FESTO实训系统在《液压与气动课程》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 250104）
摘要：本文对德国先进FESTO实训系统在液压与气动课程实训教学中的应用加以阐述和分析，并通过实例介绍了液压与气动实训教学的教学组织和实施过程，经实践证明，该现代教学方法的应用是提高学生实践能力和巩固理论知识的保证。
关键词：FESTO实训系统；液压与气压传动；实训教学
中图分类号：TH137，TH138 文献标识码：B
Application of FESTO Experiment System
in Practical Teaching of Hydraulics and Pneumatics
ZHAO Xiu-hua，WANG Qiu-min
（Department of Mechanical Engineering，Jinan Railway Vocational and Technical College，Jinan
250104，China）
Abstract：The application of German advanced FESTO experiment system in practical teaching of hydraulics and pneumatics were introduced and analysised in this paper. Organisation and implementation of practical teaching of hydraulics and pneumatics were showed by two examples. It has been found that application of this modern teaching method was a guarantee of increase practical ability and consolidate theory of students.
Keywords: FESTO experiment system; Hydraulics and Pneumatics; practical teaching 0 前言
《液压与气压传动》是高职教育机械类专业的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。20xx年，我院购置了FESTO FluidSIM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。20xx年，我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FESTO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：“任务接受---利用FluidSIM软件完成回路设计与仿真调试---实训台实际回路安装与故障调试”的完整过程。极大的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 FESTO实训系统简介
该实训系统分为两大组成部分：FluidSIM仿真设计软件和FESTO液压气动实训台。
（1）FluidSIM仿真设计软件
FluidSIM是由FESTO公司和Paderborn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FluidSIM-H（用于液压系统设计）和FluidSIM-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【2】：（1）可与CAD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CAD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。若回路设计无误，即可进行仿真，并有元件的状态图显示（如图（b））。 【1】
图1 FESTO TP501-601电-液压实训装置 图2 FESTO TP101-201电-气压实训装置
（2）FESTO液压气动实训台
我院实训室共配备FESTO TP501-601电液压实训装置4台（如图1）、FESTO TP101-201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；各元件上均装有带弹性插脚的底板，实训时可直接在通用铝型材板上组装，操作简单；液压、气动回路可采用独立的继电器控制单元或PLC控制，电控回路采用带防护功能的专用实训连接导线。配套液压、气动工业元件齐全，学生可根据要求自行设计较为复杂的应用系统，具有很高的应用价值。
2 FESTO实训系统的应用举例
实训过程中，学生完全按照“任务接受---利用软件完成回路设计与仿真调试---实训台实际回路安装与故障调试”的过程执行。
以平面磨床液压系统的设计与安装为例来介绍。
（1）任务接受-给出设计题目
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图3 平面磨床工作台 图4 K2K1
图3所示的平面磨床的工作台是由一个双作用单活塞杆液压缸驱动的，液压缸无杆腔面积为2.0cm2，有杆腔工作面积为1.2 cm2，液压缸行程为0.2m。要求工作台往返速度相同，K1K21YA2YA3YA需要设计一电控的液压回路为油缸两个不同体积的活塞腔提供不同的流量，以达到往返速度 0V
相同。
2314
5
（2）利用FluidSIM-H软件完成回路设计与仿真调试
根据给定任务要求，可以考虑采用差动连接的方法来实现往返速度相同，差动连接靠一二位三通电磁换向阀（实际操作可用一二位四通换向阀来替代）来实现，活塞杆的往返靠一三位四通电磁换向阀实现，因实训系统所提供液压缸不是差动液压缸，因此回路中用一调速阀调节返回时的速度，以使往返速度相同【3】。如图4所示为按任务要求设计的回路，电路图中的开关S1、S2分别控制继电器线圈K1、K2，继电器线圈K1控制电磁线圈1YA，继电器线圈K2控制电磁线圈2YA和3YA【4】。
该控制系统的工作原理为：
①按下开关S1，继电器线圈K1通电，从而控制电磁线圈1YA通电，液压回路中的三位四通电磁换向阀左位接通，二位三通电磁换向阀处于常位，液压缸实现差动连接，活塞杆快速伸出；
②活塞移动至最右端停止后，松开开关S1，三位四通电磁换向阀回复至中位；
③按下开关S2，继电器线圈K2通电，从而控制电磁线圈2YA、3YA同时通电，液压回路中三位四通电磁换向阀和二位三通电磁换向阀右位同时接通，液压缸断开差动连接，活塞杆缩回。
图4中所示控制回路，只需将液压回路中调速阀开口调至合适的数值，就能实现双作用单活塞杆液压缸往返时速度相同。
元件描述
