Fixed-Displacement Motor

Степень в механическую

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Насосы и двигатели

Описание

Блок Fixed-Displacement Motor представляет устройство, которое извлекает мощность гидравлической сети (изотермическая жидкость) и доставляет ее в механическую вращательную сеть. Перемещение мотора фиксируется на постоянном значении, которое вы задаете через параметр Displacement.

Порты A и B представляют отверстия входа и выхода мотора, соответственно. Порт S представляет приводной вал мотора. Во время нормальной операции скорость вращения в порту S положительная, если перепад давления от порта A до порта B также положителен. Этот режим работы здесь называется прямым движением.

Операции

Возможно в общей сложности четыре операции. Рабочий режим зависит от спада давления от порта A к порту B (Δ <reservedrangesplaceholder5>) и на скорости вращения в порту S (<reservedrangesplaceholder3>). Рисунок Operation Modes преобразует режимы в октанты p - ω - D графика. Режимы помечаются 1-4:

Режим 1: прямое движение - положительный перепад давления генерирует положительную угловую скорость вала.
Режим 2: реверсивный насос - отрицательная угловая скорость вала генерирует отрицательный коэффициент усиления давления (показан на рисунке как положительный перепад давления).
Режим 3: реверсивный мотор - отрицательный перепад давления генерирует отрицательную угловую скорость вала.
Режим 4: прямой насос - положительная угловая скорость вала генерирует положительный коэффициент усиления давления (показан на рисунке как отрицательный перепад давления).

Время отклика двигателя рассматривается незначительным по сравнению со временем отклика системы. Принято, что двигатель достигает устойчивого состояния почти мгновенно и обрабатывается как квазистационарный компонент.

Варианты блока и параметризации потерь

Модель электродвигателя учитывает потери степени из-за утечек и трения. Утечки являются внутренними и происходят только между отверстиями входа и выхода мотора. Блок вычисляет уровень утечек и крутящий момент трения с помощью вашего выбора пяти вариантов параметризации потерь. Вы выбираете для использования в блоке варианты параметризации и, в Analytical or tabulated data case, параметр Friction and leakage parameterization.

Параметризации потерь

Блок обеспечивает три Simulink^® варианты для выбора. Чтобы изменить вариант активного блока, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите Simscape > Block choices. Доступными вариантами являются:

Analytical or tabulated data - Получение механического и объемного КПД или потерь из аналитических моделей на основе номинальных параметров или табличных данных. Используйте параметр Friction and leakage parameterization, чтобы выбрать точный тип входа.
Input efficiencies - Обеспечьте механический и объемный КПД непосредственно через входные порты физического сигнала.
Input losses - Обеспечьте механические и объемные потери непосредственно через входные порты физического сигнала. Механические потери определяются как крутящий момент внутреннего трения. Объемные потери определяются как уровень внутренних утечек.

Скорость потока жидкости и крутящий момент

Объемная скорость потока жидкости, необходимая для приведение в действие мотора,

$q = q_{Ideal} + q_{Leak},$

где:

q является объёмным расходом.
q _Идеал является идеальным объемным расходом.
q _Утечка - это объемный расход внутренних утечек.

Крутящий момент на моторе,

$τ = τ_{Ideal} - τ_{Friction},$

где:

τ - крутящий крутящий момент привода.
τ _Идеал является идеальным крутящим моментом.
τ _Трение - это крутящий момент трения.

Идеальная скорость потока жидкости и идеальный крутящий момент

Идеальная объемная скорость потока жидкости

$q_{Ideal} = D ω,$

и идеальный крутящий момент мотора

$τ_{Ideal} = D Δ p,$

где:

D - заданное значение Displacement параметров блоков.
ω - текущее значение угловой скорости вращения вала.
Δp - текущий перепад давления между входным и выходным отверстиями.

Уровень утечек и крутящий момент трения

Вычисления уровня внутренних утечек и трения зависят от выбранного варианта блока. Если вариант блока Analytical or tabulated dataвычисления зависят также от настройки Leakage and friction parameterization параметра. Существуют пять возможных сочетаний вариантов блока и настроек параметризации.

