Cylinder Cushion (IL)

Демпфер в цилиндре в изотермической гидравлической сети

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Приводы/Вспомогательные компоненты

Описание

Блок Cylinder Cushion (IL) моделирует гидродемпфер в изотермической гидравлической сети. Демпфер замедляет шток гидроцилиндра, когда он приближается к концу штриха, ограничивая скорость потока жидкости из полости цилиндра. Этот рисунок ниже показывает типовой проект гидродемпфера [1].

Типичный проект гидродемпфера

Когда поршень движется к прописной букве (на рисунке - налево), плунжер (демпфирование стержень) входит ёмкость в прописную букву и создает дополнительное сопротивление жидкости, вытесняемой из полости цилиндра. Замедление поршня начинается, когда плунжер входит в отверстие в прописную букву и закрывает выход основной жидкости. В этом состоянии жидкость течет через зазор между цилиндром и прописной буквой через демпфирование клапан. Это ограничивает скорость потока жидкости из полости цилиндра и уменьшает начальную скорость поршня.

Устройство содержит запорный клапан между цилиндром и прописной буквой. Запорный клапан облегчает реакцию поршня во время уборки, обеспечивая путь потока между прописной буквой и полостью цилиндра.

Гидродемпфер является составной частью отверстия переменного сечения, фиксированного отверстия и запорного клапана. Отверстие переменного сечения обеспечивает переменное отверстие между плунжером и полостью торцевой прописной буквы. Фиксированное отверстие соединяет поршневую камеру с камерой демпфера. Запорный клапан обеспечивает путь потока между камерой демпфера и поршневой камерой только во время уборки поршня.

Блок Cylinder Cushion (IL) является составным компонентом, который состоит из этих блоков, показанных на рисунке:

Блок Local Restriction (IL), который моделирует демпфирующий клапан.
Блок Запорный Клапан (IL), который моделирует запорный клапан.
Блок Отверстие (IL), который моделирует переменный зазор между плунжером и торцевой прописной буквой.
Идеальный блок Датчика Поступательного Движения, который преобразует разделение между плунжером и полостью в торцевой прописной букве в физический сигнал. Этот сигнал управляет открытием блока Orifice (IL).

Блок Cylinder Cushion (IL) является базовым блоком привода. Привод одностороннего или двойного действия может опционально включать гидродемпферы для замедления перемещения поршня около концов штриха. Это предотвращает экстремальные влияния, когда поршень останавливается торцевыми прописными буквами.

Порты A и B являются портами для изотермической жидкости, сопоставленными с входным и выходным отверстиями ёмкости, соответственно. Порт R является портом механической передачи, соединенной с поршневым плунжером. Порт C является портом механической передачи, которая соответствует структуре зажима гидроцилиндра. Блок развивает эффект демпфирования для скорости потока жидкости от порта B до порта A. Запорный клапан в блоке ориентирован от порта A до порта B.

Уравнение для площади отверстия переменного сечения

В отверстие переменного сечения принято, что, когда плунжер находится далеко от демпфера, площадь постоянного отверстия полностью открыт и равная $π D_{p l u n g e r}^{2} / 4$ , где D _plunger - диаметр кругового плунжера. Кроме того, когда плунжер находится в демпфере, отверстие полностью закрывается, а площадь постоянного отверстия равна площади утечек. Когда плунжер перемещается близко к демпферу, жидкость течет в радиальном направлении из полости цилиндра в ёмкость прописной буквы через зазор между плунжером и отверстием в прописной букве. Поэтому можно принять, что площадь постоянного отверстия изменяется линейно с перемещением поршня между максимальной площадью и площадью утечек. Для заданного положения поршня площади постоянного отверстия определяется как:

$S = {\begin{cases} \begin{matrix} S_{l e a k}, & ε x_{p i s t o n} \leq \end{matrix} L_{p l u n g e r} \\ \begin{matrix} S_{m a x}, & ε x_{p i s t o n} \geq L_{p l u n g e r} + \frac{D_{p l u n g e r}}{4} \end{matrix} \\ \begin{matrix} \frac{S_{m a x} - S_{l e a k}}{\frac{D_{p l u n g e r}}{4}} (ε x_{p i s t o n} - L_{p l u n g e r}) + S_{l e a k}, & L_{p l u n g e r} < ε x_{p i s t o n} < L_{p l u n g e r} + \end{matrix} \frac{D_{p l u n g e r}}{4} \end{cases}$

где:

S - площадь постоянного отверстия для заданного положения поршня.
S _leak является Leakage area.
S _plunger является Cushion plunger cross-sectional area.
S _max является Maximum orifice area. Это равно _{S plunger}.
x _piston является перемещением поршня. (Необходимо обеспечить начальное перемещение поршня _{x 0,piston} как параметры блоков.)
ε - Actuator mechanical orientation гидродемпфера (1 если перемещение указывает на положительное движение, -1 если перемещение движется в отрицательном направлении).
L _plunger является Cushion plunger length.
D _plunger является Cushion plunger diameter.

