FESTO实训系统在《液压与气压传动》课程实训教学中的应用.pdf

2 0 1 0年 1 1月 第 3 8卷 第 2 2期 机床 与液压 MACHI NE T00L HYDRAU 『LI CS NO V ． 2 0 1 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 2 2 ． 0 3 0 F E S T O实训系统在 液压与气压传动 课程实训教学中的应用 赵 秀华 ，王秋敏 济南铁道职业技术学院机械工程 系，山东济南 2 5 0 1 0 4 摘要对德国先进 F E S q 、 O实训系统在 液压与气压传动课程实训教学中的应用进行阐述和分析 ，并以平面磨床液 压系统的设计与安装为例介绍实训教学的教学组织和实施过程。实践结果证明，应用该现代教学方法，提高了学生的实践 能力 ，并巩 固了理论知识。 关键词 F E S T O实训系统 ；液压 与气压传 动 ；实训教学 中图分类号 T H1 3 7 ；T H 1 3 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 2 2 0 8 6 3 App l i c a t i o n o f FESTo Ex pe r i me n t S y s t e m i n Pr a c t i c a l Te a c h i ng o f Hy d r a u l i c a n d Pne u ma t i c Tr a ns mi s s i o n Co ur s e Z HA0 X i u h u a ．WANG Oi u mi n D e p a r t m e n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，J i n a n I n s t i t u t e o f R a i l w a y T e c h n o l o g y ， J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 1 0 4 ，C h i n a Abs t r a c t Th e a p p l i c a t i o n o f Ge r ma n a dv a n c e d FES TO e x p e rime nt s y s t e m i n p r a c t i c a l t e a c h i n g o f h y dr a ul i c a n d p ne uma t i c t r a n s mi s s i o n c o ur s e we r e i nt r o d u c e d a n d a n a l y z e d． Ta k i n g t h e de s i g n a n d a s s e mb l y o f h y d r a u l i c s y s t e m o f s ur f a c e g rin di n g ma c h i ne a s a n e x a mpl e， o r g a ni z a t i o n a nd i mp l eme n t a t i o n o f pr a c t i c a l t e a c h i n g we r e i nt r o d u c e d． Th e p r a c t i c a l r e s u l t s h o ws t ha t t he a p pl i c a t i o n o f t h i s mo de r n t e a c h i n g me t ho d i s a g u a r a n t e e o f e n h a nc i n g p r a c t i c a l a bi l i t y a n d c o n s o l i da t i n g t h e o r y k no wl e d ge f o r s t u d e nt s ． Ke ywor ds FES TO e x pe r i me n t s y s t e m； Hy d r a ul i c a nd pn e u ma t i c t r a ns mi s s i o n；Pr a c t i c a l t e a c h i n g 液压与气压传动 是高职教育机械类专业一 门重要的专业基础课。