Случай 1: Вычисление аналитической эффективности

Если активный вариант блока Analytical or tabulated data и параметру Leakage and friction parameterization задано значение Analytical, уровень утечек является

$q_{Leak} = K_{HP} Δ p,$

и крутящий момент трения

$τ_{Friction} = (τ_{0} + K _{TP} | Δ p |) \tanh (\frac{4 ω}{ω_{Threshold}}),$

где:

K _HP является коэффициентом Хагена-Пуазейля для ламинарных течений в трубе. Этот коэффициент вычисляется из заданных номинальных параметров.
K _TP является заданным значением параметра Friction torque vs pressure drop coefficient блока.
τ 0 является заданным значением No-load torque параметров блоков.
ω _порог является пороговой угловой скоростью для перехода режима мотор-насос. Пороговая угловая скорость является внутренним параметром из набора заданных значений Nominal shaft angular velocity параметров блоков.

Коэффициент Хагена-Пуазейля определяется из номинальных параметров жидкости и компонента уравнением

$K_{HP} = \frac{ν_{Nom}}{ρ v} \frac{ρ_{Nom} ω_{Nom} D_{Max}}{Δ p_{Nom}} (\frac{1}{η_{v,Nom}} - 1),$

где:

ν _Nom является заданным значением параметра Nominal kinematic viscosity блока. Это кинематическая вязкость, при которой задан номинальный объемный КПД.
ρ _Nom является заданным значением параметра Nominal fluid density блока. Это плотность, при которой задается номинальный объемный КПД.
ω _Nom является заданным значением параметра Nominal shaft angular velocity блока. Это - скорость вращения, при которой задается номинальный объемный КПД.
ρ - фактическая плотность жидкости в присоединенной гидравлической (изотермическая жидкость) сети. Эта плотность может отличаться от заданного значения Nominal fluid density параметров блоков.
v - кинематическая вязкость жидкости, связанной с гидросистемой.
Δp _Nom является заданным значением параметра Nominal pressure drop блока. Это перепад давления, при котором задается номинальный объемный КПД.
η _{v, Nom} является заданным значением параметра Volumetric efficiency at nominal conditions блока. Это объемный КПД, соответствующий заданным номинальным условиям.

Случай 2: Табличный данный КПД

Если активный вариант блока Analytical or tabulated data и параметру Leakage and friction parameterization задано значение Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies, уровень утечек является

$q_{Leak} = q_{Leak,Motor} \frac{(1 + α)}{2} + q_{Leak,Pump} \frac{(1 - α)}{2},$

и крутящий момент трения

$τ_{Friction} = τ_{Friction,Motor} \frac{1 + α}{2} + τ_{Friction,Pump} \frac{1 - α}{2},$

где:

α является численным параметром сглаживания для перехода режима мотор-насос.
q «_{Утечка», Motor} является расходом утечек в моторном режиме.
q «_{Утечка», «Насос}» является расходом утечек в режиме насоса.
τ _{значении трения Motor} является крутящим моментом трения в режиме motor.
τ _{Triction, Pump} является крутящим моментом трения в режиме насоса.

α параметра сглаживания задается гиперболической функцией

$α = tanh (\frac{4 Δ p}{Δ p_{Threshold}}) \cdot tanh (\frac{4 ω}{ω_{Threshold}}),$

где:

Δp _порог является заданным значением параметра Pressure drop threshold for motor-pump transition блока.
ω _порог является заданным значением параметра Angular velocity threshold for motor-pump transition блока.

Уровень утечек вычисляется из табличного данного КПД в уравнение

$q_{Leak,Motor} = (1 - η_{v}) q,$

в моторном режиме и через уравнение

$q_{Leak,Pump} = - (1 - η_{v}) q_{Ideal} .$

в режиме насоса, где:

η v - объемный КПД, полученный путем интерполяции или экстраполяции данных параметра Volumetric efficiency table, e_v(dp,w).

Точно так же крутящий момент трения вычисляется из табличного данного КПД уравнением

$τ_{Friction,Motor} = (1 - η_{m}) τ_{Ideal},$

в моторном режиме и через уравнение

$τ_{Friction,Pump} = - (1 - η_{m}) τ .$

в режиме насоса, где:

η m - механическая эффективность, полученный путем интерполяции или экстраполяции данных о Mechanical efficiency table, e_m(dp,w) параметре.

