基于FluidSlM的立体停车库液压系统设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 5,- r- -- 3 1 1 0期 d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n 。 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 1 0 ． 0 0 7 基于 F l u i d S l M的立体停车库液压系统设计 赵艳平 ， 马利平 ， 田 涛 1 ． 漯河职业技术学 院 机电工程系 ， 河南 漯河4 6 2 0 0 0 ； 2 ．西门子工厂自动化有限公司上海第一分公司， 上海2 0 0 0 5 0 摘 要 为了高效地设计液压系统， 加快液压新产品的开发进程， 探索软件仿真技术在液压回路设计中的应用意义非凡。以漯河远工 机械设备有限公司的立体停车库设计为例， 分析了F l u i d S I M软件在回路设计和动态仿真中的作用。经 F l u i d S I M仿真分析设计的立体 停车库液压系统 ， 在漯河远工机械设备有限公司生产现场进行了试运行， 动作准确可靠 ， 运行效果良好， 达到了预期 目标。 关键词 F l u i d S I M； 立体停车库； 液压系统； 设计 中图分类号 T HI 3 7 ； T H1 3 8 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 0 0 0 2 4 0 3 The De s i g n o f Hy d r a u l i c S ys t e m f o r Cu b i c Ga r a ge Ba s e d o n Fl u i d S I M ZHA0 Y an-pi n g ，MA Li - pi n g‘ ， T I AN T ao 1 ． De p a r t me n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， L u o h e V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y Co l l e g e ， Lu o h e 4 6 2 0 0 0， Ch i n a ； 2 ． S h a n g h a i F i r s t B r a n c h o f S i e me n s F a c t o r y A u t o ma t i o n C o ． ， L t d ． ，S h a n g h a i 2 0 0 0 5 0 ， C h i n a Ab s t r a c t E x p l o r a t i o n h a s i mp o r t a n t v a l u e f o r a p p l i c a t i o n o f mo d e m s i mu l a t i o n t e c h n o l o g y i n t h e d e s i g n o f h y d r a u l i c c i r c u i t for U S t o i m- p r o v e t h e d e s i gn e ffi c i e n c y o f h y dr a u l i c s y s t e m a n d s h o r t e n t h e d e s i g n c y c l e o f p r o d u c t ． T h e p a p e r a n a l y z e d t h e r o l e o f s o f t wa r e o f F l u i d - S I M i n t h e c i r c u i t d e s i gn a n d d y n a mi c s i mu l a t i o n b a s e d o n t h e c u b i c g a r a g e o f L u o h e Y u a n g o n g Eq u i p me n t Ma c h i n e r y Co ． ， L t d ． T h e c u b i c g