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1、径向恒流柱塞泵Amesim仿真研究径向恒流柱塞泵Amesim仿真研究前言我国已近进入了制造业大国行列，但是自主设计和创新设计能力亟待提高。现代产品的设计要求在尽可能短的时间内以最低的成本推出新的产品，那么只有耕具动态性能指标要求来设计系统，从系统的角度优化设计元件，才能设计出性能优良的产品，满足日益激烈的市场竞争和愈加苛刻的技术要求，增加自主创新能力。随着国内工业界对设计和研发的要求迅速提高，越来越多的工程技术专家意识到系统仿真在整个产品研发周期中的重要性。油液控系统的非线形以及研究研制过程耗资巨大，也内人士很早就开始运用仿真和优化手段进行设计。其中软件包AMESim能够从元件设计出发，可以考
2、虑摩擦，油液和气体的本身特性，环境温度等非常难的建模的部分，直到组成部件和系统进行功能性能仿真和优化，并能够联合其他优秀软件和优化，还可以考虑控制器在环构成闭环系统进行仿真，使设计出的产品完全满足实际应用环境的要求。AMESim 为多学科领域复杂系统建模仿真解决方案（英文缩写：Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems），引领着世界协同仿真之路。AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台，使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。用户可以在AMESi
3、m平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、机电系统和冷却系统中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为在汽车、液压和航天航空工业研发部门的理想选择。工程设计师完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统， 所有的这些来自不同物理领域的模型都是经过严格的测试和实验验证的。AMESim使得工程师迅速达到建模仿真的最终目标：分析和优化工程师的设计，从而帮助用户降低开发的成本和缩短开发的周期。 AMESim使得用户从繁琐的数学建模中解放出来从而专注于物理系统本身的设计。基本元素的概念，即从所有模型中提取出的构成工程系统的最小单元使得用户可以在模型
4、中描述所有系统和零部件的功能。AMESim处于不断的快速发展中，现有的应用库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库 （HCD）、动力传动库、液阻库、注油库 （如润滑系统）、气动库 （包括管道模型）、电磁库、电机及驱动库、冷却系统库、热库、热液压库（包括管道模型）、热气动库、热液压元件设计库 （THCD）、二相库、空气调节系统库；作为在设计过程中的一个主要工具，AMESim还具有与其它软件包丰富的接口 本次毕业设计就是在作出了理论上的设计的前提下用该软件对设计进行仿真，以新的柱塞泵恒流理论设计的径向恒流柱塞泵,用Amesim软件仿真该理论设计的双作用柱塞泵的流量脉动、压力
5、脉动、工作压力、容积效率、转速、运行平稳性、噪音等的性能特点。第一章 柱塞泵恒流理论的提出11 柱塞泵的运动情况柱塞泵的常见形式有轴向柱塞泵和径向柱塞泵。柱塞的中心轴线与转轴轴线平行的称为轴向柱塞泵，其柱塞有轴向运动而无径向运动，吸油与排油是通过柱塞的轴向运动实现的；柱塞的中心线与转轴轴线垂直的称为径向柱塞泵，其柱塞有径向运动而无轴向运动，吸油与排油是通过柱塞的径向运动实现的。 通常柱塞泵中有多只柱塞，它们是绕转轴轴线沿周向均匀分布的，工作时一部分柱塞做吸油运动，同时另一部份柱塞做排油运动。单个柱塞绕转轴轴线旋转运动时，先是吸油后是排油，再吸油再排油，如此周而复始，其运动速度V（对于轴向柱塞泵