Случай 3: Табличные данные потерь

Если активный вариант блока Analytical or tabulated data и параметру Leakage and friction parameterization задано значение Tabulated data — volumetric and mechanical losses, уровень утечек уравнение

$q_{Leak} = q_{Leak} (Δ p, ω) .$

и момент трения уравнение

$τ_{Friction} = τ_{Friction} (Δ p, ω),$

где q _Leak (Δp, ω) и _{τ Triction} (Δp, ω) являются объемными и механическими потерями, полученными путем интерполяции или экстраполяции данных о Volumetric loss table, q_loss(dp,w) и Mechanical loss table, torque_loss (dp,w) параметрах.

Случай 4: Входы физического сигнала эффективности

Если активный вариант блока Input efficienciesвычисления уровня утечек и трения выполняются так, как описано для табличного данного КПД (случай 2). Объемные и механические интерполяционные таблицы эффективности заменяются входами физического сигнала, которые вы задаете через порты EV и EM.

Случай 5: Входы физического сигнала потери

Если вариант блока Input lossesвычисления уровня утечек и крутящего момента трения аналогичны описанным для табличных данных потерь (случай 3). Объемные и механические интерполяционные таблицы заменены входами физического сигнала, которые вы задаете через порты LV и LM.

Характеристическая кривая визуализации

Если для варианта блока задано значение Analytical or tabulated dataможно построить набор кривых производительности, эффективности и потерь из данных моделирования и параметров компонента. Используйте контекстно-зависимое меню блока, чтобы построить график характеристических кривых. Щелкните правой кнопкой мыши блок, чтобы открыть меню и выбрать Fluids > Plot characteristic. Откроется тестовая обвязка с инструкциями о том, как сгенерировать кривые. См. Параметризация насосов и двигателей.

Предположения

Сжимаемость жидкости незначительна.
Нагрузки на валу мотора от инерции, трения и упругих сил незначительны.

Порты

Вход

расширить все

`EV` - Объемный КПД, безразмерный
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для объемного КПД. Входной сигнал имеет верхнюю границу в Maximum volumetric efficiency значения параметров и нижнюю границу в Minimum volumetric efficiency значения параметров.

Зависимости

Этот порт доступен только, когда для варианта блока задано значение Input efficiencies.

`EM` - Механическая эффективность, безразмерный
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для коэффициента механического КПД. Входной сигнал имеет верхнюю границу в Maximum mechanical efficiency значения параметров и нижнюю границу в Minimum mechanical efficiency значения параметров.

Зависимости

Этот порт доступен только, когда для варианта блока задано значение Input efficiencies.

`LV` - Объемные потери, `m^3/s`
физический сигнал

Входной порт физического сигнала объемных потерь, определяющий уровень внутренних утечек между входными отверстиями мотора.

Зависимости

Этот порт доступен только, когда для варианта блока задано значение Input losses.

`LM` - Механические потери, `N*m`
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для механических потерь, заданный как крутящий момент трения на вращающемся валу мотора.

Зависимости

Этот порт доступен только, когда для варианта блока задано значение Input losses.

Сохранение

расширить все

`A` - Входное отверстие мотора
гидравлический (изотермический)

Гидравлический порт (изотермическая жидкость), представляющий вход мотора

`B` - Выходное отверстие мотора
гидравлический (изотермический)

Гидравлический порт (изотермическая жидкость), представляющий выходное отверстие мотора.

`S` - Вал мотора
механический вращательный

Механический вращательный порт, представляющий вал мотора.

Параметры

расширить все

Открытые параметры блоков зависят от варианта активного блока. Смотрите Варианты блока и параметры потерь.

Вариант 1: Analytical or tabulated data

`Displacement` - Объем жидкости, перемещаемый на модуль угол поворота вала
`30 cm^3/rev` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объем/угол

Объем жидкости, перемещаемый на один угол поворота вала. Перемещение фиксируется на этом значении во время симуляции. Заданное значение должно быть больше нуля.

