Двунаправленный гидравлический двигатель переменного перемещения
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Насосы и двигатели

Блок двигателя с переменным смещением представляет собой устройство, которое извлекает энергию из гидравлической (изотермической жидкости) сети и подает ее в механическую вращательную сеть. Смещение двигателя изменяется пропорционально входу физического сигнала, указанному в порте C или D. Точный используемый порт зависит от выбранного варианта блока. См. Порты.
Отверстия А и В представляют соответственно вход и выход двигателя. Порт S представляет собой вал привода двигателя. При нормальной работе угловая скорость в порту S является положительной, если падение давления от порта A к порту B также является положительным. Этот режим работы здесь называется двигателем переднего хода.
Режимы работы

Всего возможно четыре режима работы. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта A к порту B (Δp), от угловой скорости в порту S (λ) и от мгновенного объемного смещения компонента (D). На рисунке «Режимы работы» режимы сопоставляются с октантами диаграммы Δp-λ-D. Режимы обозначены 1-4:
Режим 1: передний двигатель - положительный перепад давления генерирует положительную угловую скорость вала.
Режим 2: обратный насос - отрицательная угловая скорость вала генерирует отрицательный коэффициент усиления давления (показан на рисунке как положительный перепад давления).
Режим 3: реверсивный двигатель - отрицательный перепад давления генерирует отрицательную угловую скорость вала.
Режим 4: прямой насос - положительная угловая скорость вала создает положительный коэффициент усиления давления (показан на рисунке как отрицательный перепад давления).
Время срабатывания двигателя считается ничтожно малым по сравнению со временем срабатывания системы. Предполагается, что двигатель достигает установившегося состояния почти мгновенно и рассматривается как квазиустановившаяся составляющая.
Модель двигателя учитывает потери мощности из-за утечки и трения. Утечка является внутренней и происходит только между входом и выходом двигателя. Блок вычисляет скорость потока утечки и крутящий момент трения, используя пять параметров потерь. Параметризация выбирается с помощью вариантов блоков и, в Analytical or tabulated data случай, параметр параметризации трения и утечки.
Параметризации потерь

Блок предоставляет три варианта Simulink ® для выбора из. Чтобы изменить активный вариант блока, щелкните его правой кнопкой мыши и выберите «Simscape» > «Варианты блока». Доступны следующие варианты:
Analytical or tabulated data - Получение механической и объемной эффективности или потерь из аналитических моделей на основе номинальных параметров или на основе табулированных данных. Используйте параметр параметризации трения и утечки, чтобы выбрать точный тип ввода.
Input efficiencies - Обеспечивает механическую и объемную эффективность непосредственно через порты ввода физических сигналов.
Input losses - Обеспечивают механические и объемные потери непосредственно через порты ввода физического сигнала. Механические потери определяются как момент внутреннего трения. Объемные потери определяются как внутренний расход утечки.
Ввод объема смещения зависит от выбранного варианта блока. Если активным вариантом блока является Input efficiencies или Input lossesблок получает мгновенный объем смещения непосредственно из физического входного сигнала на порте D.
Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated dataблок вычисляет мгновенный объем смещения из положения элемента управления, указанного в порту C. Это вычисление зависит от настройки параметра параметризации смещения:
Maximum displacement and control member stroke - Вычислить объем смещения на единицу вращения как линейную функцию от положения управляющего элемента, указанного в порту C.
Displacement vs. control member position table - Вычисляют объем смещения на единицу объема с помощью интерполяции или экстраполяции табличных данных смещения, заданных в позициях дискретного элемента управления.
Объемный расход, генерируемый двигателем, составляет
qУтечка,
где:
q - чистый объемный расход.
qIdeal - идеальный объемный расход.
qТечь - объемный расход внутренней течи.
Крутящий момент, создаваемый двигателем, составляет
Трение»,
где:
start- чистый крутящий момент.
theИдеальный - идеальный крутящий момент.
«Трение» - это крутящий момент трения.
Идеальным объемным расходом является
λ,
и идеальным генерируемым крутящим моментом является
Δp,
где:
DSat - это сглаженное смещение, вычисленное так, чтобы удалить численные разрывы между отрицательным и положительным смещениями.
λ - мгновенная угловая скорость вращающегося вала.
Δp - мгновенный перепад давления от входа к выходу.
Смещение насыщения зависит от выбранного варианта блока. Если активным вариантом является Analytical or tabulated data,
DMax,|D|≥DMaxD2+DThreshold2,D≥0−D2+DThreshold2,D<0,
где:
D - мгновенное смещение текучей среды, определяемое по входу физического сигнала, заданному в порте C или порте D.
DMax - заданное значение параметра блока «Максимальное смещение».
Значение DThreshold является заданным значением порога перемещения для параметра блока перехода мотор-насос.
Если активным вариантом является Input efficiencies или Input losses, на входе смещения нет верхней границы, и смещение насыщения сводится к:
Расчет расхода внутренней утечки и крутящего момента трения зависит от выбранного варианта блока. Если вариант блока является Analytical or tabulated data, расчеты также зависят от настройки параметров «Утечка» и «Трение». Существует пять возможных перестановок варианта блока и настроек параметризации.
Вариант 1: Расчет аналитической эффективности

