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内容简介

　　本书是用AMESim仿真软件进行液压系统计算机仿真的进阶教程，主要通过实例来介绍用AMESim仿真软件进行液压系统建模和仿真的基本理论和操作技巧。所列举的实例，涵盖了流体力学、泵、缸、蓄能器、控制阀、回路及比例伺服系统等领域。读者通过实例的学习，既能够掌握AMESim基本操作技巧，又能够学习液压传动基础知识，一举多得。

目录

前言
第1章液压系统仿真基础知识1
1.1仿真概述1
1.2Amesim中液压仿真的总体介绍4
1.2.1Amesim中的库4
1.2.2液压系统的组成6
1.2.3简单实例9
1.3系统代数环的概念与解决方案14
1.3.1代数环的概念14
1.3.2代数环的解决方法15
第2章液压油和液压流体力学的仿真方法16
2.1流体的基本属性16
2.1.1概述16
2.1.2流体密度16
2.1.3流体的可压缩性17
2.1.4黏性20
2.1.5存在空气和气泡的流体21
2.1.6气穴和气蚀现象22
2.1.7液压流体属性子模型22
2.1.8流体属性仿真实例25
2.2流体静力学28
2.2.1液体的静压力及其特性28
2.2.2静压力基本方程式29
2.2.3液体静压力的仿真29
2.2.4帕斯卡原理30
2.2.5帕斯卡原理仿真30
2.3流体动力学33
2.3.1液体连续性原理33
2.3.2流体连续性原理仿真34
2.3.3理想液体的伯努利方程36
2.3.4实际液体的伯努利方程36
2.3.5动量方程36
2.4孔口和缝隙流量37
2.4.1孔口流动37
2.4.2缝隙流动40
2.4.3Amesim中的节流孔40
2.4.4总结41
2.4.5孔口流量公式的仿真42
2.4.6参考压力下的流量44
2.4.7孔口出流45
2.5液体流动时的压力损失48
2.5.1液体的流动状态48
2.5.2压力损失49
2.5.3流体属性对层流紊流的影响50
2.6动量方程的应用54
2.6.1滑阀液动力54
2.6.2锥阀阀口通流面积及压力流量方程56
2.6.3锥阀的稳态液动力57
2.6.4圆柱滑阀液动力仿真57
2.6.5锥阀的稳态液动力59
第3章液压泵的仿真方法61
3.1采用液压库的液压泵仿真方法61
3.1.1流量源的使用方法61
3.1.2定量泵模型的使用方法62
3.1.3变量泵模型的使用方法62
3.1.4恒压变量泵模型的使用方法63
3.2液压泵液压元件设计库仿真基础知识64
3.2.1常见泵的机械结构及工作原理64
3.2.2Amesim中构建泵模型常用库元件65
3.3柱塞泵的仿真68
第4章液压缸的仿真方法84
4.1液压缸仿真的基础知识84
4.2液压库中的液压缸模型84
4.3柱塞缸仿真85
4.3.1柱塞缸仿真模型85
4.3.2柱塞缸仿真实例86
4.4活塞缸仿真90
4.4.1单杆双作用90
4.4.2双杆双作用91
4.4.3差动式91
4.4.4单杆单作用92
4.4.5增压缸92
4.4.6增速缸93
