AMESim之中HCD庫實例教學a

1、HCD庫的使用1. 前言HCD(Hydraulic Compo nent Desig n)含義是液壓元件設計。HCD庫可以由非常 基本的模塊，建造出任一元件的子模型。HCD大大增強了 AMESim的功能。在使 用HCD之前最好能夠熟悉其他AMESim標準子模型。下面將提到建立該庫的主要性，之后時是關于使用HCD的五個例子，最后給 出了一些總體規(guī)則，以便更有效的使用 HCD。前四個例子針對 絕對運動，也是HCD應用的重點。第五個例子是針對 相對運 動。推薦重復練習前四個例子。使用AMESim，可由庫中元件構建一個機械系統的模型。起初， AMESim用 于這些元件的符號標記是給予基本的表示方法(例

2、如液壓元件的 ISO標記)。對 于某一領域工程師，這里存在兩個問題：元件的差異技術的差異元件的差異問題可以表述為：無論有多少元件，都是不夠的 。例如一個液壓 千斤頂，有以下的可能：有一個或兩個液壓腔；有一個或兩個活塞桿；有一個，兩個或零個彈簧。這樣一共就有 12個組合，每個都需要一個單獨的標記，而每個標記都必須至 少對應一個子模型。對多數 AMISim 標記來說，一個子模型就足夠了。在這種情 況下，就需要 12個子模型。如果考慮到伸縮式千斤頂，模型數量將會翻倍。有時 還需要在端口進行不同設置，以得到不同結果，這就需要數量更大的模型。在標準AMESim庫中，不可能提供如此大量的標記和相應的子模型

3、。因此只 提供力一些比較通用的元件標記和子模型。當然，AMESim的專家用戶可以通過 AMESet來添加新的標記和新的子模型。第二個問題，在AMESim中，要構建好的元件子模型需要什么技術或其他的 軟件。列表如下：懂得構建和操作該元件；清楚元件運作時的物理變化；給物理量制定數學運算法則，以便子模型由輸入量得到輸出量； 可將運算法則編譯成可執(zhí)行代碼。 除此之外，還要對子模型進行測試、糾錯和修正。這就意味著子模型的開發(fā) 需要在機械、物理、數學和計算機科學方面的綜合能力。這就是技術上的問題。 同時具有這些技術的人寥寥可數，因此構建優(yōu)良子模型的任務時專家級別的工 作。HCD的開發(fā)就可以解決這些問題。上

4、面提到了，傳統AMESim庫使用的模型使用 的是標準ISO標記。這些標記是將模型細分成子模型。很顯然這個細分不是唯一 的，也不是最佳的方法?？梢詫⒓毞謶糜诟蠡蚋〉膯卧?。HCD使用細分可以由最少的子模型創(chuàng)建出最多種的機械系統的模型?；氐揭簤呵Ы镯數哪莻€例子，可以發(fā)現所有建立起來的組合都是由下列元素組成的：壓力作用下的液壓流體；環(huán)狀變化的容積腔；機械彈簧；由微元壓力和面積產生的力推動的活塞 。這才是對細分較好的利用，可以與基于ISO標準模型下的細分組合，很明顯， 基本模塊少很多。因為每個單元都是工程中的實體，可以將其稱之為技術單元。 可以在商店買到相應的物理部件，組裝成想要的元件。購物清單：

5、1 活塞2 環(huán)形可變缸3 機械彈簧4 液壓油在第2章中將繼續(xù)介紹這個例子，還有一系列的例子可以逐步介紹HCD的功用。2. 實例指南2.1.利用HCD構造截止閥在這一節(jié)，將構建入圖1所示的截止閥。該元 件的工作方式很簡單。標準AMESim庫已經提供了 這類元件的子模型，對液壓系統的一般仿真都是適用的。但當要與其他系統進行比較時，無法得到其動態(tài)特性，因為假定它是瞬時作用的圖3圖2是HCD的標記。其中的元件列表如圖4所示。前16個元件是用于絕對運 動的。在圖3中列出了三個特殊元件。第一個是電氣元件，另兩個是純液壓元件。 其余的元件是用于相對運動的。這些相對運動元件的內外部件都是可動的； 而絕 對運動

