工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程教改的探討與實踐

工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程教改的討論與理論〔〕:

摘要：圍繞工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程的特點，針對大四學(xué)生所處境遇，為了進(jìn)步學(xué)生課程知識掌握量，培養(yǎng)不僅可以掌握理論知識，還具有解決現(xiàn)實問題才能的人才，提出了實驗與理論并駕齊驅(qū)的改革思路。基于現(xiàn)有條件，提出了三個實驗方案，旨在全面加深學(xué)生對工程機(jī)械液壓系統(tǒng)工作原理，液壓元器件，液壓系統(tǒng)問題的理解和認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；液壓傳動；液壓泵；液壓油缸；液壓系統(tǒng)

本文引用格式：王海波,等.工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程教改的討論與理論[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(82):117-118,122.

工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程是本科生大四的一門專業(yè)課程，是學(xué)生通向工作崗位的一門重要課程。該課程主要以挖掘機(jī)為主工程機(jī)械為背景，介紹液壓傳動與控制技術(shù)問題。由于大四學(xué)生，正處于升學(xué)就業(yè)的十字路口，在課堂中精力不集中，容易出現(xiàn)走神現(xiàn)象，而且此課程概念和理論較難，所以以往學(xué)生考試成績普遍偏低，知識掌握度普遍較差。作為教育工作者，應(yīng)當(dāng)積極解決該課程存在問題，對課程進(jìn)展改革，培養(yǎng)專業(yè)性更強(qiáng)的人才。

一工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程的重要性

工程機(jī)械是國家根底建立的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于建筑工程、市政工程、道橋工程和港口工程等領(lǐng)域的建立施工，在各項重大工程施工和國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。工程機(jī)械行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，是國家重大裝備制造業(yè)，更是國家綜合經(jīng)濟(jì)實力的象征【1】。液壓傳動與控制技術(shù)是工程機(jī)械的根底性技術(shù)，也是工程機(jī)械的核心技術(shù)之一，也是目前阻礙我國工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)良性開展的主要瓶頸之一，高性能液壓元件以及為適應(yīng)工程機(jī)械不同機(jī)型和工況所組成的高性能液壓控制系統(tǒng)是工程機(jī)械穩(wěn)定、高效運行必不可少的支撐。液壓傳動與控制技術(shù)是工程機(jī)械的根底性技術(shù)，也是工程機(jī)械的核心技術(shù)之一，也是目前阻礙我國工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)良性開展的主要瓶頸之一，高性能液壓元件以及為適應(yīng)工程機(jī)械不同機(jī)型和工況所組成的高性能液壓控制系統(tǒng)是工程機(jī)械穩(wěn)定、高效運行必不可少的支撐【2】。

液壓傳動技術(shù)較其他類型的傳動及控制方式有獨特的優(yōu)點，是機(jī)械專業(yè)一門重要的課程，在現(xiàn)代化消費中發(fā)揮越來越重要的作用。不同于一般工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的液壓系統(tǒng)或設(shè)備，工程機(jī)械具有工作環(huán)境惡劣、高速重載、能耗大、維護(hù)條件差并受到環(huán)境保護(hù)、自重、安裝空間限制等工況特點，因此工程機(jī)械液壓傳動與控制系統(tǒng)在環(huán)境適應(yīng)性和工作可靠性、負(fù)載才能和效率提升、節(jié)能和環(huán)境友好性、舒適平安性、配置組合柔性和故障監(jiān)控等多方面具有更高的要求。所以專門開設(shè)一門工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程，可以讓本科生更深化地理解液壓傳動技術(shù)，而且同時也能增強(qiáng)本科生理論聯(lián)絡(luò)實際的才能【3】。

二液壓系統(tǒng)問題

學(xué)生首先接觸液壓系統(tǒng)，是在液壓傳動課程上。在液壓傳動課程主要講述液壓傳動原理、液壓元件和液壓回路。而傳統(tǒng)的工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)課程，主要講述工程機(jī)械上的液壓回路、液壓元件以及液壓控制技術(shù)。兩門課程都偏向概念與理論，學(xué)生不能聯(lián)絡(luò)到實際，所以加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。在實際工程應(yīng)用中，拋開液壓元器件設(shè)計問題，液壓系統(tǒng)的設(shè)計不僅僅只是液壓元器件的選擇、液壓回路的設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計，還需要考慮到液壓油溫升、液壓系統(tǒng)泄露、液壓閥塊的設(shè)計、液壓系統(tǒng)效率、液壓系統(tǒng)響應(yīng)速度、液壓系統(tǒng)噪聲、液壓系統(tǒng)清潔等問題，而這些問題都不是僅僅用液壓回路上簡單的符號就能解決的。