`Leakage and friction parameterization` - Параметризация для вычисления расхода утечек и крутящего момента трения
`Analytical` (по умолчанию)

Параметризация используется для вычисления скорости потока жидкости и потерь крутящего момента из-за внутренних утечек и трения. The Analytical параметризация основана на номинальных параметрах, обычно доступных из таблиц данных компонентов. Остальные, табличные, опции полагаются на интерполяционные таблицы, чтобы сопоставить перепад давления и скорость вращения с кПД или потерями компонента .. Табличные опции включают:

Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies
Tabulated data — volumetric and mechanical losses

Зависимости

Этот параметр активируется, когда для варианта блока задано значение Analytical or tabulated data.

`Nominal shaft angular velocity` - Угловая скорость вала, при которой можно задать номинальный объемный КПД
`188 rad/s` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения угол/время

Скорость вращения вращающегося вала, при которой известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простых линейных функций, уровень утечек и крутящий момент трения.

Зависимости

Этот параметр активируется, когда для варианта блока задано значение Analytical or tabulated data и параметру Leakage and friction parameterization задано значение Analytical.

`Nominal pressure drop` - Перепад давления, при котором определяется номинальный объемный КПД
`100e5 Pa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Перепад давления между входным и выходным отверстиями, при котором известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, уровня внутренних утечек.

Зависимости

`Nominal kinematic viscosity` - Кинематическая вязкость, при которой можно задать номинальный объемный КПД
`18 cSt` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения площади/времени

Кинематическая вязкость гидравлической жидкости, при которой известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, уровня внутренних утечек.

Зависимости

`Nominal fluid density` - Плотность жидкости, при которой можно задать номинальный объемный КПД
`900 kg/m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/объема

Массовая плотность гидравлической жидкости, при которой известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, уровня внутренних утечек.

Зависимости

`Volumetric efficiency at nominal conditions` - Объемный КПД при заданных номинальных условиях
`0.92` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между `0` и `1`

Объемный КПД, заданный как отношение фактических объемных скоростей потока жидкости к идеальному, при заданных номинальных условиях. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, уровня внутренних утечек.

Зависимости

`No-load torque` - Минимальный крутящий момент, требуемый для начала вращения вала
`0.05 N*m` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения крутящего момента

Крутящий момент, требуемый для преодоления трения и начала вращения механического вала. Этот крутящий момент является независимой от нагрузки компонента общего крутящего момента трения.

Зависимости

`Friction torque vs. pressure drop coefficient` - Коэффициент пропорциональности трения и перепада давления
`0.6e-6 N*m/Pa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения крутящего момента/давления

Коэффициент пропорциональности между моментом трения на валу и перепаду давления между входным и выходным отверстиями.

Зависимости

`Check if lower side pressure violating minimum valid condition` - Режим предупреждения моделирования для минимального допустимого давления
`None` (по умолчанию) | `Warning`

Режим предупреждения моделирования для недопустимых давлений в портах компонентов. Выберите Warning уведомляется, когда давление падает ниже минимально заданного значения. Предупреждение может быть полезно в моделях, где давление может опуститься ниже давлений насыщенного пара гидравлической жидкости, вызывая кавитацию.

`Minimum valid pressure` - Давление, необходимое для запуска предупреждения симуляции
`0` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Нижняя граница области значений валидности давления. Выдается предупреждение, если давление падает ниже заданного значения.

Зависимости

Этот параметр активируется, когда параметр Check if lower side pressure violating minimum valid condition установлен в Warning.

`Pressure drop vector for efficiencies, dp` - Перепады давления, при которых определяется объемный и механический КПД
M элемент с модулями измерения давления (по умолчанию

)

M элемент перепадов давления, при котором можно задать табличные данные эффективности. Размер вектора, M, должен быть два или больше. Векторные элементы не должны быть равномерно разнесены. Однако они должны монотонно увеличиваться в значении слева направо.

Зависимости

`Shaft angular velocity vector for efficiencies, w` - Скорости вращения, при которых можно задать объемный и механический КПД
N элемент с модулями скорости вращения (по умолчанию

)

N элемент угловых скоростей вала, при которых можно задать табличные данные эффективности. Размер вектора, N, должен быть два или больше. Векторные элементы не должны быть равномерно разнесены. Однако они должны монотонно увеличиваться в значении слева направо.