6、元件，若有外部部件，則為固定的。這里學習的重點是絕對運動的元件。前兩個絕對運動元件是質量塊，帶有兩個軸向直線 端口，實現一維運動。第一個元件與第二個相比，運動 位移上沒有限制。該子模型可由提供的力計算出速度、 位移和加速度。在兩個端口都有輸出。在端口1輸出的是復制端口 2來的反信號。當要顯示該子模型的相關變量時，可以選擇初始值（端 口 2），而不是復制值。加號和箭頭表示速度、位移和加速度的正方向。 S對于多數絕對運動元件都有兩個軸線直線端口，至少一個液壓端口是提供壓力的。重要的的是要 壓力作用的活動面。在符號上用 粗直線或曲線來表示這個活動面，還有箭頭指向該面 。它們通常與 軸向直線端口相連形

7、成一個元件：滑閥、液壓執(zhí)行機構或是上述的例子一截止閥。然而，許多其他部件也是以同樣的形式構建而來的，如液壓制動機構、自動變速 箱以及燃料噴射系統的內部部件。這里最常用的液壓元件就是有壓縮性的壓力體，它與需計算液壓 的子模型相連。該模型有四個液流端口，接收來流的流速和體積。由 此可計算得到總體積和總來流量。 如果中流量為正，則壓力增加，為負，貝U壓力降低最簡單的截止閥中，閥球在一個限定位移內自由移動。在一個極限位置，閥門是全關的，在另一個極限位置則是全開的。 為了平衡，閥球的位置取決于作用 在液壓端口的壓力。圖4HCD包含兩個液壓流道中為閥芯為球形的元件， 個是放置于平面圓上，另一個則是放置在錐

8、形斜面上 放置于平面上的子模型如圖5：有兩個液壓流動端口，作用在兩端口上的壓力作為輸入量；如果閥球在右極限位置，則流道是完全關閉的；如果閥球在左極限位置，則流動是完全打開的；與閥球相連的桿在該模型中直徑默認為 0。閥球受到壓力作用，失去平衡，開始移動，表 明這里需要引入閥球的慣量。由于在截止閥中閥球 的運動是有限制的，所以要選擇圖中右側的子模 型，其外部變量的詳細內容如圖6所示。BAP21b3ii poppet with sharp edge set材 心誡Qf網曲l? dcon旳譏起涵已祜伽應歸熔蟆斟畑屋g jwiwL/min cm"w3 bar L7min cm1 brCloe圖

9、5圖7給出系統的兩種可能形式。每個系統都包括截止閥和兩個壓力源，以便 對其進行簡單測試。存在兩種形式的原因很簡單：為了讓HCD的使用盡可能的簡單，許多HCD的標記都對應兩個子模型?；乜磮D5中BAP21子模型的外部變量， 可見BAP22的外部變量就是其鏡像。所以這兩個系統得到的結果是一樣的， 但為 了讓例子簡化，按照圖7(a)的系統進行構建。注意：零力源(F000)連接到自由機械端口。在子模型類型的選擇上，使用第一個子模型(Premier Submode)是較為簡 便的。然而，如果要手動設置慣量，就要注意兩種模型可能在位移限制上的不同， 通常是與其是否具有終點擋板有關。在處理終點擋板處的接觸時有

10、種不同方法：BAP22|FOOOBAI21PS 00PSOOIBAP21(a)(b)理想無彈性碰撞，速度瞬時降到0;機械彈簧阻尼器。這兩種形式都有可用之處，第二種方法需要設置彈簧和阻尼器的阻尼率。BAI21采取的是第一種處理方法。BAI21中參數，質量設為10g，位移下限設為Omm，位移上限設為4mm。子 模型需計算質量力，因此還有個角度有設置。而在本例中，相對于壓力，質量力 可以忽略，所以對角度的設置是無關緊要的。 這里有必要適當的設置一下動摩擦 （庫侖摩擦）和靜摩擦。非零的粘性摩擦可以讓該單元更穩(wěn)定，但實際情況中， 閥門通常是在全開或全關的狀態(tài)。所以這里把粘性摩擦設為0。在HCD庫中引入其