在本科畢業(yè)設(shè)計中，很多學(xué)生對液壓系統(tǒng)的認(rèn)識僅僅只停留在液壓回路中，離工程實際應(yīng)用有很大的差距，學(xué)生除了設(shè)計回路其他一概不知，所以畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量較差。因此，工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)應(yīng)更加注重工程理論問題，加重實驗比率，加深學(xué)生對液壓系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的理解。

三工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)實驗改革方案

學(xué)生在液壓傳動課程上已經(jīng)學(xué)習(xí)了液壓傳動的根本概念和理論知識，而工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)不應(yīng)著重講述概念和理論知識，應(yīng)該更注重工程實際。實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，通過各類驗證型和研究型實驗工程，讓學(xué)生進(jìn)一步加深對課堂理論教學(xué)中涉及的根本概念和理論知識的理解。同時作為應(yīng)用性很強(qiáng)的工程類專業(yè)課，它的實驗教學(xué)有助于學(xué)生理解本專業(yè)和工程機(jī)械行業(yè)的最新技術(shù)開展動態(tài)和趨勢，防止理論教學(xué)"抱殘守缺";和"閉門造車";。因此，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有實驗條件，對"工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)";這門課程的實驗教學(xué)工程進(jìn)展充分的設(shè)計和開發(fā)具有重大意義。

結(jié)合學(xué)科特點和工程機(jī)械行業(yè)技術(shù)的最新開展趨勢，在現(xiàn)有實驗室軟、硬件條件支撐下，挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力，以較小的改造本錢，設(shè)計和開發(fā)出一批具有針對性、代表性和先進(jìn)性的實驗工程，讓學(xué)生深化理解工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的獨特性和關(guān)鍵技術(shù)。液壓傳動課程傳授工業(yè)液壓傳動與控制技術(shù)，對于現(xiàn)代工程機(jī)械液壓技術(shù)中應(yīng)用廣泛的原動機(jī)與液壓泵的功率匹配、電液比例變量泵、多路閥、插裝閥等涉及較小，因此本教改實驗工程必需要以上述對象為主，展示出現(xiàn)代工程機(jī)械液壓技術(shù)的獨特性。

〔一〕工程機(jī)械油缸拆裝測繪實驗

液壓系統(tǒng)在工程機(jī)械中廣泛應(yīng)用，其中主要液壓執(zhí)行元件為液壓缸，它將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)所需的機(jī)械能。工程機(jī)械液壓油缸相對于其它用途的液壓油缸，其使用功率大，傳遞的能量多，加工難度高。工程機(jī)械液壓油缸的尺寸、密封要求也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。工程機(jī)械液壓油缸根本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置、排氣閥等組成。

實際應(yīng)用中液壓油缸的失效形式常表現(xiàn)為內(nèi)泄露與外泄露。內(nèi)泄露是指液壓油經(jīng)活塞從高壓腔進(jìn)入低壓腔，導(dǎo)致建立不了工作壓力。外泄露是指液壓油從液壓缸內(nèi)外泄。液壓油缸通過密封裝置防止泄露，密封裝置主要為缸蓋與缸筒、缸蓋與活塞桿、有桿腔與無桿腔的密封。

工程機(jī)械油缸出力通常比擬大，活塞桿運動到缸底及缸蓋時會引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊壓力與噪聲【4】。為防止這種機(jī)械碰撞需要采用緩沖裝置，緩沖裝置可以防止和減少液壓油活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或缸蓋的沖擊。通過這個實驗可以加強(qiáng)學(xué)生動手才能，理解工程機(jī)械液壓油缸構(gòu)造，理解工程機(jī)械液壓油缸的常見故障。

〔二〕工程機(jī)械液壓泵拆裝演示實驗

液壓泵向液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力與流量的液壓油，是液壓系統(tǒng)的動力元件。液壓泵從構(gòu)造上可以分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵。

