基于Solidworks的液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程改革
——以石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

趙 磊

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系,河北 石家莊 050081)

液壓技術(shù)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著十分重要的地位,其所涉及的領(lǐng)域包括汽車、農(nóng)林、醫(yī)療、裝備制造乃至國(guó)防建設(shè)等.液壓技術(shù)已遍布人們生活的各個(gè)角落,在各種智能裝備中起著關(guān)鍵作用,智能機(jī)床、智能機(jī)器人、智能生產(chǎn)線等都有液壓技術(shù)的應(yīng)用.

作為高職院校機(jī)電類專業(yè)核心課程,液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程的目標(biāo)是使學(xué)生在掌握液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)圖、工作原理圖、系統(tǒng)安裝圖的基礎(chǔ)上,能夠完成液壓元件的選型、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝.通過(guò)對(duì)典型的液壓系統(tǒng)的調(diào)試,使學(xué)生對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定有深刻的理解,為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)維修打下基礎(chǔ).石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“學(xué)院”)在機(jī)電工程系開(kāi)設(shè)該課程,在課程的教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了基于Solidworks的液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程改革.

1 液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程項(xiàng)目化探索

液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程目前在學(xué)院的機(jī)電一體化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)械制造及自動(dòng)化3個(gè)專業(yè)均有開(kāi)設(shè),在機(jī)器人專業(yè)也有開(kāi)設(shè),是專業(yè)基礎(chǔ)課程,具有課程學(xué)習(xí)人數(shù)多、技術(shù)應(yīng)用面廣泛的特點(diǎn).

課程在機(jī)電一體化專業(yè)為64學(xué)時(shí),其中40學(xué)時(shí)為理論教學(xué),24學(xué)時(shí)為實(shí)訓(xùn)教學(xué).理論教學(xué)采用項(xiàng)目式,共5個(gè)項(xiàng)目,分別是液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)、液壓元件識(shí)別、液壓回路認(rèn)識(shí)、液壓圖的識(shí)別、電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).教學(xué)設(shè)計(jì)從單一元件認(rèn)識(shí)到整體系統(tǒng)識(shí)別,從識(shí)圖、讀圖到獨(dú)立完成液壓設(shè)計(jì)圖,層層遞進(jìn).實(shí)訓(xùn)教學(xué)共3個(gè)項(xiàng)目,分別是典型廠家液壓元件選型、液壓回路仿真設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)整體設(shè)計(jì),實(shí)訓(xùn)的目的是將理論進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用.

教學(xué)手段有多媒體、動(dòng)畫、仿真軟件、元件實(shí)物、實(shí)驗(yàn)臺(tái)綜合實(shí)驗(yàn)等,其目的是使教學(xué)過(guò)程更貼近企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用,體現(xiàn)“面向企業(yè)”的課程理念,通過(guò)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高課堂效率.

2 液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容主要包括液壓元件的識(shí)別、液壓回路(換向回路、調(diào)壓回路、調(diào)速回路)搭建,目的是培養(yǎng)學(xué)生的液壓元件識(shí)別能力、液壓回路設(shè)計(jì)能力.但是實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在一些問(wèn)題.

一是液壓實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后,難以緊跟液壓技術(shù)發(fā)展.由于液壓實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格較高,其更新周期較長(zhǎng),學(xué)院的設(shè)備難以跟上液壓技術(shù)的飛速發(fā)展,學(xué)生無(wú)法通過(guò)實(shí)訓(xùn)掌握最新的液壓技術(shù).

二是液壓實(shí)訓(xùn)設(shè)備的安全性問(wèn)題.在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,教師需要先講解液壓系統(tǒng)圖,告知學(xué)生各液壓元件的連接方法,而后學(xué)生才在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用油管進(jìn)行正確的連接.雖然液壓實(shí)訓(xùn)設(shè)備使用較低油液壓力,但是低壓也可能會(huì)由于學(xué)生操作不當(dāng)而造成安全事故.例如油管未正確連接、油管破損等,這些都是液壓實(shí)訓(xùn)中的安全隱患.