Зависимости

`Volumetric efficiency table, e_v(dp,w)` - Объемный КПД при заданных перепадах давления и скоростях вращения
unitless M -by- N матрица

M -by - N матрица с объемным КПД при заданных перепадах давления жидкости и угловых скоростях вала. Эффективность должна быть в области значений 0-1. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

M - количество векторных элементов в параметре Pressure drop vector for efficiencies, dp.
N - количество векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for efficiencies, w.

Зависимости

`Mechanical efficiency table, e_m(dp,w)` - Механический КПД при заданных перепадах давления и скоростях вращения
unitless M -by- N матрица

M -by - N матрица с механическим КПД, соответствующими заданным перепадам давления жидкости и угловым скоростям вала. Эффективность должна быть в области значений 0-1. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

M - количество векторных элементов в параметре Pressure drop vector for efficiencies, dp.
N - количество векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for efficiencies, w.

Зависимости

`Pressure drop threshold for motor-pump transition` - Перепад давления, при котором можно инициировать плавный переход между режимами двигателя и насоса
`1e5 Pa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Перепад давления между входным и выходным отверстиями, ниже которого компонент начинает переход между режимами мотора и насоса. Гиперболическое Tanh функция преобразует уровень утечек и крутящий момент трения таким образом, чтобы переход был непрерывным и плавным.

Зависимости

Этот параметр активируется, когда для варианта блока задано значение Input efficiencies или когда для варианта блока задано значение Analytical or tabulated data и параметру Leakage and friction parameterization задано значение Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

`Angular velocity threshold for pump—motor transition` - Угловая скорость вала, с которой можно инициировать плавный переход между режимами двигателя и накачки
`10 rad/s` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения угол/время

Угловая скорость вала, ниже которой начинает переход между режимами мотора и насоса компонент. Гиперболическое Tanh функция преобразует уровень утечек и крутящий момент трения таким образом, чтобы переход был непрерывным и плавным.

Зависимости

`Check if operating beyond the quadrants of supplied tabulated data` - Режим предупреждения моделирования условий работы вне области значений табличных данных
`None` (по умолчанию) | `Warning`

Режим предупреждения моделирования условий работы вне области значений табличных данных. Выберите Warning должен быть уведомлен, когда коэффициент усиления давления жидкости или угловая скорость вала пересекают вне заданных табличных данных. Предупреждение не приводит к остановке симуляции.

Зависимости

`Pressure drop vector for losses, dp` - Перепады давления для определения объемных и механических потерь
M элемент с модулями измерения давления (по умолчанию

)

M элемент перепада давления, при котором можно задать табличные данные потерь. Размер вектора, M, должен быть два или больше. Векторные элементы не должны быть равномерно разнесены. Однако они должны монотонно увеличиваться в значении слева направо.

Зависимости

`Shaft angular velocity vector for losses, w` - Скорости вращения, при которых можно задать объемные и механические потери
N элемент с модулями измерения угол/время (по умолчанию

)

N элемент угловых скоростей вала, при которых можно задать данные потерь компонента. Размер вектора, N, должен быть два или больше. Векторные элементы не должны быть равномерно разнесены. Однако они должны монотонно увеличиваться в значении слева направо.

Зависимости

`Volumetric loss table, q_loss(dp,w)` - Расход внутренних утечек при заданных перепадах давления и скоростях вращения
M -by - N матрица с модулями измерения объема/времени

M -by - N матрица объемных потерь при заданных перепадах давления жидкости и угловых скоростях вала. Объемные потери определяются здесь как расход внутренних объемных утечек между портом А и портом B. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

M - количество векторных элементов в параметре Pressure drop vector for losses, dp.
N - количество векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for losses, w.

Зависимости

`Mechanical loss table, torque_loss(dp,w)` - Крутящие моменты трения при заданных перепадах давления и скоростях вращения
M -by - N матрица с модулями измерения крутящего момента

M -by - N матрица с механическими потерями при заданных перепадах давления жидкости и угловых скоростях вала. Здесь механические потери определяются как крутящий момент трения из-за уплотнений и внутренних компонентов. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

M - количество векторных элементов в параметре Pressure drop vector for losses, dp.
N - количество векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for losses, w.

Зависимости

Вариант 2: Input efficiencies