Численно-сглаженная площадь и давление

В крайних точках площади постоянного отверстия и области значений давления запорного клапана можно поддерживать числовую робастность в симуляции, регулируя Smoothing factor блока. Сглаживающая функция применяется ко всем вычисленным площадям и давлениям в клапане, но в основном влияет на симуляцию в крайних пределах этих областей значений.

Нормированная площадь постоянного отверстия вычисляется как:

$\hat{S} = \frac{(S - S_{l e a k})}{(S_{\max} - S_{l e a k})} .$

Smoothing factor, f, применяется к нормированной области:

${\hat{S}}_{s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{S}}_{}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{(\hat{S} - 1)}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} .$

Сглаженная площадь постоянного отверстия является:

$S_{s m o o t h e d} = {\hat{S}}_{s m o o t h e d} (S_{\max} - S_{l e a k}) + S_{l e a k} .$

Точно так же нормированное давление в клапане:

$\hat{p} = \frac{(p - p_{c r a c k i n g})}{(p_{\max} - p_{c r a c k i n g})} .$

где:

_pcracking является Check valve cracking pressure differential.
_pmax является Check valve maximum pressure differential.

Сглаживание, приложенное к нормированному давлению:

${\hat{p}}_{s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{p}}_{}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{(\hat{p} - 1)}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}},$

и сглаженное давление составляет:

$p_{s m o o t h e d} = {\hat{p}}_{s m o o t h e d} (p_{\max} - p_{c r a c k i n g}) + p_{c r a c k i n g} .$

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной порт жидкости в камеру демпфера.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Выходной порт жидкости из камеры демпфера

`R` - Шток
механический поступательный

Порт механической передачи, соединенный со скоростью и силой поршневого плунжера.

`C` - Случай
механический поступательный

Порт механической передачи, соединенный с корпусом ссылки цилиндра.

Параметры

расширить все

Демпфер плунжера

`Cushion plunger cross-sectional area` - Площадь поперечного сечения демпфирующего плунжера
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения демпфера плунжера, которая принята круглой. Площадь равна $π D_{p l u n g e r}^{2} / 4$ , где D _plunger - диаметр кругового плунжера.

`Cushion plunger length` - Длина демпфирующего плунжера
`1e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Длина демпфера плунжера.

`Actuator piston initial displacement` - Начальное перемещение присоединенного поршня
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

Перемещение поршня в цилиндре в начале симуляции. Это перемещение определяет начальную площадь отверстия переменного сечения, которая моделирует переменный зазор между плунжером и торцевой прописной буквой.

Зависимости

Если для Actuator mechanical orientation параметров блоков задано значение Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, значение начального хода поршня должно быть положительным или нулевым.

Если для Actuator mechanical orientation параметров блоков задано значение Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, значение начального хода поршня должно быть отрицательным или нулевым.

`Actuator mechanical orientation` - Направление перемещения поршня
`Pressure at A causes positive displacement of R relative to C` (по умолчанию) | `Pressure at A causes negative displacement of R relative to C`

Направление перемещения поршня соединенного блока привода. Если для этого параметра задано значение Pressure at A causes positive displacement of R relative to Cпоршень простирается, когда R - C положительно. Если для этого параметра задано значение Pressure at A causes negative displacement of R relative to Cпоршень убирается, когда R - C положительно.

Клапаны

`Cushion orifice area` - Площадь постоянного отверстия демпфирующего клапана
`1e-6 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Постоянная площадь постоянного отверстия клапана, через которое жидкости течет из полости цилиндра в ёмкость прописной буквы, когда плунжер находится внутри отверстия в прописной букве.

`Leakage area between plunger and cushion sleeve` - Общая площадь утечек, когда плунжер находится внутри открытия прописной буквы
`1e-7 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Общая площадь возможных утечек, когда плунжер находится внутри прописной буквы отверстия (демпфер гильза). Площадь зазора моделирования отверстия переменного сечения между плунжером и демпфером гильзой равна этой площади утечек, когда перемещение поршня меньше или равно параметру Cushion plunger length.

`Check valve cracking pressure differential` - Перепад давления, при котором запорный клапан начинает открываться
`0.01 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Минимальный перепад давления на запорном клапане, при котором клапан начинает открываться. Запорный клапан позволяет свободное течение жидкости из камеры демпфера в поршневую камеру, но не позволяет течь в противоположном направлении.

`Check valve maximum pressure differential` - Перепад давления, необходимый для полного открытия запорного клапана
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Перепад давления на запорном клапане необходим для полного открытия клапана. Значение этого параметра должно быть больше, чем параметр Check valve cracking pressure differential. Запорный клапан позволяет свободное течение жидкости из камеры демпфера в поршневую камеру, но не позволяет течь в противоположном направлении.