为坚持 “ 以就业为导 向，以 服务为宗 旨” 的高 职办学 方 针 ，加 强 学生 职业 能力 的训练 ，缩短学校教学 与企业实 际的差距 ，2 0 0 2年 ， 某 院购置 了 F E S T O F l u i d S I M 仿 真软件 ，通过 仿真 软 件进行液压 与气压 回路设计的仿真模拟训练 ，达到锻 炼学生 回路设计 的 能力。2 0 0 5年 ，该 院为 满 足实训 教学要求 ，建设了液压 与气动实训室 ，购 置了先进 的 德 国 F E S T O液压与 气动实训 系统 ，配备 了丰 富的液 压与气动工业元件 ，通过工业案例 导入 、项 目实做达 到能力锻炼 的 目的。在实训教学环境下 ，学生实现了 “ 接受任务一利用 F l u i d S I M软件完成 回路设 计与仿真 调试一利用实训台完成实际回路安装与故障调试” 的完整过程 ，极大地缩短 了教学环境 与企业环境 的差 距 ，强化了实践能力 的锻炼 ，教学效果 明显改善 。 1 F E S T O实训 系统简介 该 实训系统分为两大部分 F l u i d S I M仿真设计软 件和 F E S T O液压气动实训台。 1 F l u i d S I M仿真设计软件 F l u i d S I M是 由 F E S T O公 司 和 P a d e r b o r n大学 联合 开发 ，专门用于液压 、气动及电液压 、电气动 回路设 计及仿真的软件 。它包括 F l u i d S I M H 用 于液压 系统 设计 和 F l u i d S I M P 用 于气 动 系统 设计 两 个软 件。该软件有 内置 的丰富的元件图库和气液电一体化 的仿真功能 ，另外软件配备 了丰富的教学 资源 ，包括 图片 、剖视图 、练习以及 动画和教学影片 ⋯ ，可 以进 行直观的多媒 体教学。 该 软件 的主要特 征有 ① 可将 C A D功能 和仿 真功能紧密联系在一起 ；② 系统学习的概念；③ 可 设计和液压气动 回路相配套 的电气控制 回路。 该软件的一个重要功能是用于液压 与气 动回路 的 设计与仿真 。当该 软件 工作 于编 辑模 式 和仿 真模式 时 ，或当保存 回路 时 ，将 会 出现 电气错 误 、绘 图错 误、操作错误等信息 ；该软件的 C A D功能是专门针 对流体而特殊设计 的，例如在绘图过程 中 ，该软件将 检查各元件之间连接是否可行。若 回路设计元误 ，即 可进行仿真，并有元件的状态图显示。 2F E S T O液压气动实训台 该院实训室 共 配备 F E S T O T P 5 0 1 6 0 1电液 压实 训装 置 4台 如图 1 、F E S T O T P 1 0 1 2 0 1 电气动实训 装置 4台 如图 2 。该试验 台配备 了多种气动元件 、 灵活 的快换接头和软管 ，拆装 方便且 密封性较好 ；各 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 0 9 作者简介 赵秀华 1 9 7 7 一 ，女，工学硕士 ，讲师 ，主要从事液压气动及其控制方面的教学 与研究工作。电话 1 8 7 6 4 0 3 0 5 8 0 ， Ema i l 2 001 1 0 99 1 6 3． c o rn。 8 8 机床 与液压 第 3 8卷 程 1 的仿真 ，从 图 6 a 中可以看 到，较粗的线条 为工作中的压力油 ，较细的线条为静止 的不处于工作 状态的液压 油 。各 元件 的工 作状 态如 图 6 b 所 示 。 图 6 C 中较粗线条为工作 中的电路。 元件描述 标识 单 作 用 缶 r ， 二 位 四 通 换 向 阀 ， l 中位 机 能 M型 l V 一 位三通机控换向阀 按钮开关f 常闭 压力表 压力 表 l Mp J ， 一 』 i 2 曛 a 工 作 原 理 仿 其 b 兀 件 丁 作 状 态 仿 真 c 3 2作 电 路 仿 真 图 6 利用 F l u i d软件对采用 电液控制的平面磨床控制 回路活塞杆伸出时的仿 真 上述动作 完成后 ，松 开开关 s 1 ，三位 四通 电磁 活塞杆伸 出行程 和返 回行程所 用 时 间不相 同 ，则 双 换 向阀回复到 中位 。