引言：
液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)因其功率重量比大、體積小、重量輕、快速性好、抗負(fù)載的剛度大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速方便且范圍大等突出優(yōu)點(diǎn)，在民用和國(guó)防工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
摘要：給出了組合鉆床專用液壓夾緊系統(tǒng)的液壓原理圖，并利用AMESim 軟件對(duì)液壓夾緊系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真，分析了改變?cè)?shù)對(duì)仿真結(jié)果的影響，為該液壓夾緊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和把握整體系統(tǒng)的性能提出了具有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)與方法。
關(guān)鍵詞：組合鉆床；液壓夾緊系統(tǒng)；AMESim；仿真
液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)因其功率重量比大、體積小、重量輕、快速性好、抗負(fù)載的剛度大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速方便且范圍大等突出優(yōu)點(diǎn)，在民用和國(guó)防工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。由于液壓夾緊系統(tǒng)具有明顯的幾大優(yōu)勢(shì)，如可以保證加工精度、提高生產(chǎn)率、降低成本、擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等，就目前來(lái)說(shuō)，組合鉆床夾緊系統(tǒng)多采用液壓夾緊系統(tǒng)。隨著仿真理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，仿真技術(shù)可使企業(yè)在最短時(shí)間內(nèi)以最低成本將新產(chǎn)品投放市場(chǎng)；在科學(xué)研究中，可利用仿真技術(shù)縮短研究周期，降低科研成本與風(fēng)險(xiǎn)，提高研究水平，加速科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進(jìn)程。正是由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有的這種優(yōu)越性，現(xiàn)已成為工程設(shè)計(jì)與科學(xué)研究中必不可少的實(shí)用技術(shù)。
1 組合鉆床專用液壓夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
某組合鉆床專用液壓夾緊系統(tǒng)的工作要求如下：
(1)夾緊缸的工作循環(huán)要求：快進(jìn)→慢進(jìn)壓緊工件→保壓→快退→停止；
(2) 循環(huán)中各工況的負(fù)載：快進(jìn)階段負(fù)載1260 N，慢進(jìn)加壓階段負(fù)載為快進(jìn)階段負(fù)載的2.5 倍，保壓階段負(fù)載為快進(jìn)階段負(fù)載的3 倍，快退階段負(fù)載550 N；
(3) 缸最大行程為300 mm。
2.1 專用液壓夾緊系統(tǒng)液壓原理圖設(shè)計(jì)
系統(tǒng)液壓原理圖如圖1，其中：1.油箱；2.泵；3.溢流閥；4.三位四通電磁換向閥；5.二位二通電磁換向閥；6,7.單向節(jié)流閥；8.夾緊缸。
2.2 夾緊缸工作循環(huán)分析
各階段工作油路分析如下：
(1) 快進(jìn)。進(jìn)油:路液壓泵1－三位四通換向閥4 左位－二位二通換向閥5 左位－夾緊缸8 無(wú)桿腔；回油路:夾緊缸8 有桿腔－三位四通換向閥4 左位－油箱。
(2) 慢進(jìn)。進(jìn)油路:液壓泵1－三位四通換向閥4 左位－單向節(jié)流閥－夾緊缸8 無(wú)桿腔；回油路:夾緊缸8 有桿腔－三位四通換向閥4 左位－油箱。
(3) 保壓。進(jìn)油路:液壓泵1－三位四通換向閥4 左位－單向節(jié)流閥－夾緊缸8 無(wú)桿腔；回油路:夾緊缸8 有桿腔－三位四通換向閥4 左位－油箱。
(4) 快退。進(jìn)油路:液壓泵1－三位四通換向閥4 右位－夾緊缸8 有桿腔；回油路:夾緊缸8 無(wú)桿腔－單向節(jié)流閥－三位四通換向閥4 右位－油箱。
(5) 停止。三位四通換向閥4 中位，液壓泵卸載。
3 組合鉆床專用液壓夾緊系統(tǒng)的建模與仿真
3.1 專用液壓夾緊系統(tǒng)的建模
