FluidSIM虚拟仿真在液压传动实验中的应用_吴娇.pdf

2 0 2 3年第9期F l u i d S I M虚拟仿真在液压传动实验中的应用吴 娇,张玉平(武汉华夏理工学院 智能制造学院,武汉 4 3 0 2 2 3)摘 要:将F l u i d S I M虚拟仿真技术引入到 液压与气压传动 的实验教学中,对液压系统、气动系统和控制电路进行设计并仿真运行和检验,再进行实训台元件实物搭建,可以使实验教学方法更现代化,教学手段更多样化,并保证了学生在设计过程中的安全。关键词:F l u i d S I M;设计回路;液压与气压传动 中图分类号:TH 1 3 7 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9-0 0 9 4-0 3A p p l i c a t i o no fF l u i d S I Mi nH y d r a u l i cT r a n s m i s s i o nP r a c t i c eT e a c h i n gWuJ i a o,Z h a n gY u-p i n g(I n s t i t u t eo f I n t e l l i g e n tM a n u f a c t u r i n g,Wu h a nH u a x i aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,Wu h a n4 3 0 2 2 3)A b s t r a c t:T h eF l u i d S I Mv i r u a l s i m u l a t i o nt e c h n o l o g y i s i n t r o d u c e d t o t h ee x p e r i m e n t a l t e a c h i n go f h y d r a u l i ca n dp n e u m a t i c t r a n s m i s s i o n,i nw h i c ht h eh y d r a u l i cs y s t e m,p n e u m a t i cs y s t e ma n dc o n t r o lc i r c u i t i sd e s i g n e da n ds i m u l a t e d.T h e nt h ec o m p o n e n t so nt h et r a i n i n gp l a t f o r ma r eu s e df o rc o n s t r u c t i o na n dv e r i f i c a t i o n.I tc a nm a k e t h ee x p e r i m e n t a lm e t h o dm o r em o d e r na n dd i v e r s i f i e da n de n s u r et h es a f e t yo fs t u d e n t si nt h ep r a c t i c a lp r o c e s s.K e yw o r d s:F l u i d S I M;D e s i g nc i r c u i t;H y d r a u l i ca n dp n e u m a t i c t r a n s m i s s i o n基金项目:武汉华夏理工学院2 0 2 1年校级教学研究项目“虚拟仿真在液压与气压传动课程实验中的应用探索”(编号2 1 1 4)作者简介:吴娇(1 9 8 6),女,研究生,实验师,武汉华夏理工学院智能制造学院实验中心,研究方向:液压与气压传动。1 引言液压与气动传动是机械学科开设的重要专业基础课程之一,液压与气压传动的课程实验尤为重要,课程实验是对理论知识的验证,将单个液压元件性能方面的知识进行综合 运 用,是 为 掌 握 复 杂 液 压 系 统 打 下 必 要 的 基础1。由于液压试验台和气压试验台的价格高、设备体积较大,元件的种类和规格不适合大量购买和布置。为弥补实验条件不足,部分学校在不改变现有实验室条件的情况下,在液压与气压传动的实验教学中引入虚拟仿真技术,使实验教学方法更现代化,教学手段更多样化。