基于高職教育培養目標的液壓與氣壓傳動課程教學研究

趙斐玲 梁杰

摘 要：高等職業教育的培養目標是培養學生成為高素質技術技能型人才，而液壓與氣壓傳動課程是一門專業基礎必修課程。本文就基于高職教育培養目標的液壓與氣壓傳動課程教學，從夯實液壓與氣壓傳動的理論基礎知識，正確設計搭建液壓與氣動回路，整合與交融相關專業知識，提高綜合操作技能等方面進行分析探討，以更好地適應新形勢，達到人才培養目標要求。

關鍵詞：液壓與氣壓傳動 技術技能型 課程整合與交融

2012年，教育部公布的《國家教育事業發展第十二個五年規劃》中，把高等職業教育培養目標定位于高素質技術技能型人才。新疆鐵道職業技術學院是一所高職院校，承擔著培養技術技能型人才的重任。而液壓與氣壓傳動課程是一門專業基礎必修課程，為了適應培養目標的要求，不僅要夯實液壓與氣壓傳動的理論基礎知識，還要把電氣控制技術和PLC控制技術課程整合與交融，這樣才能更好地適應新形勢對人才培養的要求。

一、夯實液壓與氣壓傳動的理論基礎知識

液壓與氣動系統是由各種液壓元件或氣動元件組成的，弄明白液壓與氣動元件的結構組成、工作原理及不同的作用是關鍵。要淡化液體靜力學和動力學的原理分析、理論公式推導和性能指標計算，要加強功能說明、應用條件和使用方法的教學。教師在使用掛圖、多媒體課件、模型講解的基礎上，應重點突出實踐教學，以學生為主，動手拆裝液壓泵、液壓控制閥等液壓元件，讓學生在拆裝中，更好地領悟各元件的圖形符號、工作原理及適用場合。只要掌握了基礎理論知識，學生就知道如何去調節回路中的液體或氣體的方向、壓力和流量。例如工業級雙泵液壓站，雙泵是定量柱塞泵組和變量葉片泵組，變量葉片泵就是外反饋限壓式變量葉片泵，它是利用其工作壓力的反饋作用實現變量的。通過拆裝泵，學生就能直觀地了解其結構組成、工作原理和調節方式。

二、自主設計，正確搭建液壓與氣動回路

任何一種液壓或氣壓傳動系統都是由基本回路組成的。按其功能可分為速度控制回路、壓力控制回路、方向控制回路和多缸工作控制回路等。熟悉和掌握這些基本回路的組成、工作原理和性能，是分析、維護、安裝調試和使用液壓與氣壓傳動系統的重要基礎。

通常，教師把學生領到實訓室，驗證課堂上的某個理論而進行的實驗是演示實驗。為了以變驗證性、演示性實驗為自主設計的實訓，在設計教學過程中，教師要緊緊圍繞“以能力為目標，以學生為主體”的教學思想。例如，要求學生設計一個雙作用汽缸的與邏輯功能的直接控制回路。根據汽缸動作要求，學生各自運用所學知識，查閱相關資料，選擇氣壓元件，自主設計并繪制氣動回路圖，可以有多種方案，再讓學生在氣壓實訓面板上搭建氣路，并調節調試、排除故障等。學生們相互討論，積極投入，做好實訓報告，分析成功和失敗的原因，并提出改進的意見和建議。教師在啟動電源運行系統之前，要對設計方案把好關，并檢查回路安裝情況，幫助學生排除系統中的故障，起指導作用。

通過這種自主設計的實訓，學生會更好地掌握各種氣壓元件的結構、原理和作用，掌握氣動回路系統的設計思路，能正確繪制氣動回路原理圖，并在實驗臺上搭接氣動回路，實現其動作，增強了學生的動手能力。

三、整合與交融相關專業知識，提高綜合操作技能

液壓與氣壓傳動系統控制的任何一個動作過程都是按照一定順序步驟進行的。運動狀態的改變是靠啟動按鈕開關、停止按鈕開關、行程限位開關、壓力繼電器以及時間繼電器等輸入信號，轉化為控制液壓或氣壓換向閥電磁鐵線圈的輸出信號進行的。傳統的繼電接觸器控制和 PLC控制兩種方案均可實現系統的動作運行。

