基于FluidSIM的压力机液压传动系统设计与仿真

2014-03-28，，

杨凌职业技术学院学报 2014年3期

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(杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100)

液压传动是以液压油作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式，以其众多优点，被广泛用于机床、汽车、工程机械、塑料机械等工业生产。本文基于FluidSIM软件的液压传动设计FluidSIM-H部分设计了生产环节的定形压力机的液压传动系统，包括液压回路和电气控制回路两个部分，并对回路进行参数设置和仿真。

1 FluidSIM软件

液压系统中，对液压回路和电气控制系统快速有效的设计，并将设计进行模拟仿真与实践验证，是液压传动设计者最关心的问题之一。德国Festo公司和Paderborn大学联合开发的FluidSIM软件以其科学准确、快速有效的系统设计，满足了设计工作人员的要求，软件分为液动设计FluidSIM-H和气动设计FluidSIM-P两个部分，分别可对液动和气动回路进行设计、仿真。FluidSIM软件通过对设计的回路进行实例仿真，验证正确性并演示回路动作过程，从而将模型与实际的系统仿真联系在一起，具有从理论到设计再到生产实践，逐步实现回路设计、生产，节约研发成本等意义。

2 定形压力机液压传动系统设计

2.1 液压系统设计

采用液压驱动的压力机施加强大的压力对金属坯件进行冲压定形或使金属发生塑性变形和断裂加工成零件。液压压力机由于操作简单，动力速度快，工作稳定性好等特点常被应用在工业生产中，定形压力机就是其中一种。工业生产中定形压力机由一个双作用液压缸控制，结构和工作循环如图1所示。

图1 液压压力装置

设计定形压力机的液压回路，液压回路系统实现空程下行并慢速加压——保压——快速回程的工作循环。设计的液压传动系统中，液压缸先快速空程下行，然后加压p1到2 MPa慢慢地用于材料定形。在运动大约80 mm压力行程后，该压力转换为一个更高保压压力p2到4.5 MPa。当压力操作完成后，压力开关上的压力p3增加到最大值6 MPa。当达到最大值时，压力开关激活压力机的回程运动。根据压力机液压回路工作特点，设计的液压系统如图2所示。

图2中液压元件名称见表1。

2.2 液压系统参数设置

液压源用于提供必要的液压恒定流量，工作压力由溢流阀限制。溢流阀用于限制回路中液压油的压力，溢流阀2和4均设定公称压力为5 MPa，相应流量为1 l/min。电磁换向阀3和7实现液压回路的通断和液流方向的改变。流量控制阀5用于调节流量，进行压力补偿，公称流量设置为1 l/min。可调压力开关8驱动电磁阀7动作，驱动双作用液压缸10的活塞做回程运动，切换压力设置为5 MPa。标尺12配合行程开关11完成活塞的换向动作，标尺位置值为80 mm。

表1 压力机液压系统元件名称

2.3 电气控制系统设计

设计电气控制回路，如图3所示，图中电气控制回路元件名称见表2。当按下启动按钮SB1时，继电器KM1得电并通过电路2的常开触点KM1被激活锁住。电路7上的常开触点KM1闭合，二位二通电磁阀的电磁线圈0Y1得电工作在左位，同时电路6上的常开触点KM1闭合，二位四通电磁阀的电磁线圈1Y1得电工作在左位，压力油经二位二通电磁阀、二位四通电磁阀直接进入液压缸左腔，活塞杆以推进方式向右伸出。

图3 压力机电气控制设计图

活塞杆保持2 MPa的压力推进定形，二位二通阀保持打开状态，致使溢流阀2在低压值中可以动作。当活塞杆到达行程开关1S位置时，电路3中行程开关1S闭合接通，电路4中常开触点KM2闭合，电路3、4自锁，电路7中常闭触点KM2断开，二位二通电磁阀不再起作用，在溢流阀1上压力值被转换为4.5 MPa。当活塞杆到达前进终端位置时，压力继续上升直到达到预先设定的压力6 MPa，电路5上的压力开关关闭，继电器KM3线圈得电，电路1、3中的常闭触点KM3打开，解除电路2、3、4中的常开触点KM1、KM2的闭锁。电路6中常开触点KM1切换二位四通电磁阀推动活塞的回程运动。继电器KM2被激励，通过电路7上的一个常闭触点而开始工作，将系统转换至低压状态，随后可以进行重复运动。