a r a g e wa s ana l y z e d a n d d e s i g n e d u s i n g b y F l u i d S I M s o ft wa r e ． T h e a c t i o n o f c u b i c g a r a g e tha t wa s a n a l y z e d a n d d e s i gn e d b y F l u i d S I M s o f t wa r e i s a c c u r a t e a n d r e l i a b l e i n the s a me t i me we g e t t h e d e s i r e d g o a l i n the p r o d u c t i o n o f t r i a l o p e r a t i o n i n Lu o h e Yu a n g o n g Eq u i p me n t M a c h i n e ry Co ． ， L t d ． Ke y wo r d s fl u i d S I M ；c u b i c g a r a g e ； h y dra u l i c s y s t e m ；d e s i g n 0 引言 随着人民物质生活水平的不断提高和汽车的平民 化， 我国城市汽车的保有量迅速增长 ， 2 0 1 3 我国汽车销 量突破2 千万辆， 保有量达到 1 ．4 亿辆， 有限的地面资源 已经无法满足汽车保有量的急骤增长。停车难已经给 人们的生活造成了诸多不便 ， 成为很多大城市目前亟 待解决的难题之一。智能式立体车库的应运而生， 为 解决这一难题带来 了希望 ， 将地面停车向空间发展 ， 形 成立体停车模式 ， 已经成为缓解许多大城市 “ 停车难” 的重要途径之一n 。因此， 研究和设计立体车库中的重 要组成部分液压系统具有十分重要的意义。 液压控制系统随着科技和互联 网的快速发展 ， 已 由传统的几个液压元件组成的液压回路和几个电气元 件组成的电气控制系统简单组合转变为集成了P L C 、 计算机、 电气控制回路和液压回路等综合组成的现代 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 0 4 基金项 目 河南省教育厅青年骨干教师资助项目 2 0 1 0 G G J S 一 2 6 1 ； 漯河 职业技术学 院课题 2 0 1 4 一 Y J YB 一 0 2 4 作者简介 赵艳平 1 9 7 8 - ， 男 ， 河南漯河人 ， 讲师， 硕士， 主要从事液压 与气动技术方面的科研和教学工作。 2 4 新型的 自动化控制系统 ， 是先进计算机 、 可编程逻辑控 制器与传统液压产品结合的重要产物之一口 。为了高 效地设计液压系统 ， 加快液压新产 品的开发进程 ， 探索 软件仿真技术在液压 回路设计 中的应用对液压系统设 计者来说就显得尤为重要 。 1 液压仿真软件概述 F l u i d S I M由德国F e s t o 公司D i d a c t i c 教学部门和 P a d e r b o m大学联合开发的一种仿真软件 ， 专 门用 于模拟 液压与气压传动系统， F l u i d S I M软件由两部分组成 ， 其 中F lu i d s I M H 用于液压传动仿真， 而F l u i d S I M P 用于 气压传动仿真p 。F l u i d S I M软件特点如下。 1 ． 1专业的绘图功能 F l u i d S I M软件将C A D 功能和仿真功能紧密联系在 一 起。该软件符合D I N电气一 液压 气压 回路图绘制 标准 ， 其 C A D功能是专门针对流体而特殊设计的 。 F l u i d S I M液压气动仿真软件绘图功能非常强大 ， 设计 者可以利用功能模块里 面的元件库实现液压 元件 、 电 气元件和气动元件的有 机组合 ， 从而组成液压或气动 回路 。在设计液压回路或气动 回路时 ， 首先打开 F l u i d S I M软件， 然后在下拉菜单或工作区左边找到由液压元 Hv dr a u l i c s Pn e uma t i c s Se a l s ／ N0． 1 O． 