基于FluidSIM的壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

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(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

液壓傳動(dòng)是以液壓油作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式，以其眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于機(jī)床、汽車(chē)、工程機(jī)械、塑料機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)。本文基于FluidSIM軟件的液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)FluidSIM-H部分設(shè)計(jì)了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的定形壓力機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括液壓回路和電氣控制回路兩個(gè)部分，并對(duì)回路進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和仿真。

1 FluidSIM軟件

液壓系統(tǒng)中，對(duì)液壓回路和電氣控制系統(tǒng)快速有效的設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真與實(shí)踐驗(yàn)證，是液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)者最關(guān)心的問(wèn)題之一。德國(guó)Festo公司和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的FluidSIM軟件以其科學(xué)準(zhǔn)確、快速有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)工作人員的要求，軟件分為液動(dòng)設(shè)計(jì)FluidSIM-H和氣動(dòng)設(shè)計(jì)FluidSIM-P兩個(gè)部分，分別可對(duì)液動(dòng)和氣動(dòng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真。FluidSIM軟件通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的回路進(jìn)行實(shí)例仿真，驗(yàn)證正確性并演示回路動(dòng)作過(guò)程，從而將模型與實(shí)際的系統(tǒng)仿真聯(lián)系在一起，具有從理論到設(shè)計(jì)再到生產(chǎn)實(shí)踐，逐步實(shí)現(xiàn)回路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，節(jié)約研發(fā)成本等意義。

2 定形壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用液壓驅(qū)動(dòng)的壓力機(jī)施加強(qiáng)大的壓力對(duì)金屬坯件進(jìn)行沖壓定形或使金屬發(fā)生塑性變形和斷裂加工成零件。液壓壓力機(jī)由于操作簡(jiǎn)單，動(dòng)力速度快，工作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)常被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，定形壓力機(jī)就是其中一種。工業(yè)生產(chǎn)中定形壓力機(jī)由一個(gè)雙作用液壓缸控制，結(jié)構(gòu)和工作循環(huán)如圖1所示。

圖1 液壓壓力裝置

設(shè)計(jì)定形壓力機(jī)的液壓回路，液壓回路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空程下行并慢速加壓——保壓——快速回程的工作循環(huán)。設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓缸先快速空程下行，然后加壓p1到2 MPa慢慢地用于材料定形。在運(yùn)動(dòng)大約80 mm壓力行程后，該壓力轉(zhuǎn)換為一個(gè)更高保壓壓力p2到4.5 MPa。當(dāng)壓力操作完成后，壓力開(kāi)關(guān)上的壓力p3增加到最大值6 MPa。當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)激活壓力機(jī)的回程運(yùn)動(dòng)。根據(jù)壓力機(jī)液壓回路工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)如圖2所示。

圖2中液壓元件名稱(chēng)見(jiàn)表1。

2.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

液壓源用于提供必要的液壓恒定流量，工作壓力由溢流閥限制。溢流閥用于限制回路中液壓油的壓力，溢流閥2和4均設(shè)定公稱(chēng)壓力為5 MPa，相應(yīng)流量為1 l/min。電磁換向閥3和7實(shí)現(xiàn)液壓回路的通斷和液流方向的改變。流量控制閥5用于調(diào)節(jié)流量，進(jìn)行壓力補(bǔ)償，公稱(chēng)流量設(shè)置為1 l/min?？烧{(diào)壓力開(kāi)關(guān)8驅(qū)動(dòng)電磁閥7動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)雙作用液壓缸10的活塞做回程運(yùn)動(dòng)，切換壓力設(shè)置為5 MPa。標(biāo)尺12配合行程開(kāi)關(guān)11完成活塞的換向動(dòng)作，標(biāo)尺位置值為80 mm。

表1 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)元件名稱(chēng)

2.3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電氣控制回路，如圖3所示，圖中電氣控制回路元件名稱(chēng)見(jiàn)表2。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，繼電器KM1得電并通過(guò)電路2的常開(kāi)觸點(diǎn)KM1被激活鎖住。電路7上的常開(kāi)觸點(diǎn)KM1閉合，二位二通電磁閥的電磁線(xiàn)圈0Y1得電工作在左位，同時(shí)電路6上的常開(kāi)觸點(diǎn)KM1閉合，二位四通電磁閥的電磁線(xiàn)圈1Y1得電工作在左位，壓力油經(jīng)二位二通電磁閥、二位四通電磁閥直接進(jìn)入液壓缸左腔，活塞桿以推進(jìn)方式向右伸出。

圖3 壓力機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)圖

活塞桿保持2 MPa的壓力推進(jìn)定形，二位二通閥保持打開(kāi)狀態(tài)，致使溢流閥2在低壓值中可以動(dòng)作。當(dāng)活塞桿到達(dá)行程開(kāi)關(guān)1S位置時(shí)，電路3中行程開(kāi)關(guān)1S閉合接通，電路4中常開(kāi)觸點(diǎn)KM2閉合，電路3、4自鎖，電路7中常閉觸點(diǎn)KM2斷開(kāi)，二位二通電磁閥不再起作用，在溢流閥1上壓力值被轉(zhuǎn)換為4.5 MPa。當(dāng)活塞桿到達(dá)前進(jìn)終端位置時(shí)，壓力繼續(xù)上升直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力6 MPa，電路5上的壓力開(kāi)關(guān)關(guān)閉，繼電器KM3線(xiàn)圈得電，電路1、3中的常閉觸點(diǎn)KM3打開(kāi)，解除電路2、3、4中的常開(kāi)觸點(diǎn)KM1、KM2的閉鎖。電路6中常開(kāi)觸點(diǎn)KM1切換二位四通電磁閥推動(dòng)活塞的回程運(yùn)動(dòng)。繼電器KM2被激勵(lì)，通過(guò)電路7上的一個(gè)常閉觸點(diǎn)而開(kāi)始工作，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至低壓狀態(tài)，隨后可以進(jìn)行重復(fù)運(yùn)動(dòng)。

表2 電氣控制回路元件名稱(chēng)及用途

2.4 定形壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)仿真

對(duì)設(shè)計(jì)的定形壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)置的參數(shù)應(yīng)用FluidSIM軟件進(jìn)行仿真，仿真中的各個(gè)元件均按照設(shè)計(jì)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)置參數(shù)空程下行并慢速加壓——保壓——快速回程的工作循環(huán)。仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 定形壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)仿真結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)定形壓力機(jī)液壓回路設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的回路系統(tǒng)和設(shè)定的參數(shù)均符合液壓定形壓力機(jī)的運(yùn)行要求，各個(gè)參數(shù)均通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，收到了很好的效果。同時(shí)，該系統(tǒng)為壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)和更新提供了可靠的技術(shù)保證，為生產(chǎn)中處理多種異常問(wèn)題提供了一個(gè)理論解決途徑。

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