Модель гидроцилиндра в «SimInTech»

Создайте новый проект типа «Схема модель общего вида».

Поместите на схему блок Субмодель из закладки «Субструктуры». Их этой самоделки мы и сделаем блок гидроцилиндра. Для начала добавим свойства, которые присущи модели гидроцилиндра, как отдельному устройству – те переменные, которые мы будем использовать для расчета.

Выделяем блок на схеме и в главном меню находим «Правка/Изменить блок».

Внизу диалогового окна есть кнопка добавить, мы добавляем параметры, которые нужны нам для расчета модели и задаем значения из условия задачи (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Настройка свойств гидроцилиндра

Модуль упругости мы взяли из предыдущего примера. В качестве начальных объемов камер А и B принимается одинаковое значение 0.3 литра. Все остальные параметры, описывающие наш гидроцилиндр, взяты из условий.

Масса 500 кг конечно завышена, и содержит в себе приведенную массу некого устройства, который мы приводим, ее потом можно изменить.

Кроме свойств, которые мы должны задать перед расчётом, введем параметры, которые будут рассчитаны данным блоком, в процессе моделирования. Это будет текущее давление в камерах А и В и скорость перемещения. Для этого перейдем на закладку «Параметры» и добавим три переменные Pka, Pkb и v_х (см. Рисунок 2):

Рисунок 2. Параметры блока

Войдем внутрь субмодели и помести два знакомых нам блока Язык программирования, один из них у нас будет «Шток» другой «Камеры цилиндра». Входим в блоки и записываем программы (практически уравнения из текста выше).

Для блока шток входными значениями являются, давления в камерах А и В, и внешняя сила. Динамическими переменными являются перемещение и скорость плунжера. (см. Рисунок 3)

Рисунок 3. Текст программы для блока Шток

Для расчета нам необходимы рабочие площади штока с стороны камер А и В. Их мы рассчитаем в скрипте блока, используя диаметры, которые мы задали как свойства блока.

Выходим из блока «Шток» и, находясь внутри субмодели, вызываем окно редактирования скрипта. В скрипте мы объявляем две переменные, которые будут доступны внутри блока – рабочие площади плунжеров для двух камер. Площади рассчитываем один раз перед началом моделирования секции инициализации. В качестве переменных используем диаметр цилиндра и штока, которые заданы в свойствах (см. Рисунок 4).

Рисунок 4. Расчет площадей для камеры А и В

Для блока «Камеры цилиндра» входами будут: расходы в камеры, положение штока и скорость его перемещения. Динамическими переменными будут давления в камерах, оно же будет отправляться на выход. Текст программы для камер приведен на рисунке (Рисунок 5).

Рисунок 5. Текст блока «Камеры цилиндра»

Текст повторяет уравнения *, с одним дополнением, перед расчетом производных мы производим расчет текущего объема каждой камеры. Для камеры А положительное смещение увеличивает объем, для камеры B положительное смещение уменьшает объем.

Для давления наоборот – чем больше объем – тем меньше давление.

Кроме этого, мы ввели ограничение на минимальный объем камеры. Поскольку мы еще не знаем, как именно у нас будет протекать процесс моделирования, мы должны предположить, что перемещение штока будет таким, что объема камеры станет равным нулю. В этом случае производная улетит в бесконечность, и мы получим фантастические результаты. Чтобы этого избежать, мы в качестве текущего объема камеры берем максимальный из двух вариантов: посчитанный по формуле и 1е-4 м³.

Это Пятое правило моделирования «Если переменная в знаменателе – убедись, что она не будет равна 0!»

Даже если в расчете объём уйдет в 0, мы оставляем стопку масла, которая сохранит нам реалистичные значения производной, а не отправит ее в космос.

В конце скрипта мы присваиваем значения давления параметрам блока, которые мы ввели на стадии редактирования.

Добавим на схему субмодели дополнительно три блока входа для расходов в камеры Qa, Qb, и внешний силы Fвн, а также один порт выхода – положение х. Соединим блоки и получим схему субмодели представленную на рисунке (Рисунок 6).

Рисунок 6. Схема модели гидроцилиндра

Схема похожа на ту что мы разработали, когда создавали пример плунжера, только вместо одного расхода у нас их два, и появилась еще внешняя сила, которая передается в модель штока.

Поднимемся на один уровень вверх и добавим пару блоков для тестирования полученной модели. Добавляем блоки Кусочно-постоянная, для создания тестового расхода в камеру, блок Ступенька для здания тестовой силы и блок Уровень неподсоединённых портов, блок Константа, в котором мы задаем значение для входных портов, к которым ничего не подключено.

Пользуясь опытом создания давления в замкнутой системе, зададим следующие параметры, для расхода в блоке Кусочно-постоянная (см. Рисунок 7):

Рисунок 7. Параметры задатчика расхода

В начальный момент расход 0, в момент времени 1 сек, устанавливается расход 1е-5 и держится в течении секунды, после этого расход снова 0.

Для ступеньки мы используем следующие параметры:

Рисунок 8. Параметры силы

Внешняя сила равна 0, в момент времени 4 секунды сила скачком поднимается до 10 000 Н.

Общая схема тестовой модели представлена на рисунке (Рисунок 9).

Рисунок 9. Схема тестовой модели

Для проверки модели гидроцилиндра запустим моделирование. Расход в одну из камер обеспечивает поднятие давление, вторая камера получает расход 0, происходит сжатие. Если расход идет в камеру А, то перемещение Х положительное. Внешняя сила действует против движения штока и вызывает отрицательное положение (см. Рисунок 10).

Рисунок 10. Подача расхода в камеру А

При подаче расхода в камеру В, сжатие происходит в камере А и движение штока отрицательное (см. Рисунок 11), сила, появляющаяся на 4 секунде так же вызывает отрицательный расход.

Рисунок 11. Подача расхода в камеру В

Прежде чем переходить к модели распределительного устройства, доработаем нашу модель. В первой части мы рассмотрели моделирование дросселя и обратили внимание, что для расхода между точками необходимо знать давление в этих точках, а для расчета давления в камерах нужно знать расходы. Получается, что нам нужно попарно соединить расходы и давления.

Что бы не плодить линии связи воспользуемся блоками «Двунаправленная шина (вход)» и «Двунаправленная шина (выход)»

Перейдите в блок «Гидроцилиндр», измените схему, добавив два блока «Двунаправленная шина (выход)». В качестве настроек блока укажите имена портов.

Вместо значений по умолчанию А и В укажите Q – расход, для выхода (будем забирать из линии) и P – давления для входа (будем отдавать в линию) (см. Рисунок 12).

Рисунок 12. Настройки блока двунаправленная линия

В итоге данным блок будет служить для подключения сразу двух параметров давления и расхода. После переподключения итоговая схема должна получиться аналогичной схеме на рисунке (Рисунок 13).

Рисунок 13. Схема гидроцилиндра

По входу Fвн и выходу X передаются просто числа, а входы А и B требуют подключения двунаправленной шины. Для проверки работы модели в таком режиме нужно использовать парные ответные блоки «Двунаправленная шина (вход)». (см. Рисунок 14)

Рисунок 14. Схема для проверки гидроцилиндра

Подключив воздействия как показано на рисунке выше, убедитесь что результаты не изменились.

Таким образом, мы теперь наряду с цифровой линией связи можем использовать и гидравлические линии связи, которые передают одновременно давление и расход.

Далее: Математическая модель гидравлического распределителя