基于工程實(shí)踐的《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程教學(xué)案例建設(shè)

張 良，萬宇杰，方自強(qiáng)，畢 翔

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056）

引言

《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程是機(jī)械類專業(yè)中重要課程之一，課程包括液壓傳動(dòng)與控制、氣壓傳動(dòng)與控制，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用在車輛工程、冶金工程、船舶工程、機(jī)械工程等領(lǐng)域，特點(diǎn)是在航空航天、機(jī)器人、核電工程等工程裝備中得到應(yīng)用[1-2]。對于液壓傳動(dòng)與控制的應(yīng)用，是衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，很多大國重器都能體現(xiàn)液壓傳動(dòng)與控制的應(yīng)用[3]。因此，《液壓與氣壓傳動(dòng)》在機(jī)械類專業(yè)建設(shè)以及人才培養(yǎng)過程中，顯得非常重要。該課程是以工程應(yīng)用為教學(xué)目標(biāo)，突出培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力，是具有專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)性性質(zhì)的必修課程之一。在常規(guī)傳統(tǒng)教學(xué)方式中，課程教學(xué)以理論教學(xué)為主，教師以課堂形式將教材知識(shí)點(diǎn)面面俱到地傳授給學(xué)生[4-5]。這樣的教學(xué)方式很難培養(yǎng)出學(xué)生的職業(yè)能力，以及創(chuàng)新性，需要對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。

1 《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程教學(xué)問題分析

1）課程課時(shí)嚴(yán)重不足。隨著國家對本科教育改革持續(xù)深入，為了全面提高學(xué)生德智體美勞等方面的素質(zhì)，各個(gè)高校都對人才培養(yǎng)計(jì)劃做了不同程度的改革，增加了基礎(chǔ)性的課程，以提高學(xué)生人文修養(yǎng)以及樹立正確的人生觀，相對地降低了學(xué)生對于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)深度要求。而對于機(jī)械類專業(yè)而言，隨著課程數(shù)量的增加，相應(yīng)的課程課時(shí)需要減少。對于重要的專業(yè)基礎(chǔ)課《液壓與氣壓傳動(dòng)》而言，課時(shí)也相應(yīng)減少。但是由于課程內(nèi)容相對較多、較抽象，而且實(shí)踐性很強(qiáng)，不同的應(yīng)用工況下液壓或氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成、原理以及控制方式等都不同，難以在較短時(shí)間內(nèi)完成課程內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)要求。

2）課程內(nèi)容抽象化?！兑簤号c氣壓傳動(dòng)》課程教學(xué)，大部分教學(xué)還是停留在課堂滿灌的方式，根據(jù)教材內(nèi)容，僅僅是將教材上的基本概念、基本原理一一講授給學(xué)生，學(xué)生只是作為課堂內(nèi)容的接收者，對液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)了解比較膚淺，只能停留在課本上的內(nèi)容，停留在課程考試上。經(jīng)過這樣的照本宣科式的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生對液壓動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件等知識(shí)點(diǎn)，只會(huì)是離散化的狀態(tài)，沒有形成系統(tǒng)化的知識(shí)體系，進(jìn)而難以形成學(xué)生的職業(yè)能力，更是無法適應(yīng)以后工作崗位的技能需求。

3）課程教師知識(shí)體系不完善。在一些地方高校，由于師資力量薄弱，教學(xué)設(shè)施不完善，在機(jī)械類專業(yè)中只設(shè)置了一些基礎(chǔ)專業(yè)課程，沒有開設(shè)《液壓與氣壓傳動(dòng)》的先導(dǎo)課，比如《流體力學(xué)》，教師的教學(xué)任務(wù)主要是講授教材內(nèi)容，缺乏工程實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)案例，教師也沒有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無法彌補(bǔ)先導(dǎo)課程的缺位，也難以在教學(xué)過程中使學(xué)生形成職業(yè)能力。

2 《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程教學(xué)內(nèi)容改革

要解決《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)存問題，必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。以培養(yǎng)和提升學(xué)生職業(yè)能力為目的，在教學(xué)內(nèi)容中融入工程實(shí)踐案例，構(gòu)建課程教學(xué)資源案例庫，豐富教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容具體化，方便學(xué)生理解課程知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生形成系統(tǒng)的課程知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。

2.1 液壓控制元件

液壓元件很多教學(xué)案例可以通過建立元件的三維圖、爆炸圖等教學(xué)知識(shí)庫，這些只是讓學(xué)生理解元件的結(jié)構(gòu)組成，缺少讓學(xué)生應(yīng)用元件的環(huán)節(jié)。