6、来说是轴向运动速度，对于径向柱塞泵来说是径向运动速度）与转轴转过的角度在一个周期T内的关系如图1所示(=t, 为转轴的角速度,t为时间)。在本篇论文中约定柱塞吸油时的运动速度为正,排油时的运动速度为负，称该曲线为单个柱塞的运动速度曲线。 （图1.1：一个周期T内单个柱塞的运动速度曲线）12 恒流特征速度曲线的提出要实现柱塞泵工作时无流量脉动，必须使任一时刻处于吸油状态的各个柱塞的运动速度之和为一恒定值，同理，处于排油状态的各个柱塞的运动速度之和也应该为一恒定值。然而目前的柱塞泵，不管是轴向的还是径向的都不能满足上述要求。要满足上面提出的要求，必须 （图1.2：恒流特征速度曲线及其位移曲线）使单
7、个柱塞的运动速度曲线具备一定的特征，现绘出具备这些特征的速度曲线如图 (图1.2恒流特征速度曲线及其位移曲线)2粗实线所示（该粗实线为一个周期T内的速度曲线），其表达式为V=Vmax G(), Vmax为其最值，现将该曲线的特征罗列如下：（1） 曲线必须是连续的，且具有周期性；（2） 在0，T/4区间的曲线必须关于点（T/8，Vmax G（T/）成原点对称；（3） 在0，T/2区间的曲线必须关于直线= T/4成轴对称；（4） 在0，T区间的曲线必须关于点（T/2，0）成原点对称。称上述特征为恒流特征，将具备这些特征的单个柱塞的运动速度曲线命名为恒流特征速度曲线。将表达式V= Vmax G()对
8、t积分就得到柱塞的位移（径向位移或轴向位移）的表达式： 图中细实线为C=0时的位移曲线，当=T/2时位移S有最值H（柱塞的升程），且有下式成立： 那么Vmax=4H/T,故式可改写为： 只要柱塞的位移曲线满足式，就可使其运动速度曲线为恒流特征曲线,从而实现柱塞泵的恒流,并称满足式的位移曲线为恒流特征位移曲线。13 恒流的实现下面来说明柱塞泵的单个柱塞的运动速度曲线为恒流特征速度曲线时是如何实现柱塞无流量脉动的。现有一柱塞泵（轴向的或径向的），设该泵单个柱塞的运动速度曲线为恒流特征速度曲线，其柱塞数为4，为单作用柱塞泵,故T=2（为双作用泵时T取）, (图1.3:粗细不同的曲线代表不同柱塞的速度
9、曲线)相邻两柱塞之间的相位差为2/4=/2。现将 (图1.3:粗细不同的曲线代表不同柱塞的速度曲线) 该泵中4只柱塞的运动速度曲线绘制到同一个坐标系中如图3所示，则在同一坐标系中不难看出相邻两柱塞的速度曲线之间的相位差为/2，并且还可以发现在任一时该泵有两只柱塞处于吸油状态，另外两只柱塞处排油状态。依据前述的恒流特征不难证明：轴上半部分所有的曲线叠加后为一直线V=Vmax,也即任一时刻处于吸油状态的两只柱塞的速度之和为一恒定值Vmax；同理，轴下半部分所有的曲线叠加后为一直线V=-Vmax，也即任一时刻处于排油状态的两只柱塞的速度之和为一恒定值-Vmax。这说明具有恒流特征的速度曲线理论上能实
10、现柱塞泵的恒流。事实上，采用这类速度曲线时,单作用泵的柱塞数必须为4的倍数，双作用柱塞泵的柱塞数必须为8的倍数，否则不能实现恒流，无论单作用泵或双作用泵,通常情况下柱塞数都应选8，采用8只柱塞时任一时刻有4只柱塞处于吸油状态，另4只处于排油状态。1.4 几种具有恒流特征的速度曲线（1.4.1）一次函数恒流特征速度曲线V=A G(), G()满足下式： 上式中正负号分别对应着两条恒流特征速度曲线，将上式对时间t求导后 ，就可以得到加速度的表达式，并且从该加速度表达式可以发现加速度有突变，也就是说如果采用一次函数恒流特征速度曲线，柱塞在运动虽无刚性冲击，但存在着柔性冲击。（1.4.2）三角函数恒流
11、特征速度曲线V=A G(), G()满足下式： 同样将上式对时间t求导后 ，就可以得到加速度的方程式，并且从该方程可以发现加速度没有突变，说明采用该曲线无柔性冲击。（1.4.3）无高次冲击恒流特征速度曲线。将恒流特征速度曲线对积分，便得一新曲线（图1.4中的细实线所示），该新曲线酷似恒流特征曲线的前半部分，事实上补上后半部分曲线后（图1.4中的虚线所示），再将前后两半部份组合起来就是一条新的恒流特征速度曲线，其周期为原曲线的2倍，将新得来的恒流特征速度曲线再次进行积分，重复上述步骤，便又得一条恒流特征速 （图1.4：图中粗实线为一恒流特征速度曲线）度曲线，经过N次上述步骤后所得到的恒流特征速度