11、他與摩擦相關的參量是為了實現靜摩擦到動摩擦更為平滑的過渡。通常這些量都可以保留其默認值，若這里將動摩擦和靜摩擦都設為0,那么這些量在任何情況下都不起作用。在BAP22子模型中，兩個桿的直徑都要設為0。最大流量系數（maximum flow rate coefficient）不要遠離默認值0.7。臨界流量數（critical flow number）可以控 制達到這個系數的快慢，通常也是保留其默認值。在閥球上的總作用力就是作用 其上的所有壓力，也就是外部力，如圖7（ a）,假定右邊的壓力作用在與孔口相 鄰的面積上，左邊的壓力作用在閥球的剩余面積上。這種假定在多數情況下都可 得到滿意的結果，但這里

12、預備了一個修正條件：噴射力（jet force）。這是個驅 使球閥關閉的力。用一個系數噴射力系數來決定考慮這個修正。默認為0，不考慮此條件，設置為1即考慮該修正?？赏ㄟ^實驗數據設置成其他的值，以得 到符合要求的子模型。將左邊的壓力源設為定值50bar。右邊的壓力源在1秒內由0bar升至100bar， 再在1秒內降至0bar,進行一個2秒的仿真，設置間隔為0.01秒。圖8繪制了通過截 止閥流量隨差壓的變化，這是個動態(tài)子模型，所以當差壓為負時，流量也不為0。 盡管壓力下降的穩(wěn)態(tài)特性使閥門關閉，但慣量引起的閥球在離開穩(wěn)態(tài)位置后的滯 后導致了反向的流動。在閥門打開時也是同樣的原因，使末尾的曲線不一樣。

13、為得到穩(wěn)態(tài)特性，要讓壓力變化的更加緩慢，增加仿真時間。注意到球閥子模型還計算了在兩個流動端口處外部變量中的體積，這些量將對液壓千斤頂之后的一些部件起到重要作用。接下來，在截止閥中加入一個彈簧（SPR0），將其變換成為彈簧閥。修改后 的系統如圖9所示。在彈簧的另一端附上一個固定的零速度源（ V000）。100-11 - EAP22*1 fie 腳 rte port 1 0_/mnec-goJ-4020-0 二加一60I4040630differenHal pressure barIEU圖8需要注意：彈簧始終處于被壓縮狀態(tài)。依舊有兩種方式來構建這個閥，如圖 9中(a)(b)所示。慣性力作用在球 閥

14、的哪一面都可以。然而，彈簧必須在左側，否則它會要將閥門打開而不是關閉。彈簧在兩個端口都有一個作用力，所以左邊的彈簧端口必須用一個零速度源 關閉而不是零力源。BAP21PSOOSPROOl 1 己SPROOIBA121(a)(b)調整彈簧剛度和預載荷以得到所期望的特性。通過對這些值的適當選擇，可 以設置一個開啟壓力和一個流量壓力特性。在質量塊子模型BAI21中計算得出基本位移和相應的速度。如圖5和圖6所示，這些值通過子模型 BAI21。圖10示意出彈簧子模型的外部變量。SPR00接收來自BAI21的速度和另一個來自V000的速度（該速度通常為0）圖10亍尸Tit!苦VNue Unitcurren

15、t spring length 0.999 msp（ng rate10000 N 7mfree length oi spring1m圖11當給彈簧設置參數的時，要盡可能給截止閥一個小的預載荷，以確定其開啟 壓力。在圖11中給出的是10N。采用與前一個例子相同的壓力源，運行仿真。圖12是截止閥在開啟壓力約為5bar的情況下的流量一壓力特性曲線。在壓力約為22bar時出現的斜率的變化 是由于球閥到達它的行進極限。圖13顯示了球閥的速度，注意在閥門部分開啟時出現了不穩(wěn)定的現象（最好將間隔時間降至0.001秒，會顯示的更清楚），可通過增加阻尼孔口來解決這個問題。這個辦法就是第三個例子。1 -RAP22

16、-1 flow rate pot 1 Ukrandiffenntial pessure bar圖12圖13作為練習，可按圖14形式改變截止閥。這個閥將受到來自兩個系統的壓力， 它將連接提供壓力較大的那個系統。在中心的兩個端口實際起作用的只有一個。 確保連接球閥到節(jié)點的兩條管路都被設置為直接連接（DIRECT ）。閥建好后進行測試。兩個壓力源是供給系統，還有一個流量源。10秒內流量源流量從0變化到10L/min，左壓力源從0 bar到100bar,右壓力源從100 bar到Obar。為了使兩球閥都可運動，還必須設置左球閥相對零位移的位移（lift ）。質量塊終點擋板的下限值為 0, 上限設為0.