1.傳統的繼電接觸器控制電路

傳統的繼電接觸器控制系統是由輸入部分（按鈕、開關等）、邏輯控制電路（各類繼電器、接觸器用導線連接而成，可執行某種邏輯功能的電路）和輸出部分（接觸器線圈、電磁閥、指示燈等）三部分組成的。繼電接觸器控制是一種最基本的控制方式。任何復雜的控制系統或電路，都是由一些比較簡單的基本控制環節根據不同控制要求連接而成的，因此掌握基本控制電路圖非常必要。

電氣控制原理圖是采用國家標準中統一規定的圖形符號和文字符號代表各種電器元件，依據生產機械對控制的要求和各電器的動作原理，用導線把它們連接起來構成的。電氣控制電路原理圖一般分主電路和控制電路兩部分，而液壓傳動或氣壓傳動的控制電路一般由按鈕和行程開關、接觸器、繼電器、電磁閥等常用低壓電器元件組成，其工作電壓是直流24V。

為了便于閱讀與分析控制電路，根據簡單、清晰的原則，采用電器元件展開的形式繪制，各電器元件一般按動作順序從上到下、從左到右依次排列，可水平布置，也可以垂直布置。

2.可編程序控制器（PLC）控制系統

（1）可編程序控制器（PLC）的接線圖。可編程序控制器（PLC）實質上是一種工業控制計算機，與傳統的繼電接觸器控制系統相似，PLC 控制系統也由三部分組成。輸入部分是收集被控設備的信號或操作命令，輸入端直接接各種開關、按鈕和傳感器等，轉換成微處理器所能接受的數字信號。控制部分是按用戶程序的控制要求，對輸入信號進行處理，并根據處理結果驅動輸出。其處理過程可以看做PLC內部假想的各種繼電器、定時器、計數器、數據寄存器等的多個觸點和線圈的連接和組合，它們的作用必須通過相應的軟件來實現。輸出部分是驅動外部負載，輸出端直接接電磁閥、繼電器、接觸器等來驅動各執行元件。

筆者學校在通用計算機上添加FX-PCS-WIN-3.2C軟件包，通過計算機對PLC進行編程。輸入端、輸出端采用的是匯點式接線方式。FX2N-48MR系列PLC的I/O地址為：輸入用X表示，輸出用Y表示。X000～X007，X010～X017，X020～X027，以及Y000～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027，I/O總點數48，輸入點數/輸出點數24。

（2）PLC 程序設計。在設計控制程序時，要分析液壓系統的運動過程及設計功能，明確輸入、輸出信號的對應關系，合理分配PLC的I/O地址，以編制盡可能簡單的程序。

對于簡單液壓回路，參照電器控制電路原理圖的設計概念，在一些典型梯形圖程序的基礎上，根據實際要求，進行修改、完善；對于較為復雜的液壓系統，就必須使用步進指令編寫控制程序，以保證控制系統的有序、規律運行。將液壓系統的工作順序劃分為步（即一個工作狀態），并確定各相鄰步之間的轉換條件（既行程開關、壓力開關）。當滿足進入下一步的轉換條件的輸入信號出現時，即標志這一步結束和下一步的開始。在步內，輸出狀態保持不變。當本步的轉換條件成立時，上一個運行狀態結束，下一個運行狀態開始。這種方法有章可循，設計出的程序較規范、直觀，易閱讀，也便于修改和調試。

梯形圖語言是目前使用最廣泛的一種PLC編程語言，它形象直觀，邏輯關系明顯，更加實用。梯形圖邏輯執行的順序是從上到下，從左到右。它以一個線圈的結束為一個邏輯行（也稱為一個梯級）。每一個邏輯行的起點是左母線，然后是觸點的連接，最后以線圈結束于右母線。

四、小結

教師要將各門專業知識與技能進行有機整合與融會貫通，才能促進教學的提高，培養能從事液壓與氣動系統設計、運行及維護的高素質技術技能型人才。

參考文獻：

[1]蘭建設.液壓與氣壓傳動[M].北京：高等教育出版社， 2008.

[2]邵展圖.電工學[M].北京：中國勞動社會保障出版社， 2007.

[3]高勤.電器及PLC控制技術[M].北京：高等教育出版社， 2009.

（作者單位：趙斐玲，新疆鐵道職業技術學院；梁杰，新疆輕工職業技術學院）