三是教學(xué)方法的局限性.由于液壓實(shí)訓(xùn)設(shè)備體積較大,價(jià)格較高,購(gòu)買數(shù)量較少,往往十幾個(gè)學(xué)生使用一臺(tái)設(shè)備,教學(xué)效果不佳.由于液壓元件重量較大,考慮到安全性和使用方便性,實(shí)訓(xùn)時(shí)使用的液壓元件均為固定擺放,學(xué)生只能在液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)進(jìn)行固定的液壓實(shí)訓(xùn).

液壓實(shí)訓(xùn)方法的局限性還表現(xiàn)在對(duì)知識(shí)點(diǎn)考察不足,目前在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)中,大多采用現(xiàn)有的液壓元件按實(shí)訓(xùn)任務(wù)要求進(jìn)行回路搭建,雖然對(duì)學(xué)生的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力有一定提高,但卻忽略對(duì)液壓元件的選型、閥塊的設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的考察,而這些知識(shí)點(diǎn)正是在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中必須掌握的.如果使用現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)臺(tái)完成搭建液壓回路、液壓元件的選型、閥塊的設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)任務(wù),則實(shí)訓(xùn)室需要儲(chǔ)存大量的液壓元件供學(xué)生選用,而且需要進(jìn)行閥塊的機(jī)械加工,因此實(shí)施困難.

液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程的任務(wù)設(shè)計(jì)難以面向真實(shí)應(yīng)用,而是根據(jù)實(shí)訓(xùn)室已有的液壓元件進(jìn)行實(shí)訓(xùn),并且實(shí)訓(xùn)任務(wù)也不能根據(jù)液壓技術(shù)的發(fā)展得到及時(shí)更新[1].

3 Solidworks軟件與液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程結(jié)合的應(yīng)用

Solidworks軟件課程是學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)、數(shù)控技術(shù)專業(yè)、機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必修的課程,其目的是利用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件完成機(jī)械設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真、力學(xué)分析等任務(wù),為學(xué)生進(jìn)入機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè),滿足機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、制作、安裝與維護(hù)、管理與營(yíng)銷等崗位需求打下一定的基礎(chǔ).

將Solidworks與液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程結(jié)合,采用三維建模仿真的方式可彌補(bǔ)液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)的不足,讓學(xué)生將液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的液壓閥進(jìn)行三維模型繪制,考察學(xué)生對(duì)液壓閥結(jié)構(gòu)和工作原理的掌握情況.通過(guò)對(duì)閥塊進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì),考察學(xué)生對(duì)液壓閥塊的設(shè)計(jì)、液壓閥與閥塊安裝方法等知識(shí)點(diǎn)的掌握情況.這種實(shí)訓(xùn)方式更加貼近實(shí)際應(yīng)用,有利于提高學(xué)生的專業(yè)技能[2].

可以將國(guó)內(nèi)外知名液壓廠家的樣本手冊(cè)作為液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程的參考資料.學(xué)生通過(guò)查找廠家樣本手冊(cè),確定所選用液壓閥的型號(hào),根據(jù)手冊(cè)中的二維工程圖紙使用Solidworks進(jìn)行三維建模.

4 液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)設(shè)計(jì)改革

在分析現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)課程任務(wù)不足的基礎(chǔ)上,根據(jù)課程目標(biāo)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)任務(wù)改革,目的是將理論學(xué)習(xí)應(yīng)用于實(shí)踐,主要考察學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、液壓零件選型方法、液壓回路搭建方法、液壓元件安裝工藝方法的掌握情況[3].本文以壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)為例進(jìn)行分析.

原有的壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)由于實(shí)驗(yàn)室液壓元件數(shù)量不足,無(wú)法給出設(shè)計(jì)參數(shù),僅僅是根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件進(jìn)行回路設(shè)計(jì)與搭建,考察知識(shí)點(diǎn)不全面.

改革后的實(shí)訓(xùn)任務(wù)給出了相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù),知識(shí)點(diǎn)考察全面.改革前后實(shí)訓(xùn)任務(wù)見(jiàn)表1.

表1 改革前后的壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)

學(xué)生按改革后的任務(wù)要求,對(duì)液壓回路進(jìn)行設(shè)計(jì),畫出液壓系統(tǒng)圖,見(jiàn)圖1.

圖1 液壓系統(tǒng)圖

學(xué)生通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行液壓元件選型,選型結(jié)果見(jiàn)表2-表6.

