大創(chuàng)項(xiàng)目與自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的深度融合

郝光香，李明珠，徐京明

大創(chuàng)項(xiàng)目與自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的深度融合

郝光香，李明珠，徐京明

（齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，過(guò)程裝備與控制工程實(shí)驗(yàn)室提供創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)平臺(tái)，以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件為基礎(chǔ)，發(fā)揮創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新精神，設(shè)計(jì)及制作了外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)裝置和壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置．實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用在學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，獲得較好的實(shí)驗(yàn)效果．

外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)裝置；壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置；自制設(shè)備；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為了適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)的要求，需要更新教育觀念，努力探索新的人才培養(yǎng)模式，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-3]．培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力需要從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高創(chuàng)造力和加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練幾個(gè)方面入手．讓學(xué)生從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)用著手，發(fā)揮其想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣．

本文依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)室提供創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)平臺(tái)，以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件為基礎(chǔ)，由學(xué)生參與外壓容器失穩(wěn)、壓力容器爆破等實(shí)驗(yàn)裝備的改造、創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā)與制作，使大創(chuàng)項(xiàng)目與自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行深度融合．其中外壓容器實(shí)驗(yàn)裝置的改造與外壓容器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作已經(jīng)應(yīng)用到學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，高壓容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作測(cè)試完成，已投入使用．

1 外壓容器失穩(wěn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作

大創(chuàng)項(xiàng)目“外壓容器失穩(wěn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)”與自制設(shè)備“外壓失穩(wěn)裝置制作”相互融合完成外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與發(fā)展．外壓容器的失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)是過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)學(xué)生必開的重要實(shí)驗(yàn)之一[4-6]．此前只有一臺(tái)1986年購(gòu)置的外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，設(shè)備陳舊，且經(jīng)常出現(xiàn)故障，勉強(qiáng)維持學(xué)生的外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)，滿足不了正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求．自行設(shè)計(jì)和制作外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以緩解現(xiàn)有外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不足，讓每位學(xué)生都有動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，提高實(shí)驗(yàn)效果．

在設(shè)備自制過(guò)程中學(xué)生積極參與，加深了學(xué)生對(duì)理論課程的理解和掌握，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)的目標(biāo)．實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)思路符合大創(chuàng)項(xiàng)目外壓容器失穩(wěn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，滿足外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，有助于解決教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、參與意識(shí)和實(shí)踐能力．

傳統(tǒng)外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是利用空氣壓縮機(jī)在試件外部通壓縮空氣，形成外壓容器、測(cè)試試件失穩(wěn)時(shí)的臨界壓力和波形數(shù)．創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制作的實(shí)驗(yàn)臺(tái)以鋁制易拉罐為失穩(wěn)試件，采用真空泵對(duì)試件抽真空的方法，讓試件產(chǎn)生負(fù)壓，形成外壓容器（見圖1～4），觀察試件的失穩(wěn)過(guò)程和失穩(wěn)破壞時(shí)臨界壓力及失穩(wěn)后的波形數(shù)．顛覆傳統(tǒng)設(shè)計(jì)外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的理念，是一項(xiàng)大膽的創(chuàng)新嘗試．此實(shí)驗(yàn)臺(tái)制作完成后用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，拓展學(xué)生的知識(shí)面，開闊了學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣．

圖1 外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)裝置局部圖

圖3 失穩(wěn)前試件

圖4 失穩(wěn)后試件

實(shí)驗(yàn)臺(tái)構(gòu)思新穎，取材容易，便于自制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維護(hù)，安全可靠，堅(jiān)固耐用，造價(jià)低廉．所用的試件是廢棄的鋁制飲料桶，試件來(lái)源廣泛，不用花費(fèi)購(gòu)買試件的費(fèi)用，降低了實(shí)驗(yàn)成本，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值．此實(shí)驗(yàn)臺(tái)不足之處是采用U型管壓差計(jì)用水柱高度表示臨界壓力值，由于失穩(wěn)過(guò)程太快，臨界壓力值太小，無(wú)法準(zhǔn)確記錄水柱高度，而且由水柱高度換算成國(guó)際單位兆帕比較麻煩．后續(xù)計(jì)劃將壓差計(jì)改裝成壓力表，這樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)容易觀察和記錄，壓力調(diào)試和數(shù)據(jù)整理更簡(jiǎn)便，能取得更好的實(shí)驗(yàn)效果，所以需要進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)裝置．

