黃春艷，房品慧

（石家莊理工職業(yè)學(xué)院，河北石家莊 050228）

FluidSIM液壓氣動(dòng)仿真軟件的教學(xué)應(yīng)用

黃春艷，房品慧

（石家莊理工職業(yè)學(xué)院，河北石家莊 050228）

本文根據(jù)《液壓與氣壓傳動(dòng)》的教學(xué)特點(diǎn)及教學(xué)內(nèi)容，介紹了FluidSIM軟件的主要功能，并將仿真教學(xué)應(yīng)用到課程教學(xué)及仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，達(dá)到了“教中做、做中學(xué)、學(xué)中練”的目的。該方法的應(yīng)用加快了學(xué)生對(duì)本門課程的理解速度，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的效果。

FluidSIM軟件；液壓；仿真；應(yīng)用

液壓與氣壓傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種方式。由于它具有其他傳動(dòng)方式不可替代的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車、航空等領(lǐng)域?！兑簤号c氣壓傳動(dòng)》課程是機(jī)械類專業(yè)極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。液壓、氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)工作過(guò)程抽象。在教學(xué)中如何讓靜止、抽象的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^、形象的知識(shí)，是這門課程教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)[1]。

教師將FluidSIM軟件引入教學(xué)過(guò)程，學(xué)生應(yīng)用它設(shè)計(jì)并仿真回路，使液壓氣動(dòng)元件在回路各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的工作過(guò)程，清晰形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而加深了學(xué)生對(duì)元件和回路原理的理解。軟件先進(jìn)的仿真功能，直觀、逼真的仿真效果，促使學(xué)生參與到液壓與氣壓傳動(dòng)回路設(shè)計(jì)和仿真的整個(gè)過(guò)程，使學(xué)生在真實(shí)情景中快樂(lè)學(xué)習(xí),進(jìn)而提高了學(xué)習(xí)效率。

1 FluidSIM教學(xué)軟件的主要功能

FluidSIM軟件由德國(guó)Festo公司Didacti-c教學(xué)部門和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，是專門用于液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)軟件。FuidSIM由兩個(gè)軟件組成，其中FluidSIM-H用于液壓傳動(dòng)教學(xué)，而FluidSIM-P用于氣壓傳動(dòng)教學(xué)。

FluidSIM軟件用戶界面直觀，采用圖形操作界面，拖拉圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，面向?qū)ο笤O(shè)置參數(shù)，易于學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠很快地學(xué)會(huì)繪制液壓、氣壓回路圖，并對(duì)其進(jìn)行仿真。

1.1 繪圖功能

繪圖功能圖庫(kù)中有100多種標(biāo)準(zhǔn)液壓、氣動(dòng)、電氣元件。繪圖時(shí)可把圖庫(kù)中的元件直接拖到制圖區(qū)生成該元件的原理圖，各個(gè)元件接口間回路的鏈接，只需在兩個(gè)連接點(diǎn)之間按住鼠標(biāo)左鍵移動(dòng)，即可生成所需的回路。FluidSIM軟件CAD功能是專門針對(duì)流體而特殊設(shè)計(jì)的。在繪圖過(guò)程中，F(xiàn)luidSIM軟件將檢查各元件之間的連接是否可行，軟件的查錯(cuò)功能，可避免回路繪制過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，較大地提高了繪制原理圖的工作效率。

1.2 仿真功能

FluidSIM軟件可以對(duì)繪制好的回路進(jìn)行仿真，通過(guò)強(qiáng)大的仿真功能可以顯示和控制回路的動(dòng)作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、效率較高的回路。在仿真中我們還可以觀察到各元件的物理量值，如液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度、輸出力、節(jié)流閥的開(kāi)度等，這樣能夠預(yù)先了解回路的動(dòng)態(tài)特性，從而正確的估計(jì)回路實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)。另外該軟件在仿真時(shí)還可顯示回路中關(guān)鍵元件的狀態(tài)量，如液壓缸活塞桿的位置、換向閥的位置、壓力表的壓力、流量計(jì)的流量等。

1.3 演示功能

FluidSIM軟件包含了豐富的教學(xué)資料，液壓氣動(dòng)元件可以通過(guò)文本說(shuō)明、實(shí)物圖片以及介紹其工作原理的動(dòng)畫(huà)來(lái)描述。

FluidSIM軟件包含有15個(gè)教學(xué)影片，每個(gè)影片長(zhǎng)度不超過(guò)10分鐘。講授了液壓元件和重要回路的工作原理，介紹了液壓氣動(dòng)基本概念和一些典型應(yīng)用領(lǐng)域。