按 下 开关 S 2 ，得 到 图 7 ，为 系 击 图7 a 中的调速 阀，调 节其公称 流量 的大小 如 统工作原 理过 程 3 的仿 真 。在 这 个 仿真 过 程 中 图 8所 示 ，直 至活 塞 杆返 回行程 与 伸 出行 程所 用 需要调节调速 阀公称 流量 的大 小 ，从 而不 断调 节 活 时 间完 全相 同 ，即双作用 缸 状态 图 中两段斜 线斜 率 塞杆 返 回时的速 度 ，直 至往 返所 用 时问 相 同 ，从 而 相 同时 ，活塞杆伸 出 和缩 回的速 度才 相 等 ，从 而达 速度 相同 。调节方 法 为 查看 双 作用 缸状 态 图 ，若 到题 目要求 。 元 件描 休 } i r 单作用缸 ／ I J 、 ／ 三位四通换向阀， f 巾位机能M型 l一位三通机控换 向阀 按钮开关 常闭 『 压力表 l I l I 压力表 J l U J a 工作 原理 仿真 b 元 件 工作 状态 仿真 c l 工 作 电路仿 真 图 7 利用 F l u i d软件对采用 电液控制 的平 面磨床控制 回路活塞杆缩 回时的仿真 图 8 调速阀公称 流量 的调节 3 利用 F E S T O液压实训 台进 行实 际 回路 安装 与故障调试 按图 4搭 建 实际 液压 回路 并 连接 好 电路 。检 查 后 ，按下 S 1开关 ，记 录活塞 杆 伸 出行程 所 用时 间 ， 松开 s 1 ，待三位 四通 电磁 换 向阀 回复 中位 ，按下开 关 s 2 ，调节调 速 阀的开 口大小 ，直 至活塞 杆返 回行 程所用 时间与伸 出行程所用时间完全相同。记 录所需 测量 的数据 。 3结论 通过 以上叙 述 ，可 以看 到 ，F E S T O实训 系统在 液压与气压传动课程实训中的应用，使学生实现 了“ 接受任务一利用 F l u i d S I M 软件完成 回路设计与 仿真调试一利用实训 台进行实际 回路安装与故障调 试 ”这一完整 的过 程 ，在 这种 实 训教 学环 境 下 ，不 仅可以培养学生的设计和自学能力，而且可以使学生 进一步了解液压与气动在设备和生产线上的应用，通 下转第 9 l页 第 2 2期 王伟 基于液 压技 术的太 阳能热水器开 即热装 置的再研制 9 1 生 间 吊 顶 上 。 改进后 的装置 结 构紧凑 、安装 简单 、操 作 方便 ， 既节 约了能源 ，又能带来可观 的经济效益 。 3结束 语 液压传 动技术 由于具有质量轻 、快速 性好 、易 自 动控制 、能 自行润 滑 、使 用寿命长等一 系列优 点 ，而 被广泛用 于各个 领域 。此例 即为液压技术 在太 阳能热 水器上 的应用 水液压技术 。 水不 同于油 水 的油膜强度较低 ，使水 比油 的润 滑性差得多 ，并且 水能腐 蚀许多金属 ，导致金属 表面 剥落 、生锈 ，减短元件使 用寿命 ；水 的黏度 比液 压油 的黏度低 ，同等条件下 ，水 比油的泄漏量要大 ；水 液 压系统还更 易产生气蚀 现象 。 因此 ，选用适合 水液压 传 动 的材 料来 制造 元 件 ， 对水液压元 件 的结构 重 新进 行设 计 ，控 制好 配 合 间 隙 ，研究新型 的密封材料 和密封方法 ，设计 出适合水 液压系统 的元件 ，从 而减 少系统的泄漏 ，减轻气蚀 危 害 ，延长 元件使用寿命 ，这是水液压技术需 要解决 的 关键 问题 。 由于工作介 质是水 ，水不 同于油 ， 故不加改进地 完全照搬 液压技 术不能取得较好 的效果 。采用纯水液 压技术是 “ 太 阳能 热水 器一 开 即热 装 置 ”今 后 的研 发方 向。 在 国内外 ，纯 水液 压 技 术 已经 取 得 了一 系列 成 果 ，尤其是纯水液压元 件表 面的腐蚀 、磨损 、密封等 关键技术 。因此 ，纯 水液 压 传 动技 术 在 “ 太 阳能 热 水器一开 即热装 置” 中必将得 到充分应用 。 