2 壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作

大創(chuàng)項(xiàng)目“壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”與自制設(shè)備“爆破實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)制作”的相互融合完成高壓容器爆破實(shí)驗(yàn)．

壓力容器的爆破實(shí)驗(yàn)是壓力容器研究、設(shè)計(jì)、制造中的一種直觀性很強(qiáng)的綜合性實(shí)驗(yàn)方法，爆破實(shí)驗(yàn)的目的是考核結(jié)構(gòu)材料的各項(xiàng)機(jī)械性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、可靠性及安全儲(chǔ)備和其他方面的性能[7-11]．壓力容器的爆破實(shí)驗(yàn)也是過(guò)控專業(yè)學(xué)生必開的重要實(shí)驗(yàn)之一．實(shí)驗(yàn)是對(duì)高壓容器進(jìn)行爆破，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中若密封不好就要引起泄露，使實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成．過(guò)控實(shí)驗(yàn)室原有一臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置（見圖5），存在加壓時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有泄露現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)的成功率很低．為此，自主研究設(shè)計(jì)一套爆破實(shí)驗(yàn)裝置（見圖6～8）．這套裝置由高壓泵、高壓管線、壓力表、爆破試件、防護(hù)筒等組成．高壓泵通過(guò)高壓管線將壓縮油輸送給爆破試件，由壓力表壓力的變化情況，觀察爆破試件的彈性變形階段、局部屈服、整體屈服以及爆破情況，測(cè)定整體屈服壓力、爆破壓力，繪制壓力和進(jìn)油量之間的關(guān)系曲線，觀察爆破斷口．與原有實(shí)驗(yàn)裝置相比，創(chuàng)新設(shè)計(jì)爆破實(shí)驗(yàn)裝置具有加壓時(shí)間短，密封效果好，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒有泄露，成功率達(dá)到百分百，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定等特點(diǎn)，達(dá)到了理想的實(shí)驗(yàn)效果．

圖5 原有壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置

圖6 創(chuàng)新設(shè)計(jì)爆破實(shí)驗(yàn)裝置

圖7 防護(hù)筒

圖8 爆破后的試件

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)大創(chuàng)項(xiàng)目“外壓容器失穩(wěn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”與自制設(shè)備“外壓失穩(wěn)裝置的制作”以及大創(chuàng)項(xiàng)目“壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”與自制設(shè)備“爆破實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)制作”相互融合，使學(xué)生加深了對(duì)理論課程的理解和掌握，學(xué)思結(jié)合，手腦并用，結(jié)合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技能戰(zhàn)勝困難，有所發(fā)明，有所創(chuàng)造．提高了學(xué)生實(shí)踐能力及綜合素質(zhì)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)的預(yù)期目標(biāo)．對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平與創(chuàng)新能力，實(shí)踐勤儉辦學(xué)理念和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室可持續(xù)發(fā)展具有重要意義．

[1] 宋樹波．過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：15-19．

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[5] 郝光香．過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]．高師理科學(xué)刊，2007，27（5）：101-103．

[6] 郝光香．開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究 促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（7）：204-206．

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Deep integration of college students′ innovation project and self-made experimental equipment

HAO Guangxiang，LI Mingzhu，XU Jingming

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Relying on college students′ innovation training program，the process equipment and control engineering laboratory provides a platform for innovative practice activities．Based on the existing conditions of the laboratory，the subjective initiative and innovative spirit of the team，design and manufacture the external pressure vessel instability experimental device and the pressure vessel explosion experimental device．And it is used in the experimental teaching of students，and obtains a good experimental effect．

external pressure vessel instability experimental device；the pressure vessel explosion experimental device；homemade equipment；experimental teaching

1007-9831（2022）09-0081-03

TH49∶G642.423

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.09.017

2022-03-02

2021黑龍江?。R齊哈爾大學(xué)）教育科學(xué)研究項(xiàng)目（GJQTYB202145）

郝光香（1963-），女，黑龍江齊齊哈爾人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事過(guò)程裝備與控制工程實(shí)驗(yàn)研究．E-mail：hgx196356@126.com