FluidSIM软件在《液压传动与气动技术》教学中的应用

2014-03-28王志华

杨凌职业技术学院学报 2014年2期

王志华

(杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100)

《液压传动与气动技术》课程是机电一体化技术专业的专业核心课。但液压与气动元件内部结构复杂，系统过程抽象，空间动作难以想象，仅仅以文字表述、多媒体课件及图例方法提高教学效果，很难使学生理解其原理和动作特点，不能充分增强学生的思维能力、激发学生学习兴趣。德国Festo公司和Paderborn大学联合开发的FluidSIM软件可对基于元件符号的液压和气动回路进行设计、仿真演示，验证设计的正确性，具体展示回路动作的全过程。在教学中加以应用，提高了学生学习兴趣，增强了学生学习积极性和创造性，收到了很好的效果。

1 FluidSIM软件的特点

FluidSIM软件是一款应用于液压与气动技术的教学、设计、仿真的软件，分为液动教学FluidSIM-H和气动教学FluidSIM-P两个软件，分别可对液动和气动回路设计、仿真。该软件将CAD功能和仿真紧密联系，并且图形界面简单易懂，对于教师和学生都具有自学设计和仿真的方便功效。提供的教学设计和多媒体教学技术知识全面多样，液压元件配备有文本说明、图形、剖视图动画演示，逼真的模拟了元器件的工作过程及原理。同时，还提供了丰富的演示文稿和教学影片，进一步加深学生对液压传动的学习兴趣和理解。

FluidSIM软件用户界面采用直观的绘图操作界面模式，如图1。拖拉图符设计回路，双击或右键点击图符的对话框式参数设置，教师和学生均易于学习、设计、仿真。

图1 FluidSIM软件界面

2 FluidSIM软件在教学中的应用

2.1 液压回路的设计

在教学设计中，FluidSIM软件对系统特性模拟具体、准确，符合DIN电气——液压传动与气动回路设计的标准，既可以设计传动回路，也可以进行系统模拟、仿真。在设计液压回路中，将元件库中的元件图符直接拖至设计界面，按照设计回路在连接点直接点击鼠标左键按住不放，移动至另一连接点即可连接；鼠标双击设计界面中的元件，即可设置元件参数；在元件或连接点上双击设置标签。

FluidSIM软件元件库中的液压元件丰富、易识别，对于教学和学生接受较为容易，而且使学生加深对液压元件图符的认知和功能的了解。文中设计了一个双作用液压缸的换向回路，回路中采用三位四通M型中位机能的电磁换向阀来控制液压缸的换向，如图2。通过电气控制液压回路，能充分展现各种开关和阀的动作过程。

图2 双作用液压缸换向回路

2.2 电气控制回路设计

FluidSIM软件也可以设计和液压回路相配套的电气控制回路，并且利用电气控制回路对液压回路进行控制，避免了在过去的液压传动和气动教学实验中，学生只对液压传动部分进行设计和实验，对电气回路缺乏设计和实验，电气控制液压回路掌握不够等现象。通过电气——液压回路的设计和仿真，不但使得学生对电气对液压的控制有了深刻的认知，而且在实际应用方面得到了很大的提升。

在元件库中，FluidSIM拥有丰富的电气元件：按钮、开关、继电器和各种传感器。设计时，在元件库中找出设计需要的元件，拖至设计页面，并把电气元件按连接成电气控制系统，电气元件和液动元件之间通过标签建立联系，即可完成电气控制部分回路设计，如图3为电控的双作用液压缸换向电气控制回路。

图3 双作用液压缸换向电气控制回路

2.3 仿真演示

液压和电气控制回路设计完成之后，进入仿真模拟阶段，点击菜单中的启动按钮，系统进入开始运行状态，将鼠标放置在按钮开关SB1上或会变为小手形状，点击即可运行，同时可以看到各个液压元件旁显示相应参数。在图中的深红色线条为压力工作油，浅褐色线条为常压工作油，电气图中的红色线条为线路接通部分，如图4。在仿真过程中，点击快捷菜单中的暂停按钮可以查看各个元件的当前的状态和参数，如鼠标双击或右键点击液压源和溢流阀元件图符，可以显示元件当前的压力和流量参数设置对话框，进行元件参数设置。通过上述分析，可知该液压回路系统的设计是否正确，进而将设计方案应用于实践环节。

通过液压和电气控制回路的设计、仿真和元件状态的实时显示，可以明确的了解各个元件在工作过程中的状态变化，加深了学生对元件和回路原理的理解。

图4 双作用液压缸换向回路仿真

2.4 演示文稿及教学影片

FluidSIM的综合性演示文稿和教学影片具有丰富的演示资料，如图5，涉及到气动、液压教学领域中的各种课题。将这些演示文稿在教课的搭建模型仿真的同时展示给学生，让学生进一步的了解和学习液压和气动元件，将仿真的过程更加具体、形象的展示出来，加深学生的认识和理解力。此外，教师也可以通过其他Windows程序中的图形，文字或影片来构建适宜教学要求的演示文稿。