AMESIM学习手册.docx
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AMESIM学习手册
我大致分了一下工,一共分3分:
(1)说明书
(2)总装图A0+联系他,对他讲解(3)剩余的2.5张A0图纸。
本文为对AMESIM2010自带帮助文件的翻译,限于读者水平所限,翻译中有不妥的地方希望大家批评指正!
1.1引言
AMESIM液压系统包括:
●常用液压元件:
泵、马达等
●胶皮管和管路的子模型
●压力源和流量源
●压力和流量传感器
●液体属性定义
液压系统是通过控制液体流动来完成某项功能。
这意味着它需要借助别的元件库共同工作,常用的元件库如下:
机械库:
将液压能量传递到机械设备
信号控制库:
用来控制液压系统
液压元件库:
用来建立液压系统
液压阻力库:
主要包括液压弯头和连接头,主要用在冷却和润滑系统中。
注意:
液压系统中可定义多种液体,这主要用在冷却和润滑系统中。
液压环境假设一个统一的温度,如果温度需要发生变化,就需要使用变温液压库。
液压库同时包含汽蚀模型和两相流模型(用在考虑气体的液压系统)。
第一章主要是设计了几个简单的实例应用,强烈建议大家学习一下这几个例子。
特别是第三章和第五章的例子,都是基础的和必须掌握的。
1.2例1:
一个简单的液压系统
目标:
建立一个简单的液压系统
介绍最简单的管路子模型
运用汽蚀理论解释实验结果
图1.1一个简单的液压系统
本例子是液压系统中最简单的实例,它主要有液压库(蓝色)和机械库组成。
原动机输出动力给泵,液体带动马达转动,马达连接一旋转机械,溢流阀设置某一固定值,超过这个值就开始溢流,实际是泵站压力。
第一个文件夹包含了液压系统常用的液压组件,第二个包含了特殊的。
通过单击文件夹可以看到里面包含的元件。
拖动元件到工作区可实现对元件的应用。
图1.2第一个液压库
第一步:
用新建按钮建立一个液压控制系统
选择libhydr.amt点击OK就可以建立一个新的液压系统,然后一个液压的标志按钮会出现在窗口的左上角。
也可以通过新建按钮不过这样需要手动将液压按钮放到系统中。
第二步:
建立液压系统并设置子模型
1.建立图1.1中的液压系统。
2.保存为hydraulic1.
3.去子模型模块
看到液滴、原动机、管路并不像原来的一样,这是因为还没有赋予他们子模型。
简单的操作如下:
4.点击工具栏中的
。
5.右击鼠标,选择label标签,然后选择showlinelabels。
你可以得到图1.4中的图形。
可能你的系统中的HL000连在了某一根线上,这没有关系,它取决于你连线的顺序。
一个重要的特征是一条线路上含有一个特殊的子模型HL000,它不是一个直接的连接。
为了强调这一点,给它了一个特殊的符号。
DIRECT没有任何意义,相当于他所连接的元件的首尾相连。
相反,HL000会计算流入管路的流量和时间,如果流量是增加的,那么压力上升,如果流量是减小的,那么压力会变小,马达和溢流阀都是通过HL000控制的。
第三步:
设置参数
1、进入参数模式
2、设置下述参数,其他参数保持默认值。
3、HL000的起始参数包含其实压力值、管路长度、管径、材料的杨氏模量、液体的体积弹性模量。
4、单击FP04图标。
会出现设置液体参数的对话框,比如选择设置密度、体积弹性模量、动力粘度等。
注意到第一个选项,本次试验选择初级的选项就可以了。
第四步:
进行仿真
1、进入仿真模式并进行一次仿真。
2、点击开始仿真按钮。
3、点击液压泵会出现图1.7对话框
一些变量例如压力没有直接的和他们联系,压力-0.1说明了压力是低于大气压力的,流量-6L/min说明方向是相反的。
图1.7PU001的变量值
注意可以使用REPLAYfacility来给你展示一个结果的全局图片。
图1.8是10S内的流量变化。
4、如果想要某变量以图形来显示,直接plot就可以了。
可以看到,液体压力刚开始是超过溢流阀设定压力的,这是因为机械还没开始运行时受到的过载冲击导致的,然后由于泵提供的压力小于马达需要的流量,所以压力开始降低,直到稳定下来。
下面介绍两个概念:
汽蚀和空气释放:
当压力降低到很低的水平时,会发生两种情况:
