FluidSIM液壓氣動仿真軟件的教學(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）

FluidSIM液壓氣動仿真軟件的教學(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》的教學(xué)特點及教學(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)及仿真實訓(xùn)教學(xué)中，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(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方式不可替代的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車、航空等領(lǐng)域。《液壓與氣壓傳動》課程是機(jī)械類專業(yè)極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。液壓、氣動元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)工作過程抽象。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，是這門課程教學(xué)的重點及難點[1]。

教師將FluidSIM軟件引入教學(xué)過程，學(xué)生應(yīng)用它設(shè)計并仿真回路，使液壓氣動元件在回路各個運動階段的工作過程，清晰形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而加深了學(xué)生對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回路設(shè)計和仿真的整個過程，使學(xué)生在真實情景中快樂學(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Festo公司Didacti-c教學(xué)部門和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，是專門用于液壓與氣壓傳動的教學(xué)軟件。FuidSIM由兩個軟件組成，其中FluidSIM-H用于液壓傳動教學(xué)，而FluidSIM-P用于氣壓傳動教學(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，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)會繪制液壓、氣壓回路圖，并對其進(jìn)行仿真。

1.1 繪圖功能

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

1.2 仿真功能

FluidSIM軟件可以對繪制好的回路進(jìn)行仿真，通過強(qiáng)大的仿真功能可以顯示和控制回路的動作，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的錯誤，從而設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、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動速度、輸出力、節(jié)流閥的開度等，這樣能夠預(yù)先了解回路的動態(tài)特性，從而正確的估計回路實際運行時的工作狀態(tài)。另外該軟件在仿真時還可顯示回路中關(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，液壓氣動元件可以通過文本說明、實物圖片以及介紹其工作原理的動畫來描述。

FluidSIM軟件包含有15個教學(xué)影片，每個影片長度不超過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)講解液壓氣動基本回路時，利用該軟件搭建基本回路并仿真演示其工作過程，有助于學(xué)生對基本回路工作原理的理解[2]。

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

2.2 在仿真實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.2.1 仿真實驗

液壓氣動實物實驗前，學(xué)生首先進(jìn)行相關(guān)的仿真實驗，然后實現(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)計液壓缸快進(jìn)—工進(jìn)—快退回路，利用二位三通換向閥實現(xiàn)液壓缸差動連接，啟動仿真調(diào)試手段驗證回路的正確性。

圖1 仿真實驗所用元件圖

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

圖2 FluidSIM仿真連接圖

啟動仿真，點擊手柄使換向閥1和3左位接入，液壓缸差動連接作快進(jìn)運動。點擊換向閥3手柄，換向閥3右位工作，差動連接被切斷，液壓缸回油經(jīng)過單向節(jié)流閥實現(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)流閥的開度可以調(diào)整活塞桿的運動速度[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現(xiàn)差動連接？設(shè)計回路并仿真實現(xiàn)。

在實際應(yīng)用中,常用P型中位機(jī)能的三位換向閥實現(xiàn)液壓缸的差動連接，如圖3所示。啟動仿真，點擊手柄使換向閥1中位接入，液壓缸差動連接作快進(jìn)運動。點擊換向閥1手柄，換向閥1左位工作，差動連接被切斷，液壓缸回油經(jīng)過單向節(jié)流閥實現(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。通過對兩種液壓缸差動連接回路的設(shè)計與仿真，加深了學(xué)生對差動連接的體會。

圖3 P型中位機(jī)能的三位換向閥差動連接

3 結(jié)語

利用FluidSIM仿真軟件中獨立的液壓或氣動元件，很容易連接成不同的液壓或氣動回路。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、基本回路連接到復(fù)雜回路聯(lián)動，每個環(huán)節(jié)可以反復(fù)練習(xí)，使學(xué)生動手的機(jī)會增多，培養(yǎng)了學(xué)生整體的構(gòu)思能力，提高和鍛煉了學(xué)生的動手能力。

在仿真實訓(xùn)項目實施過程中，學(xué)生可以很好地將專業(yè)理論和實踐相結(jié)合，不僅增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識和學(xué)習(xí)興趣，而且增加學(xué)生實踐和動手的機(jī)會。軟件先進(jìn)的仿真功能，直觀、逼真的仿真效果，能加快學(xué)生對液壓氣動元件、基本回路及簡單的機(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》教學(xué)［J］.裝備制造技術(shù),2010(01)

[3]廖友軍,余金.液壓傳動與氣動技術(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：李曉霞

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