12、曲线至少无N+1次冲击。通常情况下我们求得无3次冲击的恒流特征曲线就足够了，更高次的难以求得，并且给加工也会带来困难。 其实恒流特征速度曲线有很多的，只要依据恒流特征就可以求出许多这样的曲线，而上面仅仅是给出了几种常见的。以上便是柱塞泵恒流理论，依据该理论可以设计轴向恒流柱塞泵和径向恒流柱塞泵，这两种泵的流量脉动和压力脉动在不考虑工作油液的可压缩性质的情况下是为零的，当此类泵工作在高压的情况下或要考虑油液的可压缩性质的情况下，该理论还有待进一步完善。第二章 径向恒流柱塞泵的工作原理及其主要参数2.1 新型径向恒流柱塞泵的工作原理及其结构简图在第一章中所讲的柱塞泵恒流理论既可以用来设计轴向恒流柱
13、塞泵也可以用来设计径向恒流柱塞泵，本论文只对径向恒流柱塞泵进行Amesim仿真，在进行仿真之前首先简单介绍一下该泵的工作原理。该泵为双作用泵，八只柱塞在转子中沿径向等分排列，每只柱塞的头部嵌有一滚柱，滚柱与固定在泵体上的定子的内曲面是呈线接触，该曲面可依据第一章中所讲的恒流特征位移曲线来设计，转子与驱动轴之间是通过花键来连接的，在驱动轴的高速带动下，转子中的柱塞在离心力的作用下会使柱塞头部的滚柱贴在定子的内曲面上，从而使柱塞完成吸油与排油运动，该泵的配流采用轴配流方式，与普通径向柱塞泵的配流轴大致相同，只是其配油窗口有四个，两个吸油窗口和两个排油窗口。图是该泵的结构简图，图是该泵的原理简图。(
14、图2.1径向恒流柱塞泵的结构简图)1 定子；2 滚柱；3 柱塞；4 转子；5 排油窗口；6 吸油窗口；7 端盖；8 吸油口；9 定位孔；10 配流轴；11 泵体；12 排油口。(图2.2径向恒流柱塞泵原理图)1 转子；2 滚柱；3 柱塞；4 定子；5 配流轴。2.2 径向恒流柱塞泵的主要参数2.2.1 径向恒流柱塞泵的性能参数a工作压力为p=38MPa；b峰值压力为=42MPa；c排量为Qs=16ml/r；d额定转速为n=1460r/min；e. 额定功率为P=14.75kW；f. 额定扭矩为T=96.76N.m；g工作油液密度0.9g/cm,温度为50度时的粘度值为40mm/s，动力粘度值为
15、0.036 。2.2.2径向恒流柱塞泵的结构参数a柱塞数为8；b柱塞直径为D=10mm；c升程为H=13mm；d配流轴的轴径为2R=40mm； e柱塞的径向位移曲线方程为：（）该方程描述的是柱塞头部滚柱中心线与驱动轴旋转中心线之间的距离与驱动轴旋转角度的关系，只给出了之间的曲线，的曲线可由对称关系求得。S为滚柱中心线与泵的驱动轴旋转中心线的距离；为驱动轴的旋转角度；H为柱塞的升程；C为柱塞滚柱中心线与泵的驱动轴中心线之间距离最小时的位移值C=69mm。其它的结构参数可同另外一位同学的pro/E的三维造型中获得。第三章 径向恒流柱塞泵的Amesim仿真3.1 Amesim4.20的简介及建模过程
16、概述3.1.1 Amesim4.20的简介AMESim 为多学科领域复杂系统建模仿真解决方案（英文缩写：Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems），引领着世界协同仿真之路。AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台，使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。用户可以在AMESim平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、机电系统和冷却系统中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为在汽车、液压和航天航空工业研
17、发部门的理想选择。工程设计师完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统， 所有的这些来自不同物理领域的模型都是经过严格的测试和实验验证的。AMESim使得工程师迅速达到建模仿真的最终目标：分析和优化工程师的设计，从而帮助用户降低开发的成本和缩短开发的周期。AMESim使得用户从繁琐的数学建模中解放出来从而专注于物理系统本身的设计。基本元素的概念，即从所有模型中提取出的构成工程系统的最小单元使得用户可以在模型中描述所有系统和零部件的功能， 而不需要书写任何程序代码。AMESim处于不断的快速发展中，现有的应用库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库 （HCD