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметризация утечки и трения имеет значение Analytical, расход утечки составляет
KHPΔp,
и крутящий момент трения
(4groupThresh),
где:
KHP - коэффициент Хагена-Пуасейля для ламинарных трубных потоков. Этот коэффициент вычисляется по указанным номинальным параметрам.
KTP - заданное значение параметра «Коэффициент трения и коэффициент падения давления».
start0 - заданное значение параметра блока крутящего момента без нагрузки.
startПорог - пороговая угловая скорость для перехода мотор-насос. Пороговая угловая скорость - это внутренняя доля заданного значения параметра блока номинальной угловой скорости вала.
Коэффициент Хагена-Пуасейля определяется по номинальным параметрам жидкости и компонента через уравнение
),
где:
startNom - параметр номинальной кинематической вязкости. Это кинематическая вязкость, при которой задается номинальная объемная эффективность.
startNom - параметр номинальной плотности жидкости. Это плотность, при которой определяется номинальная объемная эффективность.
start- фактическая плотность жидкости в присоединенной гидравлической (изотермической) сети. Эта плотность может отличаться от параметра Номинальная плотность жидкости.
startNom - параметр номинальной угловой скорости вала. Это угловая скорость, при которой определяется номинальная объемная эффективность.
v - кинематическая вязкость жидкости в присоединенной гидравлической сети.
ΔpNom - параметр номинального перепада давления. Это перепад давления, при котором определяется номинальный объемный КПД.
λ v, Ном - параметр Объемная эффективность при номинальных условиях. Это объемная эффективность, соответствующая указанным номинальным условиям.
Случай 2: Табличные данные по эффективности

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметризация утечки и трения имеет значение Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies, расход утечки составляет
Насос (1 − α) 2,
и крутящий момент трения
Pump1 − («Трение»),
где:
α - численный параметр сглаживания для перехода мотор-насос.
qТечь, двигатель - расход течи в режиме двигателя.
qТечь, насос - расход течи в режиме насоса.
«Трение», «Насос» - момент трения в режиме насоса.
«Трение», «Двигатель» - момент трения в режиме двигателя.
Параметр сглаживания α задаётся гиперболической функцией
4DDThreshold),
где:
ΔpThreshold - заданное значение порога перепада давления для параметра блока перехода мотор-насос.
startThreshold - заданное значение порога Угловой скорости для параметра блока перехода мотор-насос.
Значение DThreshold является заданным значением порога перемещения для параметра блока перехода мотор-насос.
Скорость потока утечки вычисляется на основе табличных данных эффективности через уравнение.
λ v) q,
в двигательном режиме и через уравнение
в режиме насоса, где:
λ v - объемная эффективность, полученная с помощью интерполяции или экстраполяции таблицы Объемная эффективность, e_v (dp, w, D) данных параметров.
Аналогично, крутящий момент трения вычисляется на основе табличных данных эффективности через уравнение.
в двигательном режиме и через уравнение
в режиме насоса, где:
λ m - механическая эффективность, полученная с помощью интерполяции или экстраполяции таблицы механической эффективности, e_m (dp, w, D) данных параметров.
Случай 3: Табличные данные о потерях

Analytical or tabulated data и параметризация утечки и трения имеет значение Tabulated data — volumetric and mechanical losses, уравнение расхода утечки
DSat).
и уравнение крутящего момента трения
DSat),
где qLeak (Δp, ω, DSat) и τFriction (Δp, ω, DSat) являются объемными и механическими потерями, полученными посредством интерполяции или экстраполяции Объемной таблицы потерь, q_loss (разность потенциалов, w) и Механической таблицы потерь, torque_loss (разность потенциалов, w) данные о параметре.
Вариант 4: Физические сигнальные входы эффективности

Если активным вариантом блока является Input efficienciesрасчеты расхода утечки и крутящего момента трения являются такими, как описано для табличных данных эффективности (случай 2). Таблицы объемной и механической эффективности поиска заменяются физическими входами сигналов, которые задаются через порты EV и EM.
Случай 5: Физические сигнальные входы с потерями

Если вариант блока является Input lossesрасчеты расхода утечки и крутящего момента трения являются такими, как описано для табличных данных о потерях (случай 3). Таблицы объемных и механических потерь заменяются физическими входами сигналов, которые задаются через порты LV и LM.
Сжимаемость жидкости незначительна.
Нагрузка на вал двигателя из-за инерции, трения и сил пружины ничтожна.