FluidSIM在液压传动系统设计中的应用

　　0 引言

　　液压传动是利用密闭系统中的受压液体来传递运动和动力的一种传动方式，在机电设备中，被广泛采用的传动方式之一，因此在机电一体化系统设计中占有很重要的地位，如何快速有效的进行液压系统设计是机电一体化设计人员所关心的问题[ 1 , 3 ]。Festo 公司开发的FluidSIM 软件能对液压系统进行快速有效的设计，并能对所设计的系统进行仿真，检验系统的工作过程是否符合设计要求。本文以搬运工件机械手为例，利用FluidSIM 进行液压系统设计，希望对液压系统的设计与仿真提供一定的借鉴。

　　1 FuidSIM软件介绍

　　FluidSIM 软件由德国 Festo 公司和 Paderborn 大学联合开发，是专门用于液压与气压传动的软件[ 2 ]。FluidSIM 软件可设计液压回路相配套的电气控制回路，如图1所示。通过电气控制液压回路能充分展现各种开关和阀的动作过程。FluidSIM 软件将CAD 功能和仿真功能紧密联系在一起。在绘图过程中，FluidSIM软件将检查各元件之间连接是否可行，可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，观察到各元件的物理量值，如气缸的运动速度、输出力、节流阀的开度、气路的压力等，这样我们就能够预先了解回路的动态特性，从而正确的估计回路实际运行时的工作状态。如图2所示，使回路图绘制和相应液压系统仿真相一致，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性并演示回路动作过程。

　　2 搬运工件机械手液压传动系统设计

　　2.1 纯液压系统设计

　　以搬运工件机械手为研究对象设计液压系统及控制系统[3]。搬运工件机械手在工厂中的使用是比较多的，图3是一个简单的搬运工件机械的简图。根据搬运工件机械手的简图确定系统的运行情况为：工件的补充使用人工控制，亦即可直接将工件放在D点(LS0动作);只要D点一有工件，机械手臂即先下降(B缸动作)将之抓取(C 缸动作)后上升(B 缸复位)，再将它搬运(A 缸动作)到E 点上方，机械手臂再次下降(B 缸动作)后放开(C 缸复位)工件，机械手臂上升(B 缸复位)，最后机械手臂再回到原点。液压系统原理如图4所示。

　　在确定系统运行情况后对系统做进一步分析与处理：在液压系统中 A、B、C 缸均为单动缸，使用电磁控制的方式;C缸在抓取或放开工件后须有3秒的间隔，机械手臂才能动作。当E点有工件且B缸已上升至LS4时，输送带马达驱动以运走工件，经2秒后输送带马达自动停止，工件若未完全运走(记时未到)时，则应等待输送带马达停止后始得将工件下移;LS0→D点有无工件侦测用限制开关;LS1→A缸前行限制开关(左极限);LS2→A 缸退回限制开关(左极限);LS3→B 缸下降限制开关(左极限);LS4→B缸上升限制开关(左极限);LS5→E缸有无工件侦测用限制开关(左极限)。