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FixSActingAsysmCylinderWithMassSpring-缸体固定单作用非对称气缸带质量弹簧

1)        模型路径

TYPneumatics.Actuators.FixSActingAsysmCylinderWithMassSpring

2)        图标设计

缸体固定单作用非对称气缸带质量弹簧图标

3)        功能描述

缸体固定单作用非对称气缸带质量弹簧模型，其缸体为固定。模型包括活塞两侧容腔中的压力动力学、温度、库仑摩擦、静摩擦、粘性摩擦、重力和通过活塞的泄漏等。

模型在活塞杆端口处具备一个机械接口，可连接其他机械模型（如：负载等）使用。流量端口一般输入质量流量（kg/s），通过活塞两侧容腔计算输出压力（bar）。

模型的移动总质量通过模型自身参数m进行设计，无需外接质量块，另外，theta设置为0，则表示杆水平，正角表示杆向上倾斜。

通过阀的气体的种类以及气体建模的复杂程度可以通过参数进行选择。

4)        基本假设

        缸体末端不考虑具有弹性；

        考虑摩擦效应。

5)        模型接口

接口

变量

范围/单位

数据维度

数据类型

描述

port_A

p

bar

[1]

Real

接口压力

m_flow

kg/s

[1]

Real

接口质量流量

H_flow

W

[1]

Real

接口焓流

T

degC

[1]

Real

接口温度

flange_a

phi

deg

[1]

Real

转角（绝对）

tau

N.m

[1]

Real

扭矩

6)        模型参数

tab参数

group参数

参数名称

默认值

单位

参数描述

常规

介质选择

GasType

Air_空气

/

气体种类选择

Medium

半理想气体

/

气体模型选择

结构参数

stroke

0.3

m

活塞行程

m

1000

kg

移动总质量

theta

0

deg

缸倾斜角

diamp

25

mm

活塞直径

diamr

12

mm

活塞杆直径

死区

dead1

50

ml

液压缸左侧死区容积

压力参数

p_rod

0

bar

有杆腔压力

初始化

参数

p.start

0

bar

A口压力

T.start

20

degC

A口温度

运动参数

s.start

0

m

活塞位移

v.start

0

m/s

活塞速度

a.start

0

m/s2

活塞加速度

startForward.start

false

/

= true, 如果v_rel=0并且开始向前滑动或v_rel > v_small

startBackward.start

false

/

= true, 如果v_rel=0并且开始向后滑动或v_rel < -v_small

locked.start

false

/

=true, 如果v_rel=0且不滑动

摩擦与泄露

摩擦

coulfr

0

N

库伦摩擦力

stict

0

N

最大静摩擦力

visc

0

N/(m/s)

粘性摩擦系数

泄露

leak

0

kg/(s.Pa)

泄漏率

热特性参数

参数

kth

0

W/(m2.K)

热交换系数

Text

20

degC

外部温度

弹簧参数

参数

preload

0

N

预紧力

ks

1e4

N/m

内置弹簧刚度

7)        模型变量

变量类型

变量名称

单位

类型

描述

结果变量

pA

bar

Real

端口A的表压

pA_abs

bar

Real

端口A的绝对压力

T_A

degC

Real

端口A的温度

m_inflow1

kg/s

Real

容腔左侧流入流量

H_inflow1

W

Real

容腔左侧流入焓流

s

m

Real

活塞位移

v

m/s

Real

活塞速度

a

m/s2

Real

活塞加速度

mleak

kg/s

Real

泄漏流量

h_leak

W

Real

泄漏比焓

heatFlow1

W

Real

左侧与环境热交换热流

f

N

Real

摩擦力

中间变量

dp

bar

Real

压差

pup

bar

Real

流入口压力

Tup

degC

Real

流入口温度

A1

m2

Real

活塞左侧有效作用面积

A2

m2

Real

活塞右侧有效作用面积

vol1

m3

Real

活塞左侧容腔体积

minvol

m3

Real

最小死区容积

areaex1

m2

Real

左侧热交换表面积

mgas1

kg

Real

左侧气体质量

stopped

-

Integer

限位条件

v_relfric

m/s

Real

摩擦表面之间相对速度

a_relfric

m/s2

Real

摩擦表面之间相对加速度

f0

N

Real

v=0和向前滑动时的摩擦力

f0_max

N

Real

v=0和锁定时的最大摩擦力

free

/

Boolean

=true,如果摩擦元件无活动

sa

-

Real

中间变量

startForward

/

Boolean

= true, 如果v_rel=0并且开始向前滑动或v_rel > v_small

startBackward

/

Boolean

= true, 如果v_rel=0并且开始向后滑动或v_rel < -v_small

locked

/

Boolean

=true, 如果v_rel=0且不滑动

mode

-

Integer

摩擦模式

8)        参数设置

1)        参数theta设定缸的倾斜角度，缸水平放置时的倾斜角为0度，倾角为90度时表示杆向上伸出；

2)        可以通过摩擦和泄露相关参数设置缸移动过程中受到的摩擦力和两腔之间的泄露。

9)        模型原理

缸体固定双作用非对称带质量气缸主要计算公式如下所示:

1)        力平衡方程

2)        腔室横截面积

3)        泄露量

4)        流量连续性方程

5)        质量平衡方程如下所示:

6)        能量平衡方程如下所示，等式右侧的能量分别为净焓流量、气体压缩产生的热量和通过接口或表面积与外界交换的热量。

7)        当容腔通过外表面与外界环境进行换热时，换热量计算式如下：

式中，

摩擦力

弹簧力

无杆腔面积

有杆腔面积

theta

倾斜角度

加速度

活塞直径

活塞杆直径

leak

泄露率

流入总流量

泄露流量

活塞移动流量

压缩流量

密度

比焓

换热系数

areaex

换热面积

外部温度

工作温度

10)    参考文献

无