FluidSIM在液压与气压传动课程多媒体教学中的应用_李湘伟

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮＯ．３，２００７《液压与气压传动》课程是机械类专业一门重要的专业基础课，但是液压与气压传动元件结构复杂，系统过程抽象，在教学中如何让静止、抽象的内容转变为主动形象的知识，加深学生对内容的理解和掌握，一直是这门课程教学的难题之一。

以往的教学主要采用粉笔加挂图的方式，随着计算机技术应用于教学中，老师们逐渐开始用多媒体课件及图片和影像的方式来展现液压元件和液压回路的工作过程。

这些方式在一定程度上提高了学生的学习兴趣，但是这些多媒体课件都是老师在上课前预先做好的，在课堂上学生是被动的接受，能不能采用一种更主动的方式，让老师和学生共同参与设计并仿真一些回路呢？笔者应用Ｆｅｓｔｏ公司的ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件进行回路设计与仿真教学，提高了学生的学习兴趣和学习效果。

１ＦｕｉｄＳＩＭ软件介绍ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件是由德国Ｆｅｓｔｏ公司Ｄｉｄａｃｔｉｃ教学部门和Ｐａｄｅｒｂｏｒｎ大学联合开发，专门用于液压与气压传动的教学软件，ＦｕｉｄＳＩＭ分两个软件，其中ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｈ用于液压传动教学，而ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｐ用于气压传动教学。

ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的主要特征是：（１）ＣＡＤ功能和仿真功能紧密联系在一起。

ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件符合ＤＩＮ电气—液压（气压）回路图绘制标准，ＣＡＤ功能是针对流体而专门设计的，例如在绘图过程中，ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件将检查各元件之间的连接是否可行。

最重要的是可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，并有元件的状态图显示，这样就使回路图绘制和相应液压（气压）系统仿真相一致，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性，并演示其动作过程。

（２）系统学习的概念。

ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件可用于自学和教学。

液压（气压）元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影片则讲授了重要回路和液压（气压）元件的使用方法。

（３）可设计和液压气动回路相配套的电气控制回路。

弥补了以前液压与气压教学中，学生只见液压（气压）回路不见电气回路，从而不明白各种开关和阀门动作过程的弊病。

电气－液压（气压）回路设计与仿真同时进行，可以提高学生对电气动图、电液压的认识和实际应用能力。

ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件用户界面直观，采用类似画图软件似的图形操作界面，拖拉图标进行设计，面向对象设置参数，易于学习，用户可以很快地学会绘制电气－液压（气压）回路图，并对其进行仿真。

２ＦｕｉｄＳＩＭ软件在液压与气压传动课程多媒体教学中的应用２．１设计和仿真液压（气压）回路由于ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｈ和ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｐ用户界面完全一致，操作类似，因此以ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｈ软件为例来介绍。

如图１所示。

图１ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｈ软件主界面ＦｌｕｉｄＳＩＭ在液压与气压传动课程多媒体教学中的应用李湘伟（广东轻工职业技术学院机电工程系，广东广州５１０３００）摘要：介绍了德国Ｆｅｓｔｏ公司ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的ＣＡＤ和电气－液压（气压）回路仿真功能。

结合实例说明了ＦｕｉｄＳＩＭ软件在液压与气压传动课程多媒体教学中的应用。

通过让学生在课堂上听讲或课后实际操作的方式参与到液压与气压传动回路设计和仿真的整个过程，激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

关键词：ＦｌｕｉｄＳＩＭ；液压与气压传动；多媒体教学；仿真中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００７）０３－０１０８－０３收稿日期：２００７－０１－２２作者简介：李湘伟（１９７６－）男，工程师，华南理工大学硕士研究生毕业，现为广东轻工职业技术学院机电工程系教师，主要从事机电液方面的课程教学与科研工作。

１０８《装备制造技术》２００７年第３期我们可以看到界面非常直观，元件库在左半部分，设计界面在右半部分，我们可以直接用鼠标从左边的元件库中拖拉液压元件放在右边的设计区进行设计，回路可以课前设计，也可在课堂上现场设计。

界面上已经设计了一个液压回路，图中黑色线条为油管，主要液压元件为溢流阀（设计工作压力为５ＭＰａ）、手动三位四通换向阀、卸荷阀（设计工作压力２ＭＰａ）、单作用液压缸、液压源（额定流量２Ｌ／ｍｉｎ）和三个压力表，在设计的回路图旁边有一个状态图，显示单作用缸和卸荷阀的状态，那么我们现在点击界面上部的黑色三角型仿真按钮进行仿真，并用鼠标点动换向阀到左位，回路仿真过程中动态截屏如图２。

图２液压回路仿真图从图２中我们看到，深红色的线条为压力油，浅褐色线条为常压油，手动换向阀在左位，液压源压力超过卸荷阀的工作压力２ＭＰａ，卸荷阀打开，液压油流入液压缸的左腔，液压缸的活塞杆目前已经运动到缸的最右端，速度为零，此时溢流阀也已经打开实现溢流定压，三个压力表显示的压力分别为：进油腔压力５ＭＰａ，回油腔压力０ＭＰａ，液压源压力和溢流阀进口压力５Ｍｐａ。