18、）、动力传动库、液阻库、注油库 （如润滑系统）、气动库 （包括管道模型）、电磁库、电机及驱动库、冷却系统库、热库、热液压库（包括管道模型）、热气动库、热液压元件设计库 （THCD）、二相库、空气调节系统库；作为在设计过程中的一个主要工具，AMESim还具有与其它软件包丰富的接口，例如Simulink, Adams, Simpack, Flux2D，RTLab, dSPACE, iSIGHT等。Amesim有五大软件平台，可以让用户更加方便快速地进行建模与仿真，并且可以实现用户数据的保密与安全交流。3.1.1.1AMESim建模、仿真和分析平台 AMESim是系统工程高级建模和仿真平台，它提供了
19、一个系统工程设计的完整平台，使得用户可以同一平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。用户可以在AMESim平台下研究任何元件或者系统的稳态和动态性能。 用户可以直接使用AMESim提供的丰富的元件应用库，同时还能够通过AMESet扩充或者创建特殊的应用库。 这使得AMESim成为用于车辆， 越野设备， 航空航天以及重型设备工业的多学科领域，包括流体，机械，热分析，电磁以及控制等复杂系统建模和仿真的优选平台。3.1.1.2AMESet高级的二次开发平台 AMESet是AMESim 子模型编辑工具，可以提供AMESim所有子模型的源代码模板，方便地扩充AMESi
20、m应用库。通过AMESet创建的模型库，具有标准化、可重复使用以及易于维护等特点。用户创建的模型库完全地兼容软件中原有的所有AMESim模型，并且可以在AMESim所 支持的不同操作平台之间自动地移植。 AMESet为用户的开发过程带来了质量的保证。 3.1.1.3AMECustom定制、封装和加密平台 AMECustom是AMESim 的定制工具。通过AMECustom， 用户可以建立专用的具有定制用户界面和参数设置的模型数据库。对任何模型或者模型组均有效， 所生成的定制模型可以包含：个性化的图标， 可供同一模型选择的预先定义的多套参数， 适合的参数和变量对话， 在线帮助等。此外， 还可以通
21、过AMECustom的加密功能对敏感信息进行加密。3.1.1.4AMERun现存模型仿真分析平台 AMERun是AMESim的只运行版本。它提供了所有标准AMESim参数设置和完成仿真分析的功能。 通过AMERun，非建模和仿真计算的专业人员可以共享经验证的、 严格测试的以及定制的AMESim模型。3.1.1.5AMEDesk数据库管理平台 AMEDesk是AMESim 的数据库管理工具。通过AMEDesk， 用户可以管理AMESim的数据库，使得不同平台之间、不同部门之间和不同单位之间的工程师能够协同工作和数据共享。在本论文中我们将只用到Amesim建模、仿真和分析平台，在下一小节我们将简单
22、地介绍一下Amesim的建模与仿真的一般步骤。3.1.2 Amesim的建模与仿真过程概述使用Amesim，可以搭建系统方案，修改元件的子模型，设置子模型的参数，运行仿真。每一个都与Amesim的一个工作模式相对应，这四种工作模式如下： 方案模式（Sketch） 子模型模式(Submodel) 参数模式(Parameter) 运行模式(Run)3.1.2.1方案模式（Sketch）启动Amesim时就进入了Sketch模式。在Sketch模式下，利用应用库中的元件可以实现： 创建一个新的系统； 修改或完成一个已有的系统。它是应用库按钮和锁定按钮可用的唯一模式。注意：当打开一个现存的系统的时候，
