FluidSIM在液壓傳動課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

◇南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 趙國偉 李 薇 沈桓宇

本文將FluidSIM軟件應(yīng)用于液壓傳動課程教學(xué)，研究其在液壓元件和液壓回路教學(xué)方面的應(yīng)用。研究表明，F(xiàn)luidSIM軟件簡單易學(xué)，能促進(jìn)學(xué)生理解相關(guān)知識點(diǎn)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)。

液壓傳動廣泛應(yīng)用于機(jī)床與汽車工業(yè)、工程機(jī)械、家用電器等行業(yè)。《液壓傳動》課程是高職院校機(jī)械類專業(yè)主干課程[1]。傳統(tǒng)的液壓傳動課程教學(xué)主要針對液壓動力元件、液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件及液壓基本回路進(jìn)行初步的學(xué)習(xí)，相關(guān)知識點(diǎn)的連貫性較差，學(xué)生脫離教材后難以獨(dú)立分析工程實(shí)際案例，缺乏液壓傳動系統(tǒng)分析和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，在相關(guān)工作崗位上無競爭優(yōu)勢[2]。本文將FluidSIM軟件引入液壓傳動課程教學(xué)，借助FluidSIM軟件提高學(xué)生對液壓傳動系統(tǒng)的認(rèn)知、分析和設(shè)計能力，使液壓傳動課程教學(xué)更加貼近工作實(shí)際。建立適應(yīng)于高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的液壓傳動課程教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)對液壓傳動課程進(jìn)行教學(xué)改革的目的。解決學(xué)生對液壓傳動課程知識點(diǎn)掌握不牢、液壓系統(tǒng)分析能力弱的問題，提高學(xué)生解決液壓系統(tǒng)工程實(shí)際問題的能力。

1 FluidSIM軟件介紹

FluidSIM軟件是用于液壓技術(shù)的教學(xué)軟件，其可將機(jī)械輔助設(shè)計功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起，可對基于液壓元件物理模型的回路圖進(jìn)行模擬仿真，使回路圖繪制和相應(yīng)液壓系統(tǒng)仿真保持一致。FluidSIM軟件通過文本說明、圖形動畫等形式對液壓元件的基本原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，便于老師課堂講授和學(xué)生自學(xué)相關(guān)液壓技術(shù)知識[3-5]。

FluidSIM軟件包含仿真和新建回路圖、液壓技術(shù)多媒體教學(xué)、元件庫等模塊。仿真和新建回路模塊對軟件的基本操作、液壓元件的布置、管路和電纜的連接方式、回路圖和狀態(tài)圖的相關(guān)功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。液壓技術(shù)多媒體教學(xué)模塊為教師和學(xué)生提供了豐富的教學(xué)資源，包含元件描述、元件圖片和元件插圖等的詳細(xì)介紹，同時通過動畫、圖像等形式對液壓技術(shù)基礎(chǔ)和各元件工作原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述。元件庫中包含液壓傳動常用的各類液壓元件，在繪制液壓系統(tǒng)圖時，工作人員將需要的元件拖入繪圖區(qū)即可，操作簡單方便。

2 FluidSIM在液壓基本元件教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 液壓基本原理

FluidSIM軟件能將建立好的液壓回路進(jìn)行動態(tài)仿真，便于老師向?qū)W生展示各類液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理，如千斤頂、磨床工作臺液壓系統(tǒng)的工作原理。相較于傳統(tǒng)教學(xué)，動態(tài)演示更加形象直觀，便于學(xué)生理解，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2 液壓動力元件和執(zhí)行元件

高職院校學(xué)生在對動力元件和執(zhí)行元件學(xué)習(xí)過程中存在對液壓泵和液壓馬達(dá)工作原理理解不透徹，容易混淆液壓泵的壓力、排量、流量、功率、效率之間的關(guān)系，且不擅于進(jìn)行相關(guān)的計算。在FluidSIM軟件中將液壓泵、液壓缸和液壓馬達(dá)拖入繪圖區(qū)，設(shè)置好已知參數(shù)，就可以自動計算出其他的參數(shù)值，可以免去復(fù)雜的計算過程，將學(xué)生從繁雜的計算中解放出來，使得學(xué)習(xí)過程更加輕松，同時也降低了這部分知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)難度。學(xué)生掌握相關(guān)技巧后，可以將其應(yīng)用于以后的工作中，可有效避免因計算失誤而引起的事故。

