2.2 系统模拟

回路模拟可访问测量点的压力、流量、流体温度等的实际值，以及阀执行器的若干个运动学和动力学的值。测量工具及绘图仪可记录这些值的变化，并进行分析。

1.流体模拟器

流体模拟器的主要目标是提供一个尽可能接近真实回路的总体性能。该模拟器通过周围环境的初始属性及各流体的初始属性进行模拟。

➢周围环境：回路的外部环境。进入“文件”→“项目属性…”→“选项”并进入“流体系统”分支，定义外部环境。

外部压力：可以是大气压力，其变化范围是1～2Pa。为了在较高的外部压力下工作，必须使用储液罐。

环境温度：默认的环境温度为25℃且每个回路独立定义。环境温度是恒定的。然而，可以使用“环境温度发生器”组件（主库的“液压”下“传感器”）使环境温度随时间而改变。这些组件只作用于所属回路的环境温度。

通常，模拟器不使用引力场，除以下情况外。

执行器负载的建模：质量+成角缸；

静压管路的建模：用于具有不可忽视的高度差（采矿、石油工业）的情况；

有些现有的组件可以模拟静水压力。

油的静水压力在一般的工业和移动应用中通常被忽略。

流体：在气动应用中，流体被视为是可压缩的，而在液压应用中，流体被视为是不可压缩的。气体的性能由大气压力决定；液压应用也考虑初始温度，它将影响运动密度和黏度。在项目属性中，每个回路（独立的）都将基于流体的特性，根据温度的变化调整黏度和密度值。

通过“项目属性”→“流体系统”→“数据”→“流体”对话框可以设置项目的流体环境参数，以及环境温度。

只有激活热选项时，才考虑流体属性。

由“项目属性”→“流体系统”→“选项”激活体积计算时，才考虑油中的空气百分比。

2.主要模拟选项

“项目属性”→“流体系统”→“选项”对话框中的选项配置对整个项目起作用。因此，如果选择不模拟管路中负载损失，项目模拟图中的所有管道将被视为理想管路。

➢流体仪表板：流体仪表板是一个浮动窗口，选择“窗口”→“显示”→“流体仪表板”命令即可打开流体仪表板，如图2-7所示。

流体仪表板选项含义如表2-3所示。

表2-3 流体仪表板选项含义

压降：对于所有的管路，压降与液压和气动管路长度成比例（线性函数）。然而，从经验数据的测量结果推断，如果管路的长度足够长（数米），那么各连接器间的压降是微不足道的。压降取决于流动类型（湍急与否）。

热模拟：允许考虑由于接触管道内壁而导致的流体升温。选择菜单命令“文件”→“项目属性”→“选项”，并选中“热模拟”复选框即可设置热模拟。

➢模拟精度和优化：可使用项目属性中的某些选项，以达到更好的性能或简化计算。

热模拟（要求回路中有一个容量无限大的储液罐）：各液压组件的高级属性中均带有热传递指数、传热面以及在任何时间均可使用的流体量。该流体量可以自动计算（如管路和缸）或设定。根据周围环境和油之间的温差、热传递指数、传热面和油量，模拟中考虑回路中流体的流动使油和外部环境的升温。

无热传递模拟：如果模拟压降，那么流体流动时对管壁和组件的摩擦会使流体温度升高。默认情况下，Automation Studio™在计算时不考虑这些参数，即此时系统处于无热传递模拟状态。

➢层模拟：为了确认子系统的某些运行功能，在各图表中都可以直接从层管理器中指定需要模拟的层。选择菜单命令“窗口”→“显示”→“层”即可打开层管理器，设置相应的模拟层，如图2-8所示。

3.高级分析工具

使用高级分析工具可以进行全面的系统分析。高级分析分为两个平行且独立的部分。第一部分由“稳态”和“快照”工具组成。可根据多种标准进行数据模拟快照，这些值可重新启动保存了初始条件的模拟。该数据还可以导出，用在完整的模拟分析报告中。第二部分是“测量工具”工具，可在所需部件和连接端口插入动态测量工具。模拟模式中各工具记录变量的变化，模拟后，可保存测量值。这些值可绘成图或导出，用于分析。

