FluidSIM仿真軟件在《液壓與氣動技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

童和平 張香紅

摘要：根據(jù)高職院校機(jī)電技術(shù)類專業(yè)《液壓與氣動技術(shù)》的課程特點(diǎn)和德國Festo公司研發(fā)的FluidSIM軟件功能，提出了利用FluidSIM 3.6仿真軟件提高實(shí)踐教學(xué)效果的方法。通過“雙作用液壓缸換向回路”例子將仿真教學(xué)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，營造出“教學(xué)做”一體化的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生加深對液壓元器件功能的理解，來達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而提高教師的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：FluidSIM;液壓與氣動技術(shù);實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.08.082

1引言

《液壓與氣動技術(shù)》是高職院校機(jī)電技術(shù)類專業(yè)的核心課程，該課程包括液壓傳動和氣動傳動兩部分內(nèi)容。由于液動元器件具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、工作原理較為抽象等問題，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)備和教學(xué)手段很難使學(xué)生理解液動元器件的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，教師介紹這些液動元器件通常需要花費(fèi)較多的學(xué)時且教學(xué)效果不佳，降低了學(xué)生對《液壓與氣動技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)興趣和思維能力。

德國Festo公司和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的FluidSIM是一款專門應(yīng)用于液壓與氣動技術(shù)教學(xué)的軟件，它由液壓仿真（FluidSIM-H）和氣動仿真（FluidSIM-P）兩個部分組成，該軟件不僅具有強(qiáng)大的仿真功能而且還自帶豐富的學(xué)習(xí)資源庫，在實(shí)踐教學(xué)中加深學(xué)生對液壓元器件功能的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和積極性，提高教師的教學(xué)效果。

2FluidSIM軟件的特點(diǎn)

FluidSIM是《液壓與氣動技術(shù)》課程教學(xué)、回路仿真等多功能綜合性軟件，該軟件具有FluidSIM-H（液動教學(xué)）和FluidSIM-P（氣動教學(xué)）兩種功能，分別可對液壓回路和氣動回路進(jìn)行設(shè)計和仿真。該軟件操作界面簡潔，功能清晰，簡單易懂，用戶可以輕松自學(xué)設(shè)計和仿真。該軟件主要包含三種功能模塊：模擬仿真模塊、繪圖模塊和綜合演示模塊，其中，該軟件繪圖功能模塊中有上百種標(biāo)準(zhǔn)液壓、氣動及電氣元器件，用戶在設(shè)計和仿真過程中，只需將元件庫里的標(biāo)準(zhǔn)元器件直接拖移到繪圖區(qū)域，雙擊鼠標(biāo)可對標(biāo)準(zhǔn)元器件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。另外，該軟件提供的液壓、氣動及電氣標(biāo)準(zhǔn)件不僅備有文本說明、圖形，而且配備了各標(biāo)準(zhǔn)元器件的動畫演示，使得各標(biāo)準(zhǔn)元器件的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)更加清晰明了。

FluidSIM 3.6軟件系統(tǒng)元件庫里提供的各種標(biāo)準(zhǔn)元器件，如圖1所示。用戶可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選取所需元器件搭建液壓與氣動回路，從而對系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真及測試。由于仿真參數(shù)和動作實(shí)時顯示，充分調(diào)動了學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的積極性，切實(shí)做到教學(xué)做一體化教學(xué)，取得了極佳的教學(xué)效果。

3FluidSIM軟件在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

3.1液壓回路的設(shè)計

在實(shí)踐教學(xué)中，利用FluidSIM軟件，既可以設(shè)計液壓回路（如液壓方向控制回路設(shè)計），也可以進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真。在設(shè)計液壓回路中，利用鼠標(biāo)將FluidSIM軟件元件庫中的標(biāo)準(zhǔn)元器件拖移到繪圖區(qū)域，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊連接點(diǎn)按住不放，將鼠標(biāo)移動至另一連接點(diǎn)即可生成管路。

FluidSIM軟件元件庫中的標(biāo)準(zhǔn)元器件豐富且易識別，既方便教師實(shí)踐教學(xué)，也加深學(xué)生對標(biāo)準(zhǔn)元器件的理解。如圖2所示，采用三位四通電磁換向閥的換向回路，在回路設(shè)計中，采用O型中位機(jī)能的三位四通電磁換向閥來控制液壓缸的換向。當(dāng)YA1通電、YA2斷電時，換向閥處于左位工作，液壓缸左腔進(jìn)油，右腔回油，從而實(shí)現(xiàn)活塞向右移動;當(dāng)YA1斷電、YA2通電時，換向閥處于右位工作，液壓缸右腔進(jìn)油，左腔回油，從而實(shí)現(xiàn)活塞向左移動;當(dāng)YA1和YA2都斷電時，換向閥處于中位工作，液壓缸不進(jìn)出油，活塞停止運(yùn)動。

3.2電氣控制回路設(shè)計

FluidSIM軟件除了可以設(shè)計液壓與氣動回路，還可以對液壓回路相配套的電氣控制回路進(jìn)行設(shè)計。采用電氣控制回路設(shè)計的原因在于，電氣控制回路可對液壓回路進(jìn)行自動控制，增強(qiáng)了用戶對電氣控制液壓回路的理解，提升了用戶在實(shí)際問題方面的應(yīng)用。

