引言

目前,"液壓與氣動(dòng)技術(shù)"課程針對(duì)液壓鎖緊回路的內(nèi)容,通常是采用理實(shí)一體化的教學(xué)方法,學(xué)生首先聽取教師的理論講解,然后直接進(jìn)行實(shí)操,未經(jīng)過準(zhǔn)確的仿真練習(xí),導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果較差,在實(shí)踐操作的過程中存在只會(huì)搭建回路,但較難理解回路工作原理以及相關(guān)閥體工作特性的情況,進(jìn)而減弱了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。因此,在理論講解和實(shí)操環(huán)節(jié)將AMESim仿真軟件應(yīng)用于液壓鎖緊回路的仿真實(shí)驗(yàn),通過仿真軟件直觀理解換向閥和液壓缸的工作特性,能夠較好地幫助學(xué)生將理論融合實(shí)踐,提高實(shí)操效率,增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。

1軟件介紹

AMESim(Advanced Modeling Environmenrt for perfor-ming Simulation of engineering systems）軟件為多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真平臺(tái),用戶可以在這個(gè)單一平臺(tái)上建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入分析,也可以在這個(gè)平臺(tái)上研究任何元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能,例如在燃油噴射、制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用。面向工程應(yīng)用的定位使得AMESim成為汽車、液壓和航空航天工業(yè)研發(fā)部門的理想選擇。

目前將AMESim仿真軟件用于教學(xué)的研究仍很少,更多的研究者是將AMESim引入到液壓系統(tǒng)的研究中,但在國(guó)內(nèi)高等職業(yè)院校中,"液壓與氣動(dòng)技術(shù)"是一門專業(yè)必修課,其對(duì)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)有極大的作用,如果教學(xué)課堂能夠引入軟件的仿真教學(xué),將會(huì)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來極大的促進(jìn)作用。

2AMESim仿真軟件在液壓鎖緊回路教學(xué)中的應(yīng)用

2.1液控單向閥控制的液壓鎖緊回路與其他鎖緊回路的對(duì)比

液壓鎖緊回路即當(dāng)液壓泵停止向執(zhí)行元件供油后,執(zhí)行元件能被鎖緊在要求位置上,當(dāng)受到重力或外力作用時(shí)位置不變。例如,起重機(jī)的支撐腿在工作過程中活塞不能移動(dòng),這樣才能保證吊物時(shí)的安全。

鎖緊方式分單向鎖緊和雙向鎖緊,單向鎖緊時(shí)可用單向閥,雙向鎖緊時(shí)可利用液控單向閥、方向閥M型中位機(jī)能或液控順序閥。各種鎖緊方式如圖1所示。

圖1（a）采用二位四通閥和單向閥使液壓缸活塞鎖緊在液壓缸的兩端,實(shí)現(xiàn)雙端鎖緊:圖1（c）所示為采用換向閥的M型中位機(jī)能實(shí)現(xiàn)的雙向鎖緊回路,這兩種鎖緊方式涉及的閥體和液壓元件較簡(jiǎn)單直觀,通過回路圖可較快理解其工作過程。圖1（b）采用兩個(gè)液控單向閥組成聯(lián)鎖回路,可以實(shí)現(xiàn)活塞在任意位置上的鎖緊。此回路鎖緊精度高,設(shè)計(jì)中應(yīng)用本回路時(shí),為了保證可靠鎖緊,其換向閥一般采用H型或Y型。換向閥在工作過程中的控制信號(hào)以及經(jīng)過兩個(gè)液控單向閥的控制液壓缸的有桿腔和無桿腔的流量變化可通過仿真軟件觀察得到。

2.2AMESim仿真軟件在液壓鎖緊回路教學(xué)中的應(yīng)用

通過AMESim仿真軟件構(gòu)建如圖2所示液壓鎖緊回路仿真實(shí)驗(yàn)圖,為了更好地理解該回路的工作原理,生成換向閥控制信號(hào)圖（圖3）、液壓缸位置圖（圖4）、有桿腔流量變化圖（圖5）和無桿腔流量變化圖（圖6）。

結(jié)合圖3、圖4、圖5和圖6可知:

（1）通過換向閥上的電磁閥信號(hào)控制換向閥工作位置:設(shè)定換向閥0～3u工作在右位時(shí),液壓油從換向閥的P口進(jìn)入A口,油液再同時(shí)從兩個(gè)液控單向閥進(jìn)入液壓缸的左側(cè)無桿腔和右側(cè)有桿腔,圖5和圖6顯示0～3u時(shí)進(jìn)入無桿腔的流量大于有桿腔流量,由于液壓缸的速度與流量成正比,得出液壓缸做伸出運(yùn)動(dòng)。

（2）設(shè)定換向閥3～6u工作在中位時(shí),在兩個(gè)液控單向閥作用下,有桿腔和無桿腔中油液被封死,圖5和圖6中對(duì)應(yīng)曲線數(shù)據(jù)未變化,A、B兩個(gè)油口直通油箱,液壓缸活塞停止運(yùn)動(dòng),如圖4所示。

(3)設(shè)定換向閥6～9s工作在左位時(shí),無桿腔的流量小于有桿腔的流量回程,液壓缸做縮回運(yùn)動(dòng),如圖4所示。

2.3虛擬仿真和實(shí)踐相結(jié)合完成液壓鎖緊回路實(shí)驗(yàn)

結(jié)合以上分析,學(xué)生首先設(shè)計(jì)液壓鎖緊回路和電磁閥接線圖,如圖7所示,然后進(jìn)行軟件仿真分析,在充分理解仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上,在已有的液壓實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上搭建如圖8所示的鎖緊回路。

通過回路的設(shè)計(jì)、仿真和搭建,學(xué)生能夠直觀有效地理解液壓鎖緊回路的工作原理以及回路中相關(guān)閥體的工作特性、液壓缸的流量變化,進(jìn)而通過真實(shí)的數(shù)據(jù)去掌握理論知識(shí)。

3結(jié)語

將AMESim仿真軟件應(yīng)用于液控單向閥控制的液壓鎖緊回路,能夠較直觀地模擬鎖緊回路中各個(gè)液壓元器件的工作特性,學(xué)生也能夠較清晰地通過軟件觀察到每個(gè)元件尤其是液壓缸的工作狀態(tài),通過真實(shí)的數(shù)據(jù)和變化曲線,從原理上理解液壓鎖緊回路的工作過程。理虛實(shí)相結(jié)合的教學(xué)模式,讓學(xué)生不僅能夠?qū)⒗碚撝R(shí)準(zhǔn)確用于實(shí)踐,還能讓學(xué)生自己利用軟件設(shè)計(jì)和理解回路,提高實(shí)驗(yàn)效率,保障實(shí)驗(yàn)安全,提高實(shí)驗(yàn)的積極性和準(zhǔn)確性,在教學(xué)和自我學(xué)習(xí)的過程中提升專業(yè)技能,增強(qiáng)就業(yè)自信。與此同時(shí),加入仿真軟件也提高了教師的教學(xué)效率,改善了教學(xué)效果。該教學(xué)改革的實(shí)施對(duì)培養(yǎng)實(shí)踐型、創(chuàng)新型、獨(dú)立思考型學(xué)生有極大的促進(jìn)作用。