Материал: 2199

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроительная гидравлика является современной отраслью машиностроения. Но до настоящего времени процесс проектирования гидравлики на 99 % опирался на эксперимент, в большей степени это так остается и сегодня. Однако дальнейшее повышение качества проектирования при одновременном сокращении сроков и затрат возможно только при использовании современных технологий, компьютерной техники, программного обеспечения и т.д. [1].

SimHydraulics – это отдельная библиотека пакета Simulink среды MATLAB, предназначенная для моделирования гидравлических систем.

SimHydraulics объединяет воедино функциональные возможности продуктов SimPowerSystems, SimMechanics и SimDriveline, позволяя разра-

ботчикам систем имитировать взаимосвязанную работу контроллеров и остального оборудования.

С помощью продукта SimHydraulics инженеры могут рассчитать давление и напор жидкости в системах, построенных на базе стандартных и нестандартных компонентов. Предлагаемые инструменты позволят смоделировать преобразование гидравлической энергии в крутящий момент, приводящий в действие различные механизмы, а также оценить эффект, вызванный открытием и закрытием клапанов. Для получения максимально точных результатов в состав SimHydraulics добавлена библиотека распространенных рабочих жидкостей. Таким образом, пакет SimHydraulics позволяет решать задачи статики, кинематики и динамики различных гидравлических систем [2].

К достоинствам реализации моделирования гидравлических систем при помощи SimHydraulics в Simulink могут быть отнесены простота создания моделей, наглядность и высокая скорость вычислений при моделировании систем с большим числом элементов.

Вотличие от большинства других блоков Simulink, которые выполняют математические действия или обрабатывают сигналы, блоки SimHydraulics представляют собой непосредственно элементы гидросистем или связи между ними. При этом набор стандартных блоков достаточно широк и позволяет моделировать практически любые гидравлические системы.

Всовременном машиностроении используются гидросистемы двух

типов:

гидросистемы для подачи жидкости;

гидравлические приводы.

6

Для гидросистем, обеспечивающих подачу жидкости к потребителям,

характерно отсутствие в них устройств, преобразующих энергию движения жидкости в механическую работу. К этим системам относятся: системы жидкостного охлаждения, системы пожаротушения, системы подачи топлива, смазки и другие. Такие гидросистемы, как правило, принадлежат к классу разомкнутых гидросистем, в которых движение жидкости обеспечивается за счет работы насоса.

Гидравлическим приводом называется совокупность устройств, предназначенная для передачи механической энергии и (или) преобразования движения посредством рабочей жидкости. Такие гидросистемы, обычно, относятся к классу замкнутых гидросистем.

В литературе также встречается термин «гидропередача», под которым понимается силовая часть гидропривода, включающая насос, гидродвигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью.

Как правило, даже самый простейший гидравлический привод включает в себя:

гидробак для хранения и охлаждения рабочей жидкости;

насос, для подачи рабочей жидкости из бака и создания давления в системе;

различные клапаны (предохранительные, переливные, редукционные, обратные, гидрозамки и другие);

исполнительный механизм (гидродвигатель, поворотный гидродвигатель или гидромотор);

фильтр для очистки рабочей жидкости от твердых частиц;

гидролинии, соединяющие элементы гидросистемы между собой и

т.д.

Простейшими примерами гидроприводов различного назначения являются гидроприводы, схемы которых приведены на рис. 1.

7

Рис. 1. Принципиальные схемы гидроприводов: а) возвратно-поступательного движения; б) поворотного движения; в) вращательного движения

На рис. 1 приведены три принципиальные схемы, соответствующие трем классам гидроприводов, которые различаются характером движения выходного звена. На схемах использованы следующие обозначения: 1 – регулируемый насос; 2 – гидродвигатель (на схеме а им является гидроцилиндр, на схеме б – поворотный гидродвигатель и на схеме в гидромотор); 3 – гидрораспределитель (во всех трех схемах – трехпозиционный с электромагнитным управлением); 4 – предохранительный клапан; 5 – гидробак.

Насос всасывает жидкость из бака и нагнетает ее в гидродвигатель через гидрораспределитель. Из гидрораспределителя жидкость сливается в гидробак через другой канал гидрораспределителя. Предохранительный клапан отрегулирован на определенное допустимое давление в гидросистеме и предохраняет гидропривод с приводящим двигателем от перегрузок.

Изменение направления движения выходного звена гидродвигателя (реверсирование) осуществляется изменением позиции гидрораспределителя, а регулирование скорости этого движения – изменением рабочего объема насоса [3].

Функции гидроприводов непрерывно расширяются, повышаются требования к их рабочим характеристикам, а следовательно, усложняются их конструкции, что вызывает увеличение сроков проектирования, экспериментальных исследований и доводочных испытаний. В связи с этим эффективным методом исследования рабочих процессов, статики и динамики гидросистем является использование систем автоматизированного моделирования и, в частности, программного продукта SimHydraulics [4].

Библиотека пакета SimHydraulics представляет собой набор блоков в виде графических пиктограмм с оригинальными названиями на английском языке. Для их просмотра, выбора и перетаскивания мышью в окно создаваемой Simulink-модели служит окно браузера библиотек Simulink (рис. 2) [5].

В MATLAB 7.4.0.287 R2007a в библиотеку Foundation Library → Hydraulic входят три раздела:

1.1.Hydraulic Sensor and Sources.

1.2.Hydraulic Elements.

1.3.Hydraulic Utilities,

а также библиотека SimHydraulics включает еще восемь разделов:

2.1.Hydraulic Utilities.

2.2.Accumulators.

2.3.Pipelines.

2.4.Local Hydraulic Resistances.

8

2.5.Orifices.

2.6.Valves.

2.7.Hydraulic Cylinders.

2.8.Pumps and Motors.

Рис. 2. Окна браузера библиотек Simulink (Hydraulic и SimHydraulics)

Каждый раздел содержит блоки определенной группы. Рассмотрим их более подробно.

9

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ И ИСТОЧНИКИ

(Hydraulic Sensor and Sources)

Раздел содержит набор гидравлических датчиков и источников и включает в себя четыре блока:

1.Ideal Hydraulic Flow Rate Source.

2.Ideal Hydraulic Pressure Source.

3.Ideal Hydraulic Flow Rate Source.

4.Ideal Hydraulic Pressure Sensor.

1.1.Идеальный гидравлический источник расхода

(Ideal Hydraulic Flow Rate Source)

Блок Ideal Hydraulic Flow Rate Source представляет собой идеальный гидравлический источник расхода, который поддерживает необходимый расход на выходе, независимо от давления на входе.

Рис. 3. Окно параметров блока Ideal Hydraulic Flow Rate Source

Блок не имеет никаких параметров и имеет два гидравлических порта T и P, связанных входным и выходным отверстиями источника, а также физический порт управления S, за счет которого происходит управление расходом на выходе из блока.

10