23、系统方案是锁定的，不能被修改系统方案的。如果要修改系统方案，必须通过点击Lock按钮解锁系统方案。Sketch模式是进行仿真的第一步。3.1.2.2.子模型模式当搭建完成系统后，就可以进入到submodel模式了，给系统元件选取子模型。若系统方案在方案模式中没有边接完整的话，将不能进入submodel模式进行子模型的选取。在子模型模式下，可以实现： 给每一个元件选择子模型； 使用premier submodel按钮； 删除元件的子模型。3.1.2.3.参数模式当所有的元件在子模型模式下都选取了下确的子模型后就可以进入参数模式了，在参数模式（parameter）下，可以实现： 检查或修改子模型参
24、数； 拷贝子模型参数； 设置全局参数； 选择方案的一部分区域，显示出这一区域的共同参数； 设置批运行。当进入parameter模式时，Amesim编译系统，产生一个可执行文件。只有该可执行文件才可以进行仿真。在运行之前，需要调整模型的参数。 3.1.2.4.运行模式在参数模式中设置完了各个元件的参数之后就可以进入运行模式了，在Run模式，可以实现： 初始化标准仿真运行和批仿真运行； 绘制结果图； 存储和装载所有或部分坐标图的配置； 初始化当前系统的线性化； 完成线性化系统的各种分析； 完成活性指数分析为了帮助用户完成这些任务，Amesim显示特定的工具栏请参看“模式工具栏”和“预处理工具栏”。
25、经过上述模式，准备了系统方案，设置了子模型和参数，就可以点击仿真按钮进行仿真了。3.2搭建该泵的仿真系统模型3.2.1 径向恒流柱塞泵的仿真系统模型概述在方案模式下我们能搭建泵的系统方案图，它可以反应出该泵的建模思路。下图就是新型径向恒流柱塞泵的系统方案图，由该图可知它是由图标和连线组成的，图标其实就相当于数学上的一个函数模块，每个图标都有一个至几个不等的端口，那些连线就是负责这些图标之间的通信的，用于连接这些图标的端口的。绿色的图标和连线表示机械类元件；蓝色的表示液压类元件；红色的表示控制信号类元件。棕色表(图3.1系统方案图)示液压类的元件，棕色也有表示气动类的元件；黑色的表示是用户自定义
26、的元件。其它的颜色也有其特定的意义，这里就不多说了。另外该系统中还一个超级元件如图所示，是用户自定义的，所以是黑色的，所谓超级元件其实就是由多个基本元件组成的一个整体元件，这是为了使搭建的系统在复杂庞大的情况下显得更简明些，更易操作些。(图3.2超级元件)该超级元件展开后如图所示，各个带有数字的端口与上图中带有数字的端口相对应。(图3.3超级元件)3.2.2径向恒流柱塞泵仿真系统具体的搭建过程在本小节我们将依据图从左自右逐一介绍各个元件的数学模型，使用方法和怎样去构建径恒流柱塞泵的仿真系统的。3.2.2.1原动机元件原动机元件的图标如图所示，由图可知它有一个端口，两个外部变量，一个是负载力矩，
27、单位为N.m ，用红色箭头表示的，其意义表示该变量为输入变量；另外一个是输出变量，是用绿色箭头表示的，该输出变量为原动机输出的转速，单位为rev/min。(图3.4原动机元件)该元件内部还有三个实型参数，如表所示（表3.1）Real parametersVariable nameUnitvalueshaft speed at zero load torquew0rev/min1500shaft speed at another load torquew1rev/min1460corresponding load torquet1Nm96.76由于该泵的额定转速为1460r/min, 额定扭矩为
28、96.76N.m。故上表中w1应设置为1460r/min，t1应为96.76N.m。该元件的方程描述如下：式中omega表示原动机的输出转速，torque表示原动机的输入扭矩。3.2.2.2扭矩弹簧扭矩弹簧的图标如图所示，该元件有两个端口和四个外部变量，端口1和端口2实际上是等同的，分别各有一个扭矩输出变量和一个转速输入变量。(图3.5扭矩弹簧)该扭矩弹簧在一定的扭矩下会发生扭转变形，产生一个扭转角度，故扭矩弹簧可用来模拟驱动轴的扭转变形。该元件有一个内部变量如表所示。（表3.2）Internal variablesVariable nameUnitvalueagular twist in s