17、005m.。對右球閥，將其相應于0位移的開度設為0,左球閥開度設為5mm。運行仿真（10秒），繪制 +dLE1 BAP22-2 flow rate port 1 L/min610r10028l20n 1業(yè) 80； 604020-i圖1424 Trnels81 - H3NODE3 1 iunction pcessure bar同通過每個球閥的流量和輸出壓力。24 Trnels)81 - BAP21 *2 How rate port 1 L/mr1.1.利用HCD構建液壓缸圖15這一節(jié)，介紹液壓缸的構建方法，其簡圖如圖15 (a)所示。包含質量的液壓缸模型是AMESim中帶有的基本模型。利用 HC

18、D最簡單的構建形式如圖15(b)所示。同時構建如圖16的系統。以便對使用 HCD和AMESim基本庫進行比較。注意這里慣性力的標記被鏡像了。這里給出的位移常規(guī)符號與標準液壓缸子模型 HJOOO中的一致。盡量自動選用第一個子模型。選擇帶有理想(剛性)終點擋板 的質量塊模型。在參數方式(Parameters mode中對兩個系統的參數進行設置， 使其盡可能的相同。這點需要特別注意。LJFigure 16子模型BAP11和BAP12非別代表活塞及其兩側的腔室，而這里不是兩個活塞，而是一個。在活塞兩側的每個子模型都和壓力源相連，箭頭和粗直線表示了壓力的作用面。注意質量塊子模型可以放置在左側也可在兩個半

19、活塞之間。左側子模型的活塞桿直徑要設為0,而這兩個模型的活塞直徑都要設為 25m m,做到 和標準HJ000的參數一致。右側模型活塞桿直徑要設為12mm。這時不用設置零 位移時的腔長度這個參數，接下來要返回設置該值。注意到在用HCD子模型時，以下幾個特征非常實用:全局參數復制參數普通參數活塞直徑可用全局參數來命名為 pdia，設為25mm,手動設置后即可拷貝到 另一個子模型中。當然可簡單的將其設為普通參數。在HJOOO中，默認的行程時0.3m，默認的質量是1000kg。因此這里帶終點 擋板的質量塊要把質量相應設為 1000kg，行程下限為0m,上限為0.3m。箭頭和 加號表示位移為0時，質量塊

20、在左邊活塞的極限位置。因為 HJ000中初始位移 值就時0,活塞處于左位，所以相應在 BAI2 1中將初始位移設為0m。將提供的 壓力設為100bar，相應的信號輸入頻率設為1Hz，然后執(zhí)行仿真。圖17是位移 的仿真結果。為何結果稍有不同？原因很簡單，在下面的系統（圖16 （b）是個閥和缸 的直接（直接連接）子模型。即不存在動態(tài)效應，也就是說閥門直接作用在液壓 缸，壓力的動態(tài)特性僅僅是由液壓缸內的液容引起的，這個容積是隨著活塞的位置變化而變化的。與之相比，其上方的系統（圖 16（ a）,在液壓缸內沒有這 部分液容，但HJ000中的閥缸之間存在液壓管道。壓力的動特性是由管道中的1 - BA121

21、-1 disphcement port 2 m2 亠 HJ0001 rod displacement |m|0051 52圖17固定液容引起的將這部分變化的液容加入液壓缸也很簡單，改進的系統如圖20所示這里的關鍵部件是與兩個“半活塞”相連的液壓腔（ch）,相對 應的子模型是BHC11，用于模擬壓力的動特性。這個子模型有 4個 端口，每個的輸入都是流量（L/min）和體積量（cm*3 ）。子模型對4個體積量求和，再加上一個死體；同時對流量求和。由這些值即可計算出其 派生壓力。該模型用于包含一些獨立液容的復雜仿真， 也可用于模擬泄漏流。本 例中，只需要兩個端口，另兩個可以連接分別連接零流量源和零體