4.4.7多级缸仿真93
第5章蓄能器的仿真方法96
5.1蓄能器仿真简介96
5.1.1蓄能器技术概述96
5.1.2蓄能器功用97
5.1.3蓄能器的计算和选型97
5.1.4Amesim中的蓄能器参数99
5.2蓄能器仿真实例101
5.2.1蓄能器数学模型的简单验证101
5.2.2较复杂的蓄能器仿真103
第6章液压控制阀的仿真方法109
6.1液压控制阀Amesim仿真概述109
6.2单向阀109
6.3方向控制阀的仿真114
6.3.1方向控制阀的系统级仿真114
6.3.2方向控制阀的元件级仿真115
6.4压力控制阀的仿真121
6.4.1溢流阀仿真121
6.4.2减压阀仿真132
6.4.3顺序阀仿真136
6.4.4压力继电器仿真145
6.5流量控制阀的仿真149
6.5.1节流孔的仿真149
6.5.2节流阀的仿真156
6.5.3调速阀的仿真156
6.6插装阀的仿真158
6.6.1插装方向控制阀158
6.6.2插装压力控制阀163
6.6.3插装流量控制阀164
6.6.4插装阀仿真综合实例165
第7章液压回路的仿真169
7.1液压回路仿真的基础知识169
7.2调速回路的仿真169
7.2.1进油节流调速回路169
7.2.2回油节流调速回路174
7.2.3旁路节流调速回路179
7.3方向控制回路的仿真181
7.4压力控制回路的仿真189
7.5平面机构库和液压库的仿真195
第8章比例伺服系统的仿真方法201
8.1伺服系统仿真基础知识201
8.1.1比例换向阀的流量计算202
8.1.2流量计算实例203
8.1.3仿真实例1203
8.2不考虑负载和摩擦的双活塞杆阀控缸系统204
8.2.1理论分析204
8.2.2仿真实例2206
8.3不考虑负载和摩擦力的单活塞杆阀控缸系统209
8.3.1单活塞杆液压缸的面积比209
8.3.2前进行程：两腔的压力和控制边上的压力降210
8.3.3后退行程：两腔的压力和控制边上的压力降211
8.3.4速度计算212
8.3.5使用三位四通比例换向阀的阀控缸系统前进后退速度的比较213
8.3.6使用三位四通开关阀的阀控缸系统前进后退速度的比较213
8.3.7仿真实例3213
8.4考虑负载和摩擦的双活塞杆阀控缸系统216
8.4.1驱动活塞的最大力216
8.4.2匀速运动时的活塞力216
8.4.3负载压力、腔体压力和通过控制边的压力降217
8.4.4运动速度的计算217
8.4.5泵的大小218
8.4.6仿真实例4（考虑负载和摩擦力的双活塞缸液压缸速度的计算）218
8.4.7负载力对运动速度的影响221
8.5考虑负载和摩擦的单活塞杆阀控缸系统222
8.5.1驱动活塞的最大力222
8.5.2恒定运动速度的输出力223
8.5.3负载压力、腔体压力和控制边的压力差223
8.5.4前进和后退行程的速度计算224
8.5.5负载力的影响224
8.5.6泵的规格224
8.5.7仿真实例5（考虑负载和摩擦力的单活塞杆阀控缸速度的计算）225
参考文献227