➢稳态：用于定义系统或液压和气动组件的全部或局部稳定性标准，以自动对由模拟器计算出的变量进行快照。

选择“窗口”→“显示”→“稳态设置”或单击“模拟” 工具栏的按钮，即可打开“稳态设置”对话框，如图2-9所示。

其中，区域3可根据各组件属性定义稳态条件；区域4在条件属实（稳态）时，根据各属性值区间“=+/-”，指定收敛时间延迟；区域5为指定条件属实（稳态）时相对平衡值的最大变量；区域7用于查看激活的条件。

稳态属性的添加方法：打开要添加属性的选项卡后，拖放一个组件到“稳态设置”窗口，例如，对于固定活塞泵，出现可绘制属性的对话框，如图2-10所示。

单击“确定”按钮，即可显示属性，如图2-11所示。

元件属性可添加和编辑。

➢动态测量工具：专用组件的附属工具，允许获得模拟中所用变量的有用信息。为了避免在实际图表中插入无用组件，这些工具通过专用工具栏获取，模拟时可将其插入回路。动态测量工具主要用于显示和记录给定的属性。绘制变量的变化曲线，并创建完整的模拟分析报告，可指定单位和恢复期。

测量工具栏包含允许在图中插入动态测量工具的选项，如图2-12所示。

1）插入组件测量工具的方法

（1）选择“插入”→“测量工具”→“组件动态测量工具”或单击“动态测量工具”工具栏底部的按钮，此时光标呈形状。

（2）单击要测量属性的组件，选定的元件会变成蓝色。

（3）将光标移至需要出现测量工具箭头的位置，单击并按住鼠标键不放，拖放到其在图中的位置，此时将弹出测量工具配置对话框。

（4）根据需要修改属性以便测量，对于该工具，可用属性和可绘制属性相同。

（5）单击“确定”按钮。

组件中插入动态测量工具的情形如图2-13所示。

2）插入节点测量工具的方法

（1）选择“插入”→“测量工具”→“节点动态测量工具”或单击“动态测量工具”工具栏底部的按钮，此时光标呈形状。

（2）将光标移至所需连接器，选择要测量属性的连接器，此时光标呈形状。

（3）单击并按住鼠标左键不放，拖放到其在图中的位置，此时将弹出测量工具配置对话框。

（4）根据需要修改属性以便测量，对于该工具，可用属性为流体的压力、温度、密度和运动黏度。

（5）单击“确定”按钮。

插入动态节点测量工具的情形如图2-14所示。

3）插入差分测量工具的方法

（1）选择“插入”→“测量工具”→“差分动态测量工具”或单击“动态测量工具”工具栏底部的按钮，此时光标呈形状。

（2）通过将光标移至所需的连接器，选择要测量属性的连接器，此时光标呈形状。

（3）单击并按住鼠标键不放，拖放到其在图中的位置。

（4）单击要测量差分属性的第二个连接器，此时将出现测量工具配置对话框。

（5）根据需要修改属性以便测量，对于该工具，可用属性是压差。

（6）单击“确定”按钮。

插入动态差分测量工具的情形如图2-15所示。

4）插入能量测量工具的方法

需选择管路以指定流量、一个或两个压力测量值以计算能量损耗Q×（P2-P1）或可用动力Q×P2：

（1）选择“插入”→“测量工具”→“能量动态测量工具”或单击“动态测量工具”工具栏的按钮，此时光标呈形状。

（2）为了确定计算所需的流量（Q）和压力（P1），通过移动光标单击要测量流量的管路（仅在模拟模式下管路变为蓝色）。

（3）按住鼠标左键不放，再次单击管路以定义箭头位置，然后拖放到该工具在图中的位置。

（4）通过单击所需连接端口，选择连接器以定义能量计算时所需的压力（P2），此时光标呈形状。

（5）单击该连接器，将出现测量工具配置对话框，用户可根据需要修改属性以测量（对于该工具，可用属性是能量和能量损耗）。

（6）单击“确定”按钮。

插入动态能量测量工具的情形如图2-16所示。