组合钻床专用液压夹紧系统的设计与仿真研究

作者：李清香 丁时锋

欢迎访问e展厅 展厅 7 夹具展厅 夹头, 旋转夹具, 筒夹, 快速夹具, F型钳, ... 摘要：给出了组合钻床专用液压夹紧系统的液压原理图，并利用AMESim 软件对液压夹紧系统进行了建模与仿真，分析了改变元件参数对仿真结果的影响，为该液压夹紧系统的优化设计和把握整体系统的性能提出了具有参考价值的数据与方法。 关键词：组合钻床；液压夹紧系统；AMESim；仿真 液压传动与控制系统因其功率重量比大、体积小、重量轻、快速性好、抗负载的刚度大、运动平稳、调速方便且范围大等突出优点，在民用和国防工业上的应用越来越广泛，几乎涉及国民经济的各个领域。由于液压夹紧系统具有明显的几大优势，如可以保证加工精度、提高生产率、降低成本、扩大机床的工艺范围和减轻工人的劳动强度等，就目前来说，组合钻床夹紧系统多采用液压夹紧系统。随着仿真理论及计算机技术的不断发展，在工程系统的设计开发中，仿真技术可使企业在最短时间内以最低成本将新产品投放市场；在科学研究中，可利用仿真技术缩短研究周期，降低科研成本与风险，提高研究水平，加速科研成果转化为生产力的进程。正是由于计算机仿真技术具有的这种优越性，现已成为工程设计与科学研究中必不可少的实用技术。 1 组合钻床专用液压夹紧系统的设计 某组合钻床专用液压夹紧系统的工作要求如下： (1)夹紧缸的工作循环要求：快进→慢进压紧工件→保压→快退→停止； (2) 循环中各工况的负载：快进阶段负载1260 N，慢进加压阶段负载为快进阶段负载的2.5 倍，保压阶段负载为快进阶段负载的3 倍，快退阶段负载550 N； (3) 缸最大行程为300 mm。 2.1 专用液压夹紧系统液压原理图设计 系统液压原理图如图1，其中：1.油箱；2.泵；3.溢流阀；4.三位四通电磁换向阀；5.二位二通电磁换向阀；6,7.单向节流阀；8.夹紧缸。 2.2 夹紧缸工作循环分析 各阶段工作油路分析如下： (1) 快进。进油:路液压泵1－三位四通换向阀4 左位－二位二通换向阀5 左位－夹紧缸8 无杆腔；回油路:夹紧缸8 有杆腔－三位四通换向阀4 左位－油箱。 (2) 慢进。进油路:液压泵1－三位四通换向阀4 左位－单向节流阀－夹紧缸8 无杆腔；回油路:夹紧缸8 有杆腔－三位四通换向阀4 左位－油箱。 (3) 保压。进油路:液压泵1－三位四通换向阀4 左位－单向节流阀－夹紧缸8 无杆腔；回油路:夹紧缸8 有杆腔－三位四通换向阀4 左位－油箱。 (4) 快退。进油路:液压泵1－三位四通换向阀4 右位－夹紧缸8 有杆腔；回油路:夹紧缸8 无杆腔－单向节流阀－三位四通换向阀4 右位－油箱。 (5) 停止。三位四通换向阀4 中位，液压泵卸载。 3 组合钻床专用液压夹紧系统的建模与仿真 3.1 专用液压夹紧系统的建模 以AMESim 软件为建模仿真开发平台，在系统建模过程中，需依次完成草图模式、子模型模式、参数模式、运行模式共四个步骤。其中，草图模式最为关键，需根据系统的实际结构，选择模型库中元件子模型，构建整个系统的仿真模型。在AMESim 仿真软件的SketchMode 环境下, 系统的模型库中集成大多数液压元件的仿真子模型，最大程度地避免仿真者自行设计数学模型。为了分析方便，在此选用标准的液压泵子模型和带负载的单活塞杆液压油缸子模型进行模拟，专用液压夹紧系统仿真模型结果如图2 所示。 3.2 设置仿真模型的参数 在AMESim 软件中仿真时,系统所有模型均被参数化。系统建模完成后点击Parameter mode 按钮，进入参数模式设置各元件所需要参数。夹紧缸：活塞直径40 mm、杆直径30 mm、行程0.3 m；液压泵：排量25mL/r、额定转速1000 r/min；溢流阀：调定压力3×106Pa。系统其他元件参数可据实际情况设定。 3.3 仿真结果与分析 为了比较液压缸参数改变对系统运行的影响，将夹紧缸活塞直径批量设置为40 mm、45 mm、50 mm，设置仿真时间4.5 s，通信间隔时间0.01 s，运行仿真。得出系统仿真结果曲线如图3、图4、图5 及图6 所示，各图中的1、2、3 曲线分别对应活塞直径为40 mm、45 mm、50 mm 的仿真结果。 从仿真结果曲线可以看到：图3 为作用于活塞杆上的外部力，图5 为夹紧缸活塞杆位移，它们与实际液压系统工作要求吻合，满足设计要求；图4 为夹紧缸活塞杆速度，活塞直径为40 mm 时快进、快退速度较大，这有利于提高工作时的生产效率；图6 为夹紧缸活塞杆加速度，活塞直径为40 mm 时保压阶段的加速度冲击值为150，波动较小，而活塞直径为45mm、50mm 时保压阶段的加速度冲击值为200，同时压力波动较大。因此设计时宜选用的活塞直径为40 mm。 从仿真结果的分析可见：改变元件参数，对仿真结果曲线有巨大的影响。进行液压系统的仿真设计时，可以通过参数批量设置与运行仿真，得到合适的设计尺寸或参数，从而优化系统的设计。 4 结束语 根据组合钻床专用液压夹紧系统的工作要求，对专用液压夹紧系统液压原理图进行了设计。同时利用AMESim 软件的强大功能，对液压夹紧系统进行了建模与仿真，通过参数批量设置与运行仿真，比较分析了改变元件参数对仿真曲线的影响，为该液压夹紧系统的优化设计和把握整体系统的性能，提出了极具参考价值的数据与方法，取得了需要经过繁琐流体计算和大量测试实验才能得出的结论。AMESim 以其简便的操作和强大的仿真分析能力，为工程师指出了一条宽阔的设计和研发道路，值得研究与应用。 参考文献: [1] 付永领,祁晓野. AMESim 系统建模和仿真—从入门到精通[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2006. [2] 余佑官, 龚国芳, 胡国良. AMESim 仿真技术及其在液压系统中的应用[J]. 液压气动与密封, 2005, (3):28-31. [3] 张利平. 液压传动系统及设计[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/22/2011)