主頁 > 技術文章 > FluidSIM在液壓與氣壓傳動課程多媒體教學中的應用 2018-05-08

FluidSIM在液壓與氣壓傳動課程多媒體教學中的應用

摘要：介紹了德國Festo公司FluidSIM軟件的CAD和電氣－液壓（氣壓）回路仿真功能。結合實例說明了FuidSIM軟件在液壓與氣壓傳動課程多媒體教學中的應用。通過讓學生在課堂上聽講或課后實際操作的方式參與到液壓與氣壓傳動回路設計和仿真的整個過程，激發學生的學習興趣，提高學習效果。
前言：
《液壓與氣壓傳動》課程是機械類專業一門重要的專業基礎課，但是液壓與氣壓傳動元件結構復雜，系統過程抽象，在教學中如何讓靜止、抽象的內容轉變為主動形象的知識，加深學生對內容的理解和掌握，一直是這門課程教學的難題之一。以往的教學主要采用粉筆加掛圖的方式，隨著計算機技術應用于教學中，老師們逐漸開始用多媒體課件及圖片和影像的方式來展現液壓元件和液壓回路的工作過程。這些方式在一定程度上提高了學生的學習興趣，但是這些多媒體課件都是老師在上課前預先做好的，在課堂上學生是被動的接受，能不能采用一種更主動的方式，讓老師和學生共同參與設計并仿真一些回路呢？筆者應用Festo公司的FluidSIM軟件進行回路設計與仿真教學，提高了學生的學習興趣和學習效果。
1 FuidSIM軟件介紹：
FluidSIM軟件是由德國Festo公司 Didactic 教學部門和Paderborn大學聯合開發，是專門用于液壓與氣壓傳動的教學軟件，FuidSIM軟件分兩個軟件，其中FluidSIM-H用于液壓傳動教學，而FluidSIM-P用于氣壓傳動教學。
FluidSIM軟件的主要特征是：
（1）CAD功能和仿真功能緊密聯系在一起。FluidSIM軟件符合DIN電氣—液壓（氣壓）回路圖繪制標準，CAD功能是專門針對流體而專門設計的，例如在繪圖過程中，FluidSIM軟件將檢查各元件之間的連接是否可行。最重要的是可對基于元件物理模型的回路圖進行實際仿真，并有元件的狀態圖顯示，這樣就使回路圖繪制和相應液壓（氣壓）系統仿真相一致，從而能夠在設計完回路后，驗證設計的正確性，并演示回路的動作過程。
（2）系統學習的概念。FluidSIM軟件可用于自學和教學。液壓（氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動畫來描述；各種練習和教學影片則講授了重要回路和液壓（氣壓）元件的使用方法。
（3）可設計和液壓氣動回路相配套的電氣控制回路。彌補了以前液壓與氣壓教學中，學生只見液壓（氣壓）回路不見電氣回路，從而不明白各種開關和閥門動作過程的弊病。電氣－液壓（氣壓）回路設計與仿真同時進行，可以提高學生對電氣動、電液壓的認識和實際應用能力。
FluidSIM軟件用戶界面直觀，采用類似畫圖軟件似的圖形操作界面，拖拉圖標進行設計，面向對象設置參數，易于學習，用戶可以很快地學會繪制電氣—液壓（氣壓）回路圖，并對其進行仿真。
2、FuidSIM軟件在液壓與氣壓傳動課程多媒體教學中的應用：
2．1 設計和仿真液壓（氣壓）回路：
由于FluidSIM-H和 FluidSIM-P用戶界面完全一致，操作類似，因此以FluidSIM-H軟件為例來介紹。先看一下它的主界面，