单作用缸标识0200150
100
50
mm
a246
810
三位四通换向阀，中位机能M型1V0
b
二位三通机控换向阀
b
1
按钮开关（常闭）S2
60
压力表40
20
bar
60
压力表40
20
bar
图中p单位为bar，v单位为m/s
（a）工作原理仿真 （b）元件工作状态仿真 （c）工作电路仿真
图5 利用Fluid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
图6 双作用缸的相关参数
回路设计好后，双击回路中的液压缸可以查看并修改缸的相关尺寸（如图6所示），缸尺寸确定后，按下启动按钮，可以看到液压缸活塞的整个运动过程，图5为在FluidSIM-H中对上述工作原理中①过程的仿真，从图5（a）中可以看到，深红色较粗的线条为工作中的压力油，浅褐色的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5（b）所示。图5（c）中红色较粗线条为工作中的电路。
上述动作完成后，松开开关S1，三位四通电磁换向阀回复到中位。按下开关S2，得到图7，为系统工作原理过程③的仿真过程。在这个仿真过程中需要调节调速阀公称流量的大小，从而不断调节活塞杆返回时的速度，直至往返所用时间相同，从而速度相同。调节方法为：查看双作用缸状态图，若活塞杆伸出行程和返回行程所用时间不相同，则双击图（a）中的调速阀，调节其公称流量的大小（如图8所示），直至活塞杆返回行程与伸出行程所用时间完全相同，即双作用缸状态图中两段斜直线斜率相同时，活塞杆伸出和缩回的速度才相等，从而达到题目要求。
【5】
元件描述
单作用
缸标识0200150
100
50
mm
a246
810121416
三位四通换向阀，中位机能M型1V0
b
二位三通机控换向阀
b
1
按钮开关（常闭）S2
60
压力表40
20
bar
60
压力表40
20
图中p单位为bar，v单位为m/s bar
（a）工作原理仿真 （b）元件工作状态仿真 （c）工作电路仿真
图7利用Fluid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）FESTO液压实训台实际回路安装与故障调试
按图4所需液压元件搭建实际液压回路并连接好电路。检查后，按下S1开关，记录活塞杆伸出行程所用时间，松开S1，待三位四通电磁换向阀回复中位，按下开关S2，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，我们可以看到，FESTO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：“任务接受---利用FluidSIM软件完成回路设计与仿真调试---实训台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，通过项目实做达到对液压与气动控制系统的组装及一般故障排除的能力的锻炼，为学习后续课程和毕业
后从事专业工作打下坚实的基础，多年的教学实践证明该应用使教学效果明显改善。
参考文献：
【1】孙树文，杨建武. FluidSIM仿真软件在机电一体化教学中的应用. 中国现代教育装备. 2008,63（5），94-95
【2】李湘伟. FluidSIM在液压与气压传动课程多媒体教学中的应用. 装备制造技术. 2007
（3），108-110
【3】薛彦登等. 液压与气压传动 [M] . 山东大学出版社，2005.
【4】蔡红斌. 电气与PLC控制技术[M] . 清华大学出版社，2007.
【5】FESTO公司. FluidSIM仿真设计软件. 2002，8.
作者简介：赵秀华，女，19xx年6月出生，汉族，山东济南人，济南铁道职业技术学院讲师，工学硕士学位，主要从事液压气动及其控制方面的教学与研究工作。
E-mail地址：20011099@163.com
联系电话：187xxxxxxxx
通信地址：山东济南经十东路23000号机械工程系，邮编：250104
第二篇：液压与气动系统设计组装调试实训
计算机辅助设计与制造专业
《液压与气动系统设计组装调试》
实训报告
班级：
学号：
姓名：
日期：
第一部分 液压系统设计
一、设计的目的
1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。
2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。
3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。
4、提高学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PRO/E等）进行实际工程设计的能力。
二、设计题目
题目（一）设计一台立式镗孔组合机床液压系统，要求该系统完成：快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止的半自动循环。采用平导轨，设计原始数据如下表所示。
试完成以下工作：
1、进行工况分析，绘制工况图；
2、拟定并绘制液压系统原理图；
3、绘制液压缸结构图；
4、编写设计说明书。
机床加工示意图如下：
图1 立式动力滑台加工示意图
第一部分 液压系统设计
一、设计的目的
1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。
2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。
3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。
4、提高学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PRO/E等）进行实际工程设计的能力。
二、设计题目
题目（二）设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升——慢速上升（可调速）——快速下降——下位停止的半自动循环。采用900V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。设计原始数据如下表所示。
试完成以下工作：
1、进行工况分析，绘制工况图；
2、拟定并绘制液压系统原理图；
3、绘制液压缸结构图；
4、编写设计说明书。上料机示意图如下：
图2 上料机示意图
三、分组安排
单号同学做题目（一）：
双号同学做题目（二）：
四、参考资料
1、教材相应章节。
2、《机械零件设计手册》（液压与气动部分） 冶金出版社
3、《机械设计手册》下册 化学工业出版社
4、《组合机床设计》（液压传动部分） 机械工业出版社
5、《液压工程手册》上、下册 机械工业出版社