22、積源，如圖18所示。注意液壓管道不是直接連到液容，而是在中間連接了兩個如圖19所示的液壓節(jié)點，有時這樣的連接出現在 BHC11與其他子模型之間，是用于供給流 量，而不是體積量。<9圖10更改后的系統如圖20所示。在BHC11中將死體設為50m3，使之與HJOOO 設置一致。當質量塊的位移是0時，活塞處在左極限位置，這就意味著右液壓腔的長度 時0.3m,左腔的長度為0。因此將BAP11在零位移處的腔長參數設為 300mm, 相應的BAP12設為0。為何這里長度有兩種單位m和mm，是由于HCD子模型不僅用于液壓缸的 仿真，還有各種閥門的仿真，對于通常 m作為長度單位都太大，而 mm則比較 合

23、適。對質量塊子模型，用 m做單位，是為了跟標準 AMESim子模型相對應。圖21是分別用HCD和HJ000建模得到的位移的比較?？梢妰煞N方法已經得到了相同的結果。圖22顯示了 CH中的體積變化1 - BiJ21 -2 3spiacerni5nl pmt 2 |m_2 HJDIU od elHjlaLehia i mllime t圖211-EHC11-' volume of hydraulic chamber cn""32 -EHC11-2 volume of hydraulic chamber cmS門-一一一十一 2 1心1-2te在上面HCD構造的模型中，沒考慮

24、經過活塞的泄漏。這一點，可以在兩個 “半活塞”之間加入一個泄漏模塊即可，如圖23所示。相對應的子模型是BAF11 （其鏡像是BAF12），計算的泄漏流量就是端口 1, 2的輸出，提供一個體積量， 而這個體積通常為0。也就是說這些端口可以連接到 BHC11子模型上。泄流量是根據活塞直徑、縫隙、活塞長度和速度計算而來的。粘性摩擦也隨 之計算出來圖23圖24現在考慮如圖24的情況。在標準AMESim庫中不包括這個系統。構建后的 形式如圖25。對于HCD子模型來說，很容易看出基于系統進行的假定。在圖 25中，很明 顯壓力動特性包含了泄漏和終點擋板的阻尼。而在圖 24中就不能清楚了解這些 內容。圖252

25、.3構建伺服閥Ppre$ureL27圖0Supply preute圖28這里要構建如圖26所示，有特殊壓力需求的閥。輸入壓力為 P和輸出載荷 為Ao輸出端壓力又作為閥的驅動壓力。構建該模型主要是想要在輸出端能夠維 持一個預定的壓力。彈簧力用來維持閥門的打開狀態(tài)，而驅動壓力則使之有關閉 的趨勢。若負載壓力低，彈簧力將閥門打開，流量增加；若負載壓力高，則閥門 會部分或全關。后接油箱回收排油。圖27該系統的示意圖。圖28是用HCD元件構建的系統簡圖。注意: 液壓腔動態(tài)特性通過使用管道子模型 HLOOO來進行模擬； 不考慮泄漏；輸出端A需要進行穩(wěn)定化處理或設置阻尼孔口，否則工作不理想; 有壓力作用在活

26、塞上的三個圓形或環(huán)形面上，與彈簧力同向或反向圖29是在28模型的基礎上稍加改進的系統。管道子模型 HLOOO用壓縮性 元件BHC1 1代替。需要重點指出的是，容積變化由液壓腔傳遞到子模型 BHC11。 與圖28相比，在孔口和驅動端口之間的管道 HLOOO中，加入了一個普通節(jié)流孔 口，意味著用一個固定容積來代替驅動壓力腔的變化容積。因此會有所不同，但可通過設置HLOOO的參數，使之與驅動壓力腔容積一致，結果就非常接近。在圖29中，需用一兩端口液壓節(jié)點來連接標準液壓元件：可變孔口和HCD子模型：液壓腔Ch，原因是標準AMESim子模型只能提供流量。阻尼孔口相對應的子模型是 HCD中的BHO11，與

