液壓傳動(dòng)基本概念的教學(xué)改進(jìn)探索

方永壽

【摘 要】液壓傳動(dòng)在汽車行業(yè)和工程車輛領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它是汽車機(jī)械基礎(chǔ)這門課程的重要內(nèi)容。而液壓傳動(dòng)基本概念是液壓傳動(dòng)的概述性知識(shí)，它起到知識(shí)點(diǎn)的引入和興趣的建立，它與日常所見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)相比有其鮮明的獨(dú)特性。本文的教學(xué)改進(jìn)打破常規(guī)的教學(xué)思路，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，探索出更能引起學(xué)生興趣和求知欲望的新途徑。

【關(guān)鍵詞】液壓傳動(dòng);基本概念;教學(xué)改進(jìn)

【中圖分類號(hào)】G642.0?????? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）24-0018-01

一、液壓傳動(dòng)基本概念的導(dǎo)入

首先以日常生活所見(jiàn)的產(chǎn)品實(shí)例引入典型的液壓傳動(dòng)產(chǎn)品，下圖分別是常見(jiàn)的挖掘機(jī)和自卸車。隨即開(kāi)展提問(wèn)、討論，建立求知欲望。如：大家發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品有啥特點(diǎn)？其功能是如何實(shí)現(xiàn)的？采用機(jī)械傳動(dòng)可行嗎？

由此引入一種新的傳動(dòng)概念即液壓傳動(dòng)，它與機(jī)械傳動(dòng)有著很大的區(qū)別。此時(shí)先回顧已學(xué)過(guò)的機(jī)械傳動(dòng)知識(shí)。

以提問(wèn)方式引入下面已學(xué)的內(nèi)容，連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)如曲柄連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)如發(fā)動(dòng)機(jī)氣門凸輪，齒輪傳動(dòng)如減速器、變速器等，蝸輪蝸桿傳動(dòng)如汽車轉(zhuǎn)向器，帶傳動(dòng)如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈傳動(dòng)如自行車……等等，以上均為機(jī)械能的直接傳動(dòng)，都屬于機(jī)械傳動(dòng)。

引入液壓傳動(dòng)的定義與用途：液壓傳動(dòng)是以流體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)方式。用途：廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、冶金、軍工、農(nóng)機(jī)、汽車、輕紡、船舶、石油、航空和機(jī)床等。

液壓傳動(dòng)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作介質(zhì)的壓力能，通過(guò)管道輸送到執(zhí)行元件，再通過(guò)執(zhí)行元件再把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。它與電能的輸送比較有類似之處：機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能（發(fā)電機(jī)），通過(guò)電纜輸送到執(zhí)行元件（電動(dòng)機(jī)），再通過(guò)執(zhí)行元件轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。與電能應(yīng)用相比，對(duì)于液壓傳動(dòng)，上述元件對(duì)應(yīng)液壓泵和液壓馬達(dá)。

二、引入教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)目標(biāo)：根據(jù)液壓傳動(dòng)工程應(yīng)用實(shí)例，了解液壓傳動(dòng)的基本概念、基本原理、基本組成和特點(diǎn)，進(jìn)而知悉除日常所見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)形式外，液壓傳動(dòng)是一種廣泛而重要的傳動(dòng)形式，在一些領(lǐng)域，它甚至不可替代。

教學(xué)內(nèi)容：液壓傳動(dòng)定義與應(yīng)用、液壓傳動(dòng)的基本理論、液壓傳動(dòng)的工作原理、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成、液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)。

三、介紹液壓傳動(dòng)的基本參數(shù)、基本理論

1.基本參數(shù)。

流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管路或液壓缸某一截面的油液體積稱為流量。單位為m3/s（米3/秒），常用單位為L(zhǎng)/min（升/分）。

流速：由于油液與管路壁或液壓缸壁、油液內(nèi)部之間的摩擦大小不同，因此油液流動(dòng)時(shí)，在管路或液壓缸某一截面上各點(diǎn)處的流速是不相等的，通常采用平均流速進(jìn)行近似計(jì)算。

壓力：油液的壓力是由油液的自重和油液受到外力作用所產(chǎn)生的。在液壓傳動(dòng)中，與油液受到的外力相比，油液的自重一般很小，可忽略不計(jì)。以后所說(shuō)的油液壓力主要是指因油液表面受外力（不計(jì)入大氣壓力）作用所產(chǎn)生的壓力，即相對(duì)壓力或表壓力。常用壓力單位：Pa、kPa、MPa、bar（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。

公稱壓力：液壓系統(tǒng)及元件在正常工作下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（工作）的最高工作壓力稱為額定壓力，超過(guò)此值，液壓系統(tǒng)便過(guò)載。液壓系統(tǒng)必須在額定壓力以下工作。額定壓力也是各種液壓元件的基本參數(shù)之一。

2.基本理論。

以靜壓傳遞原理即帕斯卡原理為基礎(chǔ)，包括以下內(nèi)容。

（1）靜止油液中任意一點(diǎn)所受到的各個(gè)方向的壓力都相等，這個(gè)壓力稱為靜壓力。

（2）油液靜壓力的作用方向總是垂直指向承壓表面。

（3）密閉容器內(nèi)靜止油液中任意一點(diǎn)的壓力如有變化，其壓力的變化值將傳遞給油液的各點(diǎn)，且其值不變。這稱為靜壓力傳遞原理，即帕斯卡原理。

以液壓千斤頂為例、結(jié)合原理圖和工作視頻來(lái)簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)的工作原理。

以千斤頂為例引出液壓傳動(dòng)組成有5類元件：動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)。

四、總結(jié)

1.優(yōu)點(diǎn)。

（1）單位體積輸出功率大。在輸出同等功率的情況下，液壓裝置的體積小、重量輕。

（2）由于液壓裝置質(zhì)量輕、慣性小、反應(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向，其工作比較平穩(wěn)。

（3）液壓裝置能在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000（一般為1：100）。

（4）液壓傳動(dòng)操縱控制簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

（5）液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化以及通用化，便于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用。

2.缺點(diǎn)。

（1）油液的泄漏、油液的可壓縮性、油管的彈性變形都會(huì)影響運(yùn)動(dòng)傳遞的正確性，故液壓傳動(dòng)不適宜用于對(duì)傳動(dòng)比要求精確的場(chǎng)合。

（2）由于油液的黏度會(huì)隨溫度而變化，因此不宜在溫度變化范圍較大的場(chǎng)合下使用液壓傳動(dòng)，這樣會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。一般工作溫度在-15～60℃的范圍內(nèi)較適宜。并且系統(tǒng)中的工作油要始終保持清潔。

（3）液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中有較多的能量損失（如管路壓力損失、泄漏等），因此，液壓傳動(dòng)的效率不高，不適宜用于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。

（4）為了減少泄漏，液壓元件的制造精度要高，故制造成本也相應(yīng)提高，且液壓元件的維修較復(fù)雜，需有較高的技術(shù)水平。

五、復(fù)習(xí)與思考

1.觀察、思考你日常所見(jiàn)的利用液壓傳動(dòng)原理來(lái)工作的工程產(chǎn)品？

2.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

3.液壓傳動(dòng)主要由哪幾部分組成？各部分的作用是什么。

4.展開(kāi)你的想象，哪些產(chǎn)品還可能應(yīng)用液壓傳動(dòng)的？

參考文獻(xiàn)

[1]雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè).北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.

[2]《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》主編 胡如夫.浙江大學(xué)出版社，2006.

[3]《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》金旭星主編，人民郵電出版社出版，2009.