基于AMESim的组合钻床动力滑台液压系统的设计.pdf

l 訇 化 基于A ME S i m的组合钻床动力滑台液压系统的设计 The desi gn o f com b i nat i on dr i l l i ng p ow er sl i di ng t abl e hydr aul i c s y st em bas ed on AM E si m 孙胜伟 SUN Sh e n g we i 滨卅l 学院 机电工程系，滨州 2 5 6 6 0 3 摘要针对新型设备组合钻床普遍存在液压 中 击大、工作效率低、灵敏性差以及能源消耗大等问题， 设计了一种通过使用双联液压泵、差动回路以及电液换向阀等液压元件，可以实现快进快退 以及慢速工进等动作 ，具有灵敏度高、换向冲击小、能耗低、液压系统结构简单等特点的液 压系统，计算了液压系统中各主要关键元件的性能参数 ， 应用A ME S i m 建立了组合钻床液压系 统的仿真模型，通过对其进行仿真分析，验证了设计的液压系统合理可靠 ，为今后组合钻床 液压系统的设计提供了一定的理论依据与参考，同时，通过此液压系统的设计，有效提高了 液压机床的工作效率， 确保机械工件的稳定生产。 关键词组合机床；液压系统；A ME S i m 中图分类号T H 1 3 7 ． 3 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 4 1 1 上 - o l 0 2 -0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 1 1 t - ． 2 9 0 引言 随着科学技术 的发展 ，机械零部件一体化程 度不断提高 ，因为加工的形状 E l 益复杂 ，导致机 械加工的要求越来越高，使得 复合 、多功能 、多 轴化控制装备的前景逐渐被看好 ，而组合钻床作 为液压机床中最 具有代表性 的一种钻床设备 ，其 具有广泛的应用性 ，可对零件进行钻孔 、扩孔 、 铰孔 、惚平面和攻 螺纹等加工 。此外 ，在钻床上 配有工艺装备时，还可 以进行镬孔 ，在钻床上配 万能工作台还能 进行钻孔 、扩孔 、铰孔 ，这使得 组合钻床得到 了较快 的发展“ 。 但就 目前来 看，组合钻床 在设计上还存在 着 一 定 的不足 ，如在供液 回路上 ，其 多采用限压式 变量 叶片泵 ，这就导致当遇 到流量剧变时 ，定子 反应滞 后，液压冲击极大 ；当存在不平衡 的内部 径 向力时 ，便产生较大的压 力波动和噪音 ，造成 工作平衡性差等 问题 。此外 ，在反应速度上 ，不 能达 到组 合机床快进快退的要求 ，假如加大了流 量从 而提高速度 ，就会造成换 向时的冲击 ，对机 床造成极大的损坏，降低了其使用寿命，并且影 响机械零部件的正常生产 。 因此，需要设计一种 ，可 以实现快进快退 以 及 慢速 工 进等 动作 ，具 有灵敏 度 高 、换 向冲击 小 、能耗低 、液压 系统结构简单等特点的液压 系 统 ，从 而有效提高 了液压机床的工作效率，确保 机械工件的稳定生产。 1 液压系统的工作原理及组成 根据 以上分析可知 ，组合钻床的液压 系统需 要实现快进快退以及慢速工进 等动作 ，并具有液 压冲击小 、灵敏 度高等特点，因此，将使用双联 液压泵作为液压源为系统供油 ，在换 向回路上使 用电液换向阀，能够使执行元件 的进液 回路及 出 油 回路形成差动回路，提高执行元件 的速度 ，在 调速 回路上，采用行程 阀与调速 阀并联的方式 ， 确保快进快退及慢速工进动作 的实现 。液压 系统 原理 图如图1 所示 。 图1 组合钻床动力滑台液压系统 收稿日期2 0 1 4 - 0 6 - 0 7 基金项目山东省安全生产科技发展计划项 目 作者简介孙胜伟 1 9 9 1 一，男，讲师，硕士，研究方向为机械设计和机电一体化设计。 [ 1 0 2 1 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 -1 1 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 违 訇 化 2 关键技术的具体实现 2 ． 1参数计算 意 。同时，因为执行元件的换 向回路为差动连接， 则在计算工作压力时 ，可根据以下公式计算 F Ai ． pi P 为快进、快退及工进时P i 反 向的工作压力 ， 要求来确定 ，在快进 、快 退的过程 中，则需要的 下公式进行计算 4‘ 式 中 Q； 为 快 进 、快 退及 工 进 时需 要 的流 量 ，L／ mi n 为有杆腔和无杆腔的工作面积 ，mm ； v i 为快进、快退及工进时的速度，r n ／ s 。 液压泵的额定流量则根据执行元件的流量来 确 定 ， 即其 额定 流量 要大 于执 行元 件 的最 大流 量 ，如下 式 式中Q b 。 为泵的流量，L ／ mi n ； Q 为执行元件的最大流量 ，L ／ mi n 。 2 ． 2 系统建模与仿真 AME S i m Ad v a n c e d Mo d e l i n g E n v i r o me n t f o r s i mu l a t i o n o f e n g i n e e r i n g s y s t e ms 为法 国I MAG I N E 公 司出品的商用软件 ，推出于1 9 9 5 年 。其工作原 理 是基于 键合 图的液压／ 机 械 系统 建模 ，并能 进 行仿真及动力学分析 。随着公司的不断努 力，经 过软件程序的完善和软件接 口的扩展，软 件可独 立仿真流体、机械 、控制、电磁 等工程 系统 的模 型 。