27、OROOO不同的是，它每 個端口都是O體積、O流量輸出。還可進行其他改進變化，例如加入質量引起的動態(tài)特性，但這不會導致結果的變化。還有基于不同假設的其他改變，可能會導致結果明顯的變化。在圖28中，使用兩壓縮性管道（HLOOO），而驅動腔的體積內未考慮壓縮性影響。圖29還考慮到左（阻尼）和輸入端之間的泄漏。就相當于給阻尼孔口附加 一并行孔口。哪種假設更好？如果驅動腔體積相比管道的來說很小，就沒有必要在兩者之間加以限制，圖28所示的系統就已足夠。但如果阻尼孔直接連到驅動腔上或是腔容積隨閥芯位移而變化，就要考慮用圖 29所示的系統會更好。然而，用HCD 建模是可以測試出不同假設條件下的連接的效果，并

28、對結果進行比較。圖30圖30給出了建立彈性腔的另一種方法，圖 28和圖29更接近于帶排油箱的 自然情形，然而進一步檢查發(fā)現，沒有泄漏，加入一個泄漏量很簡單，但可能這 個量非常小。也就是說位移的不同就是在腔的彈性上，圖30的壓力始終為0，而圖28和29中的壓力只有當油箱的壓力為 0時才為0。構建如圖29的系統，并采用第一個模型作為首選。在參數形式工作狀態(tài)下， 分別給兩個孔口設置給定直徑?？勺兛卓诘淖畲笾睆皆O為8mm（不要忘了設置整數參數以便能夠指定該孔口直徑特征值）。將阻尼孔口的直徑設為0.5mm。與 可變孔口相連的信號源，前5秒信號值由0到1線性增加，后5秒由1到0線性 減小。這樣模擬出一個變

29、化的負載周期。子模型BAP12和BAO011的默認活塞/閥芯直徑設為10mm。BAO011和中 間的BAP12子模型的活塞桿直徑設為 4mm,另外一個BAP12和BAP16的活塞 桿直徑設為0mm。這樣就確保了中間腔的壓力平衡，而左腔壓力與彈簧力反向。 對于BAF11泄漏模型，其直徑和接觸長度設為 10mm?？捎萌肿兞縼磉M行設BAI21的質量設為0.03kg，粘性摩擦設為10N/（m/s）,位移下限設為0m，上 限設為0.0007m,初始位移（端口 2位移）設為0.0007m。當位移為0時，閥芯 在左極限位置，也就是閥門全開，BAO011相對于零位移的開口量（underlap） 應為0。BA

30、P16的彈簧剛度和預加載荷要能提供閥門保持原位的載荷壓力，而位移要和質量塊模型BAI21相對應。當位移為0時，閥芯處于左極限位置，所以彈簧 在位移為0時處于最大拉伸長度狀態(tài)，將此時的彈簧力設為 200N，彈簧剛度設 為10N/mm。此時驅動腔的長度達到最大，設為 40mm,該數值可用來計算腔容積。然而，沒考慮壓力的動態(tài)特性，除 BAP12以外的其他子模型的相關參數保1 -佢歸m留默認值即可，而BAP12則要給液壓腔子模型提供一定的體積量。當位移為0時，腔長為最小，輸入量為 0?？梢酝ㄟ^設定子模型 BHC11中死體體積來增大 這個輸入。將控制腔（左BHC11）死體體積設為2cm3，輸出腔（右BH

31、C11 ）死 體體積設為100cm3。供給壓力設為100bar,定常。運行仿真10s。圖31顯示了負載壓力的變化。 可以看出系統大致維持25bar的壓力，而在5s附近的壓力發(fā)生了變化，可以在 位移圖中發(fā)現這是閥門全開的時刻。 可見是某些參數影響了系統的穩(wěn)定性。 可將 阻尼孔口直徑設為1mm,再來顯示負載壓力和閥芯位移的圖形?？梢园l(fā)現系統 變的不穩(wěn)定。再將此值改為0.8mm查看結果。最后說明，在驅動腔內或是在HL000 管道內一個很小的體積都可使系統趨于不穩(wěn)定。2.4三位三通換向閥圖32這一節(jié)要構建的是一個方向控制閥。圖 32是一個三位三通閥。在沒有任何 驅動力的情況下，該閥是在彈簧力作用下處于