2 0 1 5 件 、 气动元件和电气元件组成的元件库 ， 接着根据液压 系统提供 的工况 找出所需元件并放到实际位置 ， 所 有 元件按 照系统要求 的位置摆放完毕后 ， 设计者在两元 件之 间进行 画线来完成液压系统或气动系统。绘 图过 程 中， F l u i d S I M软件还可 以通过其独特 的查错 功能来 提示设计 者各 元件之间的连 接是否可行 ， 很大程度上 提高了绘制系统 图的效率。 1 _ 2 系统模拟仿真功能 F l u i d S I M软件可以实现对基于液压与气动元件物 理模型的 回路图根据现场实际工况进行仿 真 ， 并将元 件的一些物理量 以非常直观的数字和图形 的形式显示 给设计者 ， 从 而可以方便地让用户观察到各元件 的物 理量值 ， 如液压缸的速度 、 输出力F 、 调速阀的开度 、 液压缸或气缸活塞杆所处 的位置 、 换向阀的工作位置 、 压力表压力读数等 1 。设计者通过 系统仿真可 以及 时 的发现 回路设计 中存在的问题 ， 更方便地对液压 系统 或气动 回路进行修改使之满足实际工况 ， 从 而缩短新 产品开发周期， 提高生产率。 2 立体车库系统回路设计 2 ． 1液压 回路设计 漯河远工机械设备有 限公司的立体车库要求其具 有匀速上升和下降、 顶部和底部缓慢停止等功能， 同时 为了节约成本和便于 日常维护、 检修， 要求立体车库结 构尽量简单且控制方便。立体车库的功能决定了其在 匀速下降过程中不需要再额外施加外力， 借助车辆和 车库本身重力就可实现 ， 故设计采用单个液压缸间接 顶起载车板加上3 组钢丝绳滑轮传动、 2 组链条传动等 构成立体车库钢索提升系统的传动方式来实现立体的 匀速 和同步上升 ， 实现 了设 计 目标 。此设计 方案一方 面解决了由单个液压缸工作时 由于受力不平均引起的 倾斜和采用多个液压缸引起的载车板不同步问题， 又 扩大了液压缸 的行程 ， 如图 l 所示。本文所设计 的立体 1 、 2 、 3 一 滑轮4 一 钢丝绳5 一 链条6 ． 9 一 链轮7 一 液压缸8 一 载车板 图1立体车库工作原理图 车库有效地 降低 了液压缸 的行程 ， 扩 大了载车板 的升 降高度 ， 降低了设计和生产成本。 根据立体车库的功能和工作要 求 ， 同时为 了减少 液压元件的使用和降低成本 ， 利用F l u i d S I M软件设计 出的液压系统如图 2 所示。 g 0 1 一 液压泵2 、 1 0 一 油箱3 一 三位 四通 电磁换 向阀4 一 液控单 向阀 5 一 单向 节流阀6 一 液压缸 7 一 溢流阀 8 一 两位两通电 磁换向阀 9 一 溢流阀 图2 立体 车库液压回路 上升过程 ， 液压泵 1 启动后 ， 电磁换 向阀3 左端 1 Y A 得电使换向阀在左位工作 ， 液压油经液压泵、 三位 四通换向阀、 单向阀4 、 单向节流阀5 后由于节流阀的 作用匀速进入液压缸6 T腔， 由于单个液压缸的举升立 体车库开始匀速上升， 到达预先设定的顶部位置后， 载 车板上的触头触动行程开关s 2 ， 行程开关s 2 受压向电 磁换向阀发出一个电信号， 使电磁换向阀3 恢复到中间 位置 ， 由于 电磁换 向阀 3 中位机能的作用使液压泵 1 开 始卸荷 ， 液控单向阀4 的单向导通功能使载车板停在顶 部指定位置。 下降过程 ， 电磁换向阀3 右端 2 Y A得电使换向阀 右位工作 ， 液压油经液压泵、 换向阀右位后到达液压控 单向阀， 打开液控单向阀的控制油口。电磁换向阀8 得 电使电磁换向阀下位工作 ， 立体车库由于载车板和汽 车 自重下载 ， 液压缸排出的液压油经 单向节流阀5 后到液控单向阀4 再到三位 四通电 控换向阀3 ， 后到回到油箱 2 。载车板带动立体车库下 降到预先设定 的指定位置时， 触动行程开关 S 1 ， S l 得到 信号后向三位四通电磁换向阀3 发出指令， 三位四通换 向阀3 恢复中位 ， 由于三位四通电磁换向阀的中位功 能， 液压油经三位四通电磁换向阀回到油箱2 便实现液 压泵卸荷 。 液 压 气 动 与 密 - ／ 20 1 5年 第 1 0期 2 ． 2 电气控制回路设计 立体车库液压回路的自动动作需要和其相关联的 电气控制回路发出信号来控制液压元件来实现。对于 电气控制 回路来讲 ， 按钮开关 、 行程开关和其他控制按 钮属于输入信号， 三位四通电磁换向阀和单作用液压 缸6 为输出信号。