王志華

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

《液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)》課程是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課。但液壓與氣動(dòng)元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)過(guò)程抽象，空間動(dòng)作難以想象，僅僅以文字表述、多媒體課件及圖例方法提高教學(xué)效果，很難使學(xué)生理解其原理和動(dòng)作特點(diǎn)，不能充分增強(qiáng)學(xué)生的思維能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。德國(guó)Festo公司和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的FluidSIM軟件可對(duì)基于元件符號(hào)的液壓和氣動(dòng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真演示，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，具體展示回路動(dòng)作的全過(guò)程。在教學(xué)中加以應(yīng)用，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，收到了很好的效果。

1 FluidSIM軟件的特點(diǎn)

FluidSIM軟件是一款應(yīng)用于液壓與氣動(dòng)技術(shù)的教學(xué)、設(shè)計(jì)、仿真的軟件，分為液動(dòng)教學(xué)FluidSIM-H和氣動(dòng)教學(xué)FluidSIM-P兩個(gè)軟件，分別可對(duì)液動(dòng)和氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)、仿真。該軟件將CAD功能和仿真緊密聯(lián)系，并且圖形界面簡(jiǎn)單易懂，對(duì)于教師和學(xué)生都具有自學(xué)設(shè)計(jì)和仿真的方便功效。提供的教學(xué)設(shè)計(jì)和多媒體教學(xué)技術(shù)知識(shí)全面多樣，液壓元件配備有文本說(shuō)明、圖形、剖視圖動(dòng)畫(huà)演示，逼真的模擬了元器件的工作過(guò)程及原理。同時(shí)，還提供了豐富的演示文稿和教學(xué)影片，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)液壓傳動(dòng)的學(xué)習(xí)興趣和理解。

FluidSIM軟件用戶界面采用直觀的繪圖操作界面模式，如圖1。拖拉圖符設(shè)計(jì)回路，雙擊或右鍵點(diǎn)擊圖符的對(duì)話框式參數(shù)設(shè)置，教師和學(xué)生均易于學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、仿真。

圖1 FluidSIM軟件界面

2 FluidSIM軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 液壓回路的設(shè)計(jì)

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)luidSIM軟件對(duì)系統(tǒng)特性模擬具體、準(zhǔn)確，符合DIN電氣——液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，既可以設(shè)計(jì)傳動(dòng)回路，也可以進(jìn)行系統(tǒng)模擬、仿真。在設(shè)計(jì)液壓回路中，將元件庫(kù)中的元件圖符直接拖至設(shè)計(jì)界面，按照設(shè)計(jì)回路在連接點(diǎn)直接點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵按住不放，移動(dòng)至另一連接點(diǎn)即可連接；鼠標(biāo)雙擊設(shè)計(jì)界面中的元件，即可設(shè)置元件參數(shù)；在元件或連接點(diǎn)上雙擊設(shè)置標(biāo)簽。

FluidSIM軟件元件庫(kù)中的液壓元件豐富、易識(shí)別，對(duì)于教學(xué)和學(xué)生接受較為容易，而且使學(xué)生加深對(duì)液壓元件圖符的認(rèn)知和功能的了解。文中設(shè)計(jì)了一個(gè)雙作用液壓缸的換向回路，回路中采用三位四通M型中位機(jī)能的電磁換向閥來(lái)控制液壓缸的換向，如圖2。通過(guò)電氣控制液壓回路，能充分展現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)和閥的動(dòng)作過(guò)程。

圖2 雙作用液壓缸換向回路

2.2 電氣控制回路設(shè)計(jì)

FluidSIM軟件也可以設(shè)計(jì)和液壓回路相配套的電氣控制回路，并且利用電氣控制回路對(duì)液壓回路進(jìn)行控制，避免了在過(guò)去的液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只對(duì)液壓傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)電氣回路缺乏設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，電氣控制液壓回路掌握不夠等現(xiàn)象。通過(guò)電氣——液壓回路的設(shè)計(jì)和仿真，不但使得學(xué)生對(duì)電氣對(duì)液壓的控制有了深刻的認(rèn)知，而且在實(shí)際應(yīng)用方面得到了很大的提升。

