，如液压泵、液压缸、液压阀等。
通过简单的拖拽操作和连接线，可以快速构建出一个完整的液压系统模型。
2. 液压系统参数设置在建模过程中，需要为液压系统的各个组件设置参数，包括泵的流量、缸的活塞面积、阀的流量特性等。
AMESim提供了丰富的组件参数设置界面，用户可以直观地输入参数数值，并且支持参数的参数化设置，方便用户进行灵敏度分析和参数优化。
建模完成后，可以使用AMESim内置的仿真求解器对液压系统进行仿真。
用户可以设定系统的工况和输入信号，例如泵的转速、阀的开度、负载的变化等，然后进行仿真运行。
AMESim会自动求解系统的动态行为，并输出相关的性能指标，如压力、流量、速度、功率等，可以用于系统性能分析和优化设计。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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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Training
HCD: 可变容积 !
但是我们建立的该例不是特别精确：
17
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！） 注意体积模量是体积的函数：
的体积 [Vadd= L*AP] 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. 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
Training
为什么需要液压元件设计库 ?
考虑液压库中的简单的单向阀
6
Q = 0 if ΔP < Pcrack Q = coef ⋅ ΔP otherwise
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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Training
基本元素理念
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Training
HCD: 可变容积
23
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Training
HCD: 可变容积 !
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！ 例如，在液压缸中如何正确的设置参数?
>
< 机械运动 ^ ^ 液压
管路: 动态特性?
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Training
HCD 总结
பைடு நூலகம்
11
HCD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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Training
HCD 的变量 HCD库中所有模块端口变量：
!
在该模型中，没有考虑活塞/活塞杆总成的质量
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Training
HCD 例子
基本工程单元: 动画
阀芯: Q=f(x) F=f(ΔP, Jet) 惯性: X”=f(m, damp, stops) 活塞: Q=f(v) F=f(P, k, x) 体积:
10
M
P=f(β, V, ΣQ, fluid props)
24
x X=0 X=最大行程
在上述例子中，让我们考虑：
X=0 定义在活塞处于最左位（伸出位置）；dead volume 是 10cm3 当活塞处于最右位时，X=最大行程；dead volume 是 10cm3
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Training
HCD: 可变容积
参数:
行程Stroke = 1m 活塞直径Piston diameter = 10mm 活塞杆直径Rod diameter (只给左腔) = 5mm Dead volume = 10cm3 端口直径Ports' diameter = 5mm 位移Displacement: 在10s内从0-1m
7
...
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Training
基本元素理念
8
绝对运动
相对运动
节流口
可变容积
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Training
基本元素理念
HCD库构建的简单的液压缸模型
Qb Qa Pa Va Pb load force FL Vb Aa Ab
9
液压库
HCD 库
Example1.ame
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Example8.ame
Training
HCD: 可变容积 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 1 100 = = m2 = mm 2 . V 60000 0.1 60000 6
方程
F2 = F3 - P*A Q1 = -A*V2 V3 = V2
机械端口
12
活塞面积
液压端口
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Training
HCD: 可变容积
13
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 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
Training
HCD: 可变容积 详细解释:
16
在活塞单元模块中， 体积流量的计算是（参见帮助 ）：
Q0 = Ap*V*ρ(P)/ρ(P0)
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)
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Training
HCD: 可变容积
28
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
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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39
减压阀
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Training
HCD 应用 径向柱塞泵
40
来自REXROTH
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Training
HCD 应用
吸油口 吸油 单向阀 出油 单向阀
41
压缩腔
柱塞/柱塞套 之间的泄漏
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Training
©IMAGINE SA 1998-2008
Training
HCD: 可变容积
27
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。 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 因此需要给定chamber length at zero displacement
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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Training
HCD 中的泄漏单元模块 各种可用的子模型
32
注意：在本例中直给出了一种因果规则 ( 考虑其他因果规则的话，可用子模型数量要翻倍)
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Training
HCD 中的泄漏单元模块 泄漏: 粘性摩擦
δP B = −V δV
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！
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Training
HCD: 可变容积 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
18
总的容积是各个端口输入容积的和(4 个端口)
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Training
为什么需要液压元件设计库 ?
5
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： 元件的多样性：不管液压库中的元件模型再多 ， 也永远不够! 模型作用的多样性：不同假设的静态，动态特 性 用户建模技巧的多样性
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Training
HCD 应用
37
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Training
HCD 应用 减压阀
38
来自BOSCH
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Training
HCD 应用
Constant pressure line, Ps A K1 Pc Vc Qc PR, Vt QL Hydraulic load x Ks
2
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Training
AMESim中的标准液压库
3
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Training
为什么需要液压元件设计库 ?
想一想 : 世界上有多种类型的液压缸？
4
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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Training
目录
35
1. 2. 3. 4. 5.
HCD库简介：为什么? 如何做？ 应用实例 设计一个单向阀 超模块工具 设计一个三通阀
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Training
HCD 应用
36
4-通阀
Supply
Return
Loads
20
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Training
HCD: 可变容积
21
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