`Check valve maximum area` - Площадь открытия, когда запорный клапан полностью открыт
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь прохода запорного клапана, когда клапан полностью открыт.

`Check valve leakage area` - Общая площадь утечек, когда запорный клапан полностью закрыт
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Общая площадь возможных утечек при полном закрытии запорного клапана.

`Smoothing factor` - Количество сглаживания для применения к функциям запорного клапана и площади открытия отверстия переменного сечения
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вводит слой постепенного изменения отклика потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите это значение ненулевым значением меньше единицы, чтобы увеличить стабильность вашей симуляции в этих режимах.

Ссылки

[1] Rohner, P. Промышленное Гидравлическое Управление. Четвертое издание. Brisbane: John Wiley & Sons, 1995.

См. также

Трение в гидроцилиндре (IL) | Привод двойного действия (IL) | Гидропривод одностороннего действия (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Cylinder Cushion (IL)

Описание

Уравнение для площади отверстия переменного сечения

Численно-сглаженная площадь и давление

Порты

Сохранение

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`R` - Шток
механический поступательный

`C` - Случай
механический поступательный

Параметры

Демпфер плунжера

`Cushion plunger cross-sectional area` - Площадь поперечного сечения демпфирующего плунжера
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cushion plunger length` - Длина демпфирующего плунжера
`1e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Actuator piston initial displacement` - Начальное перемещение присоединенного поршня
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

`Actuator mechanical orientation` - Направление перемещения поршня
`Pressure at A causes positive displacement of R relative to C` (по умолчанию) | `Pressure at A causes negative displacement of R relative to C`

Клапаны

`Cushion orifice area` - Площадь постоянного отверстия демпфирующего клапана
`1e-6 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Leakage area between plunger and cushion sleeve` - Общая площадь утечек, когда плунжер находится внутри открытия прописной буквы
`1e-7 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve cracking pressure differential` - Перепад давления, при котором запорный клапан начинает открываться
`0.01 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve maximum pressure differential` - Перепад давления, необходимый для полного открытия запорного клапана
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve maximum area` - Площадь открытия, когда запорный клапан полностью открыт
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve leakage area` - Общая площадь утечек, когда запорный клапан полностью закрыт
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Ссылки

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Cylinder Cushion (IL)

Описание

Уравнение для площади отверстия переменного сечения

Численно-сглаженная площадь и давление

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

R - Шток механический поступательный

C - Случай механический поступательный

Параметры

Демпфер плунжера

Cushion plunger cross-sectional area - Площадь поперечного сечения демпфирующего плунжера 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Cushion plunger length - Длина демпфирующего плунжера 1e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Actuator piston initial displacement - Начальное перемещение присоединенного поршня 0 m (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Actuator mechanical orientation - Направление перемещения поршня Pressure at A causes positive displacement of R relative to C (по умолчанию) | Pressure at A causes negative displacement of R relative to C

Клапаны

Cushion orifice area - Площадь постоянного отверстия демпфирующего клапана 1e-6 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Leakage area between plunger and cushion sleeve - Общая площадь утечек, когда плунжер находится внутри открытия прописной буквы 1e-7 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Check valve cracking pressure differential - Перепад давления, при котором запорный клапан начинает открываться 0.01 MPa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Check valve maximum pressure differential - Перепад давления, необходимый для полного открытия запорного клапана 0.1 MPa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Check valve maximum area - Площадь открытия, когда запорный клапан полностью открыт 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Check valve leakage area - Общая площадь утечек, когда запорный клапан полностью закрыт 1e-10 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Ссылки

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`R` - Шток
механический поступательный

`C` - Случай
механический поступательный

`Cushion plunger cross-sectional area` - Площадь поперечного сечения демпфирующего плунжера
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cushion plunger length` - Длина демпфирующего плунжера
`1e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Actuator piston initial displacement` - Начальное перемещение присоединенного поршня
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

`Actuator mechanical orientation` - Направление перемещения поршня
`Pressure at A causes positive displacement of R relative to C` (по умолчанию) | `Pressure at A causes negative displacement of R relative to C`

`Cushion orifice area` - Площадь постоянного отверстия демпфирующего клапана
`1e-6 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Leakage area between plunger and cushion sleeve` - Общая площадь утечек, когда плунжер находится внутри открытия прописной буквы
`1e-7 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve cracking pressure differential` - Перепад давления, при котором запорный клапан начинает открываться
`0.01 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve maximum pressure differential` - Перепад давления, необходимый для полного открытия запорного клапана
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve maximum area` - Площадь открытия, когда запорный клапан полностью открыт
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check valve leakage area` - Общая площадь утечек, когда запорный клапан полностью закрыт
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина