FluidSIM軟件在液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

薛 梅

北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京 100172

FluidSIM軟件在液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

薛 梅

北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京 100172

介紹了FluidSIM液壓氣動(dòng)仿真軟件的特征，并通過2個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了該軟件的應(yīng)用過程及效果。

FluidSIM仿真軟件；液壓氣動(dòng)；設(shè)計(jì)應(yīng)用

液壓與氣動(dòng)技術(shù)是一種歷史悠久、發(fā)展成熟、應(yīng)用極其廣泛的技術(shù)，特別是近年來與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，液壓與氣動(dòng)技術(shù)已成為包括傳動(dòng)、控制、檢測在內(nèi)的，對(duì)現(xiàn)代機(jī)械裝備技術(shù)進(jìn)步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)，由于其獨(dú)特的原理與性能，其應(yīng)用遍布國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，如在機(jī)床、工程機(jī)械、交通運(yùn)輸、冶金機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、塑料機(jī)械、鍛壓機(jī)械、航空、航天、兵器、石油與煤炭等許多方面廣泛采用。液壓與氣動(dòng)技術(shù)的采用對(duì)機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量和水平的提高起到了極大的促進(jìn)作用，液壓與氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。液壓與氣動(dòng)技術(shù)成為機(jī)電和控制專業(yè)的學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。為了提高教學(xué)效果，我校新建了液壓氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)中心，將FluidSIM液壓氣動(dòng)軟件引進(jìn)教學(xué)，學(xué)生通過仿真、實(shí)訓(xùn)極大提高了課堂學(xué)習(xí)效果，節(jié)省了課時(shí)，并對(duì)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，可完成一般液壓氣動(dòng)系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)任務(wù)。

1 FluidSIM軟件介紹

FluidSIM軟件由德國Festo公司Didactic教學(xué)部門和Paderbom大學(xué)聯(lián)合開發(fā)。專門用于液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)軟件，F(xiàn)uidSIM分2個(gè)軟件，其中FluidSIM-H用于液壓傳動(dòng)教學(xué)，而FluidSIM-P用于氣壓傳動(dòng)教學(xué)。

FluidSIM軟件的主要特征是：FluidSIM軟件符合DIN電氣-液壓(氣壓)回路圖繪制標(biāo)準(zhǔn)，CAD功能是針對(duì)流體專門設(shè)計(jì)的，在繪圖過程中，F(xiàn)luidSIM軟件能檢查各元件之間的連接是否可行，對(duì)基于元件物理模型的回路圖進(jìn)行實(shí)際仿真，并有元件的狀態(tài)圖顯示，在設(shè)計(jì)完回路后，可驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，并演示其動(dòng)作過程。

FluidSIM軟件可用于自學(xué)和教學(xué)。液壓(氣壓)元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動(dòng)畫來學(xué)習(xí)，各種練習(xí)和教學(xué)影片講授了重要回路和液壓(氣壓)元件的使用方法。

可設(shè)計(jì)和液壓氣動(dòng)回路相配合的電氣控制回路。電氣-液壓(氣壓)回路設(shè)計(jì)與仿真同時(shí)進(jìn)行，可以提高學(xué)生對(duì)電氣動(dòng)圖、電液壓的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。

FluidSIM軟件用戶界面直觀。采用類似畫圖軟件的圖形操作界面，拖拉圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，面向?qū)ο笤O(shè)置參數(shù)，易于學(xué)習(xí)，用戶可以很快地學(xué)會(huì)繪制電氣-液壓(氣壓)回路圖，并對(duì)其進(jìn)行仿真。

2 FluidSIM軟件在液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例(以氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例)

2.1 熱塑板片焊接機(jī)氣動(dòng)回路

對(duì)此裝置的工作要求是：2個(gè)雙作用氣缸一起裝在電加熱的閘板上，推壓閘板將2塊熱塑板片焊接在一起。板片的厚度范圍是1.5～4mm，接縫長度可以任意。兩氣缸的活塞壓力用壓力調(diào)節(jié)閥限制為p=400kPa=4bar。按下間接啟動(dòng)按鈕開關(guān)，2氣缸在排氣節(jié)流下向前運(yùn)動(dòng)。為了便于調(diào)節(jié)，在氣缸和節(jié)流止回閥之間接了壓力表。氣缸的兩端位置都安有行程開關(guān)。經(jīng)過時(shí)間t=1.5s后，閘板返回初始位置。用另一個(gè)按鈕開關(guān)也可使氣缸立即回程。其工作圖如圖1所示。

