Double-Acting Actuator (IL)

Линейное преобразование перепада давления в срабатывание в изотермической гидравлической системе

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Приводы

Описание

Блок Привода Двойного Действия (IL) моделирует линейное преобразование перепада давления между двумя ёмкостями в перемещение поршня. Вращением поршня управляет перепад давления, действующий на поршневой диск, разделяющий ёмкости. Движение поршня, когда он близок к полному удлинению или полному уборке, ограничено одной из трех моделей жёсткого упора. Сжимаемость жидкости опционально моделируется в обеих поршневых камерах.

Порты A и B являются изотермическими входными отверстиями жидкости. Порт C представляет корпус привода, а скорость поршня возвращается к порту R. Когда положение поршня вычисляется внутренне, это сообщается в порте p, и когда положение устанавливается соединением с Simscape™ Multibody™ соединением, оно принимается как физический сигнал в порте p.

Можно задать направление перемещения поршня с помощью параметра Mechanical orientation. Если для механической ориентации задано значение Pressure at A causes positive displacement of R relative to Cпоршень простирается, когда перепад давления p A - _p B положителен. Если для Mechanical orientation задано значение Pressure at A causes negative displacement of R relative to Cпоршень отводит положительное различие давления между жидкой и газовой ёмкостями.

Смещение

Перемещение поршня измеряется как положение на порте R относительно порта C. Этот Mechanical orientation определяет направление перемещения поршня. Перемещение поршня нейтральный, или 0, когда объем ёмкости A равен мертвому объему ёмкости. Когда перемещение принято как вход, убедитесь, что производная положения равна скорости поршня. Это автоматически происходит, когда вход получен от соединения блока Translational Multibody Interface с соединением Simscape Multibody.

Жёсткий упор

Чтобы избежать механических повреждений привода, когда он полностью выдвинут или полностью втянут, привод обычно отображает нелинейное поведение, когда поршень приближается к этим пределам. Блок Привода Двойного Действия (IL) моделирует это поведение с выбором трех моделей жёсткого упора, которые моделируют податливость материала через систему пружин-демпферов. Модели жёсткого упора:

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound.
Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound.
Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound.

Жёсткий упор моделируется, когда поршень находится на своей верхней или нижней границе. Граничная область находится в Transition region начального хода Piston stroke или поршня. За пределами этой области, $F_{H a r d S t o p} = 0.$

Дополнительные сведения об этих настройках см. на странице блока Translational Hard Stop.

Демпфер

Можно опционально смоделировать демпфирование к крайним точкам штриха поршня. Моделирование демпфирования конца цилиндра замедляет перемещение поршня, когда он приближается к своему максимальному продолжению в своей соответствующей ёмкости, что задано Piston stroke. Дополнительные сведения о функциональности гидродемпфера см. в разделе Гидродемпфере (IL).

Трение

Можно опционально смоделировать трение против перемещения поршня. Когда Cylinder friction effect установлено на On, получившееся трение является комбинацией Стрибека, Кулона и вязких эффектов. Давление различия измеряется между давлением ёмкости и давлением окружения. Для получения дополнительной информации о модели трения и ее ограничениях, см. Блок Трение в Гидроцилиндре.

Утечка

Можно опционально смоделировать утечки между ёмкостями и поршневым резервуаром. Когда Internal leakage установлено на Onпоток Пуазёйля моделируется между поршнем и цилиндром. Этот блок использует блок Laminar Leakage (IL) библиотеки Simscape Foundation Library. Скорость потока жидкости вычисляется как:

$\dot{m} = \frac{\frac{π}{128} (d_{0}^{4} - d_{i}^{4} - \frac{{(d_{0}^{2} - d_{i}^{2})}^{2}}{\log (d_{0} / d_{i})})}{υ L} (p_{A} - p_{e n v}),$

где:

ν - кинематическая вязкость жидкости.
L - длина поршня, p - P 0.
p A является давлением в порте A.
p _env - давление окружающей среды, которое выбирается в параметре Environment pressure specification.

Диаметр цилиндра, d 0, $d_{0} = d_{i} + 2 c,$ где c - Piston-cylinder clearance, а диаметр поршня, d i, равен $d_{i} = \sqrt{\frac{4 A_{P}}{π}},$ где A P - среднее значение параметров Piston cross-sectional area in chamber A и Piston cross-sectional area in chamber B.

Численно-сглаженная площадь и давление

В крайних точках площадей постоянного отверстия демпфера A и B и областей 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:

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

где:

_Aleak - демпфер A и демпфер B Leakage area between plunger and cushion sleeve.
_Amax - демпфер A и демпфер B Cushion plunger cross-sectional area.

Smoothing factor, f, применяется к нормированной области:

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

Сглаженная площадь постоянного отверстия является:

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

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 - демпфер Check valve cracking pressure differential.
_pmax - демпфер 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:

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

Блок

Блок Привода Двойного Действия (IL) содержит четыре блока Simscape Foundation:

и два изотермических жидких библиотечных блоков:

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Входной порт жидкостной ёмкости
изотермическая жидкость

Входной порт в ёмкость А.

`B` - Входной порт жидкостной ёмкости
изотермическая жидкость

Входной порт в ёмкость B.

`C` - Корпус привода
механический поступательный

Исходная скорость и сила корпуса привода.

