基于校企合作的QCS014A液壓實驗臺改進設計與應用

張明軍

（江蘇師范大學科文學院，江蘇徐州 221132）

0 引言

液壓實驗是高等院校的常設課程，其教學質(zhì)量的好壞直接影響著學生對專業(yè)知識的掌握及進入工作崗位后的適應性，用人單位也非常期望機械專業(yè)的畢業(yè)生能夠短時間適應崗位需求，減少二次培訓，提高工作質(zhì)量和效率。而通用的液壓實驗臺則只能完成較為基本的回路實驗，與企業(yè)產(chǎn)品關聯(lián)不大，學生學習興趣不高，學習效果欠佳。如何深化校企合作，對現(xiàn)有液壓實驗臺進行優(yōu)化改進，提高教學質(zhì)量，是從事液壓實驗教學的老師共同思考的問題。

本文以QCS014A液壓實驗臺為例，在調(diào)研某集團各企業(yè)需求的基礎上，與實驗設備生產(chǎn)廠家共同完成改進與設計，力求實現(xiàn)培養(yǎng)目標產(chǎn)品化，縮短學生到企業(yè)的適應期，實現(xiàn)校企合作零距離。

1 QCS014A液壓實驗臺優(yōu)缺點

1.1 優(yōu)點

圖1所示為QCS014A液壓實驗臺的外形，該實驗臺經(jīng)過多年的使用與改進，已經(jīng)基本滿足了液壓基本回路實驗的使用要求，并且不斷地進行改進與優(yōu)化，相對于同類產(chǎn)品也有著其獨特的優(yōu)勢，本文列舉如下，僅供參考。

圖1 QCS014A液壓實驗臺外形Fig.1 Outline diagram of QCS014A hydraulic test bench

（1）整機重約1.3 t，穩(wěn)固扎實，能夠適應較大的使用強度，維修成本低，耐用性好；

（2）所有的液壓元件接口均在實驗臺背面，大大提高了實驗的安全性；

（3）采用雙泵供油，變量與定量相匹配，提高了液壓實驗的適用性和可靠性；

（4）工控機集成控制，電氣線路操作簡單，安裝可靠，有效提高了實驗效率和安全性；

（5）液壓及電氣元件配套齊全，可完成的回路實驗較多且靈活性好。

1.2 缺點

通過企業(yè)調(diào)研并結(jié)合多年的教學經(jīng)驗和企業(yè)工作經(jīng)歷，隨著生產(chǎn)需求對液壓實驗臺的要求越來越高，QCS014A液壓實驗臺在一些專業(yè)性要求較高的場合也表現(xiàn)出了一些不盡如人意的地方，具體如下。

（1）先導溢流閥的遠程控制口未開放出來，如果要想進行遠程卸荷或遠程調(diào)壓實驗就必須把系統(tǒng)自帶溢流閥調(diào)至高壓，另接溢流閥進行回路連接與調(diào)試，較為不便，也存在著較大的安全隱患。

（2）隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，先導控制技術(shù)越來越普遍，如果能增加先導手柄控制液控閥，便能模擬實際產(chǎn)品上的先導控制系統(tǒng)實驗，從而實現(xiàn)實驗教學與企業(yè)產(chǎn)品相銜接。

（3）工控機集成度較高，未能將PLC開放出來，不利于學生電液復合能力的培養(yǎng)[1－3]。

（4）執(zhí)行機構(gòu)僅為油缸，無液壓馬達[4]，僅能完成較為簡單的方向、壓力或流量控制控制回路，至多完成兩缸順序動作回路，缺乏較為形象的動作演示，無法有效提高學生的學習積極性；回路也較為簡單，不利于學生綜合能力的培養(yǎng)。

（5）無手動換向閥，無法完成多回路的手動換向回路安裝與調(diào)試，且采用板式閥占用空間過多，集成度欠佳。

（6）橡膠軟管均存放在實驗臺上或下面的柜子中，既不美觀又不方便存取[5]。

2 QCS014A液壓實驗臺改進與設計

基于第1節(jié)分析，本文提出了如下改進與設計思路。

（1）將先導溢流閥的遠程控制口開放出來，直接利用該控制口與電磁閥和遠程調(diào)壓閥一起實現(xiàn)遠程卸荷或遠程調(diào)壓。

（2）在實驗臺的左側(cè)區(qū)域安裝先導手柄，在右側(cè)的閥板區(qū)域增加液控閥，二者連接實現(xiàn)先導控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。

（3）工控機區(qū)域進行改進，將PLC開放出來，與計算機結(jié)合，讓學生通過編程與電氣線路連接完成自動控制，實現(xiàn)液電復合。

（4）開發(fā)工程機械中較為典型的裝載機、挖掘機和汽車起重機執(zhí)行機構(gòu)，并根據(jù)其產(chǎn)品液壓系統(tǒng)配置液壓控制閥，并模擬閥前補償?shù)南冗M控制技術(shù)。

