AMESim仿真軟件在液壓鎖緊回路教學中的應用

劉俊 劉智 楊偉 陳廷艷

摘要：針對高職機電類學生在學習液壓鎖緊回路的過程中，對于液控單向閥控制的液壓鎖緊回路中的換向閥、液壓缸的工作特性理解困難這一問題，引入與課程相適應、與企業就業技能相融合的一款仿真軟件AMESim進行仿真實驗，通過仿真軟件，學生能較好地掌握液壓鎖緊回路中液壓缸、換向閥的工作特性，進而更好地設計液壓鎖緊回路和完成實踐操作。

關鍵詞：AMESim;液壓鎖緊回路;仿真實驗

0 ? ?引言

目前，“液壓與氣動技術”課程針對液壓鎖緊回路的內容，通常是采用理實一體化的教學方法，學生首先聽取教師的理論講解，然后直接進行實操，未經過準確的仿真練習，導致學生實驗效果較差，在實踐操作的過程中存在只會搭建回路，但較難理解回路工作原理以及相關閥體工作特性的情況，進而減弱了學生實驗的積極性。因此，在理論講解和實操環節將AMESim仿真軟件應用于液壓鎖緊回路的仿真實驗，通過仿真軟件直觀理解換向閥和液壓缸的工作特性，能夠較好地幫助學生將理論融合實踐，提高實操效率，增強學習興趣。

1 ? ?軟件介紹

AMESim（Advanced Modeling Environment for perfor-

ming Simulation of engineering systems）軟件為多學科領域復雜系統建模仿真平臺，用戶可以在這個單一平臺上建立復雜的多學科領域的系統模型，并在此基礎上進行仿真計算和深入分析，也可以在這個平臺上研究任何元件或系統的穩態和動態性能，例如在燃油噴射、制動系統、動力傳動、液壓系統、機電系統和冷卻系統中的應用。面向工程應用的定位使得AMESim成為汽車、液壓和航空航天工業研發部門的理想選擇。

目前將AMESim仿真軟件用于教學的研究仍很少，更多的研究者是將AMESim引入到液壓系統的研究中，但在國內高等職業院校中，“液壓與氣動技術”是一門專業必修課，其對學生職業能力的培養有極大的作用，如果教學課堂能夠引入軟件的仿真教學，將會給學生的學習帶來極大的促進作用。

2 ? ?AMESim仿真軟件在液壓鎖緊回路教學中的應用

2.1 ? ?液控單向閥控制的液壓鎖緊回路與其他鎖緊回路的對比

液壓鎖緊回路即當液壓泵停止向執行元件供油后，執行元件能被鎖緊在要求位置上，當受到重力或外力作用時位置不變。例如，起重機的支撐腿在工作過程中活塞不能移動，這樣才能保證吊物時的安全。

鎖緊方式分單向鎖緊和雙向鎖緊，單向鎖緊時可用單向閥，雙向鎖緊時可利用液控單向閥、方向閥M型中位機能或液控順序閥。各種鎖緊方式如圖1所示。

圖1（a）采用二位四通閥和單向閥使液壓缸活塞鎖緊在液壓缸的兩端，實現雙端鎖緊;圖1（c）所示為采用換向閥的M型中位機能實現的雙向鎖緊回路，這兩種鎖緊方式涉及的閥體和液壓元件較簡單直觀，通過回路圖可較快理解其工作過程。圖1（b）采用兩個液控單向閥組成聯鎖回路，可以實現活塞在任意位置上的鎖緊。此回路鎖緊精度高，設計中應用本回路時，為了保證可靠鎖緊，其換向閥一般采用H型或Y型。換向閥在工作過程中的控制信號以及經過兩個液控單向閥的控制液壓缸的有桿腔和無桿腔的流量變化可通過仿真軟件觀察得到。

2.2 ? ?AMESim仿真軟件在液壓鎖緊回路教學中的應用

通過AMESim仿真軟件構建如圖2所示液壓鎖緊回路仿真實驗圖，為了更好地理解該回路的工作原理，生成換向閥控制信號圖（圖3）、液壓缸位置圖（圖4）、有桿腔流量變化圖（圖5）和無桿腔流量變化圖（圖6）。

結合圖3、圖4、圖5和圖6可知：

（1）通過換向閥上的電磁閥信號控制換向閥工作位置：設定換向閥0～3 s工作在右位時，液壓油從換向閥的P口進入A口，油液再同時從兩個液控單向閥進入液壓缸的左側無桿腔和右側有桿腔，圖5和圖6顯示0～3 s時進入無桿腔的流量大于有桿腔流量，由于液壓缸的速度與流量成正比，得出液壓缸做伸出運動。

（2）設定換向閥3～6 s工作在中位時，在兩個液控單向閥作用下，有桿腔和無桿腔中油液被封死，圖5和圖6中對應曲線數據未變化，A、B兩個油口直通油箱，液壓缸活塞停止運動，如圖4所示。

（3）設定換向閥6～9 s工作在左位時，無桿腔的流量小于有桿腔的流量回程，液壓缸做縮回運動，如圖4所示。

2.3 ? ?虛擬仿真和實踐相結合完成液壓鎖緊回路實驗

結合以上分析，學生首先設計液壓鎖緊回路和電磁閥接線圖，如圖7所示，然后進行軟件仿真分析，在充分理解仿真結果的基礎上，在已有的液壓實訓平臺上搭建如圖8所示的鎖緊回路。

通過回路的設計、仿真和搭建，學生能夠直觀有效地理解液壓鎖緊回路的工作原理以及回路中相關閥體的工作特性、液壓缸的流量變化，進而通過真實的數據去掌握理論知識。

3 ? ?結語

將AMESim仿真軟件應用于液控單向閥控制的液壓鎖緊回路，能夠較直觀地模擬鎖緊回路中各個液壓元器件的工作特性，學生也能夠較清晰地通過軟件觀察到每個元件尤其是液壓缸的工作狀態，通過真實的數據和變化曲線，從原理上理解液壓鎖緊回路的工作過程。理虛實相結合的教學模式，讓學生不僅能夠將理論知識準確用于實踐，還能讓學生自己利用軟件設計和理解回路，提高實驗效率，保障實驗安全，提高實驗的積極性和準確性，在教學和自我學習的過程中提升專業技能，增強就業自信。與此同時，加入仿真軟件也提高了教師的教學效率，改善了教學效果。該教學改革的實施對培養實踐型、創新型、獨立思考型學生有極大的促進作用。

[參考文獻]

[1] 毛好喜.液壓與氣動技術[M].3版.北京：人民郵電出版社，2017.

[2] 林雪冬.基于虛擬仿真技術的液壓與氣動技術課程的教學改革實踐研究[J].科技資訊，2019，17（21）：97-98.

[3] 劉長志.液壓與氣動技術應用的教學改革實踐探索[J].南方農機，2018，49（6）：240.

[4] 張勝，汪路路，陳海峰，等.基于AMESim某風洞柔壁噴管液壓系統仿真及優化[J].兵工自動化，2021，40（4）：81-84.

收稿日期：2021-04-14

作者簡介：劉俊（1989—），女，河南信陽人，碩士研究生，講師，研究方向：機械制造及自動化。