29、pringthetadegree0此内部变量即为该扭矩弹簧在一定的扭矩下所产生的扭转角度，初始值为0 degree。该元件还有一个实型内部参数如表所示。（表3.3）Real parametersVariable nameUnitvaluespring stiffnesskNm/degree5000此内部参数为弹弹簧的刚度系数，初始值暂取5000 N.m/degree。该元件的方程描述如下：torq1 = torq2 = - k . thetadtheta = - (w1 + w2) / 6式中torq1和torq2为扭矩弹簧两端的输出扭矩，w1和w2为扭矩弹簧两端的输入转速，k为弹簧刚度系数，
30、theta为扭转角度，dtheta为theta对时间的导数，常数6是用于将单位rev/min转换为rad/s的。3.2.2.3旋转体元件旋转体元件的图标如图所示，该元件有两个端口和四个外部变量，分别各有一个扭矩输入变量和一个转速输出变量。(图3.6旋转体元件)该元件用于模拟具有惯性的旋转体，在本设计中用于模拟驱动轴和转子，利用另外一位同学所做的径向恒流柱塞泵三维造型，经pro/E计算可得此泵的驱动轴和转子的转动惯量为11.2kg.m。该元件有一个内部变量如表所示（表3.4）Internal variablesVariable nameUnitrotary accelerationaccelra
31、d/s/s另外，还有一个实型内部参数如表所示（表3.5）Real parametersVariable nameUnitDefault valuemoment of inertiaJkgm*211.2此参数即为驱动轴和转子的转动惯量，所以应设置为11.2kg.m。该元件的方程描述如下：accel = (torq1 torq2) / J式中accel为旋转体的角加速度，torq1 和 torq2分别为此元件两个端口的输入转矩，J为驱动轴和转子相对于其中心线的转动惯量。3.2.2.4角位移传感器元件角位移传感器元件的图标如图所示，该元件有三个端口，1端口有一个转速输出变量和一个转矩输入变量，2端口
32、有一个无量纲的信号输出变量，该变量也即为所测旋转轴的角位移值，3端口有一个转速输入变量和一个转矩输出变量。(图3.7角位移传感器元件)该元件用于测量所连接的旋转轴的角位移，在本论文中是用来测量泵的驱动轴的角位移值的，并用端口2将该值用信号输出，该信号将用于控制柱塞孔与配流轴窗口连通与隔断动作的。3.2.2.5动态旋转机械结点元件动态旋转机械结点的图标如图所示，它总共有9个端口，其中右侧的1至8端口是等同的，分别有一个转矩输入变量和一个转速输出变量，而左侧那个端口有一个转矩输出变量和一个转速输入变量。该元件用于将驱动轴的转速等值地传递到到八个柱塞，把转矩均分到8个柱塞，所以该元件左侧端口的转速是
33、等于右侧各个端口的转速，而左侧端口的转矩是等于右侧所有端口的转矩之和。(图3.8动态旋转机械结点元件)3.2.2.6信号分离器元件信号分离器元件的图标如图所示，该元件有三个端口，端口1和2各有一个信号输出变量，端口3有一个信号输入变量。(图3.10信号分离器元件)该元件用于将驱动轴的角位移信号等值地传递给八个柱塞，去控制柱塞孔与配流轴窗口连通与隔断的动作的。由图可知，径向恒流柱塞泵系统仿真方案图中共有7个这样的元件，在超级柱塞元件中还各有一个这样的信号分离器元件，在超级柱塞元件中起信号分离与传递作用。3.2.2.7超级柱塞元件超级柱塞元件是由用户自定义的超级元件，故其图标呈黑色，如图所示，该元
34、件有5端口，1端口有一个流量输出变量，一个油液体积输出变量（该值总是为零），和一个压力输入变量；2端口为吸油口，有一个压力输入变量和一个流量输出变量；3端口为排油口，有一个压力输入变量和一个流量输出变量；4端口为驱动轴角位移信号输入口，有一个信号输入变量，用于控制柱塞孔与配流轴窗口连通与隔断动作的；5端口为原动机动力输入端口，有一个转矩输出变量和一个转速输入变量。(图3.11超级柱塞元件)在整个系统方案图中共有8个这样的超级柱塞元件，但它们内部参数设置不一样，是因为柱塞在泵中所处的位置不一样，每个柱塞都有其对应的角度偏移值，具体的如下所示：Piston 1 : offset 0 degPist
