FluidSIM软件在《液压传动》教学中的应用.pdf

2 0 1 1 年 1 月 第 3 9卷 第 2期 机床 与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI C S J a n．2 01 1 V0 J ． 3 9 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 2 4 F l u i d S I M软件在 液压传动 教学 中的应用 郭津津 ，王晓兰 ，袁旭 天津X_ r - 大学机械工程学院，天津 3 0 0 3 8 4 摘要F l u i d S I M是德国 F c s t o 公司开发的电气 一液压 气压C A D和液压 气动回路仿真软件。在介绍其功能的同 时，根据 液压传动 的教学特点及教学内容 ，通过一个具体实例将仿真教学应用剑课程教学中，使学生对液压技术的理 解加深，达到激发学生的学习兴趣、提高学习效果的目的，让学生了解计算机技术等先进技术与方法在液压传动技术中的 应用 。同时 F l u i d S 1 M 的静态仿真功能也可为设计人员提供 辅助 手段 。 关键词F l u i d S I M；液压传动系统；多媒体教学；仿真 中图分类号 T P 3 1 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 20 8 03 App l i c a t i o n o f Fl u i d S I M So f t wa r e i n Hy dr a ul i c Tr a n s mi s s i o n Co ur s e GU0 J j n i i n，WANG Xi a o l a D ， Y UAN Xu S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， T i a n j i n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，T i a n j i n 3 0 0 3 8 4，C h i n a Abs t r a c tFl ui dS I M ， wh i c h wa s de v e l o pe d b y Ge r ma n F e s t o c o r po r a t i o n，i s a s i mu l a t i o n s o f t wa r e u s e d i n e l e c t r i c ． hy d r a ul i c C A D a n d h y d r a u l i c p n e u ma t i c l o o p s i m u l a t i o n ．T h e f u n c t i o n s o f F l u i d S I M s o f t w a r e w a s i n t r o d u c e d ．A c c o r d i n g t o t h e t e a c h i n g c h a r - a e t e r s a n d c o n t e n t ，t h r o u g h a c o n c r e t e e x a mp l e ，s i mu l a t i o n t e a c h i n g wa s a p p l i e d i n t o c o u r s e t e a c h i n g t o e n h a n c e s t u d e n t s ’ u n d e r s t a n d - i n g a n d ma s t e r y o f h y d r a u l i c t e c h n o l o g y ，t o i n s p i r e s t u d e n t s ’ l e a r n i n g i n t e r e s t a n d i mp r o v e l e a r n i n g e f f e c t ．