在元件庫(kù)中，F(xiàn)luidSIM擁有豐富的電氣元件：按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器和各種傳感器。設(shè)計(jì)時(shí)，在元件庫(kù)中找出設(shè)計(jì)需要的元件，拖至設(shè)計(jì)頁(yè)面，并把電氣元件按連接成電氣控制系統(tǒng)，電氣元件和液動(dòng)元件之間通過(guò)標(biāo)簽建立聯(lián)系，即可完成電氣控制部分回路設(shè)計(jì)，如圖3為電控的雙作用液壓缸換向電氣控制回路。

圖3 雙作用液壓缸換向電氣控制回路

2.3 仿真演示

液壓和電氣控制回路設(shè)計(jì)完成之后，進(jìn)入仿真模擬階段，點(diǎn)擊菜單中的啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入開(kāi)始運(yùn)行狀態(tài)，將鼠標(biāo)放置在按鈕開(kāi)關(guān)SB1上或會(huì)變?yōu)樾∈中螤?，點(diǎn)擊即可運(yùn)行，同時(shí)可以看到各個(gè)液壓元件旁顯示相應(yīng)參數(shù)。在圖中的深紅色線條為壓力工作油，淺褐色線條為常壓工作油，電氣圖中的紅色線條為線路接通部分，如圖4。在仿真過(guò)程中，點(diǎn)擊快捷菜單中的暫停按鈕可以查看各個(gè)元件的當(dāng)前的狀態(tài)和參數(shù)，如鼠標(biāo)雙擊或右鍵點(diǎn)擊液壓源和溢流閥元件圖符，可以顯示元件當(dāng)前的壓力和流量參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，進(jìn)行元件參數(shù)設(shè)置。通過(guò)上述分析，可知該液壓回路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否正確，進(jìn)而將設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)。

通過(guò)液壓和電氣控制回路的設(shè)計(jì)、仿真和元件狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示，可以明確的了解各個(gè)元件在工作過(guò)程中的狀態(tài)變化，加深了學(xué)生對(duì)元件和回路原理的理解。

圖4 雙作用液壓缸換向回路仿真

2.4 演示文稿及教學(xué)影片

FluidSIM的綜合性演示文稿和教學(xué)影片具有豐富的演示資料，如圖5，涉及到氣動(dòng)、液壓教學(xué)領(lǐng)域中的各種課題。將這些演示文稿在教課的搭建模型仿真的同時(shí)展示給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)一步的了解和學(xué)習(xí)液壓和氣動(dòng)元件，將仿真的過(guò)程更加具體、形象的展示出來(lái)，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)和理解力。此外，教師也可以通過(guò)其他Windows程序中的圖形，文字或影片來(lái)構(gòu)建適宜教學(xué)要求的演示文稿。

圖5 演示文稿及教學(xué)影片

FluidSIM軟件應(yīng)用于教學(xué)，其液壓傳動(dòng)組件可以通過(guò)液壓技術(shù)基礎(chǔ)、工作原理和練習(xí)等演示文稿進(jìn)行教學(xué)。該文稿用簡(jiǎn)潔的圖例和文字講授重要的回路和液壓傳動(dòng)元件的使用方法，既利于教師課堂教學(xué)，又利于學(xué)生認(rèn)知抽象的液壓傳動(dòng)過(guò)程，加深學(xué)生的理解力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。

3 結(jié) 論

FluidSIM軟件輔助教學(xué)，使學(xué)生對(duì)各個(gè)元件的工作狀態(tài)有了很好的認(rèn)識(shí)；在指導(dǎo)液壓回路課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生先對(duì)自己設(shè)計(jì)的回路進(jìn)行校驗(yàn)，電腦演示設(shè)計(jì)結(jié)果，再現(xiàn)場(chǎng)分析優(yōu)劣，對(duì)學(xué)生的思路有很大啟發(fā)，使學(xué)生對(duì)回路的動(dòng)作、功能有了直觀的認(rèn)識(shí)，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且達(dá)到了很好的教學(xué)效果。

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