通过虚拟仿真的方式模拟液压与气动系统运行,从而提高学生的学习兴趣,并保证了学生在实验验证过程中的安全。在液压与气压传动实验教学中引入虚拟仿真技术,在已有的实验室条件上,将液压试验台、气动试验台与仿真系统软件进行结合,创新实践教学方法,通过仿真系统软件操作,对典型的液压及气动元件、液压与气压基本回路等知识进行学习2。根据实验任务要求,学生将实物与仿真进行对照,独立设计建模液压或气动系统、相应的控制电路,提出自己的疑惑,指导教师直接在仿真系统软件上进行设计指导,学生认识错误后,可在仿真系统软件上快速更改进行仿真运动及验证。通过F l u i d S I M虚拟仿真的方式模拟液压与气压传动系统的运行,可以让学生能够更加直观的了解到液压与气压元件在回路运动中的工作过程,从而提高学生的学习兴趣,并保证了学生在设计过程中的安全。2 仿 真软件在液压与气压传动实践教 学 中应用在F l u i d S I M仿真软件中,可以搭建液压气动回路和相对应的控制电路并进行仿真,并且能够验证搭建的液压与气压回路模型和控制电路的合理性和可行性。仿真软件中的元器件都采用标准化设计,能够模拟实际元件的状态,例如调速阀可调节开口大小、压力控制阀可调节压力大小,换向阀可以根据需要设计其“位”和“通”的个数及控制方式等,如图1所示。F l u i d S I M的最大亮点是采用与C A D相结合 的 设 计,搭 建 的 液 压 与 气 压 回 路 可 导 出 为C A D图,方便在后期的使用过程中修改绘制回路图。在教学过程中使用虚拟仿真技术,教师通过对设计回路的讲解以及学生进行回路仿真设计,提高教与学的互动性。教师在学生的仿真软件上进行解答,指导学生修改设计中的错误,可快速更改设计,并进行回路运行及验证3。图1 F l u i d S I M气动仿真元件参数修改下面结合物料传送装置气动回路为例设计仿真回路。要求该控制回路实现两气缸的伸出与缩回顺序进行,使之有先后伸出,再先后缩回的动作。2.1 气动回路和电控回路的设计功能完成该回路的设计建模需要从F l u i d S I M设计库中选49DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.09.002内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n取气动元件和电控元件,气动回路选用双作用气缸为控制对象,双电控两位四通电磁阀进行方向控制,四个单向调速阀调节进退速度,两气缸的顺序启动由两个双电控两位四通电磁阀配合实现,然后完成气动回路的设计连接4。控制电路可以选用继电器和按钮,使用继电器控制触点开关,继电器在满足条件的状态下可以吸合或者释放,是一种电子控制器件,这种控制方法学生比较容易理解并且能够独立设计应用到控制电路中。使用按钮来对气缸进行开关控制,分别为S B 1按钮和S B 2按钮,通过按钮接通电路,由两电磁阀线圈之间得电失电的过程,来控制两气缸从而使气缸活塞杆有规律地伸出或者缩回。打开F l u i d S I M-P,首先新建一个空白的工作界面,在元件库下拉菜单选择“层叠视图”进入元件库,选择气动元件动力源添加气源,这样回路就有了基础的动力源,到元件库里选择“执行元件”添加气缸,根据要求选择相应的气动元件,本设计为双气缸顺序控制回路设计及仿真,依次添加两位四通电磁换向阀*2和可调单向节流阀*4等元件,并按照要求连接,设计如图2所示。根据要求搭建好气动回路后,再搭建控制电路并进行关联,打开元件库下拉菜单选择“层叠视图”进入元件库选择电器元件电源,添加电源正负极,再根据气动回路的要求依次添加,常开按钮、常闭按钮、继电器线圈、常开触点、电磁 线 圈 等 电 路 元 件,并 按 要 求 连 接,设 计 如 图3所示。图2 气动回路设计图3 电控回路设计 气动回路和控制电路搭建完成后添加关联,首先在气动回路里点击两位四通电磁换向阀左位电磁线圈和右位电磁线圈,依次添加标签M 1-M 4,然后在控制电路里相对应的电磁线圈依次添加标签M 1-M 4,这样气动回路和控制电路就关联起来了。2.2 气动回路的仿真气动系统模型经检查无误后,启动仿真命令进行仿真。在仿真过程中,可用鼠标点击按钮模拟控制回路的启动,使气缸活塞杆有规律地伸出和缩回动作。