Объект: PT11HC

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT11HC

Аннотация: Односторонний однофазный гидроцилиндр

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	PortA	PNEUMATIC	Теплогидравлический порт А
2	PortB	MECH1D_T	Механический порт B

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	Мертвый объем каждого из портов, м3	m**3	1e-4
4	Fluid_in		Имя объекта свойств среды		Fluid
5	L_demph_eff	real	Эффективная длина каждого из амортизирующих демпферов, м	m	0.2
6	L_dross	real	Длина дросселя, м	m	0.01
7	L_stroke	real	Ход поршня, м	m	1
8	Mass_piston	real	Масса поршня, кг	kg	1000
9	P0	real	Начальное давление в линии гидравлического порта, Па	Pa	101325
10	S_piston	real	Площадь поршня, м2	m**2	0.1
11	T0	real	Начальная температура в линии гидравлического порта, К	K	293.15
12	k_demph	real	Коэффициент жесткости пружины демпфера, Н/м	N/m	10000
13	k_relax	real	Коэффициент жесткости релаксирующей пружины, Н/м	N/m	10000
14	x_0	real	Начальное положение поршня, м	m	0.2

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Pressure1	Давление на порте	Pa
2	V_SpecificEnthalpy1	Удельная энтальпия;	J/kg
3	V_Density1	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
4	V_Temperature1	Температура рабочей среды на порте;	K
5	S_MassFlow1	Массовый расход на порте ;	kg/s
6	S_EnthalpyFlow1	Поток энтальпии на порте ;	W
7	V_LinearSpeed2	Линейная скорость на порте;	m/s
8	A_LinearAcceleration2	Линейное ускорение на порте, производная функция от линейной скорости ;	m/s**2
9	X_LinerMotion2	Линейное перемещение, интегральная функция от линейной скорости;	m
10	S_Force2	Сила на порте ;	N

Пример использования компонента

Модель одностороннего однофазного гидроцилиндра (PT11HC)

Элемент моделирует гидравлический цилиндр одностороннего действия, преобразующий энергию потока рабочей жидкости в механическое перемещение поршня. Учитывает площадь поршня, начальное положение, ход, мертвые объемы, массу поршня, параметры демпфирующих устройств, а также характеристики дросселя и свойства рабочей среды. Используется в гидравлических и пневматических системах для моделирования приводов, амортизаторов и силовых цилиндров.

Изменение объема и перемещение поршня при прикладывании силы к механическому порту, возрастающей от 0 до 500 Н.

Начальные данные:

Параметры модели (PT11HC1)

S_piston = 0.1 - Площадь поршня, м²

x_0 = 0.5 - Начальное положение поршня, м

L_stroke = 1 - Ход поршня, м

Dead_V = 1e-4 - Мертвый объем каждого из портов, м^3

Mass_piston = 0.01 - Масса поршня, кг

L_demph_eff = 0 - Эффективная длина каждого из амортизирующих демпферов, м

k_demph = 1 - Коэффициент жесткости пружины демпфера, Н/м

k_relax = 500 - Коэффициент жесткости релаксирующей пружины, Н/м

L_dross = 0.01 - Длина дросселя, м

D_dross = 0.1 - Диаметр дросселя, м

Cd_dross = 0.72 - Коэффициент сопротивления дросселя

P0 = 101325 - Начальное давление в линии гидравлического порта, Па

T0 = 293.15 - Начальная температура в линии гидравлического порта, К

Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

Параметры источника силы (TrapeziumSource1)

VL = 0 - Нижний уровень силы, Н

VH = 500 - Верхний уровень силы, Н

D = 0 - Начальная задержка, с

FT = 20 - Продолжительность переднего фронта, с

HT = 100 - Продолжительность вершины импульса, с

Граничные условия

PT2SPT1: P0 = 101325 Па, T0 = 293.15 К

Датчики и вспомогательные элементы

PT01VS2: датчик объемного расхода, types = Current_PT, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir

Integrator: интегратор сигнала объемного расхода

X_shift: датчик перемещения поршня

SFV1: силовой элемент

Параметры интегрирования

end = 20 с, control = 1e-3, dabs = 0.1

Схема тестирования:

Схема содержит односторонний гидроцилиндр PT11HC1, к механическому порту которого через силовой элемент SFV1 прикладывается сила от источника TrapeziumSource1, возрастающая от 0 до 500 Н с передним фронтом 20 с. Гидравлический порт цилиндра соединён с граничным условием PT2SPT1 (P0 = 101325 Па, T0 = 293.15 К) и датчиком объемного расхода PT01VS2. Сигнал с датчика объемного расхода подаётся на интегратор Integrator, вычисляющий изменение объема. Перемещение поршня измеряется датчиком X_shift. Результаты выводятся на осциллографы piston_shift (перемещение) и Volume_integral (изменение объема).

Результат:

Происходит движение поршня, за счёт изменения объёма через датчик течёт жидкость, интеграл сигнала которой равен изменённому объёму. Площадь поршня S = 0.1 м², поршень сместился на Δx = 0.15 м, изменение объёма ΔV = S * Δx = 0.1 * 0.15 = 0.015 м^3, что совпадает с интегралом по времени сигнала с датчика объёмного расхода.

На графике piston_shift показано линейное возрастание перемещения поршня от 0 до 0.15 м за 20 секунд. На графике Volume_integral показано линейное убывание интеграла объемного расхода от 0 до -0.015 м^3, что соответствует изменению объёма. Совпадение значений 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:

\[\Delta V = 0.1 \cdot 0.15 = 0.015\ \text{м}^3\]

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Перемещение поршня piston_shift

Рисунок 3 - Изменение объема Volume_integral