基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程改革思考

譚波 嚴(yán)平 劉慧敏

摘要：液壓傳動(dòng)課程具有涉及學(xué)科多、概念原理抽象、各部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，以及實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)習(xí)過程中需要重點(diǎn)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力，因而實(shí)驗(yàn)教學(xué)在液壓傳動(dòng)課程中具有十分重要的地位，但因?qū)嶒?yàn)條件限制而使教學(xué)效果受到影響。針對(duì)液壓傳動(dòng)課程的特點(diǎn)，可將其知識(shí)點(diǎn)分為基礎(chǔ)理論類、結(jié)構(gòu)原理類、邏輯動(dòng)作類等三類，結(jié)合不同計(jì)算機(jī)仿真軟件的特色，在教學(xué)的不同階段采用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可開設(shè)演示性、綜合性、創(chuàng)新性虛擬實(shí)驗(yàn)，從而彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件不足的缺陷，改善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);計(jì)算機(jī)技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0254-02

一、液壓傳動(dòng)課程的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）液壓傳動(dòng)課程的特點(diǎn)

液壓傳動(dòng)課程涉及學(xué)科多，各部分內(nèi)容相對(duì)較為獨(dú)立，根據(jù)本專業(yè)實(shí)際，目前所授內(nèi)容主要由四部分組成，即：流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、液壓傳動(dòng)元件結(jié)構(gòu)與工作原理、液壓傳動(dòng)回路、液壓傳動(dòng)典型回路分析。

從內(nèi)容設(shè)置上看，流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)部分作為整個(gè)課程的理論基礎(chǔ)，內(nèi)容較為抽象，是正確理解液壓傳動(dòng)現(xiàn)象本質(zhì)和進(jìn)行液壓傳動(dòng)分析的重要前提，但從知識(shí)結(jié)構(gòu)上與后續(xù)液壓元件結(jié)構(gòu)、液壓回路分析的學(xué)習(xí)沒有必然聯(lián)系;液壓傳動(dòng)元件部分重點(diǎn)介紹各液壓動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件以及輔助元件的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的三維空間想象能力，正確掌握各液壓元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成和工作原理;液壓傳動(dòng)回路部分需要學(xué)生具有較強(qiáng)的邏輯思維能力，在熟悉各液壓元件圖形符號(hào)及工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確分析液壓油流動(dòng)方向及液壓元件的動(dòng)作，熟練掌握液壓傳動(dòng)基本回路組成和功能;最后液壓傳動(dòng)典型回路分析部分則要求建立在對(duì)上述三部分內(nèi)容準(zhǔn)確理解的基礎(chǔ)上，結(jié)合裝設(shè)備的功能和動(dòng)作要求，能夠?qū)Φ湫突芈饭ぷ鬟^程進(jìn)行準(zhǔn)確分析乃至進(jìn)行回路設(shè)計(jì)，要求通過學(xué)習(xí)使學(xué)生具備對(duì)典型液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析的綜合素質(zhì)。

從教學(xué)目的看，通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握液壓傳動(dòng)的基本知識(shí)，具備對(duì)液壓基本回路、典型液壓系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和實(shí)驗(yàn)研究的初步能力，具備對(duì)裝設(shè)備液壓系統(tǒng)故障分析和排除的基本素質(zhì)。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前實(shí)驗(yàn)室所使用的是秦川機(jī)床廠生產(chǎn)的QCS014型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)由液壓工作臺(tái)框架、兩臺(tái)液壓泵、二十幾個(gè)拆裝式液壓元件閥板和電氣控制柜組成，液壓工作臺(tái)框架用于布置和安裝液壓元件閥板，管路與閥板之間采用快換接頭連接，利用液壓泵、拆裝式液壓元件、快換接頭、電氣控制柜構(gòu)成幾種典型的功能回路，主要可用于進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)，此外學(xué)生也可在教員的指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的液壓回路并進(jìn)行驗(yàn)證。

經(jīng)過多年液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件已凸顯出較大的不足，主要表現(xiàn)在如下方面。

1.實(shí)驗(yàn)臺(tái)為上世紀(jì)80年代設(shè)備，設(shè)備老化，且嚴(yán)重滯后于當(dāng)前液壓傳動(dòng)發(fā)展水平，已無法滿足現(xiàn)階段液壓傳動(dòng)教學(xué)需求。

2.經(jīng)過長時(shí)間使用，部分液壓元件已出現(xiàn)零部件損壞、閥件堵塞、管路漏油嚴(yán)重等問題，由于年代久遠(yuǎn)，維修較困難，更換維修又代價(jià)過大，原有兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)臺(tái)目前已只有一臺(tái)堪用，許多實(shí)驗(yàn)實(shí)際上已無法開出。

