利用仿真軟件提高液壓教學(xué)質(zhì)量

左鋒

摘 要：《液壓與氣壓傳動(dòng)》是中職機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的核心課程，本文采用FluidSIM仿真軟件里元件插圖功能使液壓元件原理講解更生動(dòng)，使用軟件的仿真功能拓展了實(shí)訓(xùn)的范圍，取得了較好的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：液壓與氣壓傳動(dòng) FluidSIM 元件插圖 仿真

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（a）-0179-02

《液壓與氣壓傳動(dòng)》是本校在分析當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)特色而開設(shè)的機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的核心課程。該課程的開設(shè)，彌補(bǔ)了機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生在機(jī)械方向較為薄弱的短板，豐富了學(xué)生的技能水平，拓展了就業(yè)渠道，取得了較好效果。但在教學(xué)的過程中，本人發(fā)現(xiàn)，由于受到設(shè)備液壓元件種類限制，學(xué)生可以實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目較少，不能全面掌握液壓系統(tǒng)的特性，而不足的設(shè)備數(shù)量也限制了學(xué)生的實(shí)訓(xùn)時(shí)間，影響教學(xué)效果，因此有必要探討利用一些信息化方法來拓展液壓實(shí)訓(xùn)的空間，加強(qiáng)學(xué)生液壓學(xué)習(xí)的效果，所以，本人在課程中引入了仿真軟件的教學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，取得較好的效果。

1 仿真軟件介紹

本課程所采用的仿真軟件為FluidSIM軟件，該軟件由德國(guó)Festo公司Didactic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(dòng)的教學(xué)軟件，F(xiàn)uidSIM軟件分兩個(gè)軟件，其中FluidSIM-H用于液壓傳動(dòng)教學(xué)，而FluidSIM-P用于氣壓傳動(dòng)教學(xué)，該軟件的主要特征是。

（1）CAD功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起。FluidSIM軟件符合DIN電氣-液壓（氣壓）回路圖繪制標(biāo)準(zhǔn)，CAD功能是專門針對(duì)流體而特殊設(shè)計(jì)的，例如在繪圖過程中，F(xiàn)luidSIM軟件將檢查各元件之間連接是否可行。最重要的是可對(duì)基于元件物理模型的回路圖進(jìn)行實(shí)際仿真，并有元件的狀態(tài)圖顯示，這樣就使回路圖繪制和相應(yīng)液壓（氣壓）系統(tǒng)仿真相一致，從而能夠在設(shè)計(jì)完回路后，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，并演示回路動(dòng)作過程。

（2）系統(tǒng)學(xué)習(xí)的概念。FluidSIM軟件可用來自學(xué)、教學(xué)和多媒體教學(xué)液壓（氣壓）技術(shù)知識(shí)。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(dòng)畫來描述；各種練習(xí)和教學(xué)影片講授了重要回路和液壓（氣壓）元件的使用方法。

（3）可設(shè)計(jì)和液壓氣動(dòng)回路相配套的電氣控制回路。彌補(bǔ)了以前液壓與氣動(dòng)教學(xué)中，學(xué)生只見液壓（氣壓）回路不見電氣回路，從而不明白各種開關(guān)和閥動(dòng)作過程的弊病。電氣-液壓（氣壓）回路同時(shí)設(shè)計(jì)與仿真，提高學(xué)生對(duì)電氣動(dòng)、電液壓的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。

2 軟件的教學(xué)應(yīng)用

作為一款強(qiáng)大的仿真液壓軟件，其不但有仿真功能，還有元件的展示功能。因此在教學(xué)中不但可以利用其展示功能來介紹元件的原理，還能利用其仿真功能來描述回路的特性。

2.1 元件的展示功能

在液壓的理論教學(xué)中，需要涉及到一些液壓元件的原理講解，以往對(duì)于這方面的講解主要是基于書本和設(shè)備實(shí)物，但由于書本上的畫面不夠生動(dòng)，而實(shí)物元件不能拆卸，內(nèi)部構(gòu)造無法看出，也不能直觀的反應(yīng)元件的原理。FluidSIM軟件的元件圖片和元件插圖功能可以有效的解決這個(gè)問題，元件圖片可以讓學(xué)生清晰的看到元件的外觀，元件插圖可以讓學(xué)生直觀的了解元件的構(gòu)造。如我們?cè)谥v解液壓控制閥溢流閥這堂課時(shí)，我們就可以在元件圖片、元件插圖功能里找到相應(yīng)的符號(hào)、實(shí)物照片和原理圖，如圖1所示。