前言/序言

　　随着计算机技术的飞速发展，各行各业涌现出了名目繁多的仿真软件，流体传动与控制领域也不例外。通常所说的流体传动与控制系统指液压系统，也包括气动系统。本书主要讲解液压系统的计算机软件仿真方法，并且主要介绍的是液压传动系统的静态特性仿真，不涉及伺服系统的动态性能仿真。
　　目前市面上流行的液压系统计算机仿真软件主要包括FluidSim、Automation Studio、HOPSAN、HyPneu、Easy5、DSHplus、20�瞫im、Amesim、MATLAB等。本书介绍利用Amesim软件进行液压系统计算机仿真的基本方法，以期为Amesim软件在中国的普及贡献一点绵薄的力量，促进国内相关领域的发展。
　　本书介绍的是液压系统仿真的基本知识，要想看懂本书，必须拥有一定的液压基础知识。笔者在写作本书的过程中，深深地体会到液压技术本身的功底对液压仿真的重要性，建议读者在学习本书的同时也应该更深入地学习液压工程知识。但反过来，笔者认为，Amesim完全能够胜任液压虚拟实验室的功能，对提高用户的液压工程能力，也能够起到一定的作用。
　　本书的体系结构参考了国内通行的液压传动教材的结构，目的是想介绍一种思想，一种用Amesim解决液压工程问题的思想。本书旨在证明一点，Amesim可以解决绝大多数液压工程的仿真问题，它提供了从流体力学到液压传动、直到伺服控制的完整的液压解决方案。
　　阅读这本书，读者首先要知道用Amesim进行仿真的基本步骤，即建立模型草图，赋予子模型，参数设置，最后是仿真。本书关注用Amesim解决液压问题，因此许多关于Amesim的基本操作方法，介绍得不多，比如仿真结果的显示和处理、批处理的设置方法、超级元件的设置方法、图标的绘制和创建等。这些操作方法，读者可以从本书的姊妹篇《液压系统Amesim计算机仿真指南》和Amesim的帮助文件中找到相关答案。所以读者学习Amesim，最好拥有一定的英文基础。
　　本书的特色是介绍了Amesim液压库中没有的元件的仿真模型构建方法，比如增压缸、多级缸、压力继电器、插装阀、柱塞泵等元件的Amesim仿真方法。通过学习这些元件仿真模型的建立方法，读者最重要的是掌握其建模思想，一旦掌握了建模思想，就能够举一反三，从而能够建立从前没有见过或Amesim库中没有提供的元件的仿真模型，进而解决实际工程问题。
　　本书第1章介绍了液压系统仿真基础知识，读者可以先大致阅读一下本章，重点是了解用Amesim进行液压系统计算机仿真所需要的四个步骤，待到学习逐渐深入后，可以再返回来重新详细阅读，这样读者就能够加深对Amesim的理解，从而提高能力，解决更深层次的问题；第2章介绍了液压油和液压流体力学的仿真方法，主要介绍了流体的属性及其仿真实例、流量静力学及其仿真实例、流体动力学及其仿真实例、流体流动时的压力损失、孔口和缝隙的流动，这一章的内容在后面的章节中会经常用到，并且内容比较抽象，读者要细心研读；第3章介绍了液压泵的仿真方法，重点介绍了柱塞泵的仿真建模方法，这一章的仿真实例比较复杂，完整再现了柱塞泵的Amesim仿真建模方法，并且涉及到了液压库、液压元件设计库、机械库、信号库等内容，有一定难度；第4章介绍了液压缸的仿真方法，包括柱塞缸、活塞缸等内容；第5章介绍了蓄能器的仿真方法，并给出了仿真实例；第6章介绍了液压控制阀的仿真方法，着重介绍了液压库中方向阀、压力阀和流量阀的性能特点和参数设置方法，还介绍了用液压元件设计库搭建插装阀仿真模型的方法，本章对液压系统建模有很大的参考价值；第7章介绍了液压回路的仿真，包括调速回路、方向控制回路、压力控制回路，还介绍了利用Amesim的平面机构库和液压库联合进行仿真的方法；第8章介绍了比例伺服系统的仿真方法，由于本书的目的不是介绍液压系统动态特性的仿真方法，因此这一章没有介绍动态系统的常见内容（如时域分析、频域分析和校正等），而是通过循序渐进的设计实例，介绍了比例伺服液压系统的设计方法，并用仿真验证了设计方法的可行性，对提高读者的液压系统设计能力有一定的帮助。另外，本书所有的液压原理图图形符号都采用了《GB/T 786��1—2009流体传动系统及元件图形符号和回路图》标准。本书所有的仿真实例均由Amesim Rev13创建。本书还附带了包含所有仿真实例文件的光盘。
　　本书在编写过程中，得到了西门子公司仿真工程师聂利卫、谢基晨的大力帮助和支持，特别是谢基晨工程师不厌其烦的解释和讲解，帮助作者克服了许多仿真难题，并且两位工程师也对全书的体系结构给出了良好的意见建议，并亲自撰写了部分章节，在此对两位工程师的帮助表示深深的感谢！
　　Amesim软件庞大复杂、功能众多，液压技术体系严谨、博大精深，笔者自知自己液压功底尚浅，写作本书，只希望能够起到抛砖引玉的作用，希望对提高国内的液压元件、液压系统设计分析能力，贡献自己的一点力量。
　　写作时间仓促，必然存在这样或那样的错误和疏漏之处，恳请国内同行批评指正。
　　梁全





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