35、on 2 : offset 45 degPiston 3 : offset 90 degPiston 4 : offset 135 degPiston 5 : offset 180 degPiston 6 : offset 225 degPiston 7 : offset 270 degPiston 8 : offset 315 deg该超级柱塞元件其实就是由一些基本元件组成的，其展开后就如图所示， 该元件其实就是单个柱塞的模型，绿色和棕色的元件是模拟柱塞吸油和排油运动的，并且将泄漏也考虑进去了，绿色的凸轮是用于控制柱塞吸油和排油运动规律的；蓝色的元件和连线是泵中的油路模型，在2端口和3端口各
36、有一个可控制通孔直径的节流孔，2端口的那个节流孔为吸油节流孔，3端口的那个节流孔为排油油节流孔；另外红色的元件和连线是信号控制部分，它们是用来控制吸油节流孔和排油节流孔的孔径的大小的，实现在柱塞吸油时吸油节流孔打开和排油节流孔关闭，以及在柱塞排油时吸油节流孔关闭和排油节流孔关闭的功能，该功能其实也就是模拟泵中柱塞孔与配流轴上的吸油窗口和排油窗口连通和隔断的功能。(图3.12超级柱塞元件)下面就逐一介绍该超级柱塞元件内部基本元件的参数设置情况，以及它是如何去模拟泵中的柱塞的。3.2.2.7.1凸轮元件凸轮元件的图标如图所示，该元件有两个端口，1端口接从动杆，有一个速度输出变量、一个位移输出变量、
37、和一个力输入变量；2端口有一个力矩输出变量和一个转速输入变量。(图3.13凸轮元件)该元件用于模拟泵中定子曲面与柱塞头部滚柱这对接触副，实现柱塞严格按照恒流特征位移曲线运动的目的，并且2端口输出扭矩其实也就是现实泵中单个柱塞作用于泵的驱动轴上的扭矩。该元件有一个内部变量，如下表所示，此变量用于设定柱塞的角度偏移值，每个柱塞的偏移值都不一样的，具体的详见。（表3.6）Internal variablesVariable nameUnitvalueangular displacement of the camacadegree0此表中的值是piston 1 的角度偏移值(offset)，其它柱塞此
38、栏的值应设置为其对应的角度偏移值。该变量有两个内部整型参数，如下表所示：（表3.7）Integer parametersVariable namevalue1 for linear splines 2 for cubic splinesmode2discontinuity handling for linear splines: 0 inactive 1 activedisc1由于凸轮外轮廓曲线的数据在该软件中是呈点状存储的，然后利用这些数据点再自动连接成一条曲线的，上两个整型参数就是表示连接的方式的，具体的功用这里就不细说了。另外该元件还有一个数据参数，该数据是以文件的形式存在一个文档内的，
39、该数据参数就是凸轮外轮廓曲线的数据，也即凸轮的位置函数，是以角度和位移为数据对存储的，此数据对是由柱塞的位移曲线方程通过excell电子表格自动计算出来的。（0）式中H=13mm=0.013m,C=69mm=0.069m。该方程的图象如下图所示，其余部分的曲线是通过对称关系求得的。(图3.14凸轮的位置函数)3.2.2.7.2泄漏和粘性摩擦元件泄漏和粘性摩擦元件的图标如图所示，该元件有四个端口，1端口和2端口是等同的各有一个流量输出变量、一个体积输出变量（始终为0）和一个压力输入变量；3端口有一个速度输出变量、一个位移输出变量和一个力输入变量；4端口有一个速度输入变量、一个位移输入变量和一个力
40、输出变量。(图3.15泄漏和粘性摩擦元件)该元件用于计算柱塞与柱塞孔这对摩擦副的粘性摩擦力及所产生的泄漏流量。该元件有三个实型参数如下表所示（表3.8）Real parametersVariable nameUnitvaluepiston diameterdpmm10clearance on diameterdcmm0.005length of contactlcmm20上表中dp为柱塞的直径，dc为柱塞与柱塞孔之间的间隙，lc为柱塞与柱塞孔的接触长度，实际上lc在泵的运动过程中会呈周期性地变化的，由于其最小值为20mm所以在这里我们就20mm这个定值。 该元件还有一个整型参数，是用来设置经过
