Modeliranje hidravličnih sistemov in komponent - DSH plus. Marko Šimic Telefon:

Transkripcija

1 Modeliranje hidravličnih sistemov in komponent - DSH plus Marko Šimic Telefon: marko.simic@fs.uni-lj.si 1

2 VSEBINA VAJE 1 Uvod Predstavitev simulacijskega orodja DSH plus Uporaba in primeri uporabe Rezultati uporabe in sklepi Teoretične osnove Struktura programa in knjižnice Delo s programskim orodjem Izdelava simulacijskih modelov 2

3 Simulacijsko orodje DSH plus 3

4 PREDSTAVITEV SIMULACIJSKEGA ORODJA Definicija Kaj je DSH plus? DSH plus je programsko orodje za simulacijo kompleksnih fluidnotehničnih sistemov Namenjen je snovanju in preračunu oz. analizi dinamičnega obnašanja hidravličnih in pnevmatičnih sistemov 4

5 PREDSTAVITEV SIMULACIJSKEGA ORODJA Koncept reševanja problemov Zahteve naročnika (dizajn, smernice, blokovne sheme,..) Definiranje interface-a Modeliranje komponente Integracija sistema Specifični DSHplus hidravlični podsistem Identifikacija parametrov Izvoz modela DSHplus simul. sistem 5

6 PREDSTAVITEV SIMULACIJSKEGA ORODJA Koncept reševanja problemov Potrjevanje Problem Rezultati simulacije Koncept Simul. model Mat. model 6

7 PREDSTAVITEV SIMULACIJSKEGA ORODJA Kompatibilnost in povezovanje HIDRAVLIČNI SISTEM KRMILJENJE MEHANSKI SISTEM 7

8 PREDSTAVITEV SIMULACIJSKEGA ORODJA Kaj torej nudi DSH plus? Digitalna simulacija - orodje za spopad s problemi nelinearnosti Pomoč pri dinamični analizi obstoječih hidravličnih in pnevmatičnih sistemov Pomoč pri ugotavljanju statičnega in dinamičnega obnašanja hidravličnih in pnevmatičnih sistemov, ki so še v fazi snovanja oz. načrtovanja 8

9 UPORABA Področja uporabe Možnosti uporabe Projektiranje hidravličnih in pnevmatičnih naprav Novo in variantno konstruiranje hidravličnih in pnevmatičnih komponent Optimiranje in analiziranje naprav v obratovanju Šolanje uporabnikov 9

10 PRIMERI UPORABE Obravnavanje podsistemov Tribologija površine, tlačne sile medija, površinske napetosti Hidravlika Generiranje tlaka, tlačna nihanja, tok in lekaže 3D mehanika Dinamika, kinematika, vztrajnost, momenti, trenje Tribološki pod-model 10

11 REZULTATI UPORABE DSH PLUS Tehničnim zahtevam optimalno prilagojen sistem Zmanjšanje stroškov in časa pri gradnji in testiranju prototipov Optimalna izbira komponent pri načrtovanju hidravličnega ali pnevmatičnega sistema 11

12 SKLEPI Predstavlja izjemno razvojno orodje, ki zagotavlja varnost planiranja že v začetnem stadiju projekta. Načrte hidravličnih in pnevmatičnih vezij in rezultate simulacij konceptualnih načrtov je možno uporabiti za komunikacijo med projektnimi partnerji. DSH PLUS Omogoča optimizacijo stroškov novih fluidnotehničnih naprav. Kot kažejo izkušnje verziranih uporabnikov, je lahko DSHplus uporabljen kot referenca pri zagonu naprav 12

13 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 1. Razvoj grafične podobe sistema Od koncepta do grafične podobe modela z uporabo knjižnice komponent 13

14 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 2. Parametrizacija komponent Upoštevanje parametrov realnih komponent 14

15 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 3. Izbira in nastavitev fluida (hidravlika, pnevmatika) 15

