Fluidsim仿真軟件在液壓傳動中的應用

摘?要：針對無法在學習節流與調速回路過程中對不同位置節流閥的執行元件速度負載特性分析的掌握這一問題，引進了Fluidsim仿真軟件。利用Fluidsim軟件實現的仿真模型建立和動畫制作，學生可較好地了解、掌握三種節流調速回路的特性，并能按照需要調節液壓回路。

關鍵詞：液壓系統;Fluidsim;仿真動畫

Application?of?Fluidsim?Simulation?Software?in?Hydraulic?Transmission

Ma?Chengxian

Xinhua?College?of?Ningxia?University?NingxiaYinchuan?750021

Abstract：The?Fluidsim?simulation?software?is?introduced?to?solve?the?problem?that?it?is?difficult?to?master?the?analysis?of?actuator?speed?load?characteristics?of?throttle?valve?at?different?positions?in?the?process?of?learning?throttle?and?speed?regulating?circuit.Using?Fluidsim?software?to?establish?the?simulation?model?and?animation，students?can?better?understand?and?master?the?characteristics?of?three?throttle?speed?control?circuits，and?can?adjust?the?hydraulic?circuit?according?to?the?need.

Keywords：hydraulic?system;Fluidsim;simulation?animation

旁路節流調速回路、出油節流調速回路、進油節流調速回路是液壓系統中比較常見的三種調速回路[1]，利用Fluidsim仿真軟件建立液壓元器件;通過液壓仿真回路解決學生在學習過程中對調速回路中執行元件速度負載特性分析困難，提高課堂學習效率，增加同學們的學習興趣等問題。

1?Fluidsim仿真軟件

Fluid?SIM軟件是一款機電專業用于液壓傳動教育教學的仿真模擬軟件。如圖1所示，Fluid?SIM軟件可分為FluidSIMH和Fluid?SIMP兩個部分，第一部分是用于液壓傳動的教學，它的操作界面和Auto?CAD很相似，標題欄和菜單欄都非常簡潔且比較醒目。第二部分是用于氣壓傳動教學。當在教學過程中對液壓回路進行仿真模擬時，則可以直接把系統界面左側液壓元器件圖形相應符號拖到右側空白的文件中進行模擬和設計;然后在面板上邊菜單欄的插入中找到所需要的液壓元件，雙擊可以設置流量、壓力、閥口開口度、負載大小等參數[2];接下來就是把相對應的圖形符號用線連接起來，就能形成所需的工作線路。而為了防止已經連接好的油路出現交叉現象，可以拖拽液壓元件圖形符號的位置進行移動，做進一步的調整。Fluid?SIMH軟件可以快速檢查各液壓元件或氣壓元件之間連接是否合理，還能對相應回路圖進行動態仿真，在仿真的過程中會顯示元件的運動狀態，以便更直接觀察到系統的工作原理和運行狀態[3]。學生不僅能利用軟件的仿真演示液壓系統或氣壓系統回路的動作過程，分析其特性，還可以利用此軟件設計液壓（氣壓）回路，檢驗系統的可行性和合理性，進一步為學生的學習液壓設計需求提供幫助。

2?Fluidsim仿真軟件在液壓傳動中的應用

2.1?Fluidsim仿真軟件在進口節流閥式節流調速回路的仿真應用

節流調速回路的組成：定量泵進行供油，由溢流閥、節流閥以及執行元件等組成。可以通過改變流量控制閥的節流面積進行控制流量，進行調節其速度。并按照節流閥安裝的位置，節流調速可以分為旁路節流閥式節流調速回路、出口節流閥式節流調速回路、進口節流閥式節流調速回路三種基本調速方式[4]。其優點是：工作較為可靠、回路簡單、便于維護、調速范圍大以及成本較低。缺點是：工作效率低，工作時能量耗損相對于極大。

如圖3所示將節流閥等元器件串聯到執行件和液壓泵之間，將節流閥、溢流閥并聯到液壓泵和節流閥之間，這樣就能改變進入液壓缸的流量。由于系統中采用定量泵供油的方式，將會使多余的液壓油從溢流閥重新回到油箱中。溢流閥的作用是：將液壓泵出口的壓力與溢流閥的壓力調節一致，并保持恒定。

