[FluidSIM软件在“液压与液力传动”教改中的应用]液压与液力传动
时间：2019-05-14 03:20:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：分析了目前“液压与液力传动”课程教学中出现的一些问题，提出了教学改革的一种思路，即通过引入一种液压仿真软件FluidSIM来弥补传统教学方法的不足，提高教学质量。
关键词：液压仿真；FluidSIM；教学改革；液压与液力传动
作者简介：吕刚（1976-），男，陕西西安人，西安建筑科技大学机电工程学院，讲师；贺利乐（1963-），男，陕西户县人，西安建筑科技大学机电工程学院，教授。（陕西西安710055）
基金项目：本文系西安建筑科技大学2011年重点教改项目“新办工程机械专业创新性应用型人才培养模式的研究与实践”（项目编号：JG011110）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）16-0048-02
液压传动与液力传动具有其他类型的传动所不具备的优点，目前广泛应用于建筑机械、矿山机械、数控机床、汽车制造业、军事工业等诸多领域。因此，“液压与液力传动”课程已成为高等院校机械专业一门非常重要的专业基础课。但是，随着时代的发展，这门课的教学过程中出现的一些问题影响了教学效果，为此需要进行教学改革方面的研究与探索。
一、目前“液压与液力传动”教学中出现的问题
1.学时压缩
传统的“液压与液力传动”教学计划总课时在100学时（包括流体力学部分）以上，其中包括10个课时左右的实验学时。随着国家本科专业的调整以及多媒体教学方法的大规模应用，西安建筑科技大学（以下简称“我校”）的“液压与液力传动”课程的总教学学时由原先的64学时调整为56学时，实验学时也减少到6个学时。如何在这么短的学时内，达到国家教育部门要求的本科教学目标，是这门课教改面临的首要问题。
2.新知识和新内容的增加
近年来，随着液压技术、控制技术、液力传动技术的迅速发展，出现了插装阀、比例阀、伺服阀、多功能复合阀等新型液压元件和电液比例控制、伺服控制等新型控制系统。在教学过程中，是选择成熟的传统元件和传动系统，还是选择新型元件和新型液压控制系统作为教学的基本方向，这是教改面临的重要问题。
3.实验设施的缺乏
从2000年开始，国家在高校中进行扩招，高校在校生数量急剧上升，而各高校的实验室人员和设施的增长却跟不上学生数量的增长，导致做实验时常出现十几个学生共用一台实验器材的现象。此外，随着新技术的不断出现和物价的持续上涨，新型实验器材的价格也不断上涨，这制约着高校实验器材的购买和更新。
4.理论和实践的脱节
“液压与液力传动”是机械专业的专业基础课，是一门实践性很强的课程。在课堂教学中，学生只是通过课本和老师讲授来学习理论知识，学习起来普遍感到知识抽象、不易掌握。上完课后不能直接进行实际操作，等到上实验课时，知识点又遗忘得差不多了。
5.多媒体教学方法的不足
随着多媒体教学方法的推广，“液压与液力传动”纷纷改为多媒体授课，这有利于将抽象的知识直观化、形象化，激发学生学习兴趣，调动其学习积极性，发挥其创造性；有利于增大教学信息量，有效扩展课时容量，提高教学质量；有利于活跃课堂氛围，加深巩固所学内容，有助于师生之间的互动。
但是，多媒体教学并不是万能的。现在很多高校的“液压与液力传动”多媒体教学是采用PPT和Flash动画相结合的形式。多媒体课件已经根据课本提前做好，无法在课堂上根据需要而改动，这削弱了学生的主动参与性与创新性。而且课本上讲授的部分元件和回路是实验室所不具备的，这又造成了理论与实践的脱节。
面对以上问题，除了加大资金投入、政策扶持外，还要求广大教师充分利用现有条件，使用液压仿真技术来达到教学目标。
结合教学经验和工程实际，笔者认为液压仿真软件FluidSIM可以在课堂教学中解决这些问题。
二、FluidSIM软件介绍
现在应用的液压仿真软件有多种，如AMEsim、Matlab、Adams、FluidSIM等等。其中，FluidSIM软件由德国Festo公司和杜伊斯堡大学联合开发，专门用于液压传动和气压传动的教学与培训。它分为两个独立的部分：FluidSIM—H用于液压传动教学；FluidSIM—P用于气压传动教学。FluidSIM软件简单易学、入门快，不像其他几种软件一样要分析掌握数学模型，因此特别适合于本科生和初学液压传动与气压传动的人员。