圖1中三個(gè)圖溢流閥的三種表達(dá)方式。第一個(gè)圖形是溢流閥的元件符號(hào)，是工程語言，是學(xué)生認(rèn)識(shí)工程圖，安裝工程圖的基礎(chǔ)。從符號(hào)上我可以看到溢流閥有兩個(gè)油口，即P口和T口，實(shí)線箭頭代表溢流閥的主油路，虛線代表控制油路，右邊箭頭代表彈簧。第二個(gè)圖形是溢流閥的實(shí)物圖，在圖中我們可以向?qū)W生講解哪個(gè)是P口，哪個(gè)是T口，哪里可以調(diào)節(jié)彈簧，學(xué)生看到此實(shí)物圖就能夠在使用中正確的連接和調(diào)節(jié)，不足的是學(xué)生沒有辦法看到其內(nèi)部的油路即控制原理。第三個(gè)圖形則為我們解決這個(gè)問題，原理圖讓我們很好的看到了溢流閥的工作原理，在圖中我們可以看到溢流閥是如何調(diào)整系統(tǒng)壓力，為什么用旋鈕調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)溢流閥的壓力設(shè)定等。

2.2 回路的仿真功能

液壓回路的仿真功能主要有兩個(gè)作用，輔助液壓實(shí)訓(xùn)和拓展液壓實(shí)訓(xùn)。

輔助液壓實(shí)訓(xùn)功能，傳統(tǒng)的液壓實(shí)訓(xùn)安排是老師布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)，發(fā)放實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，然后講解實(shí)訓(xùn)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，最后學(xué)生開始實(shí)訓(xùn)。采用這種實(shí)訓(xùn)方式，學(xué)生往往在對(duì)液壓回路不是很熟悉的情況下開始實(shí)訓(xùn)，首先學(xué)生對(duì)液壓回路了解不夠深刻，對(duì)于也要元件的功能不熟悉，這個(gè)時(shí)候?qū)嵱?xùn)，學(xué)生往往是照葫蘆畫瓢，只是簡(jiǎn)單的完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，對(duì)于實(shí)訓(xùn)任務(wù)沒有深刻了解。其次，學(xué)生對(duì)液壓回路陌生，第一次去連接往往手足無措，實(shí)訓(xùn)的過程中容易出現(xiàn)差錯(cuò)。

拓展液壓實(shí)訓(xùn)，液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)受硬件條件限制，實(shí)訓(xùn)科目和范圍有限，如本校的實(shí)驗(yàn)臺(tái)沒有P型的三位換向閥和流量計(jì)，無法進(jìn)行差動(dòng)實(shí)驗(yàn)，而差動(dòng)實(shí)驗(yàn)是液壓回路中重要的一個(gè)組成部分，其主要特點(diǎn)是壓力油同時(shí)進(jìn)入液壓缸的左、右兩腔。因此有必要在仿真系統(tǒng)里搭建一個(gè)實(shí)訓(xùn)回路來進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。圖2就是我搭建的相關(guān)液壓試驗(yàn)回路。

圖2中，P型三位四通換向閥左位時(shí)，液壓缸伸出，換向閥右位時(shí)，液壓缸縮回，換向閥中位時(shí)，液壓缸差動(dòng)伸出。該實(shí)驗(yàn)的仿真建立可以讓學(xué)生很直觀的了解到差動(dòng)連接的特點(diǎn)，仿真時(shí)顯示的參數(shù)可以清晰的看到液壓缸在差動(dòng)伸出和普通伸出時(shí)的速度和力的大小，流量計(jì)1和流量計(jì)2可以顯示流量的大小，流量與速度的對(duì)比并相應(yīng)的聯(lián)系，方便學(xué)生深刻的了解差動(dòng)連接的特點(diǎn)。此外，學(xué)生還可以在仿真實(shí)訓(xùn)中進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，比如流量的設(shè)置、壓力設(shè)置等等。也可以進(jìn)行回路的修改，觀察元件更換后變化。

3 教學(xué)效果反饋

教學(xué)過程中，針對(duì)液壓仿真軟件使用的效果，本人做了調(diào)查并相應(yīng)的進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。學(xué)生反應(yīng)，以前很反感老師講一些液壓元件的工作原理，感覺比較枯燥，老師重復(fù)很多次都解釋不清楚，現(xiàn)在看到元件插圖的動(dòng)畫演示很容易就明白了。對(duì)于液壓仿真實(shí)訓(xùn)，學(xué)生反應(yīng)操作更為簡(jiǎn)便，參數(shù)更改容易，回路修改更為方便，特別是在進(jìn)行液壓仿真實(shí)驗(yàn)后再去進(jìn)行相應(yīng)的液壓實(shí)訓(xùn)，學(xué)生的實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)確率更高，實(shí)訓(xùn)的效果更好。

總之，利用元件圖片和元件插圖功能，特別是元件插圖的動(dòng)畫演示，可以讓學(xué)生在視覺上直觀的看到各種液壓元件的工作原理，使得同學(xué)以前單調(diào)的書本教學(xué)變得生動(dòng)。液壓仿真功能，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，認(rèn)識(shí)更多的液壓元件。總體而言，仿真軟件的使用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自信，提高了液壓教學(xué)質(zhì)量，取得較好的效果。

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