融電氣知識(shí)于《液壓與氣壓傳動(dòng)》的優(yōu)化教學(xué)

陳俊英

一、前言

隨著自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓與氣壓技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，并逐漸滲透到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程是中職學(xué)校機(jī)械類、電氣類專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)課程。但這門課程的內(nèi)容涉及面廣、綜合性強(qiáng)，理論和抽象的概念多，要求學(xué)生有一定的實(shí)踐性、應(yīng)用性和綜合分析能力，但中職學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)普遍較差并且對(duì)液（氣）壓元件接觸少，缺乏感性認(rèn)識(shí)。如果在教學(xué)過(guò)程中，教師還是采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，往往使學(xué)生覺(jué)得這門課很枯燥，不容易理解，越學(xué)越糊涂，越學(xué)越?jīng)]興趣。其實(shí)許多知識(shí)體系在認(rèn)知結(jié)構(gòu)上是相通的，但學(xué)生知識(shí)掌握廣度不足，不能產(chǎn)生新舊知識(shí)聯(lián)系，這需要教師在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用聯(lián)想推理，找出新舊知識(shí)體系之間的相關(guān)性。學(xué)生已學(xué)習(xí)《電工學(xué)》《電力拖動(dòng)控制》《PLC控制系統(tǒng)》等相關(guān)的電氣課程，而液壓與氣壓傳動(dòng)與電氣傳動(dòng)在本質(zhì)上有一定的相似性，并且在生產(chǎn)實(shí)際中，液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)也都是和電氣控制部分密切聯(lián)系的。但學(xué)生對(duì)于液壓與氣動(dòng)回路與電氣知識(shí)的關(guān)系并不理解，因此，在講授《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程時(shí)，將相關(guān)的電氣控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)就顯得非常必要。

二、比較學(xué)習(xí)，輕松邁過(guò)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程學(xué)習(xí)的門檻

《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程一般安排在第三或第四學(xué)期，大部分電氣課程學(xué)生已完成學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，可從學(xué)生很熟悉的電風(fēng)扇的電氣系統(tǒng)與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行比較教學(xué)。在液壓系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，將風(fēng)扇電氣系統(tǒng)由電機(jī)、電扇、控制調(diào)節(jié)裝置（開(kāi)關(guān)、變壓器、調(diào)速器）及電線組成，與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件組成進(jìn)行比較分析：液壓泵相當(dāng)于電機(jī)，液壓缸相當(dāng)于風(fēng)扇，液壓控制元件相當(dāng)于風(fēng)扇的控制調(diào)節(jié)裝置，油管則相當(dāng)于電線，液壓油相當(dāng)于電流;同樣在學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)，也可將壓力和流量與電氣系統(tǒng)中電壓和電流進(jìn)行比較學(xué)習(xí)。通過(guò)比較，使液壓系統(tǒng)的一些概念的含義變得容易理解和掌握，學(xué)生很快擺脫了新知識(shí)的陌生感和距離感，輕松邁過(guò)該課程的學(xué)習(xí)門檻。

三、嫁接電氣知識(shí)，激活《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程

中職院校《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，在教學(xué)中應(yīng)強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。所以液壓與氣壓傳動(dòng)課采用一體化教學(xué)模式是必須的，將理論知識(shí)融入實(shí)踐動(dòng)手操作中，讓學(xué)生直觀地了解理論知識(shí)，并在實(shí)踐操作環(huán)境中將理論知識(shí)與實(shí)物聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)相關(guān)原理的理解和掌握。在液壓與氣壓一體化教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后，進(jìn)入實(shí)踐環(huán)節(jié)在FluidSIM-H液壓仿真系統(tǒng)中連接回路，在實(shí)訓(xùn)臺(tái)搭建實(shí)際回路驗(yàn)證。但學(xué)生在搭建回路過(guò)程中經(jīng)常會(huì)問(wèn)到液壓及氣動(dòng)回路的控制過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的，所以在液壓與氣壓課教學(xué)中要融入有關(guān)電氣控制的知識(shí)，來(lái)解決實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

1.牛刀初試

雖然學(xué)生在前面已學(xué)過(guò)大部分電氣課程，但中職學(xué)生對(duì)知識(shí)遺忘較快，運(yùn)用知識(shí)的能力不強(qiáng)，所以液壓回路搭建時(shí)還應(yīng)該先復(fù)習(xí)電氣相關(guān)內(nèi)容，特別是電氣元件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)及其功能、作用。

在液壓回路中運(yùn)用最廣泛的就是中間繼電器及其輔助觸點(diǎn)、按鈕等，通過(guò)分析并比較圖1中a、b 兩圖的功能及作用，最后學(xué)生總結(jié)中間繼電器及其輔助觸點(diǎn)、按鈕的功能以及它們?cè)诨芈分械淖饔谩?/p>

在搭建換向回路時(shí)，因?qū)W生是第一次接觸液壓回路及相關(guān)的電氣回路設(shè)計(jì)，先讓學(xué)生利用圖1a 將燈換成了換向閥的電磁鐵（如圖2 所示），利用液壓軟件FluidSIM-H進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了回路動(dòng)作的仿真，仿真時(shí)電氣回路動(dòng)作帶動(dòng)了液壓回路的相應(yīng)動(dòng)作，學(xué)生能直觀地看到自己設(shè)計(jì)出來(lái)的回路能否實(shí)現(xiàn)采用手動(dòng)按鈕控制液壓缸的往返運(yùn)動(dòng)。通過(guò)1SB 按鈕的分合控制，電磁鐵1YA 失電得電，從而使電磁操縱機(jī)構(gòu)的換向閥進(jìn)行位置的切換，最終控制了液壓油的流向，讓液壓缸活塞進(jìn)行前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)。仿真成功之后，再讓學(xué)生到液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行液壓回路及電氣回路的組裝，鍛煉他們的看圖、識(shí)圖及動(dòng)手能力，將液壓及電氣原理圖與實(shí)物一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。

