基于工程實踐的《液壓與氣壓傳動》課程教學案例建設

張 良，萬宇杰，方自強，畢 翔

（江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056）

引言

《液壓與氣壓傳動》課程是機械類專業中重要課程之一，課程包括液壓傳動與控制、氣壓傳動與控制，是自動化技術的重要組成部分，廣泛應用在車輛工程、冶金工程、船舶工程、機械工程等領域，特點是在航空航天、機器人、核電工程等工程裝備中得到應用[1-2]。對于液壓傳動與控制的應用，是衡量一個國家工業水平的重要標志之一，很多大國重器都能體現液壓傳動與控制的應用[3]。因此，《液壓與氣壓傳動》在機械類專業建設以及人才培養過程中，顯得非常重要。該課程是以工程應用為教學目標，突出培養學生的職業能力，是具有專業技術基礎性性質的必修課程之一。在常規傳統教學方式中，課程教學以理論教學為主，教師以課堂形式將教材知識點面面俱到地傳授給學生[4-5]。這樣的教學方式很難培養出學生的職業能力，以及創新性，需要對課程教學內容進行改革。

1 《液壓與氣壓傳動》課程教學問題分析

1）課程課時嚴重不足。隨著國家對本科教育改革持續深入，為了全面提高學生德智體美勞等方面的素質，各個高校都對人才培養計劃做了不同程度的改革，增加了基礎性的課程，以提高學生人文修養以及樹立正確的人生觀，相對地降低了學生對于專業課程的學習深度要求。而對于機械類專業而言，隨著課程數量的增加，相應的課程課時需要減少。對于重要的專業基礎課《液壓與氣壓傳動》而言，課時也相應減少。但是由于課程內容相對較多、較抽象，而且實踐性很強，不同的應用工況下液壓或氣壓傳動系統組成、原理以及控制方式等都不同，難以在較短時間內完成課程內容，達到教學目標要求。

2）課程內容抽象化。《液壓與氣壓傳動》課程教學，大部分教學還是停留在課堂滿灌的方式，根據教材內容，僅僅是將教材上的基本概念、基本原理一一講授給學生，學生只是作為課堂內容的接收者，對液壓與氣壓傳動技術了解比較膚淺，只能停留在課本上的內容，停留在課程考試上。經過這樣的照本宣科式的教學內容，學生對液壓動力元件、執行元件、控制元件等知識點，只會是離散化的狀態，沒有形成系統化的知識體系，進而難以形成學生的職業能力，更是無法適應以后工作崗位的技能需求。

3）課程教師知識體系不完善。在一些地方高校，由于師資力量薄弱，教學設施不完善，在機械類專業中只設置了一些基礎專業課程，沒有開設《液壓與氣壓傳動》的先導課，比如《流體力學》，教師的教學任務主要是講授教材內容，缺乏工程實踐應用教學案例，教師也沒有工程實踐經驗，無法彌補先導課程的缺位，也難以在教學過程中使學生形成職業能力。

2 《液壓與氣壓傳動》課程教學內容改革

要解決《液壓與氣壓傳動》課程教學內容現存問題，必須對教學內容進行改革。以培養和提升學生職業能力為目的，在教學內容中融入工程實踐案例，構建課程教學資源案例庫，豐富教學內容，使教學內容具體化，方便學生理解課程知識點，使學生形成系統的課程知識結構體系。

2.1 液壓控制元件

液壓元件很多教學案例可以通過建立元件的三維圖、爆炸圖等教學知識庫，這些只是讓學生理解元件的結構組成，缺少讓學生應用元件的環節。

為了讓學生了解液壓元件的工程實踐應用，以冶金工程中煉鐵工藝熱風爐系統的液壓系統為教學案例。該液壓站為12 個閘門提供液壓動力，其中6 個閘門工況是全開或者全關狀態，即采用兩位兩通換向閥，另外6 個閘門工況允許閘門在中間位置停留，即采用三位四通換向閥。閘門的液壓缸的性能參數根據工況確定。在這12 個閘門控制回路中，有些閘門的控制回路上設置“液壓鎖”，實現控制回路的保壓。通過該案例學習，可以了解換向閥在工程實踐中的應用，以及液控單向閥在保壓回路中的應用。

結合液壓閥現場安裝圖，如圖1 所示。講解液壓元件安裝以及調試方法。

圖1 液壓閥現場安裝圖

2.2 液壓附件元件

液壓附件是液壓系統組成部分，教材課時不多，但是這些知識點在工程實踐中應用廣泛，基本知識點講授給學生，學生可以在案例中不斷領悟、提升，最后轉化為職業能力。

以冶金工程中煉鐵工藝熱風爐系統的液壓系統泵站部分為教學案例。該泵站內包含液壓動力元件—液壓泵；液壓附件—油箱、蓄能器、液位計、回油過濾器等；液壓控制元件—溢流閥，如圖2 所示。

圖2 液壓泵站原理圖

案例中，作為冷卻系統，可以講解液壓系統的循環冷卻系統，該系統是液壓系統的重要組成部分，是保證油液質量與純潔度的重要手段。循環冷卻系統中的換熱器常采用管式換熱器或板式換熱器。案例中，還有很多附件原件，比如油箱。油箱不僅作為存儲油液的容器，還是散熱的容器。以及工程實踐中油箱的材質可以是碳鋼也可以是不銹鋼，詳細講解油箱的結構特點。過濾器是液壓系統中重要的附件原件，是保證各個元件能正常工作的重要手段，過濾器種類很多，一般根據實際生產中，對于過濾性能要求而確定。

2.3 液壓系統回路

液壓系統回路知識時以液壓控制元件、輔助元件為基礎，綜合應用課程知識的課程板塊。為了讓液壓系統回路能更容易被學生掌握，采用建立液壓系統回路應用案例庫。

以數控機床的卡盤液壓系統為教學案例，如圖3所示。

圖3 卡盤液壓系統圖

系統的工作原理：在要求卡盤處于正卡（卡爪向內夾緊工件外圓）且在高壓大夾緊力狀態下時，3YA失電，換向閥5 左位工作，系統選擇減壓閥3 工作。夾緊力的大小由減壓閥3 來調整，夾緊壓力由壓力表7來顯示。

當1YA 通電時，減壓閥3 左位工作，系統液壓油的流向為：油泵1→單向閥2→減壓閥3→換向閥5左位→換向閥6 左位→液壓缸右腔。液壓缸左腔的油液經換向閥6 左位直接回油箱。這時，活塞桿左移，操縱卡盤夾緊。

當2YA 通電時，換向閥5 右位工作，系統壓力油進入到液壓缸左腔，液壓右腔的油液經換向閥6 直接回油箱。這時，活塞桿右移，操縱卡盤松開。

在要求卡盤處于正卡且在低壓小夾緊力狀態下時，3YA 通電，換向閥5 處于右工作位，系統選擇減壓閥4 工作。夾緊力的大小由減壓閥4 來調整，夾緊壓力也由壓力表7 來顯示。

卡盤處于反卡（卡爪向外夾緊工件內孔）時，動作與正卡時相反。即反卡的夾緊是正卡的松開；反卡的松開是正卡的夾緊。

3 結語

課程教學改革需要以學生為中心，以促進學生職業能力提升為目的。這要求教師要不斷完善教學方法，理論與實踐緊密聯系。針對《液壓與氣壓傳動》課程特點，建立基于工程實踐的教學案例，通過具體的工程應用，培養學生的學習積極性，提升學生的綜合能力，為課程教學改革提供理論指導。