2 FluidSIM軟件的應(yīng)用

2.1 在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

FluidSIM的“教學(xué)”菜單下，不僅有許多完美的演示文稿，還可以自己創(chuàng)建演示文稿。當(dāng)講解液壓氣動(dòng)基本回路時(shí)，利用該軟件搭建基本回路并仿真演示其工作過(guò)程，有助于學(xué)生對(duì)基本回路工作原理的理解[2]。

FluidSIM軟件還可設(shè)計(jì)與液壓氣動(dòng)回路相配套的電氣控制回路。液壓（氣壓）－電氣回路設(shè)計(jì)與仿真同時(shí)進(jìn)行，使學(xué)生目睹液壓傳動(dòng)與電氣控制的關(guān)系，從而明白各種控制元件動(dòng)作過(guò)程，提高學(xué)生的綜合能力。

2.2 在仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.2.1 仿真實(shí)驗(yàn)

液壓氣動(dòng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生首先進(jìn)行相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，然后實(shí)現(xiàn)情景再現(xiàn)。例如，為學(xué)生們提供如圖1所示的圖片，要求使用圖中元件設(shè)計(jì)液壓缸快進(jìn)—工進(jìn)—快退回路，利用二位三通換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，啟動(dòng)仿真調(diào)試手段驗(yàn)證回路的正確性。

圖1 仿真實(shí)驗(yàn)所用元件圖

學(xué)生們用FluidSIM軟件連接的回路不盡相同，通過(guò)對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的討論分析，選取較優(yōu)方案如圖2所示。

圖2 FluidSIM仿真連接圖

啟動(dòng)仿真，點(diǎn)擊手柄使換向閥1和3左位接入，液壓缸差動(dòng)連接作快進(jìn)運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)擊換向閥3手柄，換向閥3右位工作，差動(dòng)連接被切斷，液壓缸回油經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。換向閥1右位接入后，液壓缸有桿腔進(jìn)油，即快退。改變節(jié)流閥的開(kāi)度可以調(diào)整活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度[3]。

2.2.2 拓展練習(xí)

省去二位三通換向閥，采用何種中位機(jī)能三位四通換向閥能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接？設(shè)計(jì)回路并仿真實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)際應(yīng)用中,常用P型中位機(jī)能的三位換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)連接，如圖3所示。啟動(dòng)仿真，點(diǎn)擊手柄使換向閥1中位接入，液壓缸差動(dòng)連接作快進(jìn)運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)擊換向閥1手柄，換向閥1左位工作，差動(dòng)連接被切斷，液壓缸回油經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。換向閥1右位接入后，液壓缸有桿腔進(jìn)油，即快退。通過(guò)對(duì)兩種液壓缸差動(dòng)連接回路的設(shè)計(jì)與仿真，加深了學(xué)生對(duì)差動(dòng)連接的體會(huì)。

圖3 P型中位機(jī)能的三位換向閥差動(dòng)連接

3 結(jié)語(yǔ)

利用FluidSIM仿真軟件中獨(dú)立的液壓或氣動(dòng)元件，很容易連接成不同的液壓或氣動(dòng)回路。組合不同的元件，可以得到不同回路。利用該軟件，從基本元件認(rèn)識(shí)、基本回路連接到復(fù)雜回路聯(lián)動(dòng)，每個(gè)環(huán)節(jié)可以反復(fù)練習(xí)，使學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)增多，培養(yǎng)了學(xué)生整體的構(gòu)思能力，提高和鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力。

在仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生可以很好地將專業(yè)理論和實(shí)踐相結(jié)合，不僅增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣，而且增加學(xué)生實(shí)踐和動(dòng)手的機(jī)會(huì)。軟件先進(jìn)的仿真功能，直觀、逼真的仿真效果，能加快學(xué)生對(duì)液壓氣動(dòng)元件、基本回路及簡(jiǎn)單的機(jī)電一體化系統(tǒng)的理解速度，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

[1]趙波,王宏元.液壓與氣動(dòng)技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2014

[2]鄭東旭.結(jié)合FluidSIM軟件的《液壓傳動(dòng)》教學(xué)［J］.裝備制造技術(shù),2010(01)

[3]廖友軍,余金.液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社,2013

TP391.9

A

JL01-0229（2015）02-0054-03

2015-04-17

責(zé)任編輯：李明亮

校對(duì)：李曉霞

黃春艷（1964-），女，漢族，四川省高縣人，機(jī)電工程學(xué)院，高級(jí)工程師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)的理論和實(shí)踐教學(xué)。