Объект: HT21HC

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT21HC

Аннотация: Двусторонний одноштоковый однофазный гидроцилиндр

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	PortA	MECH1D_T	Механический порт А
2	PortB	MECH1D_T	Механический порт B
3	PortC	THYDRAULIC	Теплогидравлический порт C
4	PortD	THYDRAULIC	Теплогидравлический порт D

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Cd_dross	real	Коэффициент сопротивления дросселя		0.72
2	D_dross	real	Диаметр дросселя, м	m	0.1
3	Dead_V	real	Суммарный мертвый объем, м3	m**3	1e-4
4	Fluid_port_C		Среда на порту C		Fluid
5	Fluid_port_D		Среда на порту D		Fluid
6	L_demph_eff	real	Эффективная длина каждого из амортизирующих демпферов, м	m	0.1
7	L_dross	real	Длина дросселя, м	m	0.01
8	L_stroke	real	Ход поршня, м	m	0.1
9	Mass_piston	real	Масса поршня, кг	kg	100
10	P0_port_C	real	Начальное давление на порту C, Па	Pa	101325
11	P0_port_D	real	Начальное давление на порту D, Па	Pa	101325
12	S_piston	real	Площадь поршня, м2	m**2	0.1
13	T0_port_C	real	Начальная температура на порту C, К	K	293.15
14	T0_port_D	real	Начальная температура на порту C, К	K	293.15
15	k_demph	real	Коэффициент жесткости пружины демпфера, Н/м	N/m	5000
16	k_relax	real	Коэффициент жесткости релаксирующей пружины, Н/м	N/m	2000
17	x_0	real	Начальное положение поршня, м	m	0.03

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_LinearSpeed1	Линейная скорость на порте;	m/s
2	A_LinearAcceleration1	Линейное ускорение на порте, производная функция от линейной скорости ;	m/s**2
3	X_LinerMotion1	Линейное перемещение, интегральная функция от линейной скорости;	m
4	S_Force1	Сила на порте ;	N
5	V_LinearSpeed2	Линейная скорость на порте;	m/s
6	A_LinearAcceleration2	Линейное ускорение на порте, производная функция от линейной скорости ;	m/s**2
7	X_LinerMotion2	Линейное перемещение, интегральная функция от линейной скорости;	m
8	S_Force2	Сила на порте ;	N
9	V_Pressure3	Давление на порте	Pa
10	V_SpecificEnthalpy3	Удельная энтальпия;	J/kg
11	V_Density3	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
12	V_Temperature3	Температура рабочей среды на порте;	K
13	S_MassFlow3	Массовый расход на порте ;	kg/s
14	S_EnthalpyFlow3	Поток энтальпии на порте ;	W
15	V_Pressure4	Давление на порте	Pa
16	V_SpecificEnthalpy4	Удельная энтальпия;	J/kg
17	V_Density4	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
18	V_Temperature4	Температура рабочей среды на порте;	K
19	S_MassFlow4	Массовый расход на порте ;	kg/s
20	S_EnthalpyFlow4	Поток энтальпии на порте ;	W

Пример использования компонента

Модель двустороннего одноштокового однофазного гидроцилиндра (HT21HC)

Элемент моделирует гидравлический цилиндр двустороннего действия, преобразующий энергию потока рабочей жидкости в механическое перемещение поршня. Учитывает площадь поршня, начальное положение, ход, суммарный мертвый объем, массу поршня, параметры демпфирующих устройств, характеристики дросселя, а также начальные давления и температуры на портах C и D и свойства рабочих сред. Используется в гидравлических и пневматических системах для моделирования приводов, амортизаторов и силовых цилиндров.

Изменение объема и перемещение поршня при прикладывании силы к левому механическому порту, возрастающей от 0 до 10000 Н.

