AMESim仿真软件在液压锁紧回路教学中的应用

引言

目前,"液压与气动技术"课程针对液压锁紧回路的内容,通常是采用理实一体化的教学方法,学生首先听取教师的理论讲解,然后直接进行实操,未经过准确的仿真练习,导致学生实验效果较差,在实践操作的过程中存在只会搭建回路,但较难理解回路工作原理以及相关阀体工作特性的情况,进而减弱了学生实验的积极性。因此,在理论讲解和实操环节将AMESim仿真软件应用于液压锁紧回路的仿真实验,通过仿真软件直观理解换向阀和液压缸的工作特性,能够较好地帮助学生将理论融合实践,提高实操效率,增强学习兴趣。

1软件介绍

AMESim(Advanced Modeling Environmenrt for perfor-ming Simulation of engineering systems）软件为多学科领域复杂系统建模仿真平台,用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型,并在此基础上进行仿真计算和深入分析,也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能,例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、液压系统、机电系统和冷却系统中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为汽车、液压和航空航天工业研发部门的理想选择。

目前将AMESim仿真软件用于教学的研究仍很少,更多的研究者是将AMESim引入到液压系统的研究中,但在国内高等职业院校中,"液压与气动技术"是一门专业必修课,其对学生职业能力的培养有极大的作用,如果教学课堂能够引入软件的仿真教学,将会给学生的学习带来极大的促进作用。

2AMESim仿真软件在液压锁紧回路教学中的应用

2.1液控单向阀控制的液压锁紧回路与其他锁紧回路的对比

液压锁紧回路即当液压泵停止向执行元件供油后,执行元件能被锁紧在要求位置上,当受到重力或外力作用时位置不变。例如,起重机的支撑腿在工作过程中活塞不能移动,这样才能保证吊物时的安全。

锁紧方式分单向锁紧和双向锁紧,单向锁紧时可用单向阀,双向锁紧时可利用液控单向阀、方向阀M型中位机能或液控顺序阀。各种锁紧方式如图1所示。

图1（a）采用二位四通阀和单向阀使液压缸活塞锁紧在液压缸的两端,实现双端锁紧:图1（c）所示为采用换向阀的M型中位机能实现的双向锁紧回路,这两种锁紧方式涉及的阀体和液压元件较简单直观,通过回路图可较快理解其工作过程。图1（b）采用两个液控单向阀组成联锁回路,可以实现活塞在任意位置上的锁紧。此回路锁紧精度高,设计中应用本回路时,为了保证可靠锁紧,其换向阀一般采用H型或Y型。换向阀在工作过程中的控制信号以及经过两个液控单向阀的控制液压缸的有杆腔和无杆腔的流量变化可通过仿真软件观察得到。

2.2AMESim仿真软件在液压锁紧回路教学中的应用

通过AMESim仿真软件构建如图2所示液压锁紧回路仿真实验图,为了更好地理解该回路的工作原理,生成换向阀控制信号图（图3）、液压缸位置图（图4）、有杆腔流量变化图（图5）和无杆腔流量变化图（图6）。

结合图3、图4、图5和图6可知:

（1）通过换向阀上的电磁阀信号控制换向阀工作位置:设定换向阀0～3u工作在右位时,液压油从换向阀的P口进入A口,油液再同时从两个液控单向阀进入液压缸的左侧无杆腔和右侧有杆腔,图5和图6显示0～3u时进入无杆腔的流量大于有杆腔流量,由于液压缸的速度与流量成正比,得出液压缸做伸出运动。

（2）设定换向阀3～6u工作在中位时,在两个液控单向阀作用下,有杆腔和无杆腔中油液被封死,图5和图6中对应曲线数据未变化,A、B两个油口直通油箱,液压缸活塞停止运动,如图4所示。

(3)设定换向阀6～9s工作在左位时,无杆腔的流量小于有杆腔的流量回程,液压缸做缩回运动,如图4所示。

2.3虚拟仿真和实践相结合完成液压锁紧回路实验

结合以上分析,学生首先设计液压锁紧回路和电磁阀接线图,如图7所示,然后进行软件仿真分析,在充分理解仿真结果的基础上,在已有的液压实训平台上搭建如图8所示的锁紧回路。

通过回路的设计、仿真和搭建,学生能够直观有效地理解液压锁紧回路的工作原理以及回路中相关阀体的工作特性、液压缸的流量变化,进而通过真实的数据去掌握理论知识。

3结语

将AMESim仿真软件应用于液控单向阀控制的液压锁紧回路,能够较直观地模拟锁紧回路中各个液压元器件的工作特性,学生也能够较清晰地通过软件观察到每个元件尤其是液压缸的工作状态,通过真实的数据和变化曲线,从原理上理解液压锁紧回路的工作过程。理虚实相结合的教学模式,让学生不仅能够将理论知识准确用于实践,还能让学生自己利用软件设计和理解回路,提高实验效率,保障实验安全,提高实验的积极性和准确性,在教学和自我学习的过程中提升专业技能,增强就业自信。与此同时,加入仿真软件也提高了教师的教学效率,改善了教学效果。该教学改革的实施对培养实践型、创新型、独立思考型学生有极大的促进作用。