Назначение
Гидравлические системы широко применяются в современной технике благодаря высокой удельной мощности, плавности регулирования и возможности передачи больших усилий при относительно небольших размерах исполнительных механизмов. Они используются в строительной, сельскохозяйственной, авиационной, транспортной, судовой и промышленной технике, а также в различных автоматизированных установках.
Средства моделирования гидравлических систем PRADIS предназначены для исследования рабочих процессов в гидроприводах различной сложности, анализа динамики движения рабочей жидкости, определения нагрузок на элементы системы и оценки эффективности её работы в различных режимах эксплуатации.
Использование имитационного моделирования позволяет еще на этапе проектирования проверить правильность выбора компонентов гидросистемы, подобрать параметры насосов, гидромоторов, гидроцилиндров и регулирующей аппаратуры, а также исследовать влияние изменения режимов работы на характеристики всей системы.
Принцип построения гидравлических моделей
В PRADIS гидравлические системы строятся из отдельных физических компонентов, каждый из которых описывает реальный элемент гидропривода.
Пользователь соединяет компоненты между собой так же, как они соединяются в реальной гидравлической схеме. После построения расчетной схемы препроцессор автоматически формирует математическую модель системы, учитывая взаимосвязь всех компонентов, а решатель выполняет численное интегрирование полученной системы уравнений.
Такой подход позволяет моделировать как простые гидравлические приводы, так и сложные многоконтурные гидросистемы с автоматическим управлением, обратными связями и взаимодействием с механическими, электрическими и пневматическими подсистемами.
Структура гидравлической модели
Типичная гидравлическая модель состоит из нескольких групп компонентов.
Источники энергии
Формируют поток рабочей жидкости и создают необходимое давление в системе.
К данной группе относятся модели:
- насосов;
- источников давления;
- источников расхода;
- баков и резервуаров;
- аккумуляторов.
Они определяют энергетические возможности гидросистемы и режим её работы.
Исполнительные механизмы
Преобразуют энергию рабочей жидкости в механическое движение.
В гидравлических моделях используются:
- гидроцилиндры;
- гидромоторы;
- поворотные гидродвигатели;
- исполнительные приводы.
Именно эти компоненты обеспечивают выполнение полезной работы.
Регулирующая аппаратура
Предназначена для управления потоками рабочей жидкости.
К ней относятся:
- распределители;
- дроссели;
- регулируемые клапаны;
- предохранительные клапаны;
- редукционные клапаны;
- обратные клапаны;
- регуляторы расхода.
Они определяют алгоритм работы гидросистемы и распределение потоков между исполнительными механизмами.
Гидравлические магистрали
Соединяют отдельные элементы системы между собой.
При моделировании учитываются:
- длина трубопроводов;
- диаметр;
- гидравлическое сопротивление;
- местные потери;
- инерция потока;
- сжимаемость жидкости.
Это позволяет исследовать влияние трубопроводов на динамику всей системы.
Рабочая жидкость
Во всех гидравлических расчетах используется модель рабочей жидкости с заданными физическими свойствами.
При моделировании могут учитываться:
- плотность;
- вязкость;
- температура;
- модуль объемной упругости;
- сжимаемость;
- изменение свойств при различных режимах работы.
Корректное описание свойств жидкости особенно важно при моделировании высоконагруженных и быстродействующих гидросистем.
Датчики
Позволяют контролировать параметры гидросистемы в процессе моделирования.
В зависимости от поставленной задачи могут измеряться:
- давление;
- расход;
- скорость потока;
- температура;
- уровень жидкости;
- положение исполнительных механизмов;
- усилие;
- мощность;
- перепад давления.
Полученные значения могут использоваться как для анализа результатов, так и в качестве сигналов системы автоматического управления.
Библиотеки гидравлических компонентов
Для построения моделей PRADIS содержит специализированную библиотеку гидравлических компонентов, включающую широкий набор моделей реальных элементов гидроприводов.
В библиотеке представлены компоненты для моделирования:
- насосного оборудования;
- гидромоторов;
- гидроцилиндров;
- распределительной аппаратуры;
- клапанов различных типов;
- трубопроводов;
- соединительных элементов;
- гидроаккумуляторов;
- источников давления;
- источников расхода;
- резервуаров;
- измерительных устройств;
- вспомогательных элементов гидросистем.
Использование готовых моделей значительно ускоряет разработку расчетных схем и позволяет создавать модели практически любой сложности.
Возможности гидравлического моделирования
Средства гидравлического моделирования PRADIS позволяют выполнять широкий спектр инженерных расчетов.
Основными задачами являются:
- расчет распределения давления в гидросистеме;
- анализ расходов рабочей жидкости;
- исследование переходных процессов;
- моделирование работы гидроприводов;
- расчет динамики гидроцилиндров;
- расчет гидромоторов;
- моделирование распределителей и клапанов;
- анализ гидравлических ударов;
- исследование работы предохранительных устройств;
- моделирование процессов заполнения и опорожнения полостей;
- анализ утечек рабочей жидкости;
- исследование устойчивости гидропривода;
- подбор параметров насосов и регулирующей аппаратуры;
- оптимизация гидравлических схем;
- оценка энергетической эффективности системы.
Совместное моделирование
Одним из преимуществ PRADIS является возможность объединения гидравлических моделей с моделями других физических доменов.
Гидравлические системы могут непосредственно взаимодействовать с:
- механическими системами (гидроцилиндры, гидромоторы, исполнительные механизмы);
- электрическими приводами (электродвигатели насосов, электромагнитные клапаны);
- пневматическими системами;
- тепловыми моделями;
- системами автоматического управления;
- пользовательскими моделями.
Такой подход позволяет исследовать работу изделия как единой мехатронной системы, учитывая взаимное влияние всех физических процессов.
Практическое применение
Средства гидравлического моделирования PRADIS используются при разработке и исследовании:
- гидроприводов строительной техники;
- гидросистем экскаваторов;
- крановых установок;
- лесозаготовительной техники;
- сельскохозяйственных машин;
- гидростатических трансмиссий;
- рулевых гидроусилителей;
- авиационных гидросистем;
- промышленного гидравлического оборудования;
- испытательных стендов;
- мобильных гидроприводов;
- гидравлических прессов;
- систем управления технологическим оборудованием.
Моделирование позволяет оценить работу гидросистемы ещё до изготовления опытного образца, выявить потенциальные проблемы на ранних этапах проектирования, подобрать оптимальные параметры компонентов и сократить затраты на разработку новой техники.