以AMESim 軟件為建模仿真開發(fā)平臺(tái)，在系統(tǒng)建模過(guò)程中，需依次完成草圖模式、子模型模式、參數(shù)模式、運(yùn)行模式共四個(gè)步驟。其中，草圖模式最為關(guān)鍵，需根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，選擇模型庫(kù)中元件子模型，構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型。在AMESim 仿真軟件的SketchMode 環(huán)境下, 系統(tǒng)的模型庫(kù)中集成大多數(shù)液壓元件的仿真子模型，最大程度地避免仿真者自行設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。為了分析方便，在此選用標(biāo)準(zhǔn)的液壓泵子模型和帶負(fù)載的單活塞桿液壓油缸子模型進(jìn)行模擬，專用液壓夾緊系統(tǒng)仿真模型結(jié)果如圖2 所示。
3.2 設(shè)置仿真模型的參數(shù)
在AMESim 軟件中仿真時(shí),系統(tǒng)所有模型均被參數(shù)化。系統(tǒng)建模完成后點(diǎn)擊Parameter mode 按鈕，進(jìn)入?yún)?shù)模式設(shè)置各元件所需要參數(shù)。夾緊缸：活塞直徑40 mm、桿直徑30 mm、行程0.3 m；液壓泵：排量25mL/r、額定轉(zhuǎn)速1000 r/min；溢流閥：調(diào)定壓力3×106Pa。系統(tǒng)其他元件參數(shù)可據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。
3.3 仿真結(jié)果與分析
為了比較液壓缸參數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，將夾緊缸活塞直徑批量設(shè)置為40 mm、45 mm、50 mm，設(shè)置仿真時(shí)間4.5 s，通信間隔時(shí)間0.01 s，運(yùn)行仿真。得出系統(tǒng)仿真結(jié)果曲線如圖3、圖4、圖5 及圖6 所示，各圖中的1、2、3 曲線分別對(duì)應(yīng)活塞直徑為40 mm、45 mm、50 mm 的仿真結(jié)果。
從仿真結(jié)果曲線可以看到：圖3 為作用于活塞桿上的外部力，圖5 為夾緊缸活塞桿位移，它們與實(shí)際液壓系統(tǒng)工作要求吻合，滿足設(shè)計(jì)要求；圖4 為夾緊缸活塞桿速度，活塞直徑為40 mm 時(shí)快進(jìn)、快退速度較大，這有利于提高工作時(shí)的生產(chǎn)效率；圖6 為夾緊缸活塞桿加速度，活塞直徑為40 mm 時(shí)保壓階段的加速度沖擊值為150，波動(dòng)較小，而活塞直徑為45mm、50mm 時(shí)保壓階段的加速度沖擊值為200，同時(shí)壓力波動(dòng)較大。因此設(shè)計(jì)時(shí)宜選用的活塞直徑為40 mm。
從仿真結(jié)果的分析可見：改變?cè)?shù)，對(duì)仿真結(jié)果曲線有巨大的影響。進(jìn)行液壓系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)參數(shù)批量設(shè)置與運(yùn)行仿真，得到合適的設(shè)計(jì)尺寸或參數(shù)，從而優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
4 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)組合鉆床專用液壓夾緊系統(tǒng)的工作要求，對(duì)專用液壓夾緊系統(tǒng)液壓原理圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)利用AMESim 軟件的強(qiáng)大功能，對(duì)液壓夾緊系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真，通過(guò)參數(shù)批量設(shè)置與運(yùn)行仿真，比較分析了改變?cè)?shù)對(duì)仿真曲線的影響，為該液壓夾緊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和把握整體系統(tǒng)的性能，提出了極具參考價(jià)值的數(shù)據(jù)與方法，取得了需要經(jīng)過(guò)繁瑣流體計(jì)算和大量測(cè)試實(shí)驗(yàn)才能得出的結(jié)論。AMESim 以其簡(jiǎn)便的操作和強(qiáng)大的仿真分析能力，為工程師指出了一條寬闊的設(shè)計(jì)和研發(fā)道路，值得研究與應(yīng)用。
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