FluidSIM軟件元件庫有著豐富的電氣元件可供選擇：各種開關(guān)按鈕、電源、繼電器線圈和傳感器。利用這些電氣元件，把各種電氣元件連成一個電氣控制系統(tǒng)，再通過電氣元件和液動元件之間建立標(biāo)簽，就可以設(shè)計出與液壓傳動回路配合的電氣控制回路。如圖3為雙作用液壓缸換向電氣控制回路。

3.3液壓回路仿真

當(dāng)液壓回路和相配合的電氣控制回路設(shè)計完成之后，可將FluidSIM軟件切換到仿真模式，啟動回路仿真功能。將鼠標(biāo)放置在開關(guān)按鈕SB1上，此時鼠標(biāo)將會變?yōu)槭种感螤睿c(diǎn)擊即可運(yùn)行。圖4為雙作用液壓缸換向回路仿真圖，液壓回路仿真圖中的高壓油路為深紅色線條，淺灰色線條代表低壓油路，如圖4（a）;紅色線條表示電氣控制回路接通線路的部分，如圖4（c）。在液壓回路仿真中，可提前設(shè)置各液動元器件的壓力和流量為顯示狀態(tài)，仿真中可以隨時查看各管路上某點(diǎn)壓力和流量的大小，也還可以導(dǎo)出各元器件工作與時間關(guān)系的狀態(tài)圖，如圖4（b）。

通過液壓回路仿真，可以加深學(xué)生對液壓回路工作原理的認(rèn)識，也可以驗(yàn)證液壓回路系統(tǒng)的正確性，進(jìn)而將系統(tǒng)付諸實(shí)踐。

3.4FluidSIM 軟件多媒體教學(xué)應(yīng)用

FluidSIM軟件引入到液壓與氣動技術(shù)課程設(shè)計中，一方面讓學(xué)生了解和掌握液壓系統(tǒng)，幫助學(xué)生更好的理解該課程;另一方面借助計算機(jī)輔助教師去設(shè)計課程。該軟件教學(xué)模塊中具有豐富的液壓技術(shù)基礎(chǔ)、元器件的工作原理、綜合性演示文稿等，如圖5所示。教師在實(shí)踐教學(xué)過程中，利用FluidSIM軟件多媒體教學(xué)資源輔助教學(xué)，也可以輔助學(xué)生課后進(jìn)一步學(xué)習(xí)液壓與氣動技術(shù)的理論知識，鞏固課堂實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。多媒體教學(xué)影片的引入，既改善教師實(shí)踐教學(xué)的效果，又利于學(xué)生對抽象概念的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。

4結(jié)論

本文基于FluidSIM仿真軟件，在《液壓與氣動技術(shù)》綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，采用FluidSIM仿真軟件可以有以下優(yōu)勢：

（1）利用FluidSIM仿真軟件，可以使學(xué)生對所有液壓與氣動回路的工作狀態(tài)有了更清楚的認(rèn)識。學(xué)生可以在液壓回路設(shè)計實(shí)驗(yàn)前，先對自己設(shè)計的回路進(jìn)行模擬仿真，得出仿真數(shù)據(jù)，再根據(jù)仿真數(shù)據(jù)分析原因，使學(xué)生更加具體的認(rèn)識液壓與氣動回路工作狀態(tài)。

（2）利用FluidSIM仿真軟件，學(xué)生對液壓與氣動元器件的工作原理更加容易理解。在仿真軟件中，獨(dú)立的液壓或氣壓元件，根據(jù)要求設(shè)計不同的也與氣動回路，通過對不同設(shè)計方案的比較與分析優(yōu)化最佳方案，培養(yǎng)學(xué)生的分析和創(chuàng)造能力。

（3）使用多媒體技術(shù)和FluidSIM仿真軟件相結(jié)合輔助《液壓與氣動技術(shù)》課程教學(xué)，使教學(xué)直觀生動，教學(xué)內(nèi)容易接受，提高教學(xué)效果。利用多媒體教學(xué)影片可以輔助教師的實(shí)踐教學(xué)部分，也可以幫助學(xué)生更好的理解抽象原理和課后鞏固，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。

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

[3]韓京海.液壓與氣動應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[4]郭津津，王曉蘭，袁旭.FluidSIM軟件在《液壓傳動》教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2011，（39）：8083.

[5]余金偉.FluidSIM軟件在氣動系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008，（6）：2223.

[6]畢長飛.FluidSIM 3.6 仿真軟件在《液壓與氣動技術(shù)》中的應(yīng)用[J].液壓與氣動，2011，（8）：111114.

[7]王志華.FluidSIM軟件在《液壓傳動與氣動技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014，（13）：5658.

[8]楊存智.基于FluidSIM-Pneumatics軟件的氣動及機(jī)電一體化設(shè)計[J].煤礦機(jī)械，2004，（9）：6365.

[9]李玉軍.基于FluidSIM軟件的液壓與氣動技術(shù)課程教學(xué) [J].機(jī)電技術(shù)，2011，（4）：181183.