Двунаправленный гидравлический двигатель переменной производительности
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Насосы и двигатели
Блок Variable-Displacement Motor представляет устройство, которое извлекает мощность гидравлической сети (изотермическая жидкость) и доставляет ее в механическую вращательную сеть. Перемещение мотора изменяется пропорционально входу физического сигнала, заданному в портах C или D. Точный используемый порт зависит от выбранного варианта блока. См. «Порты».
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 перепада давления от порта A до порта B (И p), от скорости вращения от порта S (ω) и от мгновенного объемного перемещения компонента (D). 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.
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.
Вход рабочего объема зависит от выбранного варианта блока. Если активный вариант блока Input efficiencies
или Input losses
блок получает текущий рабочий объем непосредственно от физического сигнала, входа в порту D.
Если активный вариант блока Analytical or tabulated data
блок вычисляет текущий рабочий объем из перемещения органа управления, заданного в порте C. Этот расчет зависит от Displacement parameterization настройки параметра:
Maximum displacement and control member stroke
- Вычислите рабочий объем на модуль вращения как линейную функцию перемещения органа управления, заданного в порту C.
Displacement vs. control member position table
- Вычислите рабочий объем на модуль объема с помощью интерполяции или экстраполяции табличных данных перемещений, заданных в дискретных перемещениях органа управления.
Объемная скорость потока жидкости, генерируемый двигателем,
где:
q является объёмным расходом.
q Идеал является идеальным объемным расходом.
q Утечка - это объемный расход внутренних утечек.
Крутящий момент на моторе,
где:
τ - крутящий крутящий момент привода.
τ Идеал является идеальным крутящим моментом.
τ Трение - это крутящий момент трения.
Идеальная объемная скорость потока жидкости
и идеальный крутящий момент мотора
где:
D Sat является сглаженным перемещением, вычисленным так, чтобы удалить числовые разрывы между отрицательным и положительным перемещениями.
ω - текущее значение угловой скорости вращения вала.
Δp - текущий перепад давления между входным и выходным отверстиями.
Перемещение насыщения зависит от выбранного варианта блока. Если активный вариант Analytical or tabulated data
,
где:
D - текущее перемещение, определяемое из входного физического сигнала, заданного в порте C или порте D.
D Max является заданным значением параметра Maximum displacement блока.
D порог является заданным значением параметра Displacement threshold for motor-pump transition блока.
Если активный вариант Input efficiencies
или Input losses
верхняя граница на входе смещения отсутствует, и перемещение насыщения уменьшается до:
Вычисления уровня внутренних утечек и трения зависят от выбранного варианта блока. Если вариант блока Analytical or tabulated data
вычисления 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
и крутящий момент трения
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
где:
ν Nom является параметром Nominal kinematic viscosity. Это кинематическая вязкость, при которой задан номинальный объемный КПД.
ρ Nom является параметром Nominal fluid density. Это плотность, при которой задается номинальный объемный КПД.
ρ - фактическая плотность жидкости в присоединенной гидравлической (изотермическая жидкость) сети. Эта плотность может отличаться от параметра Nominal fluid density.
ω Nom является параметром Nominal shaft angular velocity. Это - скорость вращения, при которой задается номинальный объемный КПД.
v - кинематическая вязкость жидкости в присоединенной гидравлической гидросистеме.
Δp Nom является параметром Nominal pressure drop. Это перепад давления, при котором задается номинальный объемный КПД.
η v, Nom является параметром Volumetric efficiency at nominal conditions. 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
и крутящий момент трения
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 Triction, Pump является крутящим моментом трения в режиме насоса.
τ значении трения Motor является крутящим моментом трения в режиме motor.
α параметра сглаживания задается гиперболической функцией
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.
D порог является заданным значением параметра Displacement threshold for motor-pump transition блока.
Уровень утечек вычисляется из табличного данного КПД в уравнение
в моторном режиме и через уравнение
в режиме насоса, где:
η v - объемный КПД, полученный путем интерполяции или экстраполяции данных параметра Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D).
Точно так же крутящий момент трения вычисляется из табличного данного КПД уравнением
в моторном режиме и через уравнение
в режиме насоса, где:
η m - механическая эффективность, полученный путем интерполяции или экстраполяции данных о Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D) параметре.
Случай 3: Табличные данные потерь
Analytical or tabulated data
и параметру Leakage and friction parameterization задано значение Tabulated data — volumetric and mechanical losses
, уровень утечек уравнение
и момент трения уравнение
где q Leak (Δp, ω, D Sat) и τ Triction (Δp, ω D Sat) 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 efficiencies
вычисления 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 losses
вычисления 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.
Сжимаемость жидкости незначительна.
Нагрузки на валу мотора от инерции, трения и упругих сил незначительны.