【正文】 型，一般都會做一些 假設 ，比如 ： (1)氣體流過閥口或其它限流孔時，均為等熵流動； (2)腔室內氣體的壓力場和溫度場均勻； (3)氣體粘度小時，忽略控制截面處粘性阻力的影響； (4)不考慮引力場對氣流的作用 ；等等。 氣體回路分析 14 以列車中一個簡單的氣動回路為 例 進行說明。 該回路 描述的是兩個壓力儲能容器釋放氣體進入到第三個儲能器中 。 這個系統(tǒng)中三個儲能器的體積分別為 (800L、 400L 和 100L)通過兩個截面積分別是 500mm2和 20mm2的節(jié)流口和氣管連接而成的，它們的初始壓力分別是 12bar、 7bar 和 1 bar，而初始溫度是 K，所采用的仿真時間是 20 秒，步長為 秒。經過仿真之后， 可知 在第三個腔室達到穩(wěn)定之前，兩個較高壓力的腔室首先達到了穩(wěn)定狀態(tài)，這個最終的穩(wěn)定壓力大概是 在仿真時間進行到 18 秒左右時到達。氣體 由節(jié)流口面積為 500mm2和 20mm2的節(jié)流口進入儲能器 2 和 3，因而氣體流量因為較大的節(jié)流口面積 而較快達到穩(wěn)定，通過 小的節(jié)流口時候，節(jié)流口達到穩(wěn)定過程就需要耗費較長的時間，同時也因為儲能器之間的高壓力比而導致了 音速飽和流 ，而這種情況可以通過質量流參數 Cm 來反映。 這個 例子，需要設置的參數不多，但對于一些復雜的系統(tǒng)來說，需要設置的參數十分龐大，要得到滿意的結果往往需要反復不斷的試值才能找到一個滿意的結果 。 調壓閥 PCD 模型 調壓閥在氣動系統(tǒng)中起到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用， AMESim 對元件進行仿真，可 以模擬調壓閥在氣源壓力波動和負載變化的情況下的穩(wěn)壓效果。 比如 B10 調壓閥可以類似地看為這 15 種調壓閥。 通過一個可變節(jié)流孔來控制氣源壓力的變化，另外一個可變節(jié)流孔來控制負載的變化，氣源為一個簡單的溫度壓力源。在建模過程中最重要的是對各個子模塊設置參數，準確的參數使得系統(tǒng)模型更加精確。 下圖 所示為氣體噴嘴平板閥子模型 PNAPO321 的參數列表。 設置閥口的開口量為零，表明在沒有氣源通過時，閥芯處于關閉狀態(tài)。再通過閥芯質量的參數列表設置閥芯的最大位移為 2 mm。在 0～ 1 秒內控制氣源的可變節(jié)流孔逐漸打開并 在 1 秒后保持恒定，這時控制負載的可變節(jié)流口開始逐漸打開，并在 2 秒時保持穩(wěn)定。 16 仿真結果顯示氣源壓力的變化使閥口逐漸打開，但是當閥芯達到設定的最大位移處時，盡管氣源壓力不斷變大，閥口的節(jié)流效果不再發(fā)生改變，這時出口壓力保持恒定不變。 1 秒后當負載可變節(jié)流孔發(fā)生變化時，對出口壓力產生節(jié)流效果，使出口壓力發(fā)生改變，隨著可變節(jié)流孔開口面積逐漸變大，調壓閥出口壓力穩(wěn)定在 5 bar 左右。 阻尼孔面積由 mm2 代替 mm2 時，出口壓力的變化曲線 如圖所示。 從仿真結果可以看出，改變阻尼 孔面積后，調壓閥的調定壓力變得不夠穩(wěn)定。通過上述過程可以看出，使用 AMESim 仿真，可以便捷地修改元件參數，比較觀察不同參數對模型性能的影響， 根據實際閥體的具體參數進行參數的設定， 從而得出最優(yōu)的結構參數，從而使系統(tǒng)的模型更加精確。 方向控制閥的數學模型 采用 AMEset 來開發(fā)建立更具簡潔實用性的方向控制閥模型，以一種三位四通方向控制閥為例，來說明其建模的一般過程。對方向控制閥的數學模型的推導是建立在 上面 所敘述的流量、溫度和壓力等基本方程的基礎之上。 由牛頓第二定律可以得出閥芯的平衡方程式： 17 式中 Fi—— 閥芯驅動力（ N） Bf—— 粘性摩擦系數（ N/m/s） K—— 彈性剛度系數（ N/mm） Ft—— 任意負載力（ N） 在方向控制閥中，閥芯的形式一般都是以圓柱形為主，有的在閥芯上開有坡度如三位五通閥，其目的是增加閥的密封性，但它對閥口處的流量系數有一定影響，而在計算環(huán)形節(jié)流口的過流面積時沒有大的影響。 式中 d—— 方向閥芯的直徑（ mm） dr—— 方向閥閥芯桿直徑（ mm） A 即為方向控制閥的節(jié)流口的 過流面積 ，其實就是開口與閥芯周長的乘積，但是 如果這個開口較大時，閥桿也會對方向閥的節(jié)流口的面積產生影響，此時的節(jié)流口的面積公式如 下所示。 （公式有誤？） 式中 P2—— 上游壓力（ bar） P1—— 下游壓力（ bar） T0—— 上游溫度（ K） 流量系數一定的時候發(fā)出口的熱流方程如公式 下 ， 同時可以求得收縮噴口處氣體的音速流公式。 18 對于溫度和壓力參數在模型中是輸入變量，因此也就沒有推導其方程式。流量系數通常都不是一個定值，而是和上下游壓力之比以及閥口開度大小存在相互關系，因此在建模時，把流量系數設為上下游壓力比和閥芯位移的函數 ，在上述方程式被確定以后即可以進行編程建模。 圖示為 所設計的閥口外部變量的情況，箭頭方向表示此變量的正方向 (為正值 )。對這樣一個氣動元件建模過程中需要反復設置參數 (非變量參數 )。 方向控制閥模型的程序設計步驟見附錄，其中主要調用了三類函數即：計算閥芯運動情況的動力學函數、計算方向閥環(huán)形節(jié)流口面積的計算函數和計算閥口流量的流量函數。此外對于上述方向控制閥模型的建立也可以利用頻率特性分析的方法，把閥芯的動力學特性用一個二階的振蕩環(huán)節(jié)來進行描述，這樣就形成了一個伺服閥模型。 模型建立完成之后，對 下 圖所描述的由此 方向控制閥模型組成的氣動系統(tǒng)進行仿真。設置參數為：溫度壓力源所提供的絕對壓力為 7 bar，溫度為 K，仿真時間為 10 秒。仿真結果如下。 19 20 在上述模型參數設置過程中，閥芯相對于零位移時的重疊參數 (underlap corresponding to zero displacement)是及其重要的，通常的缺省值是零，在物理系統(tǒng)仿真中，通過調節(jié)這個參數可以模擬閥開口為零重疊、正重疊和負重疊等情況。 當設置閥芯節(jié)流孔子模型的重疊參數為正 1 mm 時，閥芯在中位產生一個泄漏；當設置為負 1 mm 時，就產生了一個死區(qū)效果，上述結果都是認為閥芯處在一個理想的位置，事實上，在閥芯和閥套之間存在間隙和圓形邊緣，這些都會引起泄漏情況，如果需要閥的模型更精確的話，可以定義一個更為具體的閥芯子模型。 21 22 23 附錄 24 25 26 27 28 參考： 畢業(yè)論文（設計）工作記錄及成績評定冊 題 目： 學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 班 級： 29 指 導 教 師： 職稱： 助理指導教師： 職稱： 年 月 日 實驗中心制 使 用 說 明 一、此冊中各項內容為對學生畢業(yè)論文（設計）的工作和成績評定記錄，請各環(huán)節(jié)記錄人用黑色或藍色鋼筆（簽字筆）認真填寫（ 建議填寫前先寫出相應草稿，以避免填錯 ），并妥善保存。 二、此冊于學院組織對各專業(yè)題目審查完成后，各教研室匯編選題指南，經學生自由選題后，由實驗中心組織發(fā)給學生。 三、學生如實填好本冊封面上的各項內容和選題審批表的相應內容，經指導教師和學院領導小組批準后，交指導教師；指導老師填好《畢業(yè)論文（設 計）任務書》的各項內容，經教研室審核后交學生簽名確認其畢業(yè)論文（設計）工作任務。 四、學生在指導老師的指導下填好《畢業(yè)論文（設計）開題報告》各項內容，由指導教師和教研室審核通過后，確定其開題，并將此冊交指導老師保存。 五、指導老師原則上每周至少保證一次對學生的指導，如實按時填好《畢業(yè)論文（設計）指導教師工作記錄》，并請學生簽字確認。 六、中期檢查時，指導老師將此冊交學生填寫前期工作小結，指導教師對其任務完成情況進行評價，學院中期檢查領導小組對師生中期工作進行核查，并對 30 未完成者提出整改意見，后將此冊交指導老師 保存。 七、畢業(yè)論文（設計）定稿后，根據學院工作安排，學生把論文（打印件）交指導老師評閱。指導老師應認真按《畢業(yè)論文（設計）指導教師成績評審表》對學生的論文進行評審并寫出評語，然后把論文和此冊一同交教研室。 八、教研室將學生的論文和此冊分別交兩位評閱人評閱后交回教研室保存。 九、學院答辯委員會審核學生答辯資格，確定答辯學生名單，把具有答辯資格學生的論文連同此冊交各答辯小組。 十、學生答辯后由答辯小組記錄人填好《畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表》中各項內容，然后把學生的論文和此冊一同交所在答辯小組，答辯小組對其答辯 進行評審并填寫評語后交教研室。 十一、學院答辯委員會進行成績總評定