為了讓學(xué)生了解液壓元件的工程實(shí)踐應(yīng)用，以冶金工程中煉鐵工藝熱風(fēng)爐系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)為教學(xué)案例。該液壓站為12 個(gè)閘門提供液壓動(dòng)力，其中6 個(gè)閘門工況是全開或者全關(guān)狀態(tài)，即采用兩位兩通換向閥，另外6 個(gè)閘門工況允許閘門在中間位置停留，即采用三位四通換向閥。閘門的液壓缸的性能參數(shù)根據(jù)工況確定。在這12 個(gè)閘門控制回路中，有些閘門的控制回路上設(shè)置“液壓鎖”，實(shí)現(xiàn)控制回路的保壓。通過該案例學(xué)習(xí)，可以了解換向閥在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，以及液控單向閥在保壓回路中的應(yīng)用。

結(jié)合液壓閥現(xiàn)場安裝圖，如圖1 所示。講解液壓元件安裝以及調(diào)試方法。

圖1 液壓閥現(xiàn)場安裝圖

2.2 液壓附件元件

液壓附件是液壓系統(tǒng)組成部分，教材課時(shí)不多，但是這些知識(shí)點(diǎn)在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，基本知識(shí)點(diǎn)講授給學(xué)生，學(xué)生可以在案例中不斷領(lǐng)悟、提升，最后轉(zhuǎn)化為職業(yè)能力。

以冶金工程中煉鐵工藝熱風(fēng)爐系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)泵站部分為教學(xué)案例。該泵站內(nèi)包含液壓動(dòng)力元件—液壓泵；液壓附件—油箱、蓄能器、液位計(jì)、回油過濾器等；液壓控制元件—溢流閥，如圖2 所示。

圖2 液壓泵站原理圖

案例中，作為冷卻系統(tǒng)，可以講解液壓系統(tǒng)的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，是保證油液質(zhì)量與純潔度的重要手段。循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的換熱器常采用管式換熱器或板式換熱器。案例中，還有很多附件原件，比如油箱。油箱不僅作為存儲(chǔ)油液的容器，還是散熱的容器。以及工程實(shí)踐中油箱的材質(zhì)可以是碳鋼也可以是不銹鋼，詳細(xì)講解油箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。過濾器是液壓系統(tǒng)中重要的附件原件，是保證各個(gè)元件能正常工作的重要手段，過濾器種類很多，一般根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中，對于過濾性能要求而確定。

2.3 液壓系統(tǒng)回路

液壓系統(tǒng)回路知識(shí)時(shí)以液壓控制元件、輔助元件為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用課程知識(shí)的課程板塊。為了讓液壓系統(tǒng)回路能更容易被學(xué)生掌握，采用建立液壓系統(tǒng)回路應(yīng)用案例庫。

以數(shù)控機(jī)床的卡盤液壓系統(tǒng)為教學(xué)案例，如圖3所示。

圖3 卡盤液壓系統(tǒng)圖

系統(tǒng)的工作原理：在要求卡盤處于正卡（卡爪向內(nèi)夾緊工件外圓）且在高壓大夾緊力狀態(tài)下時(shí)，3YA失電，換向閥5 左位工作，系統(tǒng)選擇減壓閥3 工作。夾緊力的大小由減壓閥3 來調(diào)整，夾緊壓力由壓力表7來顯示。

當(dāng)1YA 通電時(shí)，減壓閥3 左位工作，系統(tǒng)液壓油的流向?yàn)椋河捅?→單向閥2→減壓閥3→換向閥5左位→換向閥6 左位→液壓缸右腔。液壓缸左腔的油液經(jīng)換向閥6 左位直接回油箱。這時(shí)，活塞桿左移，操縱卡盤夾緊。

當(dāng)2YA 通電時(shí)，換向閥5 右位工作，系統(tǒng)壓力油進(jìn)入到液壓缸左腔，液壓右腔的油液經(jīng)換向閥6 直接回油箱。這時(shí)，活塞桿右移，操縱卡盤松開。

在要求卡盤處于正卡且在低壓小夾緊力狀態(tài)下時(shí)，3YA 通電，換向閥5 處于右工作位，系統(tǒng)選擇減壓閥4 工作。夾緊力的大小由減壓閥4 來調(diào)整，夾緊壓力也由壓力表7 來顯示。

卡盤處于反卡（卡爪向外夾緊工件內(nèi)孔）時(shí)，動(dòng)作與正卡時(shí)相反。即反卡的夾緊是正卡的松開；反卡的松開是正卡的夾緊。

3 結(jié)語

課程教學(xué)改革需要以學(xué)生為中心，以促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力提升為目的。這要求教師要不斷完善教學(xué)方法，理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系。針對《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程特點(diǎn)，建立基于工程實(shí)踐的教學(xué)案例，通過具體的工程應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生的綜合能力，為課程教學(xué)改革提供理論指導(dǎo)。