FluidSIM在《液压与气压传动》实训培养中的应用.pdf

1222023年第16 期产学研融合FluidSIM在液压与气压传动实训培养中的应用柏秀芳（青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛2 6 6 5 2 0）摘要：液压与气压传动课程存在学生兴趣不高，实践动手能力差的问题，通过节流调速回路和顺序动作回路，例证了FluidSIM仿真软件在实践教学中的应用。实践证明，通过FluidSIM，不仅可以提高学生的学习兴趣，同时还有效规避了实训过程中可能出现的管路错误，提高了实训的成功率和学生的动手操作能力。关键词：FluidSIM；顺序动作回路；节流调速回路；液压与气压传动中图分类号：TH137(School of Mechanical and Automotive Engineering,Qingdao University of Technology,Qingdao,266520,China)Abstract:The course of Hydraulic and Pneumatic Transmission has the problems of low interest of studentsand poor practical ability.The application of FluidSIM simulation software in theoretical and practical teaching isillustrated through throttling speed control circuit and sequential action circuit.It is proved that the introductionof FluidSIM in teaching can not only improve students learning interest,but also effectively avoid pipeline errorsthat may occur during the training process,and improve the success rate of the training and students hands-onoperation ability.Key words:FluidSIM;Sequence action circuit;Throttling speed control circuit;Hydraulic andpneumatic transmission液压与气压传动是机械类专业非常重要的一门课程。其内容涵盖液压和气压传动两部分的知识点，内容覆盖面广，系统性强，应用面广，在学生的专业学习中起着非常重要的作用。液压课程不仅理论抽象，而且与工程实践联系较为紧密。但在实际教学中，该课程安排的教学时数较少，一般在4 8 课时。虽然教学过程中也尝试过教学模式改革，如基于雨课堂平台的线上线下混合式教学，但教学效果并不理想，目前该课程的教学现状及存在的问题如下：（1)由于教学学时少,教学任务重,加上课程内容有一定的难度，尤其是液压阀、液压回路部分结构原理复杂，学生没有工程经验，理解起来比较困难，导致学生兴趣不高，师生间缺乏充足的交流互动，学生的课堂参与度不高，课堂气氛相对沉闷，教学效果不佳 ；（2)实践环节采用先理论后实验的教学模式，学生听完理论讲解后，直接进行回路的搭建，容易在实验过程中出现液压控制回路与电气控制线路连接错误及不能完成预定任务等问题，而且还易造成安全隐患。针对以上在课程教学过程中存在的问题,调动学生的学习积极性，突破教学中的重难点问题，加强学生的实践动手能力，提高课程的教学质量，是目前液压与气压传动课程教学改革呕需解决的问题。1FluidSIM 简介FluidSIM软件是由德国Festo公司和Paderborn大作者简介：柏秀芳（19 7 9 一），女，博士，副教授。主要研究方向为液压与气压传动技术。文献标识码：AApplication of FluidSIM in Pratical Training ofHydraulic and Pneumatic Transmission文章编号：16 7 4-9 5 7 X(2023)16-0122-03Bai Xiu-fang学共同开发的，应用于液压与气压传动教学 2 。