FluidSIM軟件在《液壓傳動與氣動技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用

王志華

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

《液壓傳動與氣動技術(shù)》課程是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課。但液壓與氣動元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)過程抽象，空間動作難以想象，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Festo公司和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的FluidSIM軟件可對基于元件符號的液壓和氣動回路進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真演示，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，具體展示回路動作的全過程。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)用于液壓與氣動技術(shù)的教學(xué)、設(shè)計(jì)、仿真的軟件，分為液動教學(xué)FluidSIM-H和氣動教學(xué)FluidSIM-P兩個軟件，分別可對液動和氣動回路設(shè)計(jì)、仿真。該軟件將CAD功能和仿真緊密聯(lián)系，并且圖形界面簡單易懂，對于教師和學(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)知識全面多樣，液壓元件配備有文本說明、圖形、剖視圖動畫演示，逼真的模擬了元器件的工作過程及原理。同時，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)生對液壓傳動的學(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軟件對系統(tǒng)特性模擬具體、準(zhǔn)確，符合DIN電氣——液壓傳動與氣動回路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，既可以設(shè)計(jì)傳動回路，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軟件元件庫中的液壓元件豐富、易識別，對于教學(xué)和學(xué)生接受較為容易，而且使學(xué)生加深對液壓元件圖符的認(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)能的電磁換向閥來控制液壓缸的換向，如圖2。通過電氣控制液壓回路，能充分展現(xiàn)各種開關(guān)和閥的動作過程。

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液壓回路進(jìn)行控制，避免了在過去的液壓傳動和氣動教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只對液壓傳動部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，對電氣回路缺乏設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，電氣控制液壓回路掌握不夠等現(xiàn)象。通過電氣——液壓回路的設(shè)計(jì)和仿真，不但使得學(xué)生對電氣對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。

在元件庫中，F(xiàn)luidSIM擁有豐富的電氣元件：按鈕、開關(guān)、繼電器和各種傳感器。設(shè)計(jì)時，在元件庫中找出設(shè)計(jì)需要的元件，拖至設(shè)計(jì)頁面，并把電氣元件按連接成電氣控制系統(tǒng)，電氣元件和液動元件之間通過標(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)擊菜單中的啟動按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入開始運(yùn)行狀態(tài)，將鼠標(biāo)放置在按鈕開關(guān)SB1上或會變?yōu)樾∈中螤?，點(diǎn)擊即可運(yùn)行，同時可以看到各個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。在仿真過程中，點(diǎn)擊快捷菜單中的暫停按鈕可以查看各個元件的當(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)置對話框，進(jìn)行元件參數(shù)設(shè)置。通過上述分析，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)時顯示，可以明確的了解各個元件在工作過程中的狀態(tài)變化，加深了學(xué)生對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、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)液壓和氣動元件，將仿真的過程更加具體、形象的展示出來，加深學(xué)生的認(rèn)識和理解力。此外，教師也可以通過其他Windows程序中的圖形，文字或影片來構(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)，其液壓傳動組件可以通過液壓技術(shù)基礎(chǔ)、工作原理和練習(xí)等演示文稿進(jìn)行教學(xué)。該文稿用簡潔的圖例和文字講授重要的回路和液壓傳動元件的使用方法，既利于教師課堂教學(xué)，又利于學(xué)生認(rèn)知抽象的液壓傳動過程，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)生對各個元件的工作狀態(tài)有了很好的認(rèn)識；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)場分析優(yōu)劣，對學(xué)生的思路有很大啟發(fā)，使學(xué)生對回路的動作、功能有了直觀的認(rèn)識，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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 毛智勇，劉寶權(quán).液壓與氣壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 余金偉.FluidSIM軟件在氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008，(6)：22-23．

[3] 林紅喜，吳萍.C6143型普通車床主傳動系統(tǒng)與潤滑系統(tǒng)的改進(jìn)[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003，(4).

[4] 馬振福. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[5] 蘇 杭，劉延俊.液壓與氣壓傳動學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[6] 楊存智.基于FluidSIM-Pneumatics軟件的氣動及機(jī)電一體化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2004,(9)：63-65

[7] 白乃平.基于S7-300PLC的軋機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009,(1).