16 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 4. Nastavitev parametrov simulacije 16

17 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 5. Kreiranje modela 17

18 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 6. Sestavljanje modela 18

19 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 7. Izdelava grafov za prikaz rezultatov 19

20 OSNOVNI KORAKI SIMULACIJE 8. Analiza rezultatov in optimizacija sistema 20

21 Možnosti za optimizacijo sistemov Variacija posameznih parametrov Variation of parameters Variacija posameznih parametrov komponent in analiza vpliva sprememb parametrov na obnašanje sistema. Rezultat optimizacije: Optimalni parameter za točno določeno komponento. 21

22 Možnosti za optimizacijo sistemov Variacija parametrov modelov batch simulation Primerjava dveh grafično enakih modelov z različnimi kombinacijami parametrov. Rezultat optimizacije: Optimalni model s parametri komponent (ustrezna kombinacija parametrov da dober rezultat). 22

23 Možnosti za optimizacijo sistemov Optimizacija - Optimization Izbere se parameter za optimizacijo Določi se kriterije in metodo Rezultat optimizacije: Nabor vrednosti izbranega parametra, ki da rezultat v skladu s kriterijem. 23

24 Primeri uporabe 24

25 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija mehanskih stiskalnic Ekscenter Model ekscentra Upoštevanje togosti sistema 25

26 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija mehanskih stiskalnic Model valjčka 26

27 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija mehanskih stiskalnic Analiza simulacijskih rezultatov 27

28 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija hidravličnih stiskalnic - konvencionalne Modifikacija in zamenjava konvencionalnih ventilov s proporcionalnimi ali servo ventili. Hladilni sistem Krmilni modul pehala Tank Hidravlični cilinder pehala Ogrodje O-oblika Vodila Pehalo Induktivna stikala Prikazovalniki Komandna plošča Hidravlični agregat pehala Blazina Hidravlični agregat pehala Hidravlični agregat blazine + krmilni ventili Hidravlični cilinder blazine Hidravlični agregat krmiljenja 28

29 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija hidravličnih stiskalnic - konvencionalne 29

30 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija hidravličnih stiskalnic - konvencionalne 30

31 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija hidravličnih servo stiskalnic Potentiometer Hydraulic cylinder Pressure sensor U p p s F p, s, F - Ref. + Sum signal Force sensor B P Proportional A valve T Control signal Amp e PID Od koncepta do modela Working area Cunstruction frame Filter Non-return valve Pressure gauge Power unit M M Motor Pump Pressure relief valve Return line filter Od modela do realne naprave 31

32 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija hidravličnih servo stiskalnic Analiza stiskalnice 32

33 PRIMERI UPORABE HIDRIJA ROTOMATIKA» Štancanje«statorskih in rotorskih paketov Problem spajanja lamel Obstoječi sistem s trenjem ne zagotavlja kakovostnega procesa 33

34 PRIMERI UPORABE HIDRIJA ROTOMATIKA» Štancanje«statorskih in rotorskih paketov Nov koncept s pridrževanjem, ki ga je potrebno potrditi Simulacija in analiza delovanja sistema 34

35 PRIMERI UPORABE HIDRIJA ROTOMATIKA» Štancanje«statorskih in rotorskih paketov Koncipiranje izhodiščnega hidravličnega sistema (osnova za razvoj simulacijskega modela) 35

36 PRIMERI UPORABE HIDRIJA ROTOMATIKA» Štancanje«statorskih in rotorskih paketov Od koncepta do modela 36

37 PRIMERI UPORABE HIDRIJA ROTOMATIKA» Štancanje«statorskih in rotorskih paketov Analiza koncepta s pomočjo simulacijskega modela 37

38 PRIMERI UPORABE HIDRIJA ROTOMATIKA» Štancanje«statorskih in rotorskih paketov Optimizacija sistema: določitev optimalnih parametrov hidravličnih komponent in krmilne metode za zagotavljanje ustrezne pridrževalne sile in pomika sistema 38