I t ma d e s t u d e n t s l e a r n a p p l i - c a t i o n s o f c o mp u t e r t e c h n o l o gy a n d o t h e r a d v a n c e d t e c h n o l o g i e s a n d me t h o d o l o g i e s i n h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n t e c h n o l o gy ．T h e s t a t i c s i re n l a t i o n f u n c t i o n o f F l u i d S I M p r o v i de s a s s i s t i ng me t h o d f o r d e s i g n e r ． Ke y wo r dsF l u i dS I M ；Hy dr a u l i c t r a n s mi s s i o n s y s t e m ；Mu l t i me d i a t e a c h i ng；Si mul a t i o n 液压传动是利用液体 的压力能来传递力和运动 的 一 种传动方式。由于它具有其他传动方式不 可替代的 许 多特性 ，因此 目前被广泛应用于机械制造 、工程机 械 、冶金 机械 、矿 山机械 、建筑机械等领域。在 高校 机械类专业中， 液压传动是一门必不可少 的专业 课程。然 而 ，在多 年 的教 学 实践 中，发 现学 生 学 习 液压传动 课程时存在 许多困难 ，如基本概 念不清 楚 、元件结构复杂 、工作过程抽象等 。传 统的教学 内 容 、教学设备 、教学手段 以及方法大大限制 了学生对 知识 的渴求 ，教师也需要花费很多学时来介绍一些抽 象的内容，如液压基本回路的工作原理等 ，但效果并 不理想。为此 ，作者尝 试应用 F e s t o公 司的 F l u i d S I M 软件进行 回路设计与仿真教学 ，提 高学生 的学习兴趣 和学习效果 。 1 F l u i d S I M 软件 介绍 F l u i d S I M软件是 由德 国 F e s t o 公 司开发 ，其 运行 于 M i c r o s o f t Wi n d o w s 操作系统之上 。软件主要包括三 个主要模块 绘图功能模块 、系统模 拟仿真功能模块 及综合演示功能模块 。 绘制液压原理图是很繁琐 的工 作 ，F l u i d S I M软件 通过提供基本 回路 图和元件职能符号 ，辅助液压系统 的绘制 ，从 而使设计者更专注于系统的设计 。绘 图功 能模块 中含有 1 0 0多种 标准液 压 、气 动 、电气元 件 ， 包含了创建新 的回路所必需的气动和电气元件 ，利用 该模块实现液压 、气动及电气回路的设计及绘制。图 1 所示是 系统提供 的元件库 ，在新建 文件后 ，用户首 先用 鼠标从元件库 中拖动所需 的元件或 回路图至绘 图 区域 中的期望位置上 ，进行元件 的布置 。完成元件布 置后 ，在两个选定 的油 口之 间可 自动绘制液压管 ，从 而完成液压回路 的搭建 。同样方法可搭 建气动 回路及 电器回路 。 利用 系统模拟仿真功能模块可对组成液压 、气动 回路 的元件参数进行调节设置 ，从而可对设计的系统 进行 准确 的动作和工作参数 的模 拟及测试 。同时 ，在 F l u i d S I M 中，在搭建液压或气动 回路 的同时 ，可搭建 其 电气控制 回路 ，在仿真时 ，将机和电衔接起来 。由 于仿真参数和动作 实时显示 ，因此拉近了课 堂与现场 的距离 ，充 分调动 了学生 的学习积极性 ，使学生在兴 收稿 日期 2 0 0 91 2 0 3 基金项目 天津理工大学教务处教 改项 目 Y B 0 8 O3 ；天津教委滨 海新 区科技特派员科技专项基金资助项 目 作者简介 郭津津 1 9 6 8 一 ，女 ，博士 ，教授 ，主要从事流体传动及控制 、C A D等方面的教学及科研工作 。Em a i l g u o ． j i n j i n 9 7 1 6 3 ． c o n l 。 第 2期 郭津津 等 F l u i d S I M 软件在 液压传动 教学 中的应用 8 1 趣 和乐趣 中学 习 ，取 得 了极佳 的教 学效 果 。与此 同 时 ，学生 的学 习能力 、独立思考能力 、组织能力等综 合 能力及 创新精 神得到了全面的锻炼和提高 。 ▲ 葭 压 撼 - ◇ 山 油箱 i i 油首 ， 带 i冉 l 岳 i 篓 一曼 ⋯⋯一 耐 ； } n 位 兰l噩I i n 位四 遁}i n 位五逼 l ～ i 博 j曲 ， l_ 竺 塑 母 曼 塑 皂 l ； 涟 压弓选 I流 量计 }f l豳 糖 燕 单直固珏 獭 撅阀 j 图罱 匦]塑 - } L 一 压立 衰～ 曳 礁蟪 旦』 } 赡j 图 1 兀件库 2 F l u i d S I M软件的功能及在 液压传 动 课程 中 的应用 2 ． 1 液 压 回路 的绘 图功 能模 块 的功 能及 其应 用 下面 以电磁换 向阀及行程开关控制 的双缸顺序动 作 回路 为 例 说 明 F l u i d S I M 软 件 的功 能 和使 用 方 法 。 首先 ，在软件环境 中利用其 提供的功能绘 出行程开关 控制 电磁换 向阀的顺序 回路 的液压原理系统 图 ，如 图 2所示 ；液压传动系统采用电气控制 ，根据系统的控 制过程 ，搭建 电气控制 回路 ，如图 3 所示 。 1 Y 0V ①一 一 ③1 ② 一 一④ 图 2 行程 开关控制的顺序 回路 的原 理图 图 3电气控制原理 图 系统 工 作 原 理 为 按启 动 按 钮 ，电 磁 铁 1 Y A、 2 Y A不带电 ，两个 换 向阀在右位工作 ，A液压缸 活塞 和 B液压缸 活 塞在 液压 油 的作 用下 左移 到左 端 ；当 电磁铁 1 Y通电 ，换 向阀 1 在左位工 作 ，使 A液压缸 活塞 向右运动 ，当活塞杆上 的挡块触 动行程开关 2 S ， 使 电磁铁 2 Y通电 ，则换 向阀 2在 左位工 作 ，使 B液 压缸活塞 向右运动 ，直 至触动 3 s ，使 1 Y断 电，A液 压缸 的活塞 向左退 回 ，而后 触动 1 S ，使 2 Y断 电，B 液压缸活塞退 回，完成①一②一③一④全部顺序动 作 ，活塞均退到左端 ，为下一次循环做好准备 。液压 缸 的动作及 电磁铁通 电情况见表 1 。 表 1 电磁铁动作顺序 在绘制液压原理 图时 ，为 了后 面的仿真需要 ，可 以设置液压元件 的参数 。其方法 为 双击需设置参数 的液压元件 ，弹出相关 的参数设计对话 窗 口，输入相 关 的参数 即可 。图 4 、5 、6分别 为液压源 、液压缸 的 参数及换 向阀结构设 置界 面 ，分别对液 压源的工作压 力及流量、液压缸的行程及活塞面积等参数及换向阀 的位数和 中位机能进行设置 。仿真 时 ，系统会根据设 定的参数进行仿真 。 图6 换向阀结构设置 阜 8 2 机床与液压 第 3 9卷 2 ． 2液 压 回路 的静 态仿真 将 F l u i d S I M软 件 切换 到仿 真模 式 时 ，可 以启 动 回路静态仿真功能 ，如图 7所示 。通过仿 真 ，可 以直 观地显示液流的路径和某点的压力和流量的大小 ，如 图 8 所示 。同时 ，软件还可以模拟 出液压缸的运动状 态 ，如 图 9所示。设 计人员通过对系统的状态参数 的 了解 ，掌握系统 的状态变化。 寓襻缃执行先蟪噻箍人数掣对蠹镳瓣酶疆鹰瞄 2 旺 溶 謦 一 j ； 。一一。 一 ⋯一 爨臻 嚣 勤 魅 墟强 蕊 糍蕊 耩 蘸 壤 飘暖 醴 魏 嚣 蕊 露落 潮 鞫 髓 一■ 、 ④ 一 ② 一 ▲ U J 一⑦， g ” ” 国 ” D 5 曲 j j∞ n { ＼ 啪 e j 骧雁疆， i镬压强 油箝 油管．带 w罐 。 磁 ] t -m◇ 避 逋蹯 橇斓 烈蓝桶 瞪 f 几 鬣姜 l羹 拣 懑 啦 日 n艇 懑 i 山 ／ ／ ＼ 点 J 臻焦 科 疆 作用缸 蕈于 E 用 I _艘 端疆 塞 口 础 } J T e 州 } m 一 一 一 耨恳 键惑 圈 孺 穗 袭 立率 、 } 1r 满 月n 毓曹 酉 i l l “ 一 霹 爵 一 订 ■ 埒 寒 露 聿 ]毫2Y匹 ， 撼隧彝蒜 单舟蠲 溢涟蛹 _≥ 一 篱霉簿 ～ 喃霸 礁 嚷愿熙 对涌第涟闵 斗 嘲 ∞ 1 M* l 可谰单时 讷蘧阏 黼艨式蓄 洇 0 南 一 女 s 1 g ～ t诫 程 ；■ 一 搬 蕊羁 选 藏黧 谴 燕兜袭 蹲赣 l霸 ， * ■ n F *04 V O V r 卜啊 c、 。 辅 ， n 、 毗 撼 - 抽 7 2嫦 g p4 ． 9 l 图 8 ． 