`R` - Вал привода
механический поступательный

Порт, сопоставленный со скоростью и силой поршня.

Вход

расширить все

`p` - Положение поршня, м
физический сигнал

Положение поршня в m, полученное как физический сигнал от блока Simscape Multibody.

Зависимости

Чтобы открыть этот порт, установите Piston displacement from chamber A cap равным Provide input signal from Multibody joint.

Выход

расширить все

`p` - Положение поршня, м
физический сигнал

Положение поршня в m, возвращается как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы открыть этот порт, установите Piston displacement from chamber A cap равным Calculate from velocity of port R relative to port C.

Параметры

расширить все

Привод

`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. Pressure at A causes positive displacement of R relative to C соответствует положительному перемещению, или удлинению штока привода, когда R - C положительно. Pressure at A causes negative displacement of R relative to C соответствует отрицательному перемещению, или уборке штока привода, когда R - C положительно.

`Piston cross-sectional area in chamber A` - Площадь поршня ёмкости А
`0.01 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения поршневого штока со стороны ёмкости А.

`Piston cross-sectional area in chamber B` - Площадь поршня ёмкости B
`0.01 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения поршневого штока со стороны ёмкости B.

`Piston stroke` - Максимальное расстояние хода поршня
`0.1 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное расстояние хода поршня.

`Dead volume in chamber A` - Объем жидкости ёмкости А при полном уборке поршня
`1e-5 m^3` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Откройте объем в ёмкости А, когда поршень будет полностью убран.

`Dead volume in chamber B` - Объем жидкости ёмкости B при полном уборке поршня
`1e-5 m^3` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Откройте объем в ёмкости B, когда поршень будет полностью убран.

`Environment pressure specification` - Эталонное давление окружения
`Atmospheric pressure` (по умолчанию) | `Specified pressure`

Эталонное давление окружения. The Atmospheric pressure опция устанавливает давление окружающей среды равным 0,101325 МПа.

`Environment pressure` - Определяемое пользователем давление в окружающей среде
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Определяемое пользователем давление окружающей среды.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Environment pressure specification равным Specified pressure.

`Breakaway to Coulomb friction force ratio` - Отношение силы отрыва к силе трения Кулона
`1.2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение силы отрыва к силе трения Кулона.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, на вкладке Friction установите Cylinder friction effect равным On.

`Breakaway friction velocity` - Порог для движения
`0.1 m/s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Пороговая скорость для начала движения против силы трения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, на вкладке Friction установите Cylinder friction effect равным On.

Жёсткий упор

`Hard stop stiffness coefficient` - Коэффициент жесткости
`1e10 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент жесткости поршня. Это значение должно быть больше 0.

`Hard stop damping coefficient` - Коэффициент демпфирования
`150 N/(m/s)` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент демпфирования поршня.

`Hard stop model` - Выбор модели для силы на поршне при полном выпуске или уборке
`Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound` (по умолчанию) | `Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound` | `Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound`

Моделируйте выбор силы на поршне при полном удлинении или полном уборке. Для получения дополнительной информации см. блок Translational Hard Stop.

`Transition region` - область значений применения модели силы жёсткого упора
`0.1 mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Область значений применения модели силы жёсткого упора. Вне этой области значений максимального удлинения поршня и максимального уборки поршня Hard stop model не прикладывается и нет дополнительной силы на поршень.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Hard stop model равным Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound.

Демпфер A конвертера

`Cylinder A end cushioning` - Моделировать ли замедление поршня при максимальном расширении
`Off` (по умолчанию) | `On`

Будет ли моделировать замедление поршня при максимальном расширении. Для получения дополнительной информации см. блок Гидродемпфер (IL).

`Cushion plunger cross-sectional area` - Площадь поршня гидроцилиндра
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь плунжера внутри демпфера элемента привода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

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

Длина демпфера плунжера.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

`Cushion orifice area` - Площадь отверстия между камерами демпфера
`1e-6 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь отверстия между камерами демпфера.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

`Leakage area between plunger and cushion sleeve` - Зазор между демпфирующим плунжером и втулкой
`1e-7 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь зазора между демпфером плунжером и втулкой. Это значение способствует численной устойчивости путем поддержания непрерывности в потоке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

`Check valve cracking pressure differential` - Пороговое давление демпфера
`0.01 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Давление, после которого срабатывает операция клапана. Когда различие давления между портом A и P _env встречается или превышает Check valve cracking pressure differential, демпфирующий клапан начинает открываться.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

`Check valve maximum pressure differential` - Максимальное перепадное давление демпфера
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное перепадное давление демпфирующего клапана. Этот параметр обеспечивает верхний предел давления, так что давления в системе остаются реалистичными.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

`Check valve maximum area` - Площадь полностью открытого демпфирующего клапана
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения демпфера клапана в его положение полностью открытого отверстия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

`Check valve leakage area` - Площадь зазора демпфирующего клапана в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сумма всех зазоров, когда демпфирующий запорный клапан находится в положении полностью закрытого отверстия. Любая площадь, меньшая этого значения, насыщается до заданной площади утечек. Это значение способствует численной устойчивости путем поддержания непрерывности в потоке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Cylinder A end cushioning равным On.

Демпфер конвертера B