39 PRIMERI UPORABE Simulacija posameznih komponent, primer batne črpalke DSH plus tlak črpalke DSH plus model črpalke Moment črpalke 39

40 PRIMERI UPORABE Simulacija in optimizacija hidravličnih ventilov nadomestitev za CFD simulacijo CFD simulacija (optimizacija toka fluida za zmanjšanje tokovnih sil) 40

41 PRIMERI UPORABE Simulacija specifičnih komponent DSH plus model servo hidravličnega volanskega sistema DSH plus model servo hidravličnega volanskega sistema kot samostojna razvojna enota ali kot pod simulacijski model vozil 41

42 PRIMERI UPORABE Navtika Shipman 63-xx 42

43 PRIMERI UPORABE Inovativnost reševanja specifičnih problemov 43

44 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija visoko-dinamičnih linearnih pogonov Nov koncept, ki ga je potrebno predhodno potrditi modeliranje in simulacija 44

45 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija sistemov 1. stopnje (odziv sistema) R C du C dt t U C t U t 45

46 46 Modeliranje in simulacija sistemov 2. stopnje (odziv sistema). PRIMERI UPORABE pred p efe p p p efe p p p efe p p p F t U m x k t x m k t x m b t x, 0,,

47 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija visoko-dinamičnih linearnih pogonov 47

48 PRIMERI UPORABE Modeliranje in simulacija naprednih ventilov in krmilnih algoritmov Q=1 l/min p=4 bar Q=0.1 l/min p=0.5 bar 48

49 PRIMERI UPORABE Simulacija mehanskih komponent in dinamike sistema 49

50 TEORETIČNE OSNOVE Ohranjanje masnega pretoka 50

51 TEORETIČNE OSNOVE Stisljivost fluida Stisljivost fluida Modul stisljivosti Elastičnost cevi Stisljivost plinov Efektivni modul stisljivosti Začetni volumen Volumen plina pri začetnem tlaku 51

52 TEORETIČNE OSNOVE Obnašanje fluida na koračni vhod Naraščanje tlaka zaradi upornosti fluida Vztrajnost fluida v ceveh zaradi mase Lekažno puščanje hidravličnega valja Skočno odprtje ventila Naraščanje tlaka Resonančna frekvenca Koeficient dušenja 52

53 TEORETIČNE OSNOVE Dinamični sistem in veličine Pot, hitrost in pospeški hidravličnega valja Zunanja sila Volumski tok sistema Volumski tok skozi varnostni ventil Volumski tok črpalke Povezava, ki so določene s tlačno karakteristiko, volumnom in vrsto fluida-stisljivost olja 53

54 Volumski tok Q TEORETIČNE OSNOVE Karakteristika in enačba volumskega toka za šobe in reže Šoba Reža Tlačna razlika 54

55 TEORETIČNE OSNOVE Enačba volumskega toka skozi ravno režo Ravnovesje delcev fluida Strižne napetosti v cevi Hitrostni profil Primer: laminarni tok v cevi Dinamična viskoznost Volumski tok Kinematična viskoznost Upor fluida v šobi 55

56 TEORETIČNE OSNOVE Enačba volumskega toka skozi šobo Stanje Bernulijeva enačba Hitrost: Volumski tok skozi A3 Zoženje toka a K Volumski tok z upoštevanjem zoženja a D 56

57 TEORETIČNE OSNOVE Karakteristične enačbe volumskega toka Tok skozi ostre robove ventilov Tok skozi ravne reže Lekažni tok 57

58 STRUKTURA PROGRAMA Naslovna vrstica Menijska vrstica Orodna vrstica Knjižnica komponent Risalno območje Statusna vrstica 58