2.3 液壓控制元件和輔助元件

FluidSIM軟件對各種類型的方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥都有詳細(xì)的介紹，并配有相應(yīng)的插圖。為方便學(xué)習(xí)者更好的理解各種液壓元件，F(xiàn)luidSIM對每一種液壓元件都配有相應(yīng)的回路圖，并對回路圖中各元件的功能進(jìn)行了詳細(xì)介紹，有助于學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后自學(xué)。在回路圖中不僅可以看見回路圖中各元件的連接方式，還能隨時查看各元件的圖形結(jié)構(gòu)、剖面結(jié)構(gòu)、功能與作用等詳細(xì)信息。教師圍繞回路圖對各類液壓閥的用途與分類、結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行詳細(xì)的講解，使得整個教學(xué)過程具有較強(qiáng)的帶入性，學(xué)生不再是單一的學(xué)習(xí)單個液壓元件，而是建立在系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對具體的液壓元件進(jìn)行全面深入的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生理解相關(guān)知識點(diǎn)。

3 FluidSIM在液壓回路教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 液壓基本回路

在傳統(tǒng)的液壓基本回路課堂教學(xué)中，通過PPT動畫展示各回路換向閥的切換與進(jìn)出油路的循環(huán)過程，這類PPT制作難度大，效率低，且不便于修改。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中引入FluidSIM軟件，借助于FluidSIM軟件調(diào)用制定好的液壓基本回路，不僅能動態(tài)顯示各類閥的切換過程，同時能精確顯示進(jìn)油路和回油路油液的流動方向并模擬執(zhí)行元件的動作過程。軟件的仿真過程可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，有助于學(xué)生理解液壓基本回路的作用原理。在液壓基本回路的學(xué)習(xí)過程中還能對各類液壓元件的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，如對液壓泵的參數(shù)、液壓缸的負(fù)載、液壓閥的調(diào)節(jié)壓力等按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)置，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的同時能鞏固前面的知識點(diǎn)。

3.2 典型液壓系統(tǒng)分析

液壓傳動課程前期教學(xué)環(huán)節(jié)對液壓元件和液壓基本回路學(xué)習(xí)的最終目的就是要讓學(xué)生掌握基本的液壓系統(tǒng)分析技巧，最終能結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際需求設(shè)計出符合生產(chǎn)實(shí)際的液壓系統(tǒng)。因此，典型液壓系統(tǒng)分析是液壓傳動課程中綜合性最強(qiáng)，要求最高的一個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)模式圍繞典型液壓系統(tǒng)原理圖對該系統(tǒng)的每一個動作過程中各開關(guān)、閥類元件、進(jìn)油路、回油路進(jìn)行逐一分析。因?yàn)閺?fù)雜液壓系統(tǒng)的動作要求較多，液壓閥的配合方式復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)起來往往顧此失彼，難以吸收課堂知識。FluidSIM軟件中包含大量可用于教學(xué)的典型液壓系統(tǒng)，教師也可以根據(jù)課程需要自主設(shè)計適應(yīng)于自身課堂的液壓系統(tǒng)。借助于軟件的仿真功能可以模擬系統(tǒng)在各種工況下的運(yùn)行情況，設(shè)置好各元件的性能參數(shù)后，還可以通過狀態(tài)圖觀察不同工況下各元件的運(yùn)行情況。在FluidSIM中繪制好液壓系統(tǒng)原理圖后，學(xué)生可以利用檢查功能檢查自己所繪制原理圖是否存在錯誤，結(jié)合仿真模擬功能可以設(shè)計出符合要求的液壓系統(tǒng)。

4 結(jié)語

FluidSIM軟件能有效解決液壓傳動課程中的大部分問題，其具有易于安裝、操作簡單等特點(diǎn)，便于教師將其應(yīng)用于課堂教學(xué)。FluidSIM通過軟件的操作來代替復(fù)雜的計算和液壓系統(tǒng)分析過程，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在通過液壓傳動這門課程認(rèn)識并學(xué)會使用FluidSIM后能在將來從事液壓傳動相關(guān)工作時具備較強(qiáng)的分析能力，并能利用課堂所學(xué)方法有效解決工程實(shí)際問題，有助于提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，增強(qiáng)其在人才市場上的競爭力。