【摘要】疫情之下，为完成实验教学环节，帮助学生更好的掌握液压原理及其应用，提出一种线上进行液压课程实验教学的思路及具体实施方法。利用实际实验视频、Fluidsim软件及精心设计的实验报告内容和思考题，不仅能引导学生达到对元件从认识到认知，对原理从理解到掌握，并能应用相关知识的实验教学目的，同时培养学生的自主学习能力。经实际验证，大部分学生在线上实验之后，加深了对液压原理的理解，达到了实验的目的。
【关键词】液压课程实验；线上；Fluidsim软件；实验报告
1引言
疫情之下，高校的教学不得不转为线上进行，理论教学相对来讲容易实现，也涌现出了各种线上教学工具来满足教学需求，而实验教学资源相对有限实现不易。实验教学的目的是通过学生的实际操作，进一步加深学生对基本原理等理论知识的掌握，提高其应用基本理论解决实际问题的能力及动手能力。对于线上实验来讲，除了具体动手能力，其余的实验目的都能够实现，且更方便学生随时对实验结果进行分析，调整实验思路，实际动手能力在回校后在开放性综合性实验中可以得到锻炼。对于现有的线上液压实验平台，比如国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台，可以看到很多大学开发的工程机械虚拟仿真液压实验系统[1]，且不说实验项目是否符合本校学情，就是适合，但是大部分平台需要不同的浏览器，而且经常因为不是本校学生，下载各种系统要求的浏览器之后仍然无法进入实验系统；或者一时之间难以开发出自有的仿真实验平台。介于这种情况，提出一种利用线下实验台和Fluidsim软件结合进行的线上实验方案，经试行，特别方便学生操作且学生反应效果良好[2]。
2实验的总体设计
以液压传动课程必做的节流调速回路[3]为例。完成常规实验的实验目的原理讲解之后，首先，利用实际元件视频和图片结合引导学生认识实际液压元件，与符号相对应，并能理解液压元件的连接方法；其次引导学生自行设计并在Fluidsim软件中建模仿真需要的液压回路，并要求学生自行根据实验报告要求在软件中添加必要的测量仪表；最后学生自行设计实验步骤完成实验，认真完成实验报告里面的思考题。
3具体实施步骤
3.1液压元件的图片和视频
利用线上充足的教学资源如mooc等，或者实验室设备连接视频，给学生演示讲解液压元件的外观及接法，特别是外接油口的接法，引导学生认识元件，回忆其工作原理，并画出对应的图形符号。比如换向阀，如图1所示，有四个油口P、T、A、B，通过管接头分别跟液压泵、油箱及执行元件连接。
3.2回路设计与搭建
根据节流调速回路的定义，需要定量泵供油，节流阀调速，但溢流阀必不可少，学生在软件中找到相关元件，并进行连接建模。如果元件不正确，连接不正确，点击仿真，油液不会流动，提示学生找到正确的元件并连接。其中一种方案设计如图2所示。注意：根据实验要求，需要掌握：（1）流量与压差之间的关系；（2）需要掌握负载与速度之间的关系，故要求学生在回路中加入必要的测量仪表，流量计和压力表等。学生可以参考实验报告需要测量的数据来添加，实验报告数据记录表如表1所示。
3.3实验原理、步骤及数据记录
本实验的主要目的是要求学生掌握经过节流阀的流量与哪些因素有关，以及流量变化对速度的影响，故在Fluidsim软件中，建立进油节流调速回路模型，在表2设定值条件下，调节节流阀三个不同的开度20%、45%、70%，在每一个开度时，调节不同的负载（需要双击修改的参数，在弹出的对话框中进行修改），记录对应的数据填入数据记录表表1中。
3.4实验数据的处理
根据表2中记录的数据，在EXCEL表格中进行相关数据的计算并画出曲线。图3所示为流量与压差的关系曲线，图4所示为不同开度下进油节流调速回路的速度负载特性曲线。
3.5实验结果的分析
要求学生对实验结果进行分析，说明节流阀调速时流量与压差之间的关系，掌握节流阀刚度的定义；分析速度-负载特性曲线，从曲线可以看出，因为速度值的精度问题，曲线不够理想，可以用多项式趋势线来代替，在此基础上分析速度如何受负载的影响，在什么情况下速度更稳定。并完成以下思考题：（1）当负载增大到一定值时，液压缸速度为0，是不是负载决定速度？为什么？（2）负载最大值是多少？由谁来决定？（3）曲线如何说明负载对于调定速度的影响？
3.6回油节流调速回路及旁路节流调速回路
回油节流调速回路实验结果与进油节流调速回路类似，其应用场合也接近，主要区别在于回油节流调速回路的工作稳定性优于进油节流调速回路。旁路节流调速回路的仿真实验因节流阀与液压刚并联，因为节流阀而存在背压，使得实验曲线与理论曲线存在一定出入，如负载为0时，根据液压缸速度计算公式，不管节流阀开度多大，液压缸速度应该是相等的，但仿真时会有不同，但速度总体变化趋势是一致的，原因另文讨论。
3.7实验注意事项
在实验过程中，经常会有学生容易出现一下细节问题：单向节流阀进出油口接反；流量计选用了液压马达等等，需要老师提前提醒同学注意，并在实验前检查同学的回路建模，使得实验能够顺利进行。
4结论
综上所述，在整个实验过程中，学生能清晰把握实验目的，实验原理及实验步骤，对数据的记录可以更详尽，数据的处理更及时；相比较于在实验室注重操作和实验过程，对于数据的正确性和合理性难以确定，线上实验能够使得学生在分析过程中更容易能找到问题的根源，比如虽然负载变大时，速度变小，但负载变化直接影响的是节流阀口前后的压差，而不是流量。学生在实验之后的反馈也说明，线上实验使学生加深了对于经过节流阀的流量公式及其调速原理的理解和掌握，并学会了Fluidsim软件的使用及在EXCEL软件中进行数据处理的技能。同时，因为软件中可以实现回路的各种动作，激发了学生学习其它回路的兴趣[4]。在线下教学时，也可以作为实操实验的预习内容进行，帮助学生顺利完成实际的实验操作。
参考文献
[1]陈敏捷,羊荣金,沈孟锋.基于Android平台的液压虚拟实验系统设计[J].实验技术与管理,2019(11).
[2]郭联金,潘斌.FluidSIM在液压与气动控制仿真实验中的应用[J].实验技术与管理,2015(8).
[3]赵轲,蔡业彬.液压传动教学实验中的节流调速回路实验[J].液压与气动,2012(7).
[4]梁云峰,谷凤民,李湘伟.基于FluidSIM的仿真方法在液压动力头控制系统中的应用[J].煤矿机械,2012(10).
作者:赵轲 龚勇镇 黄崇林 单位:广东石油化工学院 机电工程学院
