基于校企合作的QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張明軍

（江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院，江蘇徐州 221132）

0 引言

液壓實(shí)驗(yàn)是高等院校的常設(shè)課程，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響著學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握及進(jìn)入工作崗位后的適應(yīng)性，用人單位也非常期望機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生能夠短時(shí)間適應(yīng)崗位需求，減少二次培訓(xùn)，提高工作質(zhì)量和效率。而通用的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)則只能完成較為基本的回路實(shí)驗(yàn)，與企業(yè)產(chǎn)品關(guān)聯(lián)不大，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果欠佳。如何深化校企合作，對(duì)現(xiàn)有液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量，是從事液壓實(shí)驗(yàn)教學(xué)的老師共同思考的問(wèn)題。

本文以QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)為例，在調(diào)研某集團(tuán)各企業(yè)需求的基礎(chǔ)上，與實(shí)驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠家共同完成改進(jìn)與設(shè)計(jì)，力求實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)產(chǎn)品化，縮短學(xué)生到企業(yè)的適應(yīng)期，實(shí)現(xiàn)校企合作零距離。

1 QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 優(yōu)點(diǎn)

圖1所示為QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的外形，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)經(jīng)過(guò)多年的使用與改進(jìn)，已經(jīng)基本滿足了液壓基本回路實(shí)驗(yàn)的使用要求，并且不斷地進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，相對(duì)于同類產(chǎn)品也有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本文列舉如下，僅供參考。

圖1 QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)外形Fig.1 Outline diagram of QCS014A hydraulic test bench

（1）整機(jī)重約1.3 t，穩(wěn)固扎實(shí)，能夠適應(yīng)較大的使用強(qiáng)度，維修成本低，耐用性好；

（2）所有的液壓元件接口均在實(shí)驗(yàn)臺(tái)背面，大大提高了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的適用性和可靠性；

（4）工控機(jī)集成控制，電氣線路操作簡(jiǎn)單，安裝可靠，有效提高了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)較多且靈活性好。

1.2 缺點(diǎn)

通過(guò)企業(yè)調(diào)研并結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和企業(yè)工作經(jīng)歷，隨著生產(chǎn)需求對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的要求越來(lái)越高，QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)在一些專業(yè)性要求較高的場(chǎng)合也表現(xiàn)出了一些不盡如人意的地方，具體如下。

（1）先導(dǎo)溢流閥的遠(yuǎn)程控制口未開(kāi)放出來(lái)，如果要想進(jìn)行遠(yuǎn)程卸荷或遠(yuǎn)程調(diào)壓實(shí)驗(yàn)就必須把系統(tǒng)自帶溢流閥調(diào)至高壓，另接溢流閥進(jìn)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(dǎo)控制技術(shù)越來(lái)越普遍，如果能增加先導(dǎo)手柄控制液控閥，便能模擬實(shí)際產(chǎn)品上的先導(dǎo)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與企業(yè)產(chǎn)品相銜接。

（3）工控機(jī)集成度較高，未能將PLC開(kāi)放出來(lái)，不利于學(xué)生電液復(fù)合能力的培養(yǎng)[1－3]。

（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅為油缸，無(wú)液壓馬達(dá)[4]，僅能完成較為簡(jiǎn)單的方向、壓力或流量控制控制回路，至多完成兩缸順序動(dòng)作回路，缺乏較為形象的動(dòng)作演示，無(wú)法有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；回路也較為簡(jiǎn)單，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

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

（6）橡膠軟管均存放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上或下面的柜子中，既不美觀又不方便存取[5]。

2 QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)與設(shè)計(jì)

基于第1節(jié)分析，本文提出了如下改進(jìn)與設(shè)計(jì)思路。

（1）將先導(dǎo)溢流閥的遠(yuǎn)程控制口開(kāi)放出來(lái)，直接利用該控制口與電磁閥和遠(yuǎn)程調(diào)壓閥一起實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程卸荷或遠(yuǎn)程調(diào)壓。

（2）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的左側(cè)區(qū)域安裝先導(dǎo)手柄，在右側(cè)的閥板區(qū)域增加液控閥，二者連接實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。

（3）工控機(jī)區(qū)域進(jìn)行改進(jìn)，將PLC開(kāi)放出來(lái)，與計(jì)算機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生通過(guò)編程與電氣線路連接完成自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)液電復(fù)合。

（4）開(kāi)發(fā)工程機(jī)械中較為典型的裝載機(jī)、挖掘機(jī)和汽車起重機(jī)執(zhí)行機(jī)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(bǔ)償?shù)南冗M(jìn)控制技術(shù)。

（5）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的右下方集中布置閥塊安裝手動(dòng)換向閥，共用進(jìn)油和回油口，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制系統(tǒng)的集中控制和安裝調(diào)試。

（6）單獨(dú)制作油管掛架，長(zhǎng)管與短管分類存放，上方設(shè)置存放接頭的區(qū)域，底部布置拖盤儲(chǔ)存殘油。

3 QCS014A液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)效果與應(yīng)用

3.1 改進(jìn)效果

學(xué)校、用人企業(yè)和生產(chǎn)廠家全面進(jìn)行校企合作，在明確改進(jìn)思路的基礎(chǔ)上，詳細(xì)制定了實(shí)驗(yàn)臺(tái)生產(chǎn)技術(shù)要求并付諸實(shí)施，成功制作了QCS014D液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，如圖2所示。