参考文献 【 1 】朱定见． 基于液压换 向阀的太阳能热水器开即热装置的 研制[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 1 5 9 6 0 ． 【 2 】杨华勇， 周华． 纯水液压传动技术的若干关键问题[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 0 2 Z 1 9 61 0 0 ． 【 3 】王强， 姜继海． 水压传动元件的发展现状及其应用前景 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 1 0 1 3 ， 1 3 3 ． 上接 第 8 2页 当轿厢与柱塞 的初位 移 0 ，初速度 V 。 0 ，液 压波动力频率与液 压 电梯 系统 的 固有 圆频 率相 等 时 ， 系统发生共 振 。共振 曲线如 图 6所示 。可见 ，共振初 期振幅很 小 ，而且 在 较 小 的时 间 范 围 内振 幅 迅 速增 大。由于阻尼及电梯上限位装置的作用，共振时振幅 未达到无 限大 ，而保持为等 幅振 动 ，其 幅值约为 A F o ／ 2 蟮 。为了确 保 液 压 电梯 稳 定 运 行 ，必 须保 证 液压波动力 的频率远离 电梯 的固有频率 。 图 5 振 幅变化 图 图 6 共振 响应 图 5结论 1 直顶 式 液压 电梯 受迫 振 动 由无激 励 自由振 动 、自由伴 随振动及稳态强迫振 动三部 分组成 ，无激 励 自由振 动与 自由伴随振动 的振 幅随时问衰减 ，稳态 强迫振 动为等幅简谐振动 ； 2 直 顶式 液 压 电梯 振 动初 期 ，由于 上述 三种 振动均存在，所以其振动幅度较大 ； 3 直顶 式液 压 电梯 实 际运行 过程 中主要 振动 形式 为稳态强迫振动 ，为 了能够控制其振动 幅度 ，必 须控制液压波动力的幅值，而且需要保证液压波动力 的频率远 离电梯的 固有频率 ，从而保证避免共振 。 参考 文献 【 1 】杨华勇． 液压电梯的发展概况[ J ] ． 中国机械工程， 1 9 9 4 ， 5 2 6 5 6 7 ． 【 2 】杨华勇． 电液比例技术在液压电梯中的应用[ J ] ． 液压 与气 动 ， 1 9 9 2 ， 6 3 3 3 4 ． 【 3 】李成荣 ， 傅周东． 液压电梯系统振动舒适性分析与控制 [ J ] ． 起重运输机械， 1 9 9 7 3 3 6 ． 【 4 】张丽珍 ， 路甬祥 ， 陈鹰． 液压电梯系统振动特性分析研究 [ J ] ． 机电工程 ， 1 9 9 7 6 2 0 1 2 0 3 ． 【 5 】贺文海． 矿车运输系统动态特性建模与仿真分析[ J ] ． 系统仿 真学报 ， 2 0 0 8 ， 2 0 4 8 7 1 8 7 3 ． 【 6 】贺文海． 砧座运动仿真分析[ J ] ． 系统仿真学报， 2 0 0 8 ， 2 0 1 1 3 0 2 8 3 0 3 1 ． 上接 第 8 8页 过项 目实训 达到针 对液压与气动控制 系统的组装及一 般故 障排 除能力的锻炼 ，为后续课程 的学 习和毕业后 从事专业工作 打下坚实的基础 ，多年 的教学 实践证明 应用该实训 系统使教 学效 果明显改善 。 参考文献 【 1 】孙树文， 杨建武． F l u i d S I M仿真软件在机电一体化教学中 的应用 [ J ] ． 中国现代教 育装备 ， 2 0 0 8 ， 6 3 5 9 4 9 5 ． 【 2 】李湘伟． F l u i d S I M在液压与气压传动课程多媒体教学中 的应用 [ J ] ． 装备制造技术 ， 2 0 0 7 3 1 0 8 1 1 0 ． 【 3 】薛彦登， 徐冬， 钟宝华 ， 等． 液压与气压传动 [ M] ． 济南 山东大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 4 】蔡红斌． 电气与 P L C控制技术[ M] ． 北京 清华大学出 版社 ， 2 0 0 7 ． 【 5 】F E S T O公司． F l u i d S I M仿真设计软件[ M] ， 2 0 0 2 ． 8 ．