利用多软件 的接 口技术可以提 供一个较 完善 的综合仿真环境，方便进行多软件联合仿真口 ．4 】 。 AME S i m软件具体 包括草 图模 式、子 模型模 式 、参数模 式和仿真模式 四种工作模式 ，用户可 以按顺序搭建模型 、选择子模型 、设置子模型参 数、设置仿真参数并进行仿真及后处理 。 根据 以上 内容可知，液压系统 是由双联 叶片 泵 、换 向回路 以及调速 回路等部分组成 ，以实现 快进 、快退 以及工进等动作 。因此 ，对液压系统 建模就是要将各个关键部分分别建模，以实现 相 应功能 ，从而进行组合 。为提高仿真的有效性 ， 避免使用HCD等库对相关部件进行建模 ，仅使用 AME S i m中现 有模型 ，这样 可避免 因参数过 多， 结果不准确的 问题 。在搭建液压系统的仿真模型 中，主要根据液压 系统的物理结构以及相互关 系 建立模型 ，液压系统仿真模型如图2 所示 。 2 ． 3仿真结果分析 由上可知 ，液压 系统的仿真模型 已经建立 ， 接下来可通过通过子模型模式 、参数模式 以及仿 真运 行模 式对 液 压 系统进 行仿 真 ，主 要是对 执 行元件在快进 、快退 以及工进 的过程 中，验证压 力、流量的准确性及合理性 】 。 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 - 1 1 上 [ 1 0 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 造 lI5 化 图2 组合钻床液压 系统仿真模型 a c t u a t o r m a s s O 1一p r e s s u r e B t p o r t l[ b a r 图3 液压系统工作压力变化仿真曲线 0 1 0 2O 3 0 40 50 6 0 70 B 0 xTi me s 1 ． 无杆腔流量变化；2 ． 有杆腔流量变化 图4 液压系统流量变化仿 真曲线 图3 ～ 图4 为液压系统仿真结果，具体分析如下 当组合机床处于启动和快进阶段时，此时由大 排量液压泵供油，在高压油液的作用下 ，液压缸工 [ 1 0 4 ] 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 1 1 上 作压力及流量瞬间升高，使得速度瞬间增大； 当组合机床处于工进阶段 ，在外部负载的作 用下 ，液压缸的工作压力迅速提升 ，并为满足工 进高压小流量的要 求，由小排量液压泵为液压缸 供油，流量减小 ，使执行元件速度降低 ，满足 了 工进速度的要求，同时，在换 向阀换 向的时候 ， 压力未发生较大波动 ，并且在短时 间内回归到平 稳值 ，完全满足动作要求； 当组合机 床处于快退阶段 ，此时为了能 够实 现快 速退回的动作要求 ，有大排量液压泵 供油 ， 流量迅速提高 ，速度升至要求值 。 综上所述 ，本文设计的液压系统能够满 足组 合机 床快进 、快退 、工进 以及原位停止的动作 要 求，且通过仿真结果表 明，各项设计参数均 满足 设计要求，数据准确，能够实现平稳换向， 满足 了设计要求 ，平稳可靠。 3 结论 本文设计 了一种组合机床用液压 系统 ，此液 压 系统通过使用双联液压泵 、差动回路 以及 电液 换 向阀等液压元件 ，可以实现快 进快退 以及慢速 工进等动作 ，具有灵敏度高、换 向冲击小 、能耗 低 、液压 系统结构简单 等特 点，通过计算液压 系 统中各主要关键元件的性能参数 ，应用AME S i m建 立组合钻床液压系统的仿真模型 ，并对其进行仿 真分析 ，验证了本文设计 的液压 系统合理可靠 ， 为今后组合钻床液压 系统 的设计提供 了一定的理 论依据与参考 ，同时，通过此液压 系统的设计 ， 有效提高了液压机床 的工作效率 ，确保机械工件 的稳定生产。 参考文献 【 1 ]朱育权． 立式回转工作台式组合机床液压系统设计[ J 】 _ 液 压 与气动， 2 0 0 5 ， 1 0 5 1 5 5 ． [ 2 ]徐振法， 吴芳， 陈中虎． 组合机床液压系统设计[ J J _机械工 程 师， 2 0 0 9 5 4 4 4 5 ． [ 3 】Wi l f r i d Ma r q u i s - F a v r e ， E r i c B i d e a u x ， S e r g e S c a v a r d a ． A p l a n a r m e c h a n i c a l l i b r a r y i n t h e AM ES i m s i m u l a t i o n s o f t wa r e ． Pa r t I I Li b r a r y c o mp o s i t i o n a n d i l l u s t r a t i v e e x a mp l e ．S i m u l a t i o n M o d e l i n g Pr a c t i c e a n d T h e o r y ． 1 7 M a r c h 2 0 0 5 ． 【 4 】I MAGI NE． AMESi m 4 ． 2 Us e r M a n u a 1 ． I M AGI NE S． A． ， 2 0 0 4． 【 5 】余佑官， 龚国芳， 胡国良．AME S i m仿真技术及其在液压系 统 中的应用． 液压气动与密封． 2 0 0 5 ， 3 2 8 3 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m