FluidSIM軟件在液壓氣動系統設計中的應用

薛 梅

北京電子科技職業學院 北京 100172

FluidSIM軟件在液壓氣動系統設計中的應用

薛 梅

北京電子科技職業學院 北京 100172

介紹了FluidSIM液壓氣動仿真軟件的特征，并通過2個設計實例介紹了該軟件的應用過程及效果。

FluidSIM仿真軟件；液壓氣動；設計應用

液壓與氣動技術是一種歷史悠久、發展成熟、應用極其廣泛的技術，特別是近年來與微電子技術、計算機技術相結合，液壓與氣動技術已成為包括傳動、控制、檢測在內的，對現代機械裝備技術進步有重要影響的基礎技術，由于其獨特的原理與性能，其應用遍布國民經濟各個領域，如在機床、工程機械、交通運輸、冶金機械、農業機械、塑料機械、鍛壓機械、航空、航天、兵器、石油與煤炭等許多方面廣泛采用。液壓與氣動技術的采用對機電產品質量和水平的提高起到了極大的促進作用，液壓與氣動技術的應用程度已成為衡量一個國家工業水平的重要標志。液壓與氣動技術成為機電和控制專業的學生必修的專業基礎課。為了提高教學效果，我校新建了液壓氣動技術實訓中心，將FluidSIM液壓氣動軟件引進教學，學生通過仿真、實訓極大提高了課堂學習效果，節省了課時，并對相關技術產生了濃厚的學習興趣，可完成一般液壓氣動系統回路設計任務。

1 FluidSIM軟件介紹

FluidSIM軟件由德國Festo公司Didactic教學部門和Paderbom大學聯合開發。專門用于液壓與氣壓傳動的教學軟件，FuidSIM分2個軟件，其中FluidSIM-H用于液壓傳動教學，而FluidSIM-P用于氣壓傳動教學。

FluidSIM軟件的主要特征是：FluidSIM軟件符合DIN電氣-液壓(氣壓)回路圖繪制標準，CAD功能是針對流體專門設計的，在繪圖過程中，FluidSIM軟件能檢查各元件之間的連接是否可行，對基于元件物理模型的回路圖進行實際仿真，并有元件的狀態圖顯示，在設計完回路后，可驗證設計的正確性，并演示其動作過程。

FluidSIM軟件可用于自學和教學。液壓(氣壓)元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動畫來學習，各種練習和教學影片講授了重要回路和液壓(氣壓)元件的使用方法。

可設計和液壓氣動回路相配合的電氣控制回路。電氣-液壓(氣壓)回路設計與仿真同時進行，可以提高學生對電氣動圖、電液壓的認識和實際應用能力。

FluidSIM軟件用戶界面直觀。采用類似畫圖軟件的圖形操作界面，拖拉圖標進行設計，面向對象設置參數，易于學習，用戶可以很快地學會繪制電氣-液壓(氣壓)回路圖，并對其進行仿真。

2 FluidSIM軟件在液壓氣動系統設計中的應用實例(以氣動系統設計為例)

2.1 熱塑板片焊接機氣動回路

對此裝置的工作要求是：2個雙作用氣缸一起裝在電加熱的閘板上，推壓閘板將2塊熱塑板片焊接在一起。板片的厚度范圍是1.5～4mm，接縫長度可以任意。兩氣缸的活塞壓力用壓力調節閥限制為p=400kPa=4bar。按下間接啟動按鈕開關，2氣缸在排氣節流下向前運動。為了便于調節，在氣缸和節流止回閥之間接了壓力表。氣缸的兩端位置都安有行程開關。經過時間t=1.5s后，閘板返回初始位置。用另一個按鈕開關也可使氣缸立即回程。其工作圖如圖1所示。

對圖1和熱塑板片焊接機的工作要求分析可以看出，在設計中需要考慮的問題是：一是2個雙作用氣缸要實現平行運動，考慮用兩個兩位五通雙氣控雙穩記憶閥做主控閥分別控制2個雙作用氣缸，用排氣節流控制調節2個氣缸的運動。二是2氣缸的活塞壓力用調壓閥控制。三是焊接時間用延時閥調節。四是能實現手動復位。在設計氣動控制回路時，要對延時閥、排氣節流閥、調壓閥、行程閥、與門閥、雙氣控閥的結構、原理及選用原則、調節使用方法有一個全面了解。對控制回路的設計要有一個全面的認識。

2.1.1 利用仿真軟件設計熱塑板片焊接機氣動系統

運行FluidSIM-P軟件，進入FluidSIM-P界面：根據任務分析，從元件庫里調用相關氣動元件：兩位三通手動換向閥2個、雙壓閥1個、氣控延時閥(常閉)1個、梭閥1個、雙氣控兩位五通換向閥3個、減壓閥1個、過濾、調壓組件(二聯件)1個、分氣塊1個、雙作用氣缸2個、滾輪杠桿式行程閥(常閉)4個、單向節流閥2個、壓力表3個，設計如圖2所示氣壓系統圖并選擇合適的氣源壓力、氣缸行程，在標尺上設置行程開關的位置。

圖2 熱塑板片焊接機氣動系統圖

2.1.2 熱塑板片焊接機氣動系統的工作原理

在初始位置，2個氣缸(1.0)和(2.0)縮回到末端位置。滾輪杠桿行程閥(1.4)和(2.2)被壓下啟動。主控閥(1.1)(2.1)和控制閥(0.3)都處在右位。

