fluidsim软件在液压气动系统设计中的应用

FluidSIM 软件在液压气动系统设计中的应用

液压与气动技术是一种历史悠久、发展成熟、应用极其广泛的技术，特别是近年来与微电子技术、计算机技术相结合，液压与气动技术已成为包括传动、控制、检测在内的，对现代机械装备技术进步有重要影响的基础技术，由于其独特的原理与性能，其应用遍布国民经济各个领域，如在机床、工程机械、交通运输、冶金机械、农业机械、塑料机械、锻压机械、航空、航天、兵器、石油与煤炭等许多方面广泛采用。液压与气动技术的采用对机电产品质量和水平的提高起到了极大的促进作用，液压与气动技术的应用程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。液压与气动技术成为机电和控制专业的学生必修的专业基础课。为了提高教学效果，我校新建了液压气动技术实训中心，将 FluidSIM 液压气动软件引进教学，学生通过仿真、实训极大提高了课堂学习效果，节省了课时，并对相关技术产生了浓厚的学习兴趣，可完成一般液压气动系统回路设计任务。

1FluidSIM 软件介绍

FluidSIM 软件由德国 Festo 公司 Didactic 教学部门和Paderbom 大学联合开发。专门用于液压与气压传动的教学软件，FuidSIM 分 2 个软件，其中 FluidSIM-H 用于液压传动教学，而 FluidSIM-P 用于气压传动教学。

FluidSIM 软件的主要特征是： FluidSIM 软件符合 DIN 电气-液压(气压)回路图绘制标准， CAD 功能是针对流体专门设计的，在绘图过程中， FluidSIM 软件能检查各元件之间的连接是否可行，对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，并有元件的状态图显示，在设计完回路后，可验证设计的正确性，并演示其动作过程。

FluidSIM 软件可用于自学和教学。液压(气压)元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来学习，各种练习和教学影片讲授了重要回路和液压 (气压)元件的使

用方法。

可设计和液压气动回路相配合的电气控制回路。电气 - 液压(气压)回路设计与仿真同时进行，可以提高学生对电气动图、电液压的认识和实际应用能力。

FluidSIM 软件用户界面直观。采用类似画图软件的图形操作界面，拖拉图标进行设计，面向对象设置参数，易于学习，用户可以很快地学会绘制电气-液压(气压)回路图，并对其进行仿真。

2 FluidSIM 软件在液压气动系统设计中的应用实例 (以气动系统设计为例)

2.1 热塑板片焊接机气动回路

对此装置的工作要求是： 2 个双作用气缸一起装在电加热的闸板上，推压闸板将 2 块热塑板片焊接在一起。板片的

厚度范围是 1.5~4mm，接缝长度可以任意。两气缸的活塞压力用压力调节阀限制为 p=400kPa=4bar。按下间接启动按钮开关， 2 气缸在排气节流下向前运动。为了便于调节，在气缸和节流止回阀之间接了压力表。气缸的两端位置都安有行程开关。经过时间 t=1.5s 后，闸板返回初始位置。用另一个按钮开关也可使气缸立即回程。其工作图如图 1 所示。

图 1 热塑板片焊接机工作图

对图 1 和热塑板片焊接机的工作要求分析可以看出，在设计中需要考虑的问题是：一是 2 个双作用气缸要实现平行运动，考虑用两个两位五通双气控双稳记忆阀做主控阀分别控制2 个双作用气缸，用排气节流控制调节 2 个气缸的运动。二是 2 气缸的活塞压力用调压阀控制。三是焊接时间用延时阀调节。四是能实现手动复位。在设计气动控制回路时，要对延时阀、排气节流阀、调压阀、行程阀、与门阀、双气控阀的结构、原理及选用原则、调节使用方法有一个全面了解。对控制回路的设计要有一个全面的认识。

2.1.1 利用仿真软件设计热塑板片焊接机气动系统

运行 FluidSIM-P 软件，进入 FluidSIM-P 界面：根据任务分析，从元件库里调用相关气动元件：两位三通手动换向阀 2 个、双压阀 1 个、气控延时阀 (常闭)1个、梭阀 1 个、双气控两位五通换向阀 3 个、减压阀 1 个、过滤、调压组件(二联件)1个、分气块 1 个、双作用气缸 2 个、滚轮杠杆式

行程阀 (常闭)4 个、单向节流阀 2 个、压力表 3 个，设计如图 2 所示气压系统图并选择合适的气源压力、气缸行程，在标尺上设置行程开关的位置。

图 2 热塑板片焊接机气动系统图

2.1.2 热塑板片焊接机气动系统的工作原理

在初始位置， 2 个气缸(1.0)和(2.0)缩回到末端位置。滚轮杠杆行程阀 (1.4)和(2.2)被压下启动。主控阀

(1.1)(2.1)和控制阀 (0.3)都处在右位。

当按下按钮(1.2)时，第一个换向阀 (0.3)切换，随后最终控制元件(1.1)和(2.1)也进行切换。两个气缸伸出。在前进的末端位置，行程阀 (1.5)和(2.3)启动。压缩空气送到延时阀(1.7)的气控口 12。气缸停留在前进的末端位置。延时阀 (1.7)在时间 t=1.5s 后动作。

当延时阀 (1.7)启动后，3个相同的5/2 换向阀进行切换。气缸移动到缩回位置，并再次触发行程阀 (1.4)和(2.2)。

按下 3/2 阀 (1.3)的按钮，也可使 3 个相同的 5/2 换向阀 (0.3)，(1.1)和(2.1)换向； 2 气缸返回到末端位置。故称为复位开关。

2.2 沙发使用寿命测试系统设计

图 3 为对成品沙发进行使用寿命测试工作示意图，对此装置的工作要求是：启动控制开关 (连续循环)以后，双作用气缸 Z1 的活塞杆伸出并且在到达前终端位置后自动返回。

该循环过程重复进行取决于控制开关保持在“接通”状态

上的时间。

图 3 沙发的使用寿命测试工作示意图

附加要求：启动点动按钮后，气缸的活塞杆将伸出和退回 1 次(单循环)。

对图 3 和沙发的使用寿命测试工作要求分析看出，要完成沙发的使用寿命测试，在设计中需要考虑几个关键问题：一是要选用带有磁性活塞环的双作用气缸，采用 1 个(5/2) 二位五通脉冲式电磁换向阀作为主控元件；二是采用单向节流阀调节气缸活塞杆的伸出速度；三是要能实现单循环和自动循环 2 种工作状态并可随时中断自动循环。

2.2.1 利用仿真软件设计沙发的使用寿命测试气动与

电气控制系统

运行 FluidSIM-P 软件，根据任务分析，从元件库里调用相关电气、气动元件：带磁性活塞环的双作用气缸 1 个、单向节流阀 1 个、二位五通脉冲式电磁换向阀 1 个、24V 电源 1 个、导线组 1 个、磁感应式接近开关 2 个、继电器单元2 组、电信号输入单元 1 组、电信号指示单元 1 组。设计如图 4 所示气动与电气控制系统。

图 4 沙发的使用寿命测试系统气动与电气控制系统

2.2.2 沙发使用寿命测试系统工作原理

(1)单循环控制回路