通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的液壓回路和電氣回路的設(shè)計(jì)及搭建，學(xué)生開(kāi)始初步接觸液壓回路與電氣回路相似思維的思考方法，還能了解通過(guò)電氣來(lái)控制液壓回路的動(dòng)作，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。

2.逐步深入

在完成圖2任務(wù)后，給學(xué)生提出新的任務(wù)，即如何實(shí)現(xiàn)液壓缸自動(dòng)控制往返運(yùn)動(dòng)（動(dòng)畫演示）。引導(dǎo)學(xué)生觀察，使其發(fā)現(xiàn)液壓回路基本沒(méi)有改動(dòng)，僅增加了2 個(gè)行程開(kāi)關(guān)，再引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)過(guò)的電氣知識(shí)完成電氣部分的改動(dòng)（如圖3 所示），通過(guò)1SB 按鈕的分合控制，中間繼電器及行程開(kāi)關(guān)1S、2S 的條件限定，從而控制了電磁操縱機(jī)構(gòu)換向閥電磁鐵1YA 的得電與失電，最終同樣控制了液壓油的流向，讓液壓缸活塞進(jìn)行前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)。

在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中，大部分機(jī)器有自動(dòng)復(fù)位功能，前面的液壓缸自動(dòng)往返回路不能實(shí)現(xiàn)停機(jī)后的液壓缸活塞自動(dòng)返回原位。為了與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，所以學(xué)生在已設(shè)計(jì)的回路基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步深化，完善液壓回路的功能。液壓回路的優(yōu)化：將液壓回路當(dāng)中的兩位四通換向閥（1 個(gè)電磁鐵控制）改為三位四通換向閥（2 個(gè)電磁鐵控制），并增加中間繼電器進(jìn)行擴(kuò)展，增加液壓回路動(dòng)作條件的進(jìn)一步限定，從而實(shí)現(xiàn)了液壓回路的自動(dòng)往返及停機(jī)功能。

通過(guò)這些回路的搭建，學(xué)生了解到電氣控制才是實(shí)現(xiàn)液壓回路功能的關(guān)鍵，改動(dòng)了電氣控制回路就可相應(yīng)改動(dòng)液壓回路的功能。電氣控制就是根據(jù)液壓回路的功能給出一定的限定條件，讓液壓回路在滿足條件時(shí)進(jìn)行動(dòng)作。

這樣通過(guò)層層推進(jìn)，逐步增加電氣控制難度，激發(fā)學(xué)生的好奇心，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，學(xué)生不再覺(jué)得《液壓與氣壓傳動(dòng)》枯燥無(wú)趣。在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)讓學(xué)生去探索，去發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)。

? ?四、學(xué)科合作，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力

前面通過(guò)中間繼電器的電氣回路來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓缸自動(dòng)往返及停機(jī)復(fù)位功能，但電氣回路復(fù)雜，線路較多，容易出現(xiàn)接錯(cuò)線的情況，此時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行電氣回路的組裝時(shí)會(huì)意識(shí)到其煩瑣性。我們可以通過(guò)不同課程的合作教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生去探討解決這個(gè)問(wèn)題的方法。

我們可以將《液壓與氣壓傳動(dòng)》與《PLC 控制系統(tǒng)》同時(shí)開(kāi)設(shè)，與《PLC 控制系統(tǒng)》課程的老師合作，在PLC 課讓學(xué)生根據(jù)上述兩種液壓回路的功能編寫PLC 可編程控制器的程序，然后要求學(xué)生在液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)物組裝，進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)雖然PLC 可編程控制器的電氣回路的成本會(huì)有所增加，但通過(guò)它可非常靈活地對(duì)液壓及氣動(dòng)回路的功能進(jìn)行更改，只要改動(dòng)PLC 可編程控制器中的程序就能實(shí)現(xiàn)回路功能的轉(zhuǎn)變，而不需要對(duì)實(shí)際的電氣線路的接線做任何調(diào)整和改動(dòng)。

通過(guò)學(xué)科合作，學(xué)生不僅很好地理解了液壓與氣壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)和理論，同時(shí)進(jìn)一步掌握了PLC的相關(guān)知識(shí)，提高了運(yùn)用知識(shí)的能力。

?五、結(jié)束語(yǔ)

中職機(jī)械類專業(yè)和電氣類專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后的工作崗位大部分是設(shè)備操作、檢修及維護(hù)工，他們的工作不僅僅只是涉及單一的機(jī)械或電氣方面的知識(shí)，而是機(jī)械和電氣知識(shí)的結(jié)合。雖然機(jī)械和電氣的相關(guān)課程他們都學(xué)習(xí)了，但他們還不能將這些課程互相融合起來(lái)，對(duì)于今后的工作也只有片面的了解，這會(huì)影響他們職業(yè)能力的發(fā)展。融電氣知識(shí)于《液壓與氣壓傳動(dòng)》課中，讓學(xué)生體會(huì)液壓與氣壓傳動(dòng)與電氣控制是密不可分的，進(jìn)一步理解機(jī)電設(shè)備的含義，同時(shí)，電氣控制設(shè)計(jì)讓液壓與氣壓實(shí)訓(xùn)內(nèi)容變得豐富，提高了學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生的實(shí)踐能力得到鍛煉，為走向工作崗位，盡快適應(yīng)工作打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

責(zé)任編輯陳春陽(yáng)