表2 液壓缸選型

表3 液壓泵選型

表5 換向閥選型

表6 節(jié)流閥選型

5 將Solidworks融入液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)

本文根據(jù)改革后的壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù),說(shuō)明將Solidworks融入液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)的方法.

(1)使用Solidworks對(duì)液壓元件建模

根據(jù)所選擇的液壓元件型號(hào),查找對(duì)應(yīng)元件二維工程圖紙,根據(jù)圖紙所示尺寸,使用Solidworks對(duì)換向閥、溢流閥、節(jié)流閥進(jìn)行三維建模.主要考察學(xué)生對(duì)其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),對(duì)整體尺寸、安裝尺寸的識(shí)別,對(duì)進(jìn)油口、回油口、工作油口結(jié)構(gòu)布置的的掌握情況.所建立的三維模型見(jiàn)圖2,其中,a為換向閥三維模型,b為溢流閥三維模型,c為節(jié)流閥三維模型.

圖2 建立的液壓元件三維模型

(2)合理設(shè)計(jì)液壓閥塊

液壓閥塊的設(shè)計(jì)就是將所選取的液壓閥合理地放置到液壓閥塊各面上,并根據(jù)液壓原理圖,進(jìn)行相關(guān)孔道的連通,包含進(jìn)出油口、工作油口及工藝孔[4].

學(xué)生根據(jù)閥塊在系統(tǒng)中的布置和管路布局初步確定各外接油口在閥塊上的位置,并根據(jù)流量確定接頭規(guī)格.根據(jù)工作原理、系統(tǒng)布局、各閥本身特性和維護(hù)性能初步確定各控制閥在閥塊上的安裝位置.設(shè)計(jì)并反復(fù)優(yōu)化各外接口和閥件間的流道,使各流道依據(jù)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行正確、合理的連通[5].

對(duì)液壓閥塊進(jìn)行三維設(shè)計(jì),所設(shè)計(jì)的閥塊外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3.

圖3 設(shè)計(jì)的閥塊外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

(3)液壓系統(tǒng)虛擬安裝

在Solidwords中,對(duì)所設(shè)計(jì)的閥塊與換向閥、溢流閥、節(jié)流閥、油管進(jìn)行虛擬安裝,考察學(xué)生對(duì)安裝位置、安裝尺寸、安裝方法的掌握情況.液壓系統(tǒng)安裝圖見(jiàn)圖4.

圖4 液壓系統(tǒng)安裝圖

6 典型液壓元件三維模型庫(kù)的建設(shè)

目前課程教學(xué)多用動(dòng)畫或二維圖進(jìn)行液壓元件的講解,液壓廠家也僅提供二維圖,致使教學(xué)不直觀,學(xué)生對(duì)液壓元件內(nèi)部構(gòu)造、液壓工作原理不易理解,學(xué)習(xí)興趣不高.

學(xué)生在液壓與氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程中構(gòu)建的三維模型可以應(yīng)用于課堂教學(xué)中,可以做外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的全方位展示.

通過(guò)每學(xué)年對(duì)液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)的更新,讓學(xué)生對(duì)不同型號(hào)的液壓元件進(jìn)行建模,利用建模結(jié)果建設(shè)典型液壓元件三維模型庫(kù),用于虛擬教學(xué),如液壓元件的拆裝、液壓元件的選型、液壓系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)、液壓回路的搭建等,這樣可以使課堂更生動(dòng)形象,貼近實(shí)際[6].

7 結(jié)語(yǔ)

將Solidworks軟件引入實(shí)訓(xùn)課程中,可彌補(bǔ)液壓實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后、數(shù)量少、安全性低、操作不方便等不足.通過(guò)對(duì)實(shí)訓(xùn)題目的設(shè)計(jì),使學(xué)生能深入了解液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法;國(guó)內(nèi)外知名液壓廠家樣本手冊(cè)的使用,使實(shí)訓(xùn)內(nèi)容更貼近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn),能更好地將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐;通過(guò)每學(xué)年對(duì)實(shí)訓(xùn)題目的更新,可使設(shè)計(jì)內(nèi)容緊跟液壓技術(shù)發(fā)展;學(xué)生所繪制的三維模型可以充實(shí)教學(xué)資源,建立典型液壓元件三維模型庫(kù).在理論教學(xué)中進(jìn)行虛擬教學(xué),可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.