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

按下按钮开关S0(常开)后，电气回路中的继电器K1闭合。从而触点K1闭合，线圈1Y1闭合，5/2双电控电磁阀被触发(左位接通)，双作用气缸的活塞杆开始前进。

松开按钮开关S0，双作用气缸的活塞杆前进到末端位置，并触发行程开关B2，电气回路中的继电器K2闭合，从而触点K2闭合，线圈1Y2闭合，5/2双电控电磁阀被切换(右位接通)，双作用气缸的活塞杆开始缩回。

双作用气缸的活塞杆缩回到末端位置，回到初始状态。

(2)连续循环控制回路

驱动按键开关S3(常开)后，触点闭合，并锁定触点闭合状态，电气回路中的继电器K1闭合。从而触点K1闭合，线圈1Y1闭合，5/2双电控电磁阀被触发(左位接通)，双作用气缸的活塞杆开始前进。

双作用气缸的活塞杆前进到末端位置，并触发行程开关B2，电气回路中的继电器K2闭合，从而触点K2闭合，线圈1Y2闭合，5/2双电控电磁阀被切换(右位接通)，双作用气缸的活塞杆开始缩回。

由于S3锁定在闭合状态，双作用气缸的活塞杆缩回到末端位置，再次触发行程开关

B1，电气回路中的继电器K1闭合，从而触点K1闭合，线圈1Y1闭合，5/2双电控电磁阀被切换(左位接通)，双作用气缸的活塞杆开始前进。只要S3锁定在闭合状态，气缸活塞杆将做连续循环运动。

只有断开按键开关S3，气缸连续循环运动才能停止，并回到初始状态。

循环的各个步骤，气动系统随时间变化的状态真实地展现在设计者面前，设计者可根据任务要求修正设计方案，直到完成。

3结束语

FluidSIM仿真软件是各种知识的综合应用，需要掌握液压气动、继电气控制、传感器、机械传动、自动控制、PLC控制等多种技术，才能熟练地应用它，通过学习和使用FluidSIM仿真软件，教师拓展了学习和发展空间，在学习新软件的过程中，教师提高了自身的业务水平，掌握了液压与气动技术及其软件在国内外的发展趋势，同时也提高了科研能力及工作效率，在教学和科研中，能获得事半功倍的效果。