41、该元件的油液的特性索引的，由于我们所建的系统只用一种油液，所以该项设置应设为0，如下表所示：（表3.9）Integer parametersVariable namevalueindex of hydraulic fluidindexf0后述的元件凡涉及到油液索引的，都应和上述一样设置。该元件的方程描述如下：式中q1和q2分别为1端口和2端口的流量，p1和p2分别为1端口和2端口的压力，为油液的动力粘度，(p)为油液在压力P下的密度，f3和f4为3端口和4端口的力，v4为4端口的速度。3.2.2.7.3柱塞元件柱塞元件的图标如下图所示，该元件有三个端口，1端口有一个流量输出变量、一个体积输出变
42、量和一个压力输入变量；2端口有一个速度输出变量、一个位移输出变量和一个力输入变量；3端口有一个力输出变量、一个速度输入变量和一个位移输入变量。(图3.16柱塞元件)该元件有一个内部变量如下表所示，该变量为柱塞腔的长度。（表3.10）Internal variablesVariable nameUnitlength of chamberlengthmm该元件有三个实型参数（表3.11）Real parametersVariable nameUnitvaluepiston diameterdpmm10rod diameterdrmm0chamber length at zero displacem
43、entx0mm13dp为柱塞直径，设为10mm；dr为芯棒的直径，设为0mm；xo为当柱塞位移为零时其柱塞腔的长度值，设为13mm。另外该元件还有一个油液索引整型参数，其值为0。该元件的方程描述如下：式中各字符的含义不再详述了。3.2.2.7.4机械零力点元件该元件的图标如图所示，其作用是当机械元件连接链结束时封住尾部的作用，此元件没有什么参数可设置。(图3.17机械零力点元件)3.2.2.7.5油腔元件油腔元件的图标如图所示，该元件有四个端口，四个端口都是等同的，都有一个压力输出端口和一个流量输入端口。(图3.18油腔元件)该元件有一个实型参数，是该油腔的大小，这里设为10mm,如下表所示。
44、（表3.12）Real parametersVariable nameUnitValuevolume of chambervol0cm*310该元件还有一个油液索引整型参数，和上一个元件一样也设为0。该油腔元件的方程描述如下：式中dp1/dt为端口1的压力对时间的导数，B(p1)为油液在压力为p1的时候体积弹性模量，q(p1)端口1在压力为 p1时的流量，vo10为油腔的体积。3.2.2.7.6可控节流孔元件可控节流孔元件的图标如图所示，该元件有三个端口，1端口有一个信号输入变量，是用来控制该孔的开度的，2端口和3端口是等同的，各有一个流量输出变量和一个压力输入变量。在柱塞超级元件中有两个这样
45、的可控节流孔元件，它们的参数设置都是一样的。(图3.19可控节流孔元件)该元件有7个实型参数，各个参数的具体设置如下表所示。（表3.13）Real parametersVariable nameUnitvalueminimum signal valuesigminnull0maximum signal valuesigmaxnull1characteristic flow rate at maximum openingqcharL/min3corresponding pressure dropdpcharbar380orifice diameter at maximum openingdiammm10maximum flow coefficientcqmaxnull0.7critical flow number laminar-turbulentlamcnull3000该可控节流孔的孔径大小是由信号控制的，由上表可知该节流孔的孔径最大的时候为10mm，该孔径在仿真运行过程中将在0到10之间变化。另外该元件还有两个整型参数，一个为油液索引参数，在这应设置成0，一个为可控节流