根据立体车库的动作要求和电气控 制回路的设计原则设计的立体车库的电气控制系统如 图3 所示 。利用 F l u i d S I M软件 的 自动关联功能把立体 车库液压系统中的电磁换向阀 1 Y A， 2 Y A， 3 Y A和相对 应 的 电气 控制 回路 中 的电气 元 电磁线 圈 1 Y A， 2 Y A， 3 Y A关联起来， 如图2 和3 所示。 2 4 V1 图3 立体车库控制电气回路 3 立体车库仿真及结果分析 3 ． 1 回路仿真 立体车库液压控制回路和其对应的电气控制回路 搭建完成并进行相应的关联并经系统模拟检查无误后 即可进行模拟仿真 1。F lu i d S I M软件模拟仿真过程中， 需要设计者给电气控制系统一个信号来使电气元件工 作， 电气元件的工作状态传递给系统 ， 系统根据电气元 件的状态驱动和其相关联 的液压元件动作 。模拟仿真 过程中， 液压控制回路中压力大小可以用不同的颜色 和油路的粗细来辨别 ， 立体车库的升降速度可以用具 体的数字来表示 ， 从而可 以判断所设计 回路是否达到 要求 ， 提高设计效率， 缩短产品开发周期。 3 ． 2 结果分析 根据立体车库实际工作时一辆轿车的重量大概在 2 0 0 0 k g以下 ， 所 以设定负载为 2 00 0 0 N， 液压元件其他 参数如图4 所示 ， 参数设置完成后即可对回路进行仿 真， 仿真过程中通过对液压缸、 液压泵和调速阀等元件 之参数进行微调来满足立体车库在使用过程中用户对 其实际速度的要求。从仿真模拟结果 中可以看出液压 缸经过调整后速度达到0 ．0 5 m ／ s ， 与立体车库实际工况 完全一致 ， 从而验证了作者所设计的立体车库液压回 路正确无误。 1 o 0 d 1 2 0 0 单作用缸 8 0 0 4 0 0 m m a 位四通 0 换向阀 b 】 谥流阕 图 4 系统仿真 回路 4 结论 作者根据漯河远工机械设备有限公司的实际需要 利用著名的液压气动仿真软件F l u i d S I M搭建了立体车 库的液压系统和电气系统并参照实际工况进行了模 拟， 效果良好。漯河远工机械设备有限公司将本文设 计的液压系统成功的应用到实际生产中， 提高了产品 的可靠性 ， 得到了用户的好评 ， 提高了公 司的生产 效益 。 参考文献 [ 1 ] 李晶， 萧子渊， 邓先智． 立体停车库液压升降系统的设计[ J ] ． 起 重运输机械， 2 0 0 4 ， 6 8 1 O ． 【 2 ] 齐继阳， 鲁鼎， 吴倩．F l u i d S I M在气动装置设计中的应用【 J 】 ． 液 压与气动， 2 0 1 2 ， 8 9 9 1 0 2 ． 【 3 】 薛梅． F l u i d S I M软件在液压气动系统设计中的应用[ J 】 ． 中国 现代教育装备， 2 0 1 1 ， 5 2 7 2 9 ． [ 4 ] 钱振华． 基于F l u i d S I M的液压与气动课程仿真教学研究[ J ] ． 液压与气动密封，2 0 0 9 ， 4 2 5 2 7 ． 【 5 】 J o s 6 I n c e r a ， R a y mo n d Ma r i e ， D a v i d R o s ． F l u i d S I M A T o o l t o S i mu l a t e F l u i d Mo d e l s o f Hi g h s p e e d N e t w o r k s [ J 1 ． P e r f o r ma n c e E v a l u a t i o n， 2 0 0 1 , 4 4 4 2 5 4 9 ． [ 6 】 雷天觉新 编液压工程手册【 M] ． 北京 北京理工大学， 1 9 9 9 ． 【 7 】 杨文华． 液控原理【 M 】 ． 北京 学术书刊出版社， 1 9 9 0 ． 【 8 ]8 陆元章． 现代机械设备设计手册【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 99 6． 【 9 】 张利平． 液压气动系统设计手册【 M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 】 9 9 8 ．