基于FluidSIM的半自動(dòng)銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真

董效維

摘要：本文以FluidSIM軟件作為建模與仿真的平臺(tái)，主要闡述了具有“自動(dòng)定位夾緊、工作臺(tái)快進(jìn)、銑削進(jìn)給、工作臺(tái)快退、夾具松開”這5種工況的半自動(dòng)銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程與仿真過(guò)程。在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)其工作環(huán)境和設(shè)計(jì)要求來(lái)選用合適的液壓泵，并確定與液壓泵相匹配的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)油液的流量確定油箱尺寸。由選定的液壓閥接油口尺寸來(lái)選擇管道尺寸，通過(guò)液壓系統(tǒng)的流量和壓力對(duì)液壓輔助元件及控制元件進(jìn)行詳細(xì)選型。按照結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計(jì)原則，合理地安排各個(gè)元件的安裝位置并給出相應(yīng)的液壓系統(tǒng)原理圖與動(dòng)作循環(huán)表。最后基于FluidSIM軟件對(duì)液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，為系統(tǒng)的優(yōu)化提供保障，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。

關(guān)鍵詞：半自動(dòng)銑床;Fluidsim;液壓控制系統(tǒng);電液系統(tǒng)仿真

中圖分類號(hào)：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0087-03

0? 引言

FluidSIM是專門用于液壓、氣壓傳動(dòng)以及電液壓、電氣動(dòng)的模擬仿真設(shè)計(jì)軟件。該軟件具有專業(yè)的繪圖功能、系統(tǒng)仿真功能和綜合演示功能。通過(guò)FluidSIM的繪圖功能進(jìn)行液壓回路的設(shè)計(jì)，其強(qiáng)大的仿真功能可以對(duì)繪制好的回路進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)顯示和控制回路的動(dòng)作，幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、效率較高的最優(yōu)回路。[1]

本文從半自動(dòng)銑床的性能需求和實(shí)際工作情況出發(fā)，在明確了對(duì)其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上，對(duì)處于不同工況時(shí)液壓系統(tǒng)的工作元件進(jìn)行具體分析，擬定了液壓系統(tǒng)的原理圖與動(dòng)作循環(huán)表并通過(guò)FluidSIM對(duì)其進(jìn)行仿真模擬。

1? 明確系統(tǒng)工況及設(shè)計(jì)要求

現(xiàn)擬設(shè)計(jì)一臺(tái)可用于對(duì)工件進(jìn)行銑削、鉆削和鏜孔加工的半自動(dòng)化液壓銑床，使其可以實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)將工件定位夾緊，然后工作臺(tái)快進(jìn)對(duì)工件進(jìn)行銑削進(jìn)給，工作完成后工作臺(tái)快退，松開夾具”這一工作循環(huán)。根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可以繪制出該液壓銑床液壓缸的動(dòng)作循環(huán)圖，如圖1所示。

2? 液壓系統(tǒng)原理圖與系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖

在確定該銑床的液壓原理圖時(shí)，需要從節(jié)能、減少發(fā)熱的角度出發(fā)，選擇變量泵供油的方式。為使該銑床具有平穩(wěn)的進(jìn)給速度，可以選擇調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路?？焖倩芈愤x擇差動(dòng)連接回路可以更好的滿足工作臺(tái)在快進(jìn)快退時(shí)的速度要求。要使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、便于操作，該系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路。因?yàn)榇税胱詣?dòng)銑床在工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)的流量不大，故換向回路可以選擇電磁閥控制的換向回路。按照先定位后加緊的邏輯順序，可以采用單向順序閥的順序動(dòng)作回路，并在夾緊回路中加設(shè)減壓閥，接入節(jié)流發(fā)調(diào)速和單向閥保壓。動(dòng)作轉(zhuǎn)換的控制方式應(yīng)采用壓力繼電器與行程開關(guān)進(jìn)行控制。

確定好液壓系統(tǒng)各工作元件與回路的主要規(guī)格、功率及型號(hào)后，就可以按照結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計(jì)原則，合理地安排各個(gè)元件的安裝位置并在FluidSIM中建立相應(yīng)的液壓系統(tǒng)模型。擬設(shè)計(jì)的半自動(dòng)銑床液壓系統(tǒng)原理圖及電路設(shè)計(jì)圖如圖2、圖3所示。

該電路主要是利用壓力繼電器SB1控制繼電器KM1從而控制電磁鐵YA1通電使進(jìn)給缸快進(jìn)，利用接近開關(guān)SQ1控制繼電器KM2從而控制電磁鐵YA3通電使進(jìn)給缸工進(jìn)，利用接近開關(guān)SQ2控制繼電器KM3從而控制電磁鐵YA2通電使進(jìn)給腔快退，利用壓力繼電器SB2控制繼電器KM4從而控制電磁鐵YA4通電使定位腔、夾緊腔快退。[2]

3? 各工況下元件的工作情況

3.1 定位夾緊過(guò)程中工作元件的工作情況

電磁鐵YA1、YA2都處于斷電狀態(tài)，換向閥5中位接入系統(tǒng)，此時(shí)油液不能通過(guò)換向閥5。電磁鐵YA4處于斷電狀態(tài)，換向閥12左位接入系統(tǒng)。系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為：