仿真过程 图 u u ] 几 1 5 0 ＼ ／ ＼ 单 作 用 缸 ＼ ⋯ ／ ＼ B 1 O 0 5 0 ＼ ／＼ I m m l 5 0 ／ ＼ ／ 单 作 用 缸 A 1O0 5 0 ／ ／ ＼ ＼ ／ ＼ 图 9 两个液压缸的位移 一时 问曲线 图 7 仿真界面 3 F l u i d S I M软件在液压传动系统课程多媒体教学 中的应用 作者 主要 在 以下教 学环 节 引入 F 1 u i d S I M 软件 的 应用 。 1 在讲解 液压 基本 回路 时 ，利用 该软 件搭建 仿真 回路并演示其工作过程以帮助学生理解 回路工作 原理 和工作过程 。同时在仿真 时 ，需要搭建液压传动 的控制 回路 ，通过此环节 ，使学生认识到液压传动与 电气控制的关系 ，提高学生的综合能力 ； 2 在 进行液 压试 验前 ，让 学生 进行 相关 的仿 真试验 ，为实物试验做准备 ； 3 将该 软件 引入液 压系 统 的课 程设 计 中 ，一 方面辅助学生 的课程设计 ；另一方 面让学生 了解和掌 握 液压系统设计 中的计算机辅 助设计 的应用知识和技 能。 4结论 利用 F l u i d S I M仿 真软 件 中独立 的液 压或 气 压元 件 ，很容易连接成不 同的液压或气压 回路 。组合不 同 的元件 ，可以得 到不 同回路 ，通过对不 同设计方案的 下转第 3 9页 第 2期 侯志坚 等硅晶体切片设备的研究现状与进展 3 9 或者 锯丝缠绕在正反 向转 动 的滚 轮上 图 4 ，滚 轮 转动使其直线运动。与往复式游离磨料线锯床相似， 锯丝 运动要 频繁改变方 向，运动速度较低 ，一般 仅为 1 ～ 3 m ／ s ，不 能完 全 利用 金 刚石 工具 的特 点 ； 2 锯丝单方 向连续运动 。如图 5所示 ，环形金 刚石线锯 象皮 带那样 套 在上 、下 导轮 或 几个 导 轮 上 ，并 由张紧机构张紧 ，导轮的转动使锯丝直线运 动 ，锯丝 单方 向连续 运动 ，整个长度 内都可工作 ，高速切 割锯 床的线速度 已超 过 1 5 m ／ s 。锯床 进 给运 动 一般 为 工 件相 对锯 丝直线移动 ，切割 圆棒料 时 ，锯丝 与工 件的 接触长度不断变化，使锯切力不同，会引起工艺系统 振动 ，降低 面形精度 。为了减小锯丝 和工件 的接 触长 度 的变化 ，有些锯 床本身增加辅助运动 如锯切 过程 中工件 自转 图 4 ，或者 锯丝 附加摆 动 ，即在单 向连续 运动锯床上增 加摇摆 运 动 图 6 ，采取 这些 措施 ，有利 于减 小锯切过程 中力 的变化 。减小锯 丝的 振幅。由于环形锯丝 有效 工作 长度短 ，锯丝磨损 较 快 ；锯丝截面较小，焊接 方面也存在 困难 。与 之配 套 的固结磨 料线 锯床 多局 限于 实验 室使用 阶段 ，真 正应 用于实际生产 尚未 见 报道 ，这方 面的研究也较 少 图4 往复式金刚石线锯床 附加 摆动 图5 回转式金刚石线锯床 图6 附加摆动线锯床 3结束语 硅晶体切割是 I c芯片 制造 中的重 要工 序 。圆锯 片切片机切片表面平整 ，但受其原 理和结构限制 ，不 适 合 大直径 硅 晶体 切 割 。直 径超 过 3 0 0 m m 的硅 晶 体 ，多采用线锯切片 。往复式运动游离磨料线锯切片 已经在生产上得到应用 ，但切割速度低 ，很难加工硬 度大的材料。金刚石线锯切片具有速度大、表面损伤 层浅等优点 。往复式运动不能充分利用金 刚石工具 的 特点。新型的高速线 锯床 ，采 用环 形金 刚石线 锯丝 ， 线速度 达 1 5 m ／ s 以上 ，降低 单个 金刚 石颗 粒的 切削 力。锯 床增加工件 自转或锯丝摇摆运动 ，减少锯丝和 工件 的接触长度变化量 ，锯丝受力变化小 ，锯切面形 精度提高 ，有利于提 高切 片质量 。随着 研究 的进展 ， 环形金 刚石线锯切片技术必将获得更广泛应用 。 参考文献 【 1 】P e i Z J ． A s t u d y o n s u r f a c e g r i n d i n g o f 3 0 0 m m s i l i c o n w a f e r s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ma c h i n e T o o l s＆Ma n u f a c - 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