3.實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)套數(shù)有限，且受教學(xué)時(shí)數(shù)限制，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，只有部分掌握教學(xué)內(nèi)容較好的學(xué)生能夠動(dòng)手進(jìn)行操作，其他學(xué)生或因不夠熟練，或因時(shí)間有限，只能在旁進(jìn)行輔助，以“看”實(shí)驗(yàn)為主，動(dòng)手機(jī)會(huì)不多，得不到必要的鍛煉。

4.實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，即使部分學(xué)生能夠主動(dòng)動(dòng)手，但也只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行演示性驗(yàn)證，很少去思考為什么這樣做，或者無法在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的想法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有限。

5.實(shí)驗(yàn)室缺乏液壓流體力學(xué)和液壓元件部分的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所開出的實(shí)驗(yàn)課主要針對(duì)第三部分內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)授課過程中發(fā)現(xiàn)，由于前兩部分課程內(nèi)容相對(duì)較抽象，學(xué)生對(duì)相關(guān)液壓流體力學(xué)的概念和液壓元件的結(jié)構(gòu)及工作原理的理解程度參差不齊，因此部分學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)易處于被動(dòng)地位。

二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

由于液壓設(shè)備價(jià)格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)專業(yè)化要求較高，在現(xiàn)有條件下，引入液壓教學(xué)設(shè)備比較困難，為了滿足教學(xué)需求，有必要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段上進(jìn)行改革。計(jì)算機(jī)技術(shù)近年來在教學(xué)實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種輔助手段，把計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真引入液壓傳動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)條件不足的有效手段。針對(duì)液壓傳動(dòng)課程各部分內(nèi)容的不同特點(diǎn)，在教學(xué)的不同階段采用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可大大彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的不足。

根據(jù)對(duì)液壓傳動(dòng)課程特點(diǎn)的分析，可知其知識(shí)點(diǎn)主要可分為三類，即基礎(chǔ)理論類知識(shí)點(diǎn)，主要包括油液的物理特性、流體動(dòng)力學(xué)、液體流動(dòng)的壓力損失等;結(jié)構(gòu)原理類知識(shí)點(diǎn)，主要包括液壓泵、液壓執(zhí)行元件、液壓控制閥，以及液壓輔助元件的結(jié)構(gòu)組成及工作原理;邏輯動(dòng)作類知識(shí)點(diǎn)，主要包括液壓基本回路、典型液壓系統(tǒng)回路的邏輯動(dòng)作、工作原理。針對(duì)這三類知識(shí)點(diǎn)，可以結(jié)合不同軟件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)第一類知識(shí)點(diǎn)，教員可利用Authorware軟件或類似軟件，制作交互式、多媒體課件，學(xué)生通過上機(jī)進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)。如圖1所示，學(xué)生可通過類似實(shí)驗(yàn)，了解相關(guān)液壓基礎(chǔ)理論知識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。通過該類演示性實(shí)驗(yàn)，可在較少的課時(shí)掌握基本要點(diǎn)，達(dá)到與實(shí)作相同的教學(xué)效果。

針對(duì)第二類知識(shí)點(diǎn)，教員可利用Pro/E軟件或類似CAD軟件，制作液壓元件的3D模型，學(xué)生可通過軟件的虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真功能，上機(jī)進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，學(xué)生可通過該類實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上了解元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行液壓元件裝配，觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)理，從而掌握各型液壓元件的結(jié)構(gòu)組成、部件與部件的相對(duì)關(guān)系，以及液壓元件的工作原理。通過該類實(shí)驗(yàn)，可大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)支出，提高教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

針對(duì)第三類知識(shí)點(diǎn)，教員可利用Fluidsim軟件或類似軟件，搭建液壓回路，學(xué)生在初學(xué)階段可根據(jù)教員提供的工作原理圖，按部就班進(jìn)行液壓回路的建立，驗(yàn)證液壓油路及液壓元件的動(dòng)作;在后階段即可嘗試自行設(shè)計(jì)回路，開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。如圖3所示，學(xué)生可通過該類虛擬實(shí)驗(yàn)，掌握液壓回路的邏輯動(dòng)作，熟悉液壓回路的組成，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語

液壓傳動(dòng)教學(xué)內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論類、結(jié)構(gòu)原理類，以及邏輯動(dòng)作類知識(shí)點(diǎn)，涉及學(xué)科多、概念原理較抽象、具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。針對(duì)其知識(shí)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可充分結(jié)合目前較為成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用各類仿真軟件的特色，開展計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以彌補(bǔ)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足。從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)課堂內(nèi)容的理解，鍛煉其實(shí)踐動(dòng)手能力，真正提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

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