對(duì)圖1和熱塑板片焊接機(jī)的工作要求分析可以看出，在設(shè)計(jì)中需要考慮的問題是：一是2個(gè)雙作用氣缸要實(shí)現(xiàn)平行運(yùn)動(dòng)，考慮用兩個(gè)兩位五通雙氣控雙穩(wěn)記憶閥做主控閥分別控制2個(gè)雙作用氣缸，用排氣節(jié)流控制調(diào)節(jié)2個(gè)氣缸的運(yùn)動(dòng)。二是2氣缸的活塞壓力用調(diào)壓閥控制。三是焊接時(shí)間用延時(shí)閥調(diào)節(jié)。四是能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。在設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制回路時(shí)，要對(duì)延時(shí)閥、排氣節(jié)流閥、調(diào)壓閥、行程閥、與門閥、雙氣控閥的結(jié)構(gòu)、原理及選用原則、調(diào)節(jié)使用方法有一個(gè)全面了解。對(duì)控制回路的設(shè)計(jì)要有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

2.1.1 利用仿真軟件設(shè)計(jì)熱塑板片焊接機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)

運(yùn)行FluidSIM-P軟件，進(jìn)入FluidSIM-P界面：根據(jù)任務(wù)分析，從元件庫里調(diào)用相關(guān)氣動(dòng)元件：兩位三通手動(dòng)換向閥2個(gè)、雙壓閥1個(gè)、氣控延時(shí)閥(常閉)1個(gè)、梭閥1個(gè)、雙氣控兩位五通換向閥3個(gè)、減壓閥1個(gè)、過濾、調(diào)壓組件(二聯(lián)件)1個(gè)、分氣塊1個(gè)、雙作用氣缸2個(gè)、滾輪杠桿式行程閥(常閉)4個(gè)、單向節(jié)流閥2個(gè)、壓力表3個(gè)，設(shè)計(jì)如圖2所示氣壓系統(tǒng)圖并選擇合適的氣源壓力、氣缸行程，在標(biāo)尺上設(shè)置行程開關(guān)的位置。

圖2 熱塑板片焊接機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)圖

2.1.2 熱塑板片焊接機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

在初始位置，2個(gè)氣缸(1.0)和(2.0)縮回到末端位置。滾輪杠桿行程閥(1.4)和(2.2)被壓下啟動(dòng)。主控閥(1.1)(2.1)和控制閥(0.3)都處在右位。

當(dāng)按下按鈕(1.2)時(shí)，第一個(gè)換向閥(0.3)切換，隨后最終控制元件(1.1)和(2.1)也進(jìn)行切換。兩個(gè)氣缸伸出。在前進(jìn)的末端位置，行程閥(1.5)和(2.3)啟動(dòng)。壓縮空氣送到延時(shí)閥(1.7)的氣控口12。氣缸停留在前進(jìn)的末端位置。延時(shí)閥(1.7)在時(shí)間t=1.5s后動(dòng)作。

當(dāng)延時(shí)閥(1.7)啟動(dòng)后，3個(gè)相同的5/2換向閥進(jìn)行切換。氣缸移動(dòng)到縮回位置，并再次觸發(fā)行程閥(1.4)和(2.2)。

按下3/2閥(1.3)的按鈕，也可使3個(gè)相同的5/2換向閥(0.3)，(1.1)和(2.1)換向；2氣缸返回到末端位置。故稱為復(fù)位開關(guān)。

2.2 沙發(fā)使用壽命測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3為對(duì)成品沙發(fā)進(jìn)行使用壽命測試工作示意圖，對(duì)此裝置的工作要求是：啟動(dòng)控制開關(guān)(連續(xù)循環(huán))以后，雙作用氣缸Z1的活塞桿伸出并且在到達(dá)前終端位置后自動(dòng)返回。該循環(huán)過程重復(fù)進(jìn)行取決于控制開關(guān)保持在“接通”狀態(tài)上的時(shí)間。

附加要求：啟動(dòng)點(diǎn)動(dòng)按鈕后，氣缸的活塞桿將伸出和退回1次(單循環(huán))。

對(duì)圖3和沙發(fā)的使用壽命測試工作要求分析看出，要完成沙發(fā)的使用壽命測試，在設(shè)計(jì)中需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵問題：一是要選用帶有磁性活塞環(huán)的雙作用氣缸，采用1個(gè)(5/2)二位五通脈沖式電磁換向閥作為主控元件；二是采用單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)氣缸活塞桿的伸出速度；三是要能實(shí)現(xiàn)單循環(huán)和自動(dòng)循環(huán)2種工作狀態(tài)并可隨時(shí)中斷自動(dòng)循環(huán)。