Начальные данные:

Параметры модели (HT21HC1)

S_piston = 0.1 - Площадь поршня, м²

x_0 = 0.05 - Начальное положение поршня, м

L_stroke = 0.1 - Ход поршня, м

Dead_V = 1e-4 - Суммарный мертвый объем, м^3

Mass_piston = 1000 - Масса поршня, кг

L_demph_eff = 0.0 - Эффективная длина каждого из амортизирующих демпферов, м

k_demph = 0.0 - Коэффициент жесткости пружины демпфера, Н/м

k_relax = 10000 - Коэффициент жесткости релаксирующей пружины, Н/м

L_dross = 0.01 - Длина дросселя, м

D_dross = 0.01 - Диаметр дросселя, м

Cd_dross = 0.72 - Коэффициент сопротивления дросселя

P_0_port_C = 101300 - Начальное давление на порту C, Па

T_0_port_C = 300 - Начальная температура на порту C, К

Fluid_port_C = water - Среда на порту C (вода)

P_0_port_D = 101300 - Начальное давление на порту D, Па

T_0_port_D = 300 - Начальная температура на порту D, К

Fluid_port_D = water - Среда на порту D (вода)

Параметры источника силы (TrapeziumSource1)

VL = 0.0 - Нижний уровень силы, Н

VH = 10000 - Верхний уровень силы, Н

D = 0.1 - Начальная задержка, с

FT = 2 - Продолжительность переднего фронта, с

HT = 100 - Продолжительность вершины импульса, с

BT = 2 - Продолжительность заднего фронта, с

CT = 0.0 - Период

Датчики и вспомогательные элементы

HT01VS1: датчик объемного расхода, types = Current_PT, D = 0.01, L = 0.1, R = 1e-9, P₀ = 101300, T₀ = 300, Fluid = water

Integrator: интегратор сигнала объемного расхода

X_left, X_right: датчики перемещения поршня

SFV1: силовой элемент

Параметры интегрирования

end = 15 с - Время интегрирования

control = 1e-3 - Точность контроля

dabs = 100 - Абсолютная погрешность

Схема тестирования:

Схема содержит двусторонний одноштоковый гидроцилиндр HT21HC1, к левому механическому порту которого через силовой элемент SFV1 прикладывается сила от источника TrapeziumSource1, возрастающая от 0 до 10000 Н с передним фронтом 2 с. Гидравлические порты цилиндра соединены с датчиком объемного расхода HT01VS1 и интегратором Integrator, вычисляющим изменение объема. Перемещение поршня измеряется датчиками X_left и X_right. Результаты выводятся на осциллографы coordinates (перемещение) и Change_volume (изменение объема).

Результат:

Подведение силы к механическому порту цилиндра приводит к перетечке жидкости из одного объема цилиндра в другой. Интегрируя объемный расход на гидравлических портах, получаем приращение объемов полостей цилиндра. Площадь поршня S = 0.1 м², поршень сместился на Δx = 0.05 м, изменение объёма ΔV = S · Δx = 0.1 · 0.05 = 0.005 м^3, что совпадает с интегралом по времени сигнала с датчика объёмного расхода.

На графике coordinates показано линейное возрастание перемещения поршня X_left от 0 до 0.05 м за 10 секунд. Кривая X_right остаётся равной нулю. На графике Change_volume показано изменение интеграла объемного расхода от 0 до примерно –0.0045 м³, что соответствует изменению объёма при перемещении поршня. На графике RUN совместно показаны перемещения и изменение объёма. Это подтверждает корректность работы модели гидроцилиндра.

Формула для изменения объёма:

\[\begin{split}\begin{aligned} \Delta V &= S_{\text{piston}} \cdot \Delta x \\ \Delta x &= \frac{F}{k_{\text{relax}}} \quad \text{(при малых перемещениях)} \end{aligned}\end{split}\]

где: \(S_{\text{piston}}\) — площадь поршня, м², \(\Delta x\) — перемещение поршня, м, \(F\) — приложенная сила, Н, \(k_{\text{relax}}\) — коэффициент жесткости релаксирующей пружины, Н/м.

Расчет:

\[\Delta V = 0.1 \cdot 0.05 = 0.005\ \text{м}^3\]

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Перемещение поршня HT21HC.X_left, HT21HC.X_right

Рисунок 3 - Изменение объема HT21HC.Volume_change, HT21HC.Volume_change_X

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (HT21HC.Volume_change, HT21HC.Volume_change_X, HT21HC.X_right, HT21HC.X_left)