液压系统Amesim计算机仿真进阶教程(附光盘)+新书推荐
本书是用Amesim仿真软件进行液压系统计算机仿真的进阶教材，重点通过实例的方法，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。本书可供工程技术人员、科研单位和高校本科生研究生学习，特别是从事液压系统计算机仿真的科研人员参考。https://images-cn.ssl-images-amazon.com/images/I/51xorxi1-NL._SX380_BO1,204,203,200_.jpg
前言
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-sim、Amesim、MATLAB等等。本书以Amesim软件为对象，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。
首先要说明的是，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，介绍的不多，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库中没有现成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的基础知识，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，可以再返过头来重新详细阅读，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的联合仿真方法；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为例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《GBT/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。另外，本书还附带了包含所有仿真实例文件的光盘。
本书在写作过程中，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，并且谢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地感谢！
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目的，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。
2015年7月
目录
前言 1
第1章 液压系统仿真基础知识 7
1.1节 仿真概述 7
1.2节 Amesim中液压仿真的总体介绍 9
1.2.1 Amesim中的库 9
1.2.2 液压系统的组成 11
1.2.3 第一个实例 14
1.3节 系统代数环的概念与解决方案 18
1.3.1 代数环的概念 18
1.3.2 代数环的解决方法 19
第2章 液压油和液压流体力学的仿真 21
2.1节 流体的基本属性 21
2.1.1 概述 21
2.1.2 流体密度 21
2.1.3 流体的可压缩性 22
2.1.4 粘性 25
2.1.5 存在空气和气泡的流体 26
2.1.6 气穴和气蚀现象 27
2.1.7 液压流体属性子模型 27
2.1.8 流体属性仿真实例 30
2.2节 流体静力学 32
2.2.1 液体的静压力及其特性 32
2.2.2 静压力基本方程式 33
2.2.3 液体静压力的仿真 33
2.2.4 帕斯卡原理 34
2.2.5 帕斯卡原理仿真 35
2.3节 流体动力学 37
2.3.1 液体连续性原理 37
2.3.2 流体连续性原理仿真 38
2.3.3 理想液体的伯努利方程 39
2.3.4 实际液体的伯努利方程 40
2.3.5 动量方程 40
2.4节 孔口和缝隙流量 41
2.4.1 孔口流动 41
2.4.2 缝隙流动 44
2.4.3 Amesim中的节流孔 44
2.4.4 总结 45
2.4.5 孔口流量公式的仿真 46
2.4.6 参考压力下的流量 48
2.4.7 孔口出流 49
2.5节 液体流动时的压力损失 52
2.5.1 液体的流动状态 52
2.5.2 压力损失 53
2.5.3 流体属性对层流紊流的影响 54
2.6节 动量方程的应用 58
2.6.1 滑阀液动力 58
2.6.2 锥阀阀口通流面积及压力流量方程 59
2.6.3 锥阀的稳态液动力 61
2.6.4 圆柱滑阀液动力仿真 61
2.6.5 锥阀的稳态液动力 62
第3章 液压泵仿真 65
3.1节 采用液压库的液压泵仿真方法 65