32、中間位置的。若閥芯向左移動，貝U提供的壓力P將連接到端口 A ;若閥芯向右移動，貝U A連接到油箱T。如果閥 芯很輕，一個很小的力就可以使其左右移動，這樣的閥總是趨于全開或全關的。 而當彈簧力很大時，就需要比單克服閥門慣性力大得多的力才能使閥門全開。倘若穩(wěn)定，閥門就將處在中間位置，既不使全開也不是全關。圖32沒有詳細的表示出這些內容。系統可以是手動，也可能是電動或是液 壓驅動。彈性液容要通過阻尼孔口連接到中心腔，得到穩(wěn)定的系統。圖33就是用HCD元件構建的一個簡單機械驅動的換向閥圖33閥芯質量的子模型被放置在中間；兩個彈性/活塞子模型于中心腔相連，左邊一個通過一個阻尼孔口 連接;其中一個液壓腔

33、（Ch）有5路的流量/體積的輸入，因此需要一個節(jié)點；通過可變孔口的形式表示一個典型的負載;用一個簡單的壓力源來提供壓力；用一個力源來模擬手動作用。連接系統，仍然是選擇各子模型的第一個參數。所有的活塞/閥芯直徑和活塞 桿直徑都保留其默認值，恰好和本例相符。質量塊模型BAI21的質量設為50g，位移的上下限分別為0.002m和-0.002m,即總行程為4mm,中間位置的位移為0。 按照圖34對BAP16的參數進行設置。BAO11子模型的腔長設為20mm。將可 變孔口直徑設為4mm以確定相應的載荷。確保于 該孔口相連信號源的信號值是 常量1。將阻尼孔口直徑設為0.8mm。按照圖35對驅動力進行周期性

34、設置。壓 力源提供150bar的常壓。TitleValueUnitrxiex of hidraUic fUd0rxiex of hidraUic fUd0phton diameter10 mmrod diarnetei5rnmspring stiffness50N/mmspring force at zero displa匚亡20 N chamber length at zero dr$placefrient20 mm圖34TideValueUnithme at which duty cycle startsOsoutput at start ol stage 1Ondll匚at end of

35、 stage 1OniJIduration 口f stage 11soutput at strt of Mage 2OnUIoutput at end ot2250 nUIduration of stage 22soutpul 孤 如t of3250 ndloutput at end of3250 nullduration of stage 34soutput at art of ?tage 4”250 nUHoutput at erd of 如p 4Onullduratiori of42soutput 砂 start of stag已 5OnUlloutput at end of stage

36、 5Ondlduration gf stage 51 14J11e+O06sl-lI-圖35運行仿真10s，繪出結果。圖36給出了閥芯位移隨時間變化的情況以及通過載荷孔口的流量隨閥芯位移的變化pooi diplcenenl ml圖36注意:系統在兩個方向都運動到了極限位置;在中間位置完全截斷了流量。由此，回過頭來看閥芯子模型 BAO011和BAO012。其中一個是另一個的鏡 像。在當前的系統中，因為質量在中間，只有 BAO011是有用的。如果質量放 在左極限或右極限位置，兩個模型都起作用。當前BAO011的參數設置見圖37在零位移處的開口量是個很重要的參數，其默認值是0mm。圖38給出了在零位

37、移處，開口量分別為0、正、負的三種情形。將兩個閥芯子模型的這個參數 分別均設為1mm和-1mm，運行仿真，發(fā)現第二種情況下，會出現死區(qū)（dead-band 作用。另兩個需要注意的參數是:對應于最小面積的開口量對應于最大面積的開口量TitleValueUMmdeK of hydraulic fluid0indeK of hydraulic fluid0spool diameter10mmrod diameter5mmmdmurn flow coeffcient0 7 nullcritical How number100 nullundetlap corresponding to sero dis

38、placement Orm undeflap corresponding to rnrumum rea0mmundedap corresponding to maKmnum diea 1 e+030 mm chamber length at zero drspiacemerit0 mmjet angle69 degreezero underlap圖37positive underlapnegative underlap! (overlap)jet force coefficient0 ridl圖38默認值，流通面積為0時的開口量為0,然后隨著正開口量線性增加。第一個參數是開口量的下限，可能是由