2.2.1 利用仿真軟件設(shè)計(jì)沙發(fā)的使用壽命測試氣動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)

運(yùn)行FluidSIM-P軟件，根據(jù)任務(wù)分析，從元件庫里調(diào)用相關(guān)電氣、氣動(dòng)元件：帶磁性活塞環(huán)的雙作用氣缸1個(gè)、單向節(jié)流閥1個(gè)、二位五通脈沖式電磁換向閥1個(gè)、24V電源1個(gè)、導(dǎo)線組1個(gè)、磁感應(yīng)式接近開關(guān)2個(gè)、繼電器單元2組、電信號(hào)輸入單元1組、電信號(hào)指示單元1組。設(shè)計(jì)如圖4所示氣動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)。

2.2.2 沙發(fā)使用壽命測試系統(tǒng)工作原理

(1)單循環(huán)控制回路

按下按鈕開關(guān)S0(常開)后，電氣回路中的繼電器K1閉合。從而觸點(diǎn)K1閉合，線圈1Y1閉合，5/2雙電控電磁閥被觸發(fā)(左位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始前進(jìn)。

松開按鈕開關(guān)S0，雙作用氣缸的活塞桿前進(jìn)到末端位置，并觸發(fā)行程開關(guān)B2，電氣回路中的繼電器K2閉合，從而觸點(diǎn)K2閉合，線圈1Y2閉合，5/2雙電控電磁閥被切換(右位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始縮回。

雙作用氣缸的活塞桿縮回到末端位置，回到初始狀態(tài)。

(2)連續(xù)循環(huán)控制回路

驅(qū)動(dòng)按鍵開關(guān)S3(常開)后，觸點(diǎn)閉合，并鎖定觸點(diǎn)閉合狀態(tài)，電氣回路中的繼電器K1閉合。從而觸點(diǎn)K1閉合，線圈1Y1閉合，5/2雙電控電磁閥被觸發(fā)(左位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始前進(jìn)。

雙作用氣缸的活塞桿前進(jìn)到末端位置，并觸發(fā)行程開關(guān)B2，電氣回路中的繼電器K2閉合，從而觸點(diǎn)K2閉合，線圈1Y2閉合，5/2雙電控電磁閥被切換(右位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始縮回。

由于S3鎖定在閉合狀態(tài)，雙作用氣缸的活塞桿縮回到末端位置，再次觸發(fā)行程開關(guān)B1，電氣回路中的繼電器K1閉合，從而觸點(diǎn)K1閉合，線圈1Y1閉合，5/2雙電控電磁閥被切換(左位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始前進(jìn)。只要S3鎖定在閉合狀態(tài)，氣缸活塞桿將做連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

只有斷開按鍵開關(guān)S3，氣缸連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)才能停止，并回到初始狀態(tài)。

循環(huán)的各個(gè)步驟，氣動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)間變化的狀態(tài)真實(shí)地展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前，設(shè)計(jì)者可根據(jù)任務(wù)要求修正設(shè)計(jì)方案，直到完成。

3 結(jié)束語

FluidSIM仿真軟件是各種知識(shí)的綜合應(yīng)用，需要掌握液壓氣動(dòng)、繼電氣控制、傳感器、機(jī)械傳動(dòng)、自動(dòng)控制、PLC控制等多種技術(shù)，才能熟練地應(yīng)用它，通過學(xué)習(xí)和使用FluidSIM仿真軟件，教師拓展了學(xué)習(xí)和發(fā)展空間，在學(xué)習(xí)新軟件的過程中，教師提高了自身的業(yè)務(wù)水平，掌握了液壓與氣動(dòng)技術(shù)及其軟件在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，同時(shí)也提高了科研能力及工作效率，在教學(xué)和科研中，能獲得事半功倍的效果。

[1]隨文臣，化雪薈，陳大力.淺談FluidSIM液壓(氣動(dòng))仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng)，2007，6

Abstract: This article introduce features of FluidSIM which is used in hydraulics and pneumatics, and through 2 designing case, this paper presents the application of this software and effect.

Key words: FluidSIM software; hydraulics and pneumatics; designing application

Application of FluidSIM in designing of hydraulics and pneumatics

Xue Mei
Beijing vocational college of electronic science, Beijing, 100172, China

2010-10-30

薛梅，碩士，講師。