学生通过FluidSIM仿真不仅可以观察回路的运行过程，了解回路的工作原理，而且还可以实时查看回路运行过程中各个元件的速度、压力、流量等参数变化。这种直观形象的方式容易引起学生的兴趣，利于学生深刻理解回路的结构组成和运行原理 3 。对于实践环节，可在实验前通过Fluid-SIM快速查看各液压元件之间的连接是否正确，对液压回路进行仿真验证其可行性，从而提高了实验的成功率，并为学生实际操作提供了安全保障 1。由于FluidSIM软件可以实时显示仿真参数和回路动作，因此可以充分调动同学们的学习兴趣，有利于突破教学过程中的重难点问题 5 。同时也可以减少实验过程中线路连接错误的问题，提高实验的成功率，增强学生的实践动手能力，建立先仿真后实验的实践教学模式 。因此,在课堂理论教学和实践教学中引人FluidSIM,可以有效解决目前课程教学中存在的两个问题，是一种行之有效的方法。2FluidSIM在实践教学中的应用2.1节流调速回路节流调速回路由定量液压泵，溢流阀，节流阀，液压缸组成。根据节流阀在液压回路中的位置分为进油节流调速回路，回油节流调速回路和旁路节流调速回路。调节节流阀开口大小后，节流阀的输出流量随负载发生变化，进内燃机与配件而影响执行元件的运行速度。执行元件的速度还因为节通过表1-3 可以得出速度负载特性如下：流阀开度的不同而发生变化。传统的节流调速特性实验(1)三种回路中，在节流阀开口大小一定的情况下，速装置，节流元件的开度只能依靠人工手动调节，采用流量度均随负载增大而减小；计和秒表分别记录液压缸的流量和油缸的运行时间，确定(2)进油节流调速回路和回油节流调速回路速度负载液压缸运动的速度。但因为流量计和秒表存在误差，导致特性基本相同。节流阀的流量即为进人液压缸或流出液实验结果不精确 7 。利用FluidSIM仿真软件，通过对开压缸的流量。节流阀开度越大，液压缸运行速度越快，当度和负载的精确设置，可以让学生直观地看到各个参数的开口为零时，没有流量通过液压缸，速度为零。负载一定变化情况，便于深刻理解三种节流调速回路的负载特性。的情况下，液压缸的运行速度均随节流阀开口变大而增三种节流调速回路如图1所示。为了便于比较三种大。而在旁路节流调速回路中，因为节流阀与液压缸并调速回路的速度负载特性，将三种回路的工件参数设为完联，节流阀开口越小，进人液压缸的流量越大，所以速度随全相同。之后将节流阀开度调为0%，2 0%，4 0%，6 0%，节流阀开口变大而减小。当节流阀开度为零时，流量速度80%，10 0%，液压缸负载设置为0 N，2 0 0 N，4 0 0 N，6 0 0 N，最大，当开度最大时，没有流量进人液压缸，速度为零。负800N,1000N。分别记录三种调速回路在不同的开度和不载一定的情况下，液压缸的运行速度均随节流阀开口变大同负载下液压缸的运行速度，如表1一3 所示。而减小。(3)通过仿真可以看出，在进油节流调速回路和回油节流调速回路中，溢流阀常开，起稳压阀的作用，而在旁路节流调速回路中，溢流阀常闭，起安全阀的作用。FluidSIM仿真软件能够模拟液压元件的工作过程，使学生在仿真的过程中可以清晰直观地看到各个液压元ZXWXWMa进油节流调速回路b回油节流调速回路图1节流调速回路表1进油节流调速回路负载N0速度m/s开度020406080100负载N速度m/s开度020406080100负载N速度m/s开度020406080100123件的工作状态和运行参数，熟悉液压系统的操作流程，熟练掌握不同工作位置的流量阀对执行元件速度的影响，便于深刻理解液压回路的工作过程和原理，有助于突破教学大纲中的重难点 8 2.2顺序动作回路旁路节流调速回路2.2.1顺序动作回路概述当用一个液压泵向几个执行元件供油时，如果这些执行元件需要按一定顺序依次动作，就应该采用顺序动作回路。