39、泄漏或是一些固定的小孔口導致的；第二個參數是開口量的上限，可能是由于環(huán)形孔口經過某個孔，或是如圖39所示，閥芯的移動造成環(huán)形孔口的全部打開。圖39圖40是這兩個閥芯子模型的相關參數。注意對應于最小面積的開口量沒有出現在這里，是因為模型的泄漏已經通過縫隙和圓形邊界明確的計算出來了。將子模型BAO011換成BAO013，然后再運行仿真。會發(fā)現再閥芯處于中間位置時,負載孔口存在一個小流量。這里從 P到T液一直有少量泄漏。試著增大縫隙和圓形邊界的半徑，然后會發(fā)現增大這些參數會增大泄漏量皿VaJueUnitindex of hydraulic fkiid0口 ol diameter10 mmrod di

40、ameter5nmaximum flow coefficient07nullcritical fkw number100 nullundedap corresponding to zeio dispidcernent0 mmunderlap corresponding to maHimum area1 總*030 mmchjfnber length corresponding to zero di$口lacementOmmrounded corner radu0.005 mmclearance on diameter0.003mmjet force coeWicientOridl圖40這個例子

41、的模型將所用問題都高度細化。對閥門的設計者來說是非常適用的，但對于更多的使用者來說，更簡單的方法要更合適一些。然而許多情況下， 閥的動態(tài)特性及其控制系統近似為二階傳遞函數，通過軟件中提供的數據來定義這些參數。圖41就是這樣一個高度簡化的系統。動態(tài)特性由一個二階滯后提供，包括自然頻率和阻尼系數；位移限制由一個飽和元件來實現；位移的最終值是不同的，并產生一個相應得速度；其他需要用來計算的量是子模型 BAO011和BAO012空間上的相關數據。2.5帶移動缸體的液壓缸通常得液壓缸體是固定不動的或可假定為靜止。然而，在其他情況下或是想 得到更符合實際的結果就有必要將缸體得運動考慮在內。HCD中的相對運

42、動子模型可以實現這一要求。可以用移動缸體來構建一個液壓缸模型， 并與固定缸進行比較。系統如圖42 所示。注意:在HCD中，不要把相對運動的子模型和絕對運動得子模型相混淆。相對運 動子模型在庫中的標記處于下方，而絕對運動子模型的標記則在上方。HCD中相對運動的子模型的終點擋板都是彈性的。是因為在撞擊中，兩個 質量塊是有限定的，有必要得到之間的撞擊力液壓腔連有兩端口液壓節(jié)點，作為HCD液壓流動端口與標準 AMESim液壓流動端口的分界©圖42系統中下方的一個液壓缸連有一彈性阻尼，再連一零速度源，這樣就是一個 帶有柔性裝置的液壓缸模型。同樣還是選用模型選項中的第一個子模型，對其參 數進行設

43、置，然后運行仿真。圖 43給出了運動和固定液壓缸的活塞位移。xlO1412£一 4匚«>£«|0命一 d 祈Hp10fixed jack (solid)mobiL亡 jack (dashed)tune s 圖433. 一般規(guī)則3.1介紹HCD庫的設計是為了讓用戶能構建在標準 AMESim庫中沒有的單元，不需 要使用AMESet，不用編寫程序代碼。相對數量不多的基本元件卻可用來構建大 量的單元。HCD突破了傳統的模型構建技術，但又沒有完全脫離。用戶還是需 要有一定的機械基礎，能夠理解元件或系統工作的基本原理并能夠對結果進行解 釋和分析。此外還有兩個技

44、術上的要求：理解輸入、輸出的關系對物理的理解，不需要很深的數學基礎，只需能對重點問題作出解釋。3.2輸入、輸出關系每一個單元符號代表一種子模型。一個子模型就是要收集一些量，也就是所 謂的輸入；然后計算一些量，也就是所謂的輸出。輸入從何而來，來自其他子模 型的輸出。圖44模型之間通過端口相連，之間的關系的基本原則就是兩個子模型要連接在一 起，其中一個提供另一個的輸入量。 圖44是原動機模型PM001和泵模型PU001 的一個連接。箭頭表示流動的方向。軸的轉速這個量是PM001的輸出，也是PU001 的輸入。T是扭矩，是PU001的輸出，又是PM001的輸入。兩個模型都具有各 自需要的輸入量。與之相比，圖 45是嘗試將孔口模型 0R000和單向閥CV000 連接到一起。兩個模型都輸出一個流量 Q