下面结合换向阀锁紧回路的设计来介绍FluidSIM软件。
1.液压回路的设计
如图1所示，软件主界面左边区域为元件库，内有数百种标准的液压、气压、电气元件。右边区域为绘图区。
设计回路时可用鼠标直接拖拽元件库中所需元件到绘图区，鼠标双击元件图标或使用右键菜单可打开该元件的属性，修改元件的各种参数，然后将各元件连线，即可生成所需液压原理图。同时，该软件还提供元件列表和各元件实时运动状态图。
2.液压回路的仿真
液压系统原理图经检查无误后，启动仿真命令进行回路仿真。在仿真过程中，可用鼠标点击换向阀6两边的电磁铁来模拟换向阀的切换，仿真结果如图2所示。
图2中，粗线条为高压油路，细线条为低压油路。如图所示，当三位四通电磁换向阀6处于中位时，回路不通，液压油缸7的输出力和速度皆为零，此时压力表5显示压力为5Mpa，溢流阀4 开启卸荷。
在仿真过程中，通过观察元件运动状态图还可实时观察各元件的物理量值，如液压油缸的运动速度、输出力、换向阀的开闭等。这样能通过模拟演示预先了解所设计液压回路的动态变化，从而正确地估计所设计回路实际运行时的状态。另外该软件在仿真时还可显示液压回路中一些关键元件的状态量，如液压油缸活塞杆的行程位置、换向阀的主阀芯位置、压力表的压力、流量计的流量等。这些参数对设计液压回路的电气控制系统是非常重要的。
3.仿真查错功能
FluidSIM软件的一个优点就是它的仿真查错功能。在液压回路设计过程中，各元件连线时，软件将自动检查各元件之间的连接是否可行，从而避免了设计时出现一些低级失误。在仿真时，还可通过实时参数的显示和元件状态图及时发现设计中存在的错误，最大限度地优化回路。
4.辅助教学功能
FluidSIM软件中内置有大量液压元件的说明、插图、图片、影像资料和液压传动的辅助教学资源。点击软件主界面的“教学”下拉菜单，内有元件图片，教学影片等内容，可供课堂辅助教学和课后学生自学所用，如图3所示。
通过FluidSIM软件，可以在虚拟环境中设计液压回路并对其进行仿真，在仿真中显示和控制回路的动作。因此，可以及时发现理论设计中存在的错误，有助于设计出结构简单、工作可靠、效率高的最优回路。
三、FluidSIM软件在教学改革中的应用
由上例可知：FluidSIM简单易学，可按要求随时更换元件组成新回路并检查回路的连通是否可行，且元件库丰富，具有大量的辅助教学资料，便于本科生学习、理解和掌握“液压与液力传动”课程。
现结合笔者课堂教学经验，叙述FluidsSIM软件应用步骤：按教学大纲要求，使用多媒体课件讲述课本内容；课本内容讲完后，留一定时间让学生看书，使其理解、消化课本知识；使用FluidSIM软件演示课本所述元件和回路；当堂提问，了解学生掌握程度；要求学生对于所学内容举一反三，使用不同元件达到相同目的，并上讲台实际操作；对于要上实验课的内容，在课堂上先用FluidSIM软件进行演示，并要求学生思考，进行回路设计，在实验课中进行实验验证；结合本专业的“卓越工程师”培养计划和“机械创新设计大赛”，重点发掘培养学有余力、动手能力强、创新意识强的学生，指导他们学习理论知识，使用FluidSIM进行设计，在实验中进行验证。
四、结束语
对于教师而言，在课堂教学中使用FluidSIM软件可以更好地将理论知识和工程实际结合起来，在较少的学时内用多媒体手段演示液压元件和传动系统的实际工作过程，现场分析评价，启发学生的思维。
对于学生而言，学习掌握FluidSIM软件，可以理论联系实践，增加动手机会，提高学习兴趣，激发创新意识。学生可以充分发挥自己的想象力和创造力，利用该软件设计液压或气压回路并进行仿真，然后在实验室中进行现场安装、调试，验证设计正确与否。
总之，将FluidSIM软件应用于课堂教学和实验，可以改进教学方法，提高教学质量，最大程度地解决目前“液压与液力传动”教学中存在的一些问题，对于“液压与液力传动”课程的教学改革具有重大意义。
参考文献：
[1]贺利乐.液压与液力传动[M].北京:国防工业出版社,2011.
[2]隋文臣,等.浅谈FluidSIM液压(气动)仿真软件在教学中的应用[J].液压与气动,2007,(6):73-76.
[3]刘艳.初探《液压传动》课程的教学改革[J].科学大众(科学教育),2007,(11):86-87.
（责任编辑：宋秀丽）