●空气快速溶解在液体里变成气泡
●压强达到饱和蒸汽压,出现气泡
这种现象就是空气释放和气穴形成。
他们可以带来严重的伤害,运用放大工具可以看到:
所有的AMESIM子模型都有显示液体压力。
低压显示在图1.10中:
液压管路的负压是由载荷值超过它的稳定速度或均衡值引起的。
这会对真实的系统产生危害所以很讨厌。
实际上我们赋予管路压力的初始值并不符合实际,原动机不一定会从静止开始运行。
因此,流体静力学系统容易引起这两种问题。
可以看到所有的AMESIM子模型都有流量单位:
它分本地压力和标准压力两种
AMESIM采用的是标准压力。
这就意味着体积流量和质量流量是成比例的,他们的区别也是可以忽略的。
但是,有三种情况是不能忽略的:
1.液体中具有较大的空气含量
2.气压降到饱和压以下导致汽蚀形成
3.气压变化很强烈的场合
前两种情况下测得的流量在第一种定义(本地压力)下是不会变化的,但是AMESIM标准压力下测得的会剧烈的下降。
液体属性是具有很多变化的。
想要建立模型是一个特殊和复杂的,运行时间也会和受到很大的影响。
1.3例2:
运用更加复杂的液压属性
目标:
●运用复杂的液体属性
●观察气体含量变化对系统的影响
液压库中两种特殊的符号可以修改液压属性:
一般的液压特性:
FP04,具有简单和复杂属性。
下降的液压特性:
为了保证低版本的兼容性,最好不用。
这个图标没有任何端口,我们不能将它和别的连起来。
有两点注意:
1.他可以被赋值为0-100,所以可以添加多种液体。
2.液压属性可以通过今后的需要从下拉列表中选取,有7种:
简单的:
他所定义的液体具有固定的粘度,体积弹性模量是固定的并且在空气饱和压的1-1000倍之间,这个模型是老的但是仍然被用户使用着。
它可以获得最快的运行速度。
初级的:
这是一种默认的设置,具有确定的体积模量和绝对粘度。
并且可以考虑空气释放和空穴的形成。
高级的:
这可以设置一些空穴形成的参数。
运用一种特殊的液体:
第一步:
运用高级的属性参数
1.返回例1并添加另一种液体
2.赋予首选参数并进入参数模式
3.看FP04-2的参数,设置为高级模式:
设置液体序号为1,如果想使用此种液体,需要将每个液压元件里面的液体序号改为1,如果一个个地改正,会很慢,但是我们可以一次性地将所有的元件设置为1.
第二步:
一次改变所有的液体序号
1.用编辑里面的全选,所有元件都将被选中,然后取消用shift加单击。
2.设置里面的通用参数
图1.14显示出了通用参数对话框。
参数不一致的会以?
?
?
来显示。
3.将?
?
?
设置为1.
第三步:
运行一次仿真,画某些变量
结果和例1很相似
第四步:
运行一个变空气含量的批量处理
1.在参数模式下用设置里面的批处理命令。
2.拖动一个元件的参数进入批处理对话框。
3.设置批处理参数从0%-10%,间隔为2%。
4.在运行时选择批量处理复选框,然后运行。
5.在图形窗口中的工具栏里面选择批量处理,可以选择想要显示的曲线。
6.改变饱和压力为400bar
7.重复运行上面的步骤
不同参数下的运行情况出现了明显的变化。
系统的动态特性发生了很大的改变,现解释如下:
正常情况下的空气含量是低于1%的。
典型的含量是0.1%。
通常认为是越低越好。
但是在某些情况下,比如润滑液里面,2.5%是正常的,有时会高达10%。
如果有充足的时间,空气是多少会融于液体里面的。
所有空气全部融于液体的压力被称为饱和压力。
也就是说,设置的饱和压力值越低的话,空气越容易融入液体里,气体的影响便会越严重。
1.4例3:
运用更加复杂的线性子模型
目标:
运用更加复杂的线性模型
理解为什么选用多种子模型
理解设置一个正确线性模型的正确性
本系统仍是选择上面的例子,我们将尝试使用复杂的线性子模型,并将介绍一点关于子模型的理论知识。
第一步:
改变子模型
1.进入子模型模块
注意:
管路里面的液体并不是物理的而是图表性的
三个液压管路相交的地方在物理上应该是一个T型接头。
这个T型接头被赋予了H3NODE1的子模型。
如果我们需要一个很长的管路,可能就要考虑摩擦系数在里面了,不过之前的3个假设里面均不含有摩擦系数在里面。
2.选择管路子模型为HL03.