59 STRUKTURA PROGRAMA Pregled knjižnice komponent v programu 59

60 STRUKTURA PROGRAMA Pregled knjižnice komponent v programu 60

61 STRUKTURA PROGRAMA Menijska vrstica Projekt Model Parametri Simulacija Moduli Programsko okno Dodatki Menij pomoč 61

62 MENIJSKA VRSTICA Projekt in kreiranje novega programa New S pritiskom na gumb New se nam aktivira knjižnica komponent 62

63 MENIJSKA VRSTICA Izgled knjižnice Library view Symbols List 63

64 MENIJSKA VRSTICA Kreiranje modela Create model 64

65 MENIJSKA VRSTICA Sestavljanje modela Compile model 65

66 MENIJSKA VRSTICA Urejanje izvorne kode modela Edit model source 66

67 MENIJSKA VRSTICA Tabele Look-up tables Uvoz parametrov Shrani parametre Zbriši parametre Pokaži parametre modele Pokaži priljubljene, označene parametre Uvoz in izvoz tekstovnih datotek in parametrov Zaščita parametrov pod geslom Kreiranje loo-up tabele Nastavitve in izbira fluida Izbira parametrov 67

68 MENIJSKA VRSTICA Tabele Look-up tables 68

69 MENIJSKA VRSTICA Nastavitve fliuda Fluid options 69

70 MENIJSKA VRSTICA Izbira parametrov Parameters selections 70

71 MENIJSKA VRSTICA Izbira parametrov Parameters selections Začetek enkratne simulacije Začetek nenehne simulacije Nastavitve parametrov Shranjevanje grafike Tabela trenutnih vrednosti parametrov Animacija signalov in tlačnih obremenitev Začetni pogoji Izbira parametrov simulacije 71

72 MENIJSKA VRSTICA Nastavitev parametrov simulacije Parameters 72

73 MENIJSKA VRSTICA Moduli - Moduls Simulacija z variacijo posameznih parametrov Simulacija z variacijo parametrov celotnega simulacijskega modela Kreiranje komponent in fluida Optimizacija z variacijo posameznih parametrov Kreiranje pod-modelov 73

74 MENIJSKA VRSTICA Variacija posameznih parametrov Variation of parameters 74

75 MENIJSKA VRSTICA Variacija parametrov modelov batch simulation 75

76 MENIJSKA VRSTICA Optimizacija - Optimization 76

77 FLUID DATA EDITOR PROGRAM Nastavitve fliuda Fluid data editor 77

78 MENIJSKA VRSTICA Prikaz rezultatov z grafičnimi okni- Window Minimiraj vsa okna Aktiviraj vsa okna Postavi okna v kaskado Vsi standardna velikost Zapri vsa okna Pomanjšana slika modela 78

79 MENIJSKA VRSTICA Dodatki - extras Opcije Opcija grafike: Nastavitev barv in debeline povezav Določitev licenčne datoteke 79

80 MENIJSKA VRSTICA Dodatki - extras Opcije Opcija prikaza: Line animation Debelina Vrednost in ime Vrednost, ime in debelina Vrednost Vrednost in debelina Določitev licenčne datoteke 80

81 STRUKTURA PROGRAMA Orodna vrstica, editor neaktiviran Nov projekt Odpri projekt Editor, novo kreiranje modela Ustvari model Sestavi model Izvozi model Look-up tabela Uvozi Shrani Začetni pogoji Enkratna simulacija Neprekinjena simulacija Tabela parametrov Opomnik Novo grafično okno Skrij okna Odkrij okna Tabela parametrov 81

82 STRUKTURA PROGRAMA Orodna vrstica, aktiviran editor Grafični elementi Okviri, barvanje, pisava, Editor Izhod iz kreatorja modela 82

83 NAMIGI IN NASVETI Samodejno označevanje komponent 83

84 NAMIGI IN NASVETI Samodejno označevanje komponent Označi Dvojni klik 84

85 NAMIGI IN NASVETI Bližnjice na tipkovnici F5 za aktiviranje spremljanja grafične podobe linij in signalov ter vseh parametrov na modelu 85