圖2 QCS014D液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)外形Fig.2 QCS014D hydraulic test bench outline

（1）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的左下方設(shè)置了3個(gè)先導(dǎo)手柄，與右側(cè)閥板上的液動(dòng)閥組合實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)控制，正常情況下是使用2個(gè)手柄，對(duì)于動(dòng)作較多的工程機(jī)械主機(jī)產(chǎn)品，可以使用第3個(gè)手柄或采用電磁閥進(jìn)行分流切換。

（2）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的左上方安裝了開(kāi)放式PLC，并設(shè)置了電氣插頭和操作按鈕，可以與配套的計(jì)算機(jī)一起完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC編程、電氣線路連接及自動(dòng)控制調(diào)試。

（3）如圖3所示，實(shí)現(xiàn)了主溢流閥遠(yuǎn)程控制口的開(kāi)放，提高了操作的方便性和安全性，簡(jiǎn)便了油路連接，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

圖3 遠(yuǎn)程控制口設(shè)計(jì)改進(jìn)前后對(duì)比Fig.3 Comparison of remote control port design before and after improvement

（4）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)右下方區(qū)域集中布置了13路手動(dòng)換向閥，各個(gè)手動(dòng)換向閥共用P口和T口，滿足了多路手動(dòng)控制系統(tǒng)使用要求。

（5）開(kāi)發(fā)了裝載機(jī)、挖掘機(jī)和汽車起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如圖4所示），與原來(lái)的單獨(dú)液壓缸相比，執(zhí)行機(jī)構(gòu)多樣，動(dòng)作直觀，較為貼合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，其中汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)還可模擬閥前補(bǔ)償技術(shù)。

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

（6）設(shè)計(jì)制作了油管存放架，即方便了存取，又美觀整潔，且移動(dòng)方便、便于搬運(yùn)。如圖5所示。

圖5 液壓油管架Fig.5 Hydraulic tubing rack

3.2 應(yīng)用成效

設(shè)計(jì)改進(jìn)的QCS014D液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)在實(shí)際使用中得到學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、同行專家及用人單位的一致認(rèn)可，其教學(xué)內(nèi)容相對(duì)之前較為豐富，液壓回路的設(shè)計(jì)可以與實(shí)際產(chǎn)品相結(jié)合，融入先進(jìn)液壓控制技術(shù)，適當(dāng)增加液壓回路的復(fù)雜程度，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與應(yīng)用水平，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。圖6～7所示分別為該實(shí)驗(yàn)臺(tái)所設(shè)計(jì)的裝載機(jī)手動(dòng)和先導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)原理圖及動(dòng)作順序表，圖8所示為該實(shí)驗(yàn)臺(tái)所設(shè)計(jì)的裝載機(jī)電動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)液壓原理圖、動(dòng)作順序表、PLC外部接線圖及PLC控制程序[6]。總體來(lái)講較為綜合，實(shí)驗(yàn)效果良好，類似的回路設(shè)計(jì)還有挖掘機(jī)、汽車起重機(jī)等，在此就不再一一贅述。

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

圖8 裝載機(jī)電動(dòng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)液壓原理圖、動(dòng)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(shuō)明，對(duì)于控制功能較多的產(chǎn)品，如汽車起重機(jī)的上車執(zhí)行機(jī)構(gòu)有伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)、主副卷?yè)P(yáng)共5個(gè)動(dòng)作，采用2個(gè)手柄滿足不了控制需求，故在設(shè)計(jì)中可以采用備用的第三只手柄來(lái)進(jìn)行控制，同時(shí)也可以利用增加電磁閥和切換開(kāi)關(guān)對(duì)其中一個(gè)先導(dǎo)手柄的出油口來(lái)進(jìn)行動(dòng)作的切換，控制效果相同。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)QCS014A實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了QCS014D液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，開(kāi)放了系統(tǒng)溢流閥的遠(yuǎn)程控制口，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程卸荷和遠(yuǎn)程調(diào)壓的直接控制；設(shè)置了先導(dǎo)手柄，與液控?fù)Q向閥組合實(shí)現(xiàn)了先導(dǎo)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試；開(kāi)放了PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生完成PLC編程與線路連接的自動(dòng)控制；增加了手動(dòng)控制閥集成塊，實(shí)現(xiàn)了多回路手動(dòng)控制回路實(shí)驗(yàn)需求；單獨(dú)設(shè)計(jì)了油管掛架，便于油管存放和搬運(yùn)；設(shè)計(jì)了3種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，豐富了液壓回路連接，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。從實(shí)際運(yùn)用結(jié)果來(lái)看，整體效果良好，有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和用人單位的滿意度。當(dāng)然這也只是冰山一角，要想全面提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，學(xué)校與企業(yè)之間還需要進(jìn)行更多的合作，共同開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，共同編制實(shí)驗(yàn)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(xué)子，望能與各位共同努力提高各自專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。