在仿真回路图中,粗线条为高压气路,细线条为低压气路。当两位四通电磁换向阀处于左位时,回路1口和4口相连通,气体经过单向调速阀进入双作用气缸的无杆腔,气压增高,管道线条为粗线条,活塞杆向前运动,双作用气缸显示当前速度。在仿真过程中,通过观察元件运动状态图还可实时观察各元件的物理量值,如双作用气缸的运动速度、输出力、换向阀的开闭等。这样能通过模拟演示预先了解所设计气动回路的动态变化,从而正确地评估所设计回路实际运行时的状态。另外该软件在仿真时还可设置或显示气动回路中一些关键元件的状态量,如气缸活塞杆的行程位置、换向阀的主阀芯位置、压力表的压力等。这些参数对气动回路及控制电路的设计与检测是非常重要的。2.3 仿真查错功能F l u i d S I M软件的一个优点就是它的仿真查错功能。592 0 2 3年第9期在液压和气动回路设计过程中,各元件连线时,软件将自动检查各元件之间的连接是否可行,从而避免了设计时出现一些低级失误。在仿真时,还可通过实时参数的显示和元件状态图及时发现设计中存在的错误,最大限度地优化回路5。所以,当传动回路与控制电路建模完成后,就可以用到F l u i d S I M-P的自查功能了,如果回路所设计线路有漏接、重叠、同名等,都会标示出来,以便使用者及时更改错误的地方。当自查完成后无错误提示,即可启动仿真。在仿真过程中,元件的参数调节也是可行的,调节范围也是与实际元件调节范围相同,即可以实时地观察各元件工作位置变化、压力变化或流量变化等,还可以随时观察各种开关触点电磁阀的动作过程,使之在教学中能更直观的将所绘制回路的特点与难点展示给学生看,使学生充分发挥自己的创新设计能力。学生们通过该软件进行仿真后,可在实验台上进行现场的安装、调试、检测自己所设计的回路与控制电路,用来验证实验设计成果,提高学生创新设计的兴趣、设计的能力以及实践动手能力,加深所学知识的掌握与工程实际的设计运用。2.4 辅助教学功能图4 控制双作用气缸仿真教学在F l u i d S I M中有教学系统演示学习功能,能利用多媒体进行现场教学液压与气压传动。F l u i d S I M软件中内置有大量液压和气压元件的说明、插图、图片、影像资料和气压传动的辅助教学资源。点击软件主界面的“教学”下拉菜单,其中有元件图形符号,文字描述,实物图片、工作原理图、教学影片等内容,仿真教学软件界面如图4所示。通过各种形式来对液压和气压元件进行介绍仿真,可使学生通过多种方式理解相关学习内容。其中元件图片中的工作原理图,可供课堂辅助教学和课后学生自学所用,更便于学生理解液压与气动的知识。使用F l u i d S I M仿真软件时,不仅有基本的液压与气动回路搭建还有与回路配套使用的控制电路。通过F l u-i d S I M软件,可以在虚拟环境中设计液压回路并对其进行仿真,这样就可以清楚的了解到每个开关及阀体的功能,在仿真中显示和控制回路的动作。因此,可以及时发现理论设计中存在的错误,有助于设计出结构简单、工作可靠、效率高的最优回路。避免在教学过程中,学生们只了解液压与气动回路的设计而不懂得与之相匹配的控制电路的综合设计。让学生们更加深入学习到液压与气动回路在实际应用的知识,提升学生们对液压与气动回路的设计能力。3 结语在运用F l u i d S I M软件对液压传动回路进行模拟运行和检验的基础上,学生再进行实际的实验操作,只要认真、细心,就会减少出错概率,也不需在实验台上耗费过多的无益时间,从而能够达到高效率、低成本、高质量的教学效果。引入虚拟仿真技术的运用,在试验项目的开发,学生独立设计操作能力,以及操作中的人机安全都有提高,并可延伸到液压与气压传动的课程设计和毕业设计中。参考文献:1 王亚东.液压与气动实验教学改革探索J.中国设备工程,2 0 2 0(0 6):1 6 2-1 6 4.2 许福玲,陈尧明.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,1 9 9 7:2 0-2 2.3 彭先丽.高职院校液压与气动课程教学整体设计J.工业和信息化教育,2 0 2 0(0 6):5 4-5 9.4 王孝华,陆鑫盛.气动元件M.北京:机械工业出版社,1 9 9 1:3 3-3 5.5 瞿希.液压与气动实验教学改革与实践研究J.内燃机与配件,2 0 1 8(0 3):2 5 7-2 5 8.69