2.2?Fluidsim仿真軟件在順序節流調速回路的仿真應用

順序節流調速回路的組成：活塞缸、單向閥、換向閥、溢流閥、液壓泵、等組成。如圖4所示通過調節換向閥的開、關，以此來實現順序節流調速動作回路。

在順序動作液壓調速回路中，當換向閥5左側通道接入液壓系統回路工作時，與此同時，出于右側工作的順序閥4的實際最大調定壓力大于液壓缸1的左側液壓系統的實際最大調定壓力，實現液壓缸1完成右動作的過程。當這個動作完成后，液壓系統的壓力值將會持續升高，達到一定值后壓力油通過液壓油的壓力打開處于右側的順序閥4進入液壓缸2的左側位端，實現缸2完成向右動作的過程。當換向閥5右側通道端口接入液壓系統回路中工作，與此同時順序閥3的實際最大調定壓力大于液壓缸2的最大實際返回工作額定壓力時，兩液壓缸按與上述液壓回路相反的順序重復完成上述液壓回路的液壓動作。順序動作回路的可靠性主要取決于順序閥的特定性能及壓力調定值的范圍大小，前、后壓力值相比較，后一個液壓動作的壓力值必須要比前一個液壓動作的壓力值高出0.6～15MPa。順序閥打開和關閉的壓力差值不能過大也不能過于太小，否則順序閥會在液壓系統壓力波動時造成不必要的誤動作，引起不必要的事故。

2.3?應用Fluidsim仿真軟件對液壓回路進行設計

設計目的：①使學生掌握節流調速回路中各液壓元件在回路中的作用及功能，熟悉基本的速度控制回路，掌握其相關工作原理。②了解節流元件的相關功能和結構。③通過Fluidsim液壓仿真軟件進行虛擬仿真，完成節流閥節流調速回路節流調速動作。

設計的意義：使同學們在學習液壓傳動的教學過程過程中了解各個元件的工作狀態，熟悉液壓仿真軟件的操作流程。

根據所掌握的理論知識，進行回路設計。為保證回路的合理性和可行性，利用Fluidsim軟件進行仿真模擬驗證，圖5是同學們設計的兩個液壓回路，經檢驗無誤后，可通過智慧教室平臺向老師和同學們展示其設計成果。

綜上所述在液壓系統中，液流的壓力、流量和方向由液壓控制閥來控制，從而保證執行元器件按設計的要求進行工作[5]。利用Fluidsim仿真軟件根據任務和課本理論進行液壓回路的設計。通過學習典型的仿真實例，使同學們獨立自主設計出液壓回路，通過這種方式能夠體現該仿真軟件在液壓傳動教學中的有效應用。并與課堂理論教學相結合，體現了大學的教學特色，激發了同學們的學習興趣。

結論

Fluidsim仿真軟件可以用于液壓傳動或氣壓傳動教學過程，能夠模擬系統中相應元件的具體工作過程及原理，便于同學們在學習仿真模擬過程中能夠直觀具體地了解該系統中各元件的工作狀態;熟練地掌握液壓系統或氣壓系統的操作流程，并了解不同工作位置的節流閥對相應執行元件速度產生的影響，便于突破教學重點和難點[2]。通過該軟件的仿真功能，同學們能夠根據課本理論設計液壓回路，這樣有利于在實操技能中提高學生使用設備的能力和設備的安全使用。不僅調動同學們的參與度，同時還能鍛煉和提高學生的設計創造性思維，使本科機電專業學生教育教學質量的提升以及教師本身的教學技巧方法都有很大的幫助和改善[6]，而且提高了教學效率，改善了課堂教學效果以此突破教學重難點。

參考文獻：

[1]毛好喜.液壓與氣動技術[M].北京：人民郵電出版社，2017.

[2]許二娟，陳開源，石亞平，梁寶英.Fluid?SIMH在節流調速回路教學中的應用[J].輕工科技，2019.

[3]秦飛.Fluid?SIM軟件在《液壓與氣壓傳動》教學中的應用[J].科技風，2018（7）：2932.

[4]宋麗華，毛君.四柱式液壓機液壓系統設計[J].機床與液壓，2009（6）：106108.

[5]雷獅子，王世龍，李振.FluidSIMH在節流調速回路教學中的應用[J].輕工科技，2019（10）.

[6]周晶，江新.壓力機液壓控制系統設計與仿真[J].機床與液壓，2016（10）：110112.

[7]李玉林.液壓元件與系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1989.

基金項目：2021年寧夏自治區級大學生創新創業訓練計劃項目“液壓傳動回路仿真模型設計及動畫制作”（項目編號S202113325007）

作者簡介：馬成賢（1998—?），男，寧夏回族自治區吳忠人，本科，學生。