當按下按鈕(1.2)時，第一個換向閥(0.3)切換，隨后最終控制元件(1.1)和(2.1)也進行切換。兩個氣缸伸出。在前進的末端位置，行程閥(1.5)和(2.3)啟動。壓縮空氣送到延時閥(1.7)的氣控口12。氣缸停留在前進的末端位置。延時閥(1.7)在時間t=1.5s后動作。

當延時閥(1.7)啟動后，3個相同的5/2換向閥進行切換。氣缸移動到縮回位置，并再次觸發行程閥(1.4)和(2.2)。

按下3/2閥(1.3)的按鈕，也可使3個相同的5/2換向閥(0.3)，(1.1)和(2.1)換向；2氣缸返回到末端位置。故稱為復位開關。

2.2 沙發使用壽命測試系統設計

圖3為對成品沙發進行使用壽命測試工作示意圖，對此裝置的工作要求是：啟動控制開關(連續循環)以后，雙作用氣缸Z1的活塞桿伸出并且在到達前終端位置后自動返回。該循環過程重復進行取決于控制開關保持在“接通”狀態上的時間。

附加要求：啟動點動按鈕后，氣缸的活塞桿將伸出和退回1次(單循環)。

對圖3和沙發的使用壽命測試工作要求分析看出，要完成沙發的使用壽命測試，在設計中需要考慮幾個關鍵問題：一是要選用帶有磁性活塞環的雙作用氣缸，采用1個(5/2)二位五通脈沖式電磁換向閥作為主控元件；二是采用單向節流閥調節氣缸活塞桿的伸出速度；三是要能實現單循環和自動循環2種工作狀態并可隨時中斷自動循環。

2.2.1 利用仿真軟件設計沙發的使用壽命測試氣動與電氣控制系統

運行FluidSIM-P軟件，根據任務分析，從元件庫里調用相關電氣、氣動元件：帶磁性活塞環的雙作用氣缸1個、單向節流閥1個、二位五通脈沖式電磁換向閥1個、24V電源1個、導線組1個、磁感應式接近開關2個、繼電器單元2組、電信號輸入單元1組、電信號指示單元1組。設計如圖4所示氣動與電氣控制系統。

2.2.2 沙發使用壽命測試系統工作原理

(1)單循環控制回路

按下按鈕開關S0(常開)后，電氣回路中的繼電器K1閉合。從而觸點K1閉合，線圈1Y1閉合，5/2雙電控電磁閥被觸發(左位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始前進。

松開按鈕開關S0，雙作用氣缸的活塞桿前進到末端位置，并觸發行程開關B2，電氣回路中的繼電器K2閉合，從而觸點K2閉合，線圈1Y2閉合，5/2雙電控電磁閥被切換(右位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始縮回。

雙作用氣缸的活塞桿縮回到末端位置，回到初始狀態。

(2)連續循環控制回路

驅動按鍵開關S3(常開)后，觸點閉合，并鎖定觸點閉合狀態，電氣回路中的繼電器K1閉合。從而觸點K1閉合，線圈1Y1閉合，5/2雙電控電磁閥被觸發(左位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始前進。

雙作用氣缸的活塞桿前進到末端位置，并觸發行程開關B2，電氣回路中的繼電器K2閉合，從而觸點K2閉合，線圈1Y2閉合，5/2雙電控電磁閥被切換(右位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始縮回。

由于S3鎖定在閉合狀態，雙作用氣缸的活塞桿縮回到末端位置，再次觸發行程開關B1，電氣回路中的繼電器K1閉合，從而觸點K1閉合，線圈1Y1閉合，5/2雙電控電磁閥被切換(左位接通)，雙作用氣缸的活塞桿開始前進。只要S3鎖定在閉合狀態，氣缸活塞桿將做連續循環運動。

只有斷開按鍵開關S3，氣缸連續循環運動才能停止，并回到初始狀態。

循環的各個步驟，氣動系統隨時間變化的狀態真實地展現在設計者面前，設計者可根據任務要求修正設計方案，直到完成。

3 結束語

FluidSIM仿真軟件是各種知識的綜合應用，需要掌握液壓氣動、繼電氣控制、傳感器、機械傳動、自動控制、PLC控制等多種技術，才能熟練地應用它，通過學習和使用FluidSIM仿真軟件，教師拓展了學習和發展空間，在學習新軟件的過程中，教師提高了自身的業務水平，掌握了液壓與氣動技術及其軟件在國內外的發展趨勢，同時也提高了科研能力及工作效率，在教學和科研中，能獲得事半功倍的效果。

[1]隨文臣，化雪薈，陳大力.淺談FluidSIM液壓(氣動)仿真軟件在教學中的應用[J].液壓與氣動，2007，6

Abstract: This article introduce features of FluidSIM which is used in hydraulics and pneumatics, and through 2 designing case, this paper presents the application of this software and effect.

Key words: FluidSIM software; hydraulics and pneumatics; designing application

Application of FluidSIM in designing of hydraulics and pneumatics

Xue Mei
Beijing vocational college of electronic science, Beijing, 100172, China

2010-10-30

薛梅，碩士，講師。