参数解释里面的C代表的是compressibility压缩性,R代表resistance摩擦阻力,I流体动量。
HL03同时考虑了压缩性和摩擦阻力。
3.接头到马达,选择HL01模型
4.从接头到溢流阀选择DIRECT模型
第二步:
设置参数运行仿真
1、进入参数模式设置管长度为5m,管径为10mm。
2、利用一次改通用参数的方法修改管路参数
3、设置液体属性里面的饱和气压为0bar。
不要忘记将批量运行改为单次运行。
4、测绘这两处的压力
可以看到两个接头处有明显的压降,这可以被当做一个尺寸问题,但是另外这会是一个不好的物理连接让溢流阀离高压区那么远。
第三步:
现在开始研究其他线性模型
1.进入草图模式复制粘贴另一个系统
2.在复制的系统里改变下列的子模型
3.运行仿真,比较泵出口的压力变化
他们得到的结果并没有明显的区别,不过高级的模块运行时间会变得长一些。
4.将运行仿真的时间间隔设置为0.001S。
这说明了在这一时间间隔下,高阶的子模型效果更好。
这种震荡频率大概56HZ,在0.1S之后才消失。
之前没有警告是因为之前赋予子模型的时候已经检查过了,这里面检查的主要包括:
液体属性,管径和时间间隔。
一些简单的算法提出了两个重点:
1、如果想要观察震荡,就要设置时间间隔不大于1/10f
2、如果设置时间间隔为0.1s,那么你最低可以看到1HZ的频率。
本例子中我们不关心1HZ和0.1S,所以HL01和HL03就很合适了。
注意:
我们应该在满足关心目标的前提下选择最简单的模型,这样才能够提高运行速度,节省CPU的使用。
1.5例4:
占空比的设置
目标:
●介绍被占空比控制的数值
●绘制不同压力下的流量曲线
第一步:
建立系统设置参数
1.建立图示系统
用到了两个新的元件:
(1)3位4通换向阀
(2)占空比设置元件(信号库)
2.先利用首选子模型赋值
3.设置占空比UD00的参数如下:
注意:
如果不进行参数设置,他的数值将不会改变,伺服阀一直处于中位,马达将不会工作。
给伺服阀下面的设置:
4.选择方向阀
伺服阀的参数采用默认的就行,不过理解它的参数对于理解控制信号的设置很有作用。
初始值的设置为-1,0,1,分别代表了3个位置。
接下来的12项都是为了控制几条通路的不同状态而设置的。
当伺服阀设置为1时,P-A,T-B;如果为-1,则P-B,T-A。
当位置为0时,没有流量。
可以设置流量和压降特性。
Criticalflownumber没有多少意义,可以保存为默认设置。
可以利用help查看每一元件的帮助文档。
方向阀的开启电流设置为40mA,也就是说大于这个值的时候方向阀就要开始换向。
5.在参数设置模块里面,将不连续输出设置为可用。
6.进行仿真
7.选择溢流阀,并获得溢流阀出口流量、压力和进口压力,绘制在一幅图里。
第二步:
绘制溢流阀不同压力下的流量曲线
这是2通阀的一个重要的使用参数。
1.通过视图菜单打开观察视口。
2.选择溢流阀的三个参数到后处理列表
3.右击新建一个后处理列表A4=A3-A2
本实验是为了说明溢流阀的某一特性而设立的,可以学习如何获得中间变量。
1.6例5:
液压缸的位置控制
目标:
运用比例控制系统来实现一个循环的液压系统
观察使用不等面积液压缸的影响
观察伺服阀的饱和状态
研究控制系统的稳定性和不稳定性
本系统是利用液压缸驱动一含有位置传感器的载荷。
位置传感器将信号传递给一比较器,比较器将反馈信号和控制信号进行对比,得出一差值,利用这一差值来控制伺服阀驱动液压缸工作,继续反馈,周而复始。
第一步:
建立液压系统,设置参数