我們可以看到界面非常直觀，元件庫在左半部分，設計界面在右半部分，我們可以直接用鼠標從左邊的元件庫中拖拉液壓元件放在右邊的設計區進行設計，回路可以課前設計，也可在課堂上現場設計。界面上已經設計了一個液壓回路，圖中黑色線條為油管，主要液壓元件為溢流閥（設計工作壓力為5Mpa)、手動三位四通換向閥、卸荷閥（設計工作壓力2Mpa）、單作用液壓缸、液壓源（額定流量2l/min）和三個壓力表，在設計的回路圖旁邊有一個狀態圖，顯示單作用缸和卸荷閥的狀態，那么我們現在點擊界面上部的黑色三角型仿真按鈕進行仿真，并用鼠標點動換向閥到左位，回路仿真過程中動態截屏。
從圖中我們看到，深紅色的線條為壓力油，淺褐色線條為常壓油，手動換向閥在左位，液壓源壓力超過卸荷閥的工作壓力2Mpa，卸荷閥打開，液壓油流入液壓缸的左腔，液壓缸的活塞桿目前已經運動到缸的最右端，速度為零，此時溢流閥也已經打開實現溢流定壓，三個壓力表顯示的壓力分別為：進油腔壓力5Mpa，回油腔壓力0Mpa，液壓源壓力和溢流閥進口壓力5Mpa。在回路右邊的單雙作用缸和換向閥的狀態圖中已經清晰的顯示出單作用缸的工作行程和時間的關系，換向閥閥位和時間的關系。
　　我們可以在任何過程中，暫停仿真過程，查看各個元件的狀態和參數，如鼠標右鍵點擊液壓源和溢流閥符號，在右鍵菜單中選擇“屬性”，則顯示對應元件當前的壓力和流量參數，
通過這個回路的運動仿真和元件狀態的實時顯示，能夠清晰的反映各元件在回路的各個運動階段的工作過程，加深學生對元件和回路原理的理解。
2．2 系統的補充液壓知識：
軟件本身自帶和液壓傳動有關的元件說明、插圖、圖片和影像，如我們右鍵點擊上圖的三位五通換向閥，在右鍵菜單中選擇“圖片”，則可顯示此元件的圖片，如圖4；在右鍵菜單中選擇“插圖”，則顯示此元件的插圖，如圖5；在右鍵菜單中選擇“元件說明”，則顯示此元件的技術說明，如圖6。
此軟件有配套的教學錄像光碟，點擊“教學”菜單選擇“教學影片”，就可在講課過程中播放配有中文講解的教學錄像，如圖7。這樣可以讓學生在學習回路設計的基礎上，進一步系統的學習液壓傳動的基礎知識。
　　　2．3設計電氣控制回路：
FuidSIM－H軟件有豐富的電控元件供選擇，如：24V電源正負極、各種主令開關、接近開關、繼電器線圈、各種觸點等，能夠設計和液壓傳動回路配套的電氣控制回路，并能同時進行電氣和液壓的回路仿真。
筆者設計了一個電控的雙作用液壓缸往復動作回路，仿真圖如圖7所示。
筆者設計了兩個點動開關SA1和SA2，由它們控制兩個繼電器KA1和KA2，通過繼電器KA1和KA2的常開觸點來控制電磁閥Y1和Y2的通斷，進而控制電磁換向閥的閥位，使氣路轉換，實現液壓缸活塞桿的前伸和回縮。若電氣控制回路和液壓回路設計完畢，可立刻進行聯合仿真。如果電氣回路不符合電氣原理，軟件會自動提示，仿真中斷。筆者在給那些需要加強電子液壓和電子氣動知識的專業的學生（如：機電一體化技術專業和數控技術專業）講課時，設計回路前先給學生補充電控的知識，或者在課堂和習題課上現場設計電氣和液壓回路，或者從網上下載免費的試用版軟件，讓學生復制回去在宿舍中利用自己的計算機進行設計，使學生進行電氣和液壓的綜合訓練，提高學生機電液綜合應用能力。
　　在連續三屆學生的液壓與氣壓傳動理論教學中，嘗試使用FuidSIM軟件輔助教學。在指導液壓回路課程設計時，用電腦演示各個學生的設計結果，現場分析優劣，對學生的思路有很大啟發。
從學院網絡教學平臺上學生對液壓與氣壓傳動教學評價中，可以看到大部分學生都認為采用FuidSIM軟件教學直觀生動，教學內容易接受，學習效果好。

上一篇：淺談職業教育中提高計算機課程教學模式的研究
下一篇：淺談《電工儀表與測量》的課程教學

彩人间

FluidSIM在液壓與氣壓傳動課程多媒體教學中的應用

我們的優勢：