3.1.1 流量源的使用方法 65
3.1.2 定量泵模型的使用方法 66
3.1.3 变量泵模型的使用方法 67
3.1.4 恒压变量泵模型的使用方法 67
3.2节 液压泵液压元件设计库仿真基础知识 68
3.2.1 常见泵的机械结构及工作原理 68
3.2.2 Amesim中构建泵模型常用库元件 69
3.3节 柱塞泵的仿真 72
3.3.1 轴向柱塞泵的仿真 72
第4章 液压缸仿真 87
4.1节 液压缸仿真的基础知识 87
4.2节 液压库中的液压缸模型 87
4.3节 柱塞缸仿真 88
4.3.1 柱塞缸仿真 88
4.3.2 柱塞缸仿真实例 90
4.4节 活塞缸仿真模型 93
4.4.1 单杆双作用 94
4.4.2 双杆双作用 95
4.4.3 差动式 95
4.4.4 单杆单作用 96
4.4.5 增压缸 97
4.4.6 增速缸 98
4.4.7 多级缸仿真 98
第5章 蓄能器的仿真 100
5.1节 蓄能器仿真简介 100
5.1.1 蓄能器技术概述 100
5.1.2 蓄能器功用 100
5.1.3 蓄能器的计算和选型 101
5.1.4 Amesim中的蓄能器参数 103
5.2节 蓄能器仿真实例 105
5.2.1 蓄能器数学模型的简单验证 105
5.2.2 较复杂的蓄能器仿真 107
第6章 液压控制阀的仿真 113
6.1节 液压控制阀Amesim仿真概述 113
6.2节 单向阀和液控单向阀 113
6.2.1 单向阀 113
6.3节 方向控制阀的仿真 118
6.3.1 方向控制阀的系统级仿真 118
6.3.2 方向控制阀元件级仿真 119
6.4节 压力控制阀的仿真 125
6.4.1 溢流阀仿真 125
6.4.2 减压阀仿真 135
6.4.3 顺序阀仿真 139
6.4.4 压力继电器仿真 148
6.5节 流量控制阀的仿真 152
6.5.1 节流孔的仿真 152
6.5.2 节流阀的仿真 158
6.5.3 调速阀的仿真 158
6.6节 插装阀的仿真 160
6.6.1 插装方向控制阀 161
6.6.2 插装压力控制阀 166
6.6.3 插装流量控制阀 167
6.6.4 插装阀仿真综合实例 169
第7章 液压回路的仿真 172
7.1节 液压回路仿真基础知识 172
7.1.1 3端口液压节点 172
7.2节 调速回路的仿真 173
7.2.1 进油节流调速回路 173
7.2.2 回油节流调速回路 177
7.2.3 旁路节流调速回路 182
7.3节 方向控制回路的仿真 184
7.3.1 淬火炉 185
7.4节 压力控制回路的仿真 192
7.4.1 保压回路 192
7.5节 平面机构库和液压库的仿真 198
7.5.1 带有标准液压库元件的悬臂 198
第8章 比例伺服系统仿真 204
8.1节 伺服系统仿真基础知识 204
8.1.1 比例换向阀的流量计算 205
8.1.2 流量计算实例 206
8.1.3 仿真实例1 206
8.2节 不考虑负载和摩擦的双活塞杆阀控缸系统 207
8.2.1 理论分析 207
8.2.2 仿真实例2 210
8.3节 不考虑负载和摩擦力的单活塞杆阀控缸系统 213
8.3.1 单活塞杆液压缸的面积比 213
8.3.2 前进行程：两腔的压力和控制边上的压力降 213
8.3.3 后退行程：两腔的压力和控制边上的压力降 215
8.3.4 速度计算 216
8.3.5 使用3位4通比例换向阀的阀控缸系统前进后退速度的比较 217
8.3.6 使用3位4通开关阀的阀控缸系统前进后退速度的比较 217
8.3.7 仿真实例3 217
8.4节 考虑负载和摩擦的双活塞杆阀控缸系统 220
8.4.1 驱动活塞的最大力 220
8.4.2 匀速运动时的活塞力 220
8.4.3 负载压力，腔体压力和通过控制边的压力降 221
8.4.4 运动速度的计算 221
8.4.5 泵的大小 222
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） 223
8.4.7 负载力对运动速度的影响 226
8.5节 考虑负载和摩擦的单活塞杆阀控缸系统 226
8.5.1 驱动活塞的最大力 226
8.5.2 恒定运动速度的输出力 227
8.5.3 负载压力、腔体压力和控制边的压力差 227
8.5.4 前进和后退行程的速度的计算 229
8.5.5 负载力的影响 229
8.5.6 泵的规格 229
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） 229
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