FluidSIM液压气动仿真软件的教学应用

2015-06-05黄春艳房品慧

石家庄理工职业学院学术研究 2015年2期

关键词：换向阀差动液压缸

黄春艳，房品慧

（石家庄理工职业学院，河北石家庄 050228）

FluidSIM液压气动仿真软件的教学应用

黄春艳，房品慧

（石家庄理工职业学院，河北石家庄 050228）

本文根据《液压与气压传动》的教学特点及教学内容，介绍了FluidSIM软件的主要功能，并将仿真教学应用到课程教学及仿真实训教学中，使学生由被动学习变为主动学习，达到了“教中做、做中学、学中练”的目的。该方法的应用加快了学生对本门课程的理解速度，从而达到提高教学质量的效果。

FluidSIM软件；液压；仿真；应用

液压与气压传动是以流体为工作介质进行能量传递和控制的一种方式。由于它具有其他传动方式不可替代的优势，因此被广泛应用于工程机械、汽车、航空等领域。《液压与气压传动》课程是机械类专业极其重要的专业基础课。液压、气动元件结构复杂，系统工作过程抽象。在教学中如何让静止、抽象的内容转变为直观、形象的知识，是这门课程教学的重点及难点[1]。

教师将FluidSIM软件引入教学过程，学生应用它设计并仿真回路，使液压气动元件在回路各个运动阶段的工作过程，清晰形象地展现在学生面前，从而加深了学生对元件和回路原理的理解。软件先进的仿真功能，直观、逼真的仿真效果，促使学生参与到液压与气压传动回路设计和仿真的整个过程，使学生在真实情景中快乐学习,进而提高了学习效率。

1 FluidSIM教学软件的主要功能

FluidSIM软件由德国Festo公司Didacti-c教学部门和Paderborn大学联合开发，是专门用于液压与气压传动的教学软件。FuidSIM由两个软件组成，其中FluidSIM-H用于液压传动教学，而FluidSIM-P用于气压传动教学。

FluidSIM软件用户界面直观，采用图形操作界面，拖拉图标进行设计，面向对象设置参数，易于学习，学生能够很快地学会绘制液压、气压回路图，并对其进行仿真。

1.1 绘图功能

绘图功能图库中有100多种标准液压、气动、电气元件。绘图时可把图库中的元件直接拖到制图区生成该元件的原理图，各个元件接口间回路的链接，只需在两个连接点之间按住鼠标左键移动，即可生成所需的回路。FluidSIM软件CAD功能是专门针对流体而特殊设计的。在绘图过程中，FluidSIM软件将检查各元件之间的连接是否可行，软件的查错功能，可避免回路绘制过程中出现错误，较大地提高了绘制原理图的工作效率。

1.2 仿真功能

FluidSIM软件可以对绘制好的回路进行仿真，通过强大的仿真功能可以显示和控制回路的动作，及时发现设计中存在的错误，从而设计出结构简单、工作可靠、效率较高的回路。在仿真中我们还可以观察到各元件的物理量值，如液压缸活塞杆的运动速度、输出力、节流阀的开度等，这样能够预先了解回路的动态特性，从而正确的估计回路实际运行时的工作状态。另外该软件在仿真时还可显示回路中关键元件的状态量，如液压缸活塞杆的位置、换向阀的位置、压力表的压力、流量计的流量等。

1.3 演示功能

FluidSIM软件包含了丰富的教学资料，液压气动元件可以通过文本说明、实物图片以及介绍其工作原理的动画来描述。

FluidSIM软件包含有15个教学影片，每个影片长度不超过10分钟。讲授了液压元件和重要回路的工作原理，介绍了液压气动基本概念和一些典型应用领域。

2 FluidSIM软件的应用

2.1 在课堂教学中的应用

FluidSIM的“教学”菜单下，不仅有许多完美的演示文稿，还可以自己创建演示文稿。当讲解液压气动基本回路时，利用该软件搭建基本回路并仿真演示其工作过程，有助于学生对基本回路工作原理的理解[2]。

FluidSIM软件还可设计与液压气动回路相配套的电气控制回路。液压（气压）－电气回路设计与仿真同时进行，使学生目睹液压传动与电气控制的关系，从而明白各种控制元件动作过程，提高学生的综合能力。

2.2 在仿真实训教学中的应用

2.2.1 仿真实验

液压气动实物实验前，学生首先进行相关的仿真实验，然后实现情景再现。例如，为学生们提供如图1所示的图片，要求使用图中元件设计液压缸快进—工进—快退回路，利用二位三通换向阀实现液压缸差动连接，启动仿真调试手段验证回路的正确性。

图1 仿真实验所用元件图

学生们用FluidSIM软件连接的回路不尽相同，通过对不同设计方案的讨论分析，选取较优方案如图2所示。

图2 FluidSIM仿真连接图

启动仿真，点击手柄使换向阀1和3左位接入，液压缸差动连接作快进运动。点击换向阀3手柄，换向阀3右位工作，差动连接被切断，液压缸回油经过单向节流阀实现工进。换向阀1右位接入后，液压缸有杆腔进油，即快退。改变节流阀的开度可以调整活塞杆的运动速度[3]。

2.2.2 拓展练习

省去二位三通换向阀，采用何种中位机能三位四通换向阀能实现差动连接？设计回路并仿真实现。

在实际应用中,常用P型中位机能的三位换向阀实现液压缸的差动连接，如图3所示。启动仿真，点击手柄使换向阀1中位接入，液压缸差动连接作快进运动。点击换向阀1手柄，换向阀1左位工作，差动连接被切断，液压缸回油经过单向节流阀实现工进。换向阀1右位接入后，液压缸有杆腔进油，即快退。通过对两种液压缸差动连接回路的设计与仿真，加深了学生对差动连接的体会。