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液壓傳動(dòng)虛擬計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的探討論文
0 引言
液壓傳動(dòng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的機(jī)械類與機(jī)電類專業(yè)必修課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要。由于液壓系統(tǒng)的成本和運(yùn)行費(fèi)用較高，許多高校實(shí)驗(yàn)條件因此受到了限制，學(xué)生不能馬上實(shí)驗(yàn)課堂上所學(xué)的內(nèi)容，或者有的課堂內(nèi)容根本就沒有與其相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。導(dǎo)致許多學(xué)生不能正確地掌握液壓元件的工作原理及液壓基本回路的功能等重要知識，而且學(xué)習(xí)該課程的積極性也不高。
隨著計(jì)算機(jī)與多媒體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多虛擬實(shí)驗(yàn)。利用仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)可生成一個(gè)逼真的三維視覺、觸覺、聽覺及嗅覺的感官世界，使用戶根據(jù)自己的要求，借助某些設(shè)備和自然技能對虛擬世界的客體進(jìn)行瀏覽與交互考察。鑒于此，為了克服目前液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)的效果，本文以多媒體制作軟件 Authorware 為主要開發(fā)工具，借助于 Photoshop 及 Flash 圖形圖像軟件，設(shè)計(jì)了液壓傳動(dòng)虛擬計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，幫助學(xué)生在教學(xué)過程中迅速掌握液壓元件的工作原理及相關(guān)概念。
1 液壓傳動(dòng)虛擬計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的總體構(gòu)造
該系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)組裝實(shí)驗(yàn)和液壓基本回路性能實(shí)驗(yàn)兩部分組成。
2 液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2.1 液壓系統(tǒng)組裝實(shí)驗(yàn)
本文通過組裝一個(gè)典型的機(jī)床液壓系統(tǒng)，加深對所學(xué)液壓元件的功能及結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。液壓系統(tǒng)如圖 2 所示，主要由液壓泵、液壓缸、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、濾油器和油箱組成。在Authorware中模擬現(xiàn)實(shí)的回路組裝類似于一個(gè)拼圖游戲。如果將零件拖動(dòng)到正確的位置，則零件停留并固定在正確的位置上；如果將零件拖動(dòng)到錯(cuò)誤的位置時(shí)，則零件回到原來的位置，等待下一次的正確拖動(dòng)。
2.2 節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)
節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕亲寣W(xué)生了解節(jié)流調(diào)速回路的類型、構(gòu)成及其特點(diǎn)。通過該實(shí)驗(yàn)，掌握它們各自的速度—負(fù)載特性。從實(shí)驗(yàn)原理來講，進(jìn)行節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性試驗(yàn)要解決如下兩個(gè)問題：一是如何構(gòu)成各種實(shí)驗(yàn)回路，并解決工作液壓缸的速度測量問題；二是解決如何實(shí)現(xiàn)加載及如何調(diào)節(jié)加載力的問題。圖 4 為節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理圖，其中左側(cè)為實(shí)驗(yàn)回路部分，右側(cè)為載部分。
2.3 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)步驟：
�。�1）如上所述，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)回路和加載系統(tǒng)，并啟動(dòng)它們；
�。�2）調(diào)定進(jìn)油路上的節(jié)流閥 6 的開度；
�。�3）在FL=0（即空載）的情況下，測量主油缸 9 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v=s/t 。其中 s（行程）通過鋼直尺由實(shí)驗(yàn)者自己選定，時(shí)間t用秒表測定；（4）調(diào)節(jié)溢流閥 15，從小到大，分級改變加載壓力 p5，測量 v=s/t，觀察并記錄 p2，p3，p4 等壓力值。
（5）改變進(jìn)油路上的節(jié)流閥6 的開度。重復(fù)上述步驟。測定節(jié)流閥在另一開度（AT）值下的 v=（fFL）特性。
（6）要求完成節(jié)流閥閥口開度為大、中、小三種情況下的速度—負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)；
�。�7）實(shí)驗(yàn)完畢后，松開溢流閥 3 和溢流閥 15，停泵。
在Authorware中實(shí)現(xiàn)調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)要按照設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行。首先，讓用戶閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，點(diǎn)擊“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室”交互按鈕后，用戶看到實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)等待用戶的輸入，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)前需要對系統(tǒng)的工作回路和加載回路進(jìn)行調(diào)整工作。用戶根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，調(diào)整完畢后，程序跳轉(zhuǎn)到回路的選擇交互中。當(dāng)用戶選擇進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)時(shí)，有三個(gè)操作需要選擇：
�。�1）選擇節(jié)流閥的開口大小
�。�2）確定某一次實(shí)驗(yàn)的加載壓力
�。�3）是接通三位四通換向閥。于是油液開始按照油路的性質(zhì)在回路中流動(dòng)。點(diǎn)擊“觀看速度—負(fù)載曲線”，用戶可以觀看回路的速度—負(fù)載曲線。
3 結(jié)論
由于篇幅所限，本文只介紹了液壓系統(tǒng)組裝實(shí)驗(yàn)和進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)，其余的壓力控制回路實(shí)驗(yàn)都設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊形式，模塊之間的切換利用幾個(gè)響應(yīng)范圍為“永久”的下拉菜單交互實(shí)現(xiàn)。每個(gè)模塊在各個(gè)響應(yīng)結(jié)果分支中是一個(gè)群組圖標(biāo)。模擬實(shí)驗(yàn)是利用算機(jī)多媒體技術(shù)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在交互控制下將實(shí)驗(yàn)的每個(gè)過程進(jìn)行展示。任何一個(gè)液壓系統(tǒng)，無論多么復(fù)雜，總是由一些基本液壓回路組成。為此，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件采用模塊式結(jié)構(gòu)，便于以后擴(kuò)充。實(shí)踐表明，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件具有廣闊的應(yīng)用前景。
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