（5）在實驗臺的右下方集中布置閥塊安裝手動換向閥，共用進油和回油口，實現(xiàn)手動控制系統(tǒng)的集中控制和安裝調(diào)試。

（6）單獨制作油管掛架，長管與短管分類存放，上方設置存放接頭的區(qū)域，底部布置拖盤儲存殘油。

3 QCS014A液壓實驗臺改進效果與應用

3.1 改進效果

學校、用人企業(yè)和生產(chǎn)廠家全面進行校企合作，在明確改進思路的基礎上，詳細制定了實驗臺生產(chǎn)技術(shù)要求并付諸實施，成功制作了QCS014D液壓教學實驗臺，如圖2所示。

圖2 QCS014D液壓實驗臺外形Fig.2 QCS014D hydraulic test bench outline

（1）在實驗臺的左下方設置了3個先導手柄，與右側(cè)閥板上的液動閥組合實現(xiàn)先導控制，正常情況下是使用2個手柄，對于動作較多的工程機械主機產(chǎn)品，可以使用第3個手柄或采用電磁閥進行分流切換。

（2）在實驗臺的左上方安裝了開放式PLC，并設置了電氣插頭和操作按鈕，可以與配套的計算機一起完成自動控制系統(tǒng)的PLC編程、電氣線路連接及自動控制調(diào)試。

（3）如圖3所示，實現(xiàn)了主溢流閥遠程控制口的開放，提高了操作的方便性和安全性，簡便了油路連接，提高了實驗效率。

圖3 遠程控制口設計改進前后對比Fig.3 Comparison of remote control port design before and after improvement

（4）在實驗臺右下方區(qū)域集中布置了13路手動換向閥，各個手動換向閥共用P口和T口，滿足了多路手動控制系統(tǒng)使用要求。

（5）開發(fā)了裝載機、挖掘機和汽車起重機執(zhí)行機構(gòu)（如圖4所示），與原來的單獨液壓缸相比，執(zhí)行機構(gòu)多樣，動作直觀，較為貼合企業(yè)生產(chǎn)實際，其中汽車起重機液壓系統(tǒng)還可模擬閥前補償技術(shù)。

圖4 裝載機、挖掘機和汽車起重機執(zhí)行機構(gòu)Fig.4 Actuators for loaders,excavators and truck cranes

（6）設計制作了油管存放架，即方便了存取，又美觀整潔，且移動方便、便于搬運。如圖5所示。

圖5 液壓油管架Fig.5 Hydraulic tubing rack

3.2 應用成效

設計改進的QCS014D液壓實驗臺在實際使用中得到學校領導、同行專家及用人單位的一致認可，其教學內(nèi)容相對之前較為豐富，液壓回路的設計可以與實際產(chǎn)品相結(jié)合，融入先進液壓控制技術(shù)，適當增加液壓回路的復雜程度，提高學生的設計與應用水平，提高實驗教學效果。圖6～7所示分別為該實驗臺所設計的裝載機手動和先導液壓控制系統(tǒng)原理圖及動作順序表，圖8所示為該實驗臺所設計的裝載機電動和自動控制系統(tǒng)液壓原理圖、動作順序表、PLC外部接線圖及PLC控制程序[6]?？傮w來講較為綜合，實驗效果良好，類似的回路設計還有挖掘機、汽車起重機等，在此就不再一一贅述。

圖6 裝載機手動控制系統(tǒng)液壓原理及動作順序Fig.6 Loader manual control system hydraulic schematic diagram and action sequence table

圖8 裝載機電動及自動控制系統(tǒng)液壓原理圖、動作順序表、PLC外部接線圖及PLC控制程序Fig.8 Loader electric and automatic control system hydraulic schematic diagram,action sequence table,PLC external wiring diagram and PLC control program

這里需要說明，對于控制功能較多的產(chǎn)品，如汽車起重機的上車執(zhí)行機構(gòu)有伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)、主副卷揚共5個動作，采用2個手柄滿足不了控制需求，故在設計中可以采用備用的第三只手柄來進行控制，同時也可以利用增加電磁閥和切換開關對其中一個先導手柄的出油口來進行動作的切換，控制效果相同。

4 結(jié)束語

本文通過對QCS014A實驗臺進行改進設計，開發(fā)設計了QCS014D液壓實驗臺，開放了系統(tǒng)溢流閥的遠程控制口，實現(xiàn)了遠程卸荷和遠程調(diào)壓的直接控制；設置了先導手柄，與液控換向閥組合實現(xiàn)了先導控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試；開放了PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了學生完成PLC編程與線路連接的自動控制；增加了手動控制閥集成塊，實現(xiàn)了多回路手動控制回路實驗需求；單獨設計了油管掛架，便于油管存放和搬運；設計了3種執(zhí)行機構(gòu)，豐富了液壓回路連接，提高了學生的學習積極性，有效促進了實驗實訓教學質(zhì)量。從實際運用結(jié)果來看，整體效果良好，有效提高了實驗教學質(zhì)量和用人單位的滿意度。當然這也只是冰山一角，要想全面提高實驗教學質(zhì)量，學校與企業(yè)之間還需要進行更多的合作，共同開發(fā)實驗設備，共同編制實驗內(nèi)容，努力培養(yǎng)“到企業(yè)就能用，一用就能成功”的莘莘學子，望能與各位共同努力提高各自專業(yè)的實驗教學質(zhì)量。