顺序回路要求一个液压缸先伸出，后另一个液压缸再200400000.010.010.010.030.020.02 0.02 0.010.06 0.05 0.05 0.04 0.030.17 0.17 0.170.140.110.170.170.170.170.17表2回油节流调速回路0200000.03 0.03 0.02 0.020.020.050.050.110.10.09 0.080.060.170.170.17 0.170.170.170.170.170.170.17表3旁路节流调速回路02000.170.170.170.17 0.170.160.16 0.160.160.150.160.150.150.140.130.12 0.120.120.070.030.0070.020600000.010.008400600000.04 0.040.034006000.150.150.14000800080008000100000.0060.010.020.080.17100000.010.020.040.130.1710000.170.150.140.1100伸出，最后两缸同时退回。该顺序动作回路可以采用顺序阀控制，也可采用行程开关控制。2.2.2液压回路设计采用行程开关控制的顺序动作回路，如图2 所示。行程开关位置采用液压缸的标尺SQ1和SQ2来定位。电气控制原理图如图3 所示。SQ13F=0B1YA1P山T图2 顺序动作回路SQ24F=0AB2YA21PT:1242.2.3汗液压回路仿真启动仿真，按下启动按钮SB1时，中间继电器KA1通电，常开触点KA1闭合自锁，二位四通电磁换向阀1的线圈YA1得电，左位工作，液压缸3 的无杆腔进油，有杆腔回油，活塞杆向右运动，活塞杆的运动速度为0.17 m/s,系统压力为0.49MPa,如图4 所示。当活塞杆碰到行程开关SQ1时，二位四通电磁换向阀2 的线圈YA2得电，液压缸4 的无杆腔进油，有杆腔回油，活塞杆开始向右运动，液压缸3 继续向右运动直到最右端停止，如图5 所示。当液压缸4 的活塞杆碰到行程开关SQ2时，YA1和YA2线圈同时断电，换向阀1和2均为右位工作,液压缸3 和4 的有杆腔进油，无杆腔回油，活塞杆同时向左运动，直到运行到最左端停止，如图6 所示。再次按下启动按钮SB1,又继续重复刚才的动作。3S01V=0.17PLT图4 按下SB1后YA1得电的仿真图SQ14S023F=0V=02P出TP图5 碰到SQ1时的仿真图35015024F=0vm-0.14A文4 B2ABYAIXMYA2ZfXPALT2023年第16 期+24V245SB1EKA1图3 电气控制原理图4502P二F=0v=0.17EFaov=-0.147SQ1+24V23456SB1EN24V23456SB1EKvA*+24V2345SB1EKA1KA1YAIL*YA2*行程开关控制的顺序动作回路，换接位置准确，动作可靠，而且只需改变电气线路即可改变顺序，故应用较广泛。此外，同学们还可尝试利用行程阀，顺序阀和压力继电器来实现顺序动作回路，并比较各种回路的优缺点。应用FluidSIM软件对设计好的回路进行仿真，并经检验操作无误后学生再在液压实训平台进行搭建液压回路。回路搭建过程中,出错的概率明显降低，学生基本上一次性就可以完成液压回路和电气线路的连接，大大提高了成功率，节约了时间，学生动手的积极性得到提高。通过回路设计，仿真，实验验证，学生更加深刻地理解了顺序动作回路的工作原理。3结语在液压与气压传动课程中应用FluidSIM仿真软件，既满足了在实验条件不足，没有现场实验的条件下，让学生搭建回路，进行模拟仿真，又可以让学生先仿真再实验，提高了成功率，增加了实验安全保障。利用FluidSIM,加强了学生对理论基础知识的掌握和工程实践能力，不仅加深了学生对回路原理的理解，激发了学生的学习兴趣，而且还可以降低出错率，规避实验中因接错线而造成的危险。利用FluidSIM仿真软件，学生可以自行设计回路，提高了学生的创新设计能力，教师也可以提高教学效率，用7于教师的科学研究。参考文献：1杨晓惠基于雨课堂的液压与气压传动课程混合式教学改革 J.中国教育技术装备.2 0 2 0：113-115.2徐培.课程线上虚拟仿真实验教学改革研究与实践-基于“FluidSIM十云课堂”的液压与气动技术 J.内燃机与配件，2 0 2 0，2 3 3-2 3 4.3马成贤.Fluidsim仿真软件在液压传动中的应用 J.科技风.2 0 2 2，4：5 5-5 7.74 许二娟，陈开源，石亚平梁宝英.FluidSIM-H在节流调速回路教学中的应用J.轻工科技.2 0 19.3 5(10):93-945郭津津，王晓兰，袁旭.FluidSIM软件在液压传动教学中的应用J机床与液压，2 0 11，3 9（2）：8 0-8 2+39.6 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