液壓實(shí)驗臺研制基于學(xué)生主體

1、問(wèn)題的提出

液壓與氣動(dòng)是一門(mén)理論性與實(shí)踐性都很強的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課。作為高職院校機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，要讓學(xué)生掌握這門(mén)課程，僅有理論教學(xué)是遠遠不夠的，還必須加強實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節，以增加學(xué)生的感性認識，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，并著(zhù)重強調動(dòng)手能力的培養。

因液壓傳動(dòng)的密閉性，學(xué)生對本門(mén)課程的學(xué)習感到很迷茫，并有一定的畏難情緒，學(xué)習興趣不是很濃厚。根據本校學(xué)生在液壓和氣動(dòng)教學(xué)中的實(shí)際情況，要求學(xué)生理論“夠用”并具備一定的實(shí)際動(dòng)手能力，并著(zhù)重突出實(shí)踐環(huán)節的教學(xué)。

針對上述情況，在本門(mén)課的教學(xué)中，除了在理論授課內容中對液壓元件、部分典型回路的進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示外，還根據本校實(shí)際情況安排了一些典型液壓元件的現場(chǎng)教學(xué)環(huán)節。在老師引導下，學(xué)生通過(guò)對透明液壓元器件進(jìn)行觀(guān)查、拆裝以了解其結構和工作原理。上述措施雖然起到了一定的教學(xué)效果，但與生產(chǎn)實(shí)際尚有一定差距。

為此，考慮到與實(shí)際的切合，擬采用符合標準的液壓元件進(jìn)行模塊化設計，研制一臺經(jīng)濟的、能完成速度調節的液壓實(shí)驗臺，并要求可在其基本功能基礎上進(jìn)行擴展，現場(chǎng)教學(xué)中由學(xué)生自己快速搭建成與教材相配套的大部分典型液壓回路。

2、方案的確定

液壓實(shí)驗臺是高校學(xué)生在理論知識學(xué)習后，進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，加深對理論知識的理解，更好地掌握液壓傳動(dòng)原理的重要手段。隨著(zhù)計算機及信息技術(shù)的發(fā)展，現有的液壓實(shí)驗臺充分利用其成果，將PLC、單片機技術(shù)應用于實(shí)驗臺的研制改造中，使其成為機、電、液及計算機一體化綜合控制實(shí)驗臺；同時(shí)液壓元件采用透明有機玻璃外殼，可以清晰明了地觀(guān)察液壓元件內部結構、傳動(dòng)過(guò)程，更利于直觀(guān)教學(xué)。

上述實(shí)驗臺功能先進(jìn)，實(shí)驗時(shí)可讓學(xué)生直觀(guān)、感性地對比了解機、電、液各自具有的特點(diǎn)特色，同時(shí)能更好地了解液壓傳動(dòng)基本工作原理，但普遍結構復雜、造價(jià)昂貴，且不能發(fā)揮學(xué)生在液壓實(shí)驗臺設計中的能動(dòng)性，學(xué)生只能被動(dòng)實(shí)驗而非自己參與設計回路。本著(zhù)以鍛煉學(xué)生為主的目的，以培養學(xué)生創(chuàng )新思維、工程設計能力，并提高其學(xué)習興趣、對液壓系統的調試能力及綜合運用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識能力。設計一種能完成液壓典型回路的實(shí)驗臺，發(fā)動(dòng)學(xué)生參與并以學(xué)生為主體，其中采用標準的工業(yè)級液壓元件及可更換的高壓軟管、快換接頭，使其具有較好的柔性，結構緊湊，進(jìn)行恰當組合能夠搭接成不同的液壓回路。

圖1 液壓實(shí)驗臺原理圖

3、液壓實(shí)驗臺的設計

如上所述，該實(shí)驗臺要求滿(mǎn)足：使學(xué)生對常用液壓元件有感性認識，了解常用液壓元件的結構、工作原理及作用；了解典型回路的類(lèi)型、工作原理；另準備一些常用液壓閥，由學(xué)生按（或老師提出）要求搭建一些典型功能液壓回路；元件的替代，允許學(xué)生在現有回路基礎上替換元件完成同樣功能；觀(guān)察、發(fā)現系統回路設計中存在的不足，并提出解決方案，提高其處理實(shí)際液壓傳動(dòng)問(wèn)題的能力。如下圖所示是所設計液壓實(shí)驗臺的工作原理圖：

圖1 中實(shí)際上是兩個(gè)液壓回路，即調速回路（以簡(jiǎn)稱(chēng)缸1）和加載回路（以下簡(jiǎn)稱(chēng)缸2），兩個(gè)油缸相向安裝。其工作原理如下：
缸1 啟動(dòng)前閥3 的3YA 通電，由定量泵8 給缸2 補充液壓油，補油完畢后3YA 斷電；閥6 的1YA 得電，缸1 向右快速伸出，頂上缸2 后壓力升高，壓力繼電器控制閥4 動(dòng)作使4YA 得電，缸1 變?yōu)槁M(jìn)。缸1 速度由單向調速閥5 調節，行程終點(diǎn)壓下行程開(kāi)關(guān)S1，使閥6 的2YA得電，缸1 向左快速退回，行程結束。泵8 的壓力由溢流閥7 調定，負載由溢流閥9 調定。

該實(shí)驗臺實(shí)際上包括有液壓系統的壓力形成和節流調速兩個(gè)基本實(shí)驗。實(shí)驗中通過(guò)觀(guān)察壓力變化情況，加深對“壓力由負載決定”這一規律的認識。另通過(guò)準備一些標準液壓元件（二位電磁換向閥、順序閥、單向調速閥）及附件（三通、快換接頭、高壓軟管、行程開(kāi)關(guān)、蓄能器、壓力表等）可擴展進(jìn)行諸如差動(dòng)回路、兩級調速、卸荷、雙缸順序動(dòng)作（改變缸2 的安裝方向）、保壓等大部分典型液壓回路。擴展回路實(shí)驗由學(xué)生自己完成，設計好回路老師檢查無(wú)誤后自己搭建。準備一些標準液壓元件還供學(xué)生進(jìn)行現場(chǎng)教學(xué)作用，同時(shí)拓寬對其他工業(yè)液壓元件的感性認識。