在回路右边的单双作用缸和换向阀的状态图中已经清晰的显示出单作用缸的工作行程和时间的关系，换向阀阀位和时间的关系。

我们可以在任何过程中，暂停仿真过程，查看各个元件的状态和参数，如鼠标右键点击液压源和溢流阀符号，在右键菜单中选择“属性”，则显示对应元件当前的压力和流量参数，显示如图３，可看出液压源的流量全部流入溢流阀，液压源的压力由溢流阀调定。

液压源溢流阀图３液压元件工作参数通过这个回路的运动仿真和元件状态的实时显示，能够清晰的反映各元件在回路的各个运动阶段的工作过程，加深学生对元件和回路原理的理解。

２．２系统的补充液压知识软件本身自带和液压传动有关的元件说明、插图、图片和影像，如我们右键点击上图的三位五通换向阀，在右键菜单中选择“图片”，则可显示此元件的图片，如图４；在右键菜单中选择“插图”，则显示此元件的插图，如图５；在右键菜单中选择“元件说明”，则显示此元件的技术说明，如图６。

此软件有配套的教学录像光碟，点击“教学”菜单选择“教学影片”，就可在讲课过程中播放配有中文讲解的教学录像，如图７。

这样可以让学生在学习回路设计的基础上，进一步系统的学习液压传动的基础知识。

图４液压元件图片图５液压元件插图２．３设计电气控制回路ＦｕｉｄＳＩＭ－Ｈ软件有丰富的电控元件供选择，如：２４Ｖ电源正负极、各种主令开关、接近开关、继电器线圈、各种触点等，能够设计和液压传动回路配套的电气控制回路，并能同时进行电气和液压的回路仿真。

笔者设计了一个电控的双作用液压缸往复动作回路，仿真图如图８所示。

笔者还设计了两个点动开关ＳＡ１和ＳＡ２来控制两个继电器ＫＡ１和ＫＡ２，通过继电器ＫＡ１和ＫＡ２的常开触点控制电磁阀Ｙ１和Ｙ２的通断，进而控制电磁换向阀的阀位，使气路转浅褐色线条深红色线条１０９ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮＯ．３，２００７换，实现液压缸活塞杆的前伸和回缩。

若电气控制回路和液压回路设计完毕，可立刻进行联合仿真。

如果电气回路不符合电气原理，软件会自动提示，仿真中断。

笔者在给那些需要加强电子液压和电子气动知识的专业的学生（如：机电一体化技术专业和数控技术专业）讲课时，设计回路前先给学生补充电控的知识，或者在课堂和习题课上现场设计电气和液压回路，或者从网上下载免费的试用版软件，让学生复制回去在宿舍中利用自己的计算机进行设计，使学生进行电气和液压的综合训练，提高学生机电液综合应用能力。

以上的软件功能介绍都以ＦｕｉｄＳＩＭ－Ｈ软件的应用为例，实际上ＦｕｉｄＳＩＭ－Ｐ气压传动教学软件的功能和ＦｕｉｄＳＩＭ－Ｈ软件功能完全类似，不再详述。

３结论在连续三届学生的液压与气压传动理论教学中，尝试使用ＦｕｉｄＳＩＭ软件辅助教学。

在指导液压回路课程设计时，用电脑演示各个学生的设计结果，现场分析优劣，对学生的思路有很大启发。

从学院网络教学平台上２００４级、２００５级学生对液压与气压传动教学评价中，可以看到大部分学生都认为采用ＦｕｉｄＳＩＭ软件教学直观生动，教学内容易接受，学习效果好。

参考文献：［１］左健民．液压与气压传动［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００．［２］雷天觉．新型液压工程手册［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，１９９８．［３］屈圭．液压与气压传动［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦｌｕｉｄＳＩＭＳｏｆｔｗａｒｅｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＡｉｒＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｕｒｓｅｉｎＭｕｌｔｉ－ｍｅｄｉａＴｅａｃｈｉｎｇＬＩＸｉａｎｇ－ｗｅｉ（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０３００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦｌｕｉｄＳＩＭｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦｌｕｉｄＳＩＭｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｕｒｓｅｉｎｍｕｌｔｉ－ｍｅｄｉａｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｓｔｕｄｅｎｔｓａｎｄｔｅａｃｈｅｒｓｕｓｅｔｈｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｇｒｅａｔｌｙｉｎｓｐｉｒｅｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｌｅａｒｎｉｎｇｉｎｔｅｒｅｓｔｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｒｌｅａｒｎｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦｌｕｉｄＳＩＭ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；Ｍｕｌｔｉ－ｍｅｄｉａｔｅａｃｈｉｎｇ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图８电气—液压回路仿真图图６液压元件说明图７液压教学影片１１０。