進(jìn)油路：液壓源1→換向閥12（AP）→單向閥11→夾緊缸左腔;

液壓源1→換向閥12（AP）→定位缸左腔。

回油路：夾緊缸右腔→換向閥12（BT）→油箱;

定位缸右腔→換向閥12（BT）→油箱。

3.2 快進(jìn)過(guò)程中工作元件的工作情況

電磁鐵YA1通電、YA2斷電，換向閥5左位接入系統(tǒng)，電磁鐵YA3通電，換向閥8右位接入系統(tǒng)，電磁鐵YA4斷電，換向閥12左位接入系統(tǒng)。系統(tǒng)中的油液流動(dòng)情況為：

進(jìn)油路：液壓源1→換向閥12（AP）→單向閥11→夾緊缸左腔;

液壓源1→換向閥12（AP）→定位缸左腔;

液壓源1→換向閥5左位（AP）→進(jìn)給缸左腔;

回油路：夾緊缸右腔→換向閥12（BT）→油箱;

定位缸右腔→換向閥12（BT）→油箱;

進(jìn)給缸右腔→換向閥8右位（AT）→換向閥5左位（BT）→油箱。

3.3 工進(jìn)過(guò)程中工作元件的工作情況

電磁鐵YA1通電、YA2斷電，換向閥5左位接入系統(tǒng)，電磁鐵YA3、YA4都斷電，換向閥5和8都是左位接入系統(tǒng)。系統(tǒng)中的油液流動(dòng)情況為：

進(jìn)油路：液壓源1→換向閥12（AP）→單向閥11→夾緊缸左腔;

液壓源1→換向閥12（AP）→定位缸左腔;

液壓源1→換向閥5左位（AP）→進(jìn)給缸左腔。

回油路：夾緊缸右腔→換向閥12（BT）→油箱;

定位缸右腔→換向閥12（BT）→油箱。

3.4 快退過(guò)程中工作元件的工作情況

電磁鐵YA1斷電、YA2通電，換向閥5右位接入系統(tǒng)，電磁鐵YA3、YA4都斷電，換向閥5和8都是左位接入系統(tǒng)。系統(tǒng)中的油液流動(dòng)情況為：

進(jìn)油路：液壓源1→換向閥12（AP）→單向閥11→夾緊缸左腔;

液壓源1→換向閥12（AP）→定位缸左腔。

回油路：夾緊缸右腔→換向閥12（BT）→油箱;

定位缸右腔→換向閥12（BT）→油箱。

3.5 松開拔銷過(guò)程中工作元件的工作情況

電磁鐵YA1、YA2、YA3都斷電，YA4通電，即換向閥5中位接入系統(tǒng)，換向閥8左位接入系統(tǒng)，換向閥12右位接入系統(tǒng)。系統(tǒng)中的油液流動(dòng)情況為：

進(jìn)油路：液壓源1→換向閥12（AP）→單向閥11→夾緊缸左腔;

液壓源1→換向閥12（AP）→定位缸左腔。

回油路：夾緊缸右腔→換向閥12（BT）→油箱;

定位缸右腔→換向閥12（BT）→油箱。

4? 液壓系統(tǒng)順序動(dòng)作回路循環(huán)表

要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，即要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作順序?yàn)椋鹤詣?dòng)定位夾緊→工作臺(tái)快進(jìn)→銑削工進(jìn)→工作臺(tái)快退→松開拔銷。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表1所示。表中“+”號(hào)表示電磁鐵通電或行程閥壓下;“-”號(hào)表示電磁鐵斷電或行程閥復(fù)位。

5? 基于FluidSIM的液壓系統(tǒng)仿真

5.1 定位夾緊時(shí)的仿真模擬（圖4、圖5）

5.2 整個(gè)工作循環(huán)回路中各元器件的狀態(tài)圖（圖6）

6? 結(jié)束語(yǔ)

使用FluidSIM軟件可以清晰直觀地看到我們所要設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)各回路的動(dòng)作過(guò)程，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真并且可以顯示壓力、流量、速度等數(shù)據(jù)。所以我們只需要建立合適恰當(dāng)?shù)囊簤嚎刂葡到y(tǒng)模型，計(jì)算出各工作元件的參數(shù)值，即可通過(guò)FluidSIM驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠性與有效性。該軟件的運(yùn)用在分析、研究、設(shè)計(jì)及優(yōu)化一些復(fù)雜不易建模的電液伺服系統(tǒng)具有重大意義。[3]

參考文獻(xiàn)：

[1]彭海燕，李海勝.基于FluidSIM機(jī)床夾緊機(jī)構(gòu)電液系統(tǒng)仿真技術(shù)[J].科技風(fēng)，2016（17）：140，142.

[2]曾敏.基于FluidSIM的半自動(dòng)銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2018（01）：100-102.

[3]郭聯(lián)金，潘斌.基于FluidSIM的電液比例壓力控制系統(tǒng)的建模及仿真[J].煤礦機(jī)械，2016，37（01）：222-225.