1.建立系统保存为actuator
2.赋予首选子模型
3.给下列模型赋值
注意:
HJ000是一个不等缸径的液压缸,这可以在结果处理中展示出来
外部力被设置为恒定的1000N
位置传感器的放大倍数为10,控制信号也被放大十倍,意味着控制信号里面代表的直接就是液压缸的行程。
4.设置HJ000参数的时候,可以查看它的外部变量。
解释他们的意思:
速度和位移是以活塞杆推出来确定的,也就是说使活塞杆推出的速度和位移为正,而力是阻力,也就是说减小速度时才为正。
第二步:
运行仿真,绘制结果
1.仿真时间12S,时间间隔0.05S
2.绘制下列曲线
在同一幅图中绘制液压缸位移和控制信号
液压缸活塞腔和活塞杆腔的流量曲线
泵出口流量和溢流阀出口流量曲线
3.绘制相加点的位置曲线
4.尝试改变和溢流阀相连接的比例环节、自然频率和阻尼率
5高的比例环节让系统不稳定
6.尝试引入一无控制作用区,大约上升10%
泵的流量的正负是这样规定的:
从泵往外流的流量记为正,反之为负。
7绘制HJ000的两个流量图
对于执行机构来说,流量的正负是这样规定的:
流入执行机构的流量方向为正,流出为负。
当然,由于两腔面积的不同,流量也有所不同。
8.绘制阀芯位置曲线
1.7例6:
解析分析
目标:
建立一个简单的液压悬架的例子
解析分析
AMESIM标准运行
批量运行
线性分析
液压缸有两个节流口连通了液压缸的两个腔室,就构成了一个液压弹簧。
这就可以应用在卡车的驾驶室上面。
每一个悬架上的载荷是250Kg。
步骤1:
建立系统,运行仿真
1.建立系统并选用首选子模型
通过力学分析可以求得需要的活塞杆的直径,这里我们设置40/20mm。
2.设置下列参数
3.运行仿真10s。
通过运行结果可以看出两个问题:
问题1:
开始值很差
问题2:
蓄能器的100bar起始压力没有考虑进来。
问题1的解决方法:
1.在参数模式下选择设置-设置最终值
这会给状态变量一个合理的起始值,你会发现活塞会从中位缓缓地运动
2.重置下列参数
3.再次运行仿真,会发现液压缸在中位时处于平衡状态
问题2的解决方法:
蓄能器的两个可变参数是预压力和容积。
因为蓄能器是一个弹簧,所以它的预压力必须要小于平衡时的压力。
液压缸里面的液体量和活塞杆的位置有关。
可以算的液体量的最大变化是0.1L,所有蓄能器的容量应该稍大于0.1但绝不能是10L。
第一步:
研究弹簧系数
1.设置下面的参数
(1)运行仿真,确定这些参数不会影响平衡位置
这些值应该影响弹簧刚度但不应该影响平衡位置
(2)设置下面参数
(3)运行仿真120S
(4)画曲线
2500N正好相当于车架的总重量,-2500N也就是说车架重量相当于0了,缓慢的加载保证了任何时候都处于平衡状态。
力跟位移的关系反映了弹簧刚度,同时也说明了能够升到最高但不能降到最低。
我们可以将蓄能器的预压力和容量设置为批处理变量来进行研究,同时,我们应该考虑到悬浮缸的阻尼在里面(通过设置两个节流阀的阻尼)。
上面实验注意:
(1)应该在0.15位置实验。
(2)平衡位置,压力已经是78bar。
Value是初始值,Stepsize是步长,Numbelow0-0*2,0+0*5
第二步:
设置节流口的直径为变量适应力的变化
1.设置-全局变量
2.设置如图
3.节流口孔径设置
4.施加一个可变化的负载
5、选择设置-批处理
6、将全局变量拖拽到批处理窗口建立批处理变量
7、运行批处理程序
8、绘制活塞杆运动曲线
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