齒輪泵由兩個齒輪、泵體與前后蓋組成兩個封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪別離側(cè)的吸油腔體積變大，形成真空，將液壓油吸入，齒輪嚙合側(cè)的排油腔的體變小，將液壓油擠入管路中去。吸油腔與排油腔通過兩個齒輪的嚙合線分隔開。齒輪泵構(gòu)造簡單，工藝性好，體積小，對油液污染不敏感，但工作壓力低，流量脈動，零件的互換性差，磨損后不易修復(fù)，不能作變量泵用。

葉片泵由葉片、定子、轉(zhuǎn)子、配油盤和端蓋等組成。定子與轉(zhuǎn)子偏心安裝，葉片嵌在轉(zhuǎn)子內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時在離心力與葉片根部的壓力油作用下葉片緊貼定子內(nèi)壁，形成一個可變?nèi)莘e的工作腔。當(dāng)工作腔容積變大時形成部分真空，吸入液壓油，工作腔容積變小時，液壓油壓入管路。葉片泵構(gòu)造緊湊，噪聲小，壽命長，改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距，便可改變泵的排量，相對于齒輪泵對液壓油污染較敏感，構(gòu)造較復(fù)雜。

柱塞泵由柱塞、缸體、配油盤、斜盤、滑靴、中心彈簧、傳動軸等組成。柱塞頭部安裝有滑靴，滑靴始終貼住斜盤運動，當(dāng)缸體帶動柱塞旋轉(zhuǎn)時，柱塞在缸體的柱塞腔內(nèi)做直線往復(fù)運動，當(dāng)柱塞伸出，工作腔容積變大，形成部分真空，吸入液壓油，當(dāng)柱塞縮回，工作腔容積變小，將液壓油壓入管路中。柱塞泵密封性能好，精度高，工作壓力高，通過改變斜盤的傾角改變泵的排量，但它構(gòu)造比擬復(fù)雜，制造精度高，對油液污染敏感。柱塞泵被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場合。

通過此實驗，學(xué)生能理解液壓泵的機(jī)構(gòu)組成，理解液壓泵的工作原理，進(jìn)步工程理論才能。

〔三〕小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)測繪實驗

挖掘機(jī)為重型工程機(jī)械，是工程建立中最主要的工程機(jī)械之一。根據(jù)規(guī)模大小的不同，挖掘機(jī)可以分為大型挖掘機(jī)、中型挖掘機(jī)和小型挖掘機(jī)。小型挖掘機(jī)體積小，在狹窄的工作空間內(nèi)可以很好的工作，同時對周圍的環(huán)境影響小，便于運輸，成為城市地區(qū)市政工程的理想設(shè)備。

挖掘機(jī)的傳動方式分為機(jī)械傳動與液壓傳動。機(jī)械傳動效率高，但構(gòu)造復(fù)雜，維修較為困難，機(jī)械傳動的挖掘機(jī)多為輪式挖掘機(jī)。液壓傳動構(gòu)造相對于機(jī)械傳動緊湊，重量輕，慣性小，容易實現(xiàn)自動化，傳遞動力運動均勻平穩(wěn)，借助變量泵可大范圍的實現(xiàn)無級調(diào)速，液壓裝置易實現(xiàn)過載保護(hù)，可靈敏的布置動力機(jī)構(gòu)，液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上，已根本取代了老式的機(jī)械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

該實驗可以加深學(xué)生對液壓挖掘機(jī)回路的理解，加深學(xué)生對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理的認(rèn)識，讓學(xué)生理解挖掘機(jī)各液壓元件在液壓系統(tǒng)中的認(rèn)識。

四結(jié)語

工程機(jī)械液壓傳動與控制技術(shù)是工程機(jī)械專業(yè)的一門專業(yè)課，理論性和理論性較強(qiáng)。工程機(jī)械液壓傳動與控制系統(tǒng)在環(huán)境適應(yīng)性和工作可靠性、負(fù)載才能和效率提升、節(jié)能和環(huán)境友好性、舒適平安性、配置組合柔性和故障監(jiān)控等多方面具有更高的要求，通過理論環(huán)節(jié)驗證和拓展課堂教學(xué)內(nèi)容，穩(wěn)固教學(xué)效果，為進(jìn)一步更專業(yè)地進(jìn)展工程機(jī)械設(shè)計、研究工作打下根底。該教改可以受益學(xué)生除了每年60名左右的工程機(jī)械方向本科生，還可以向土木工程機(jī)械概論課程每年650名左右本科生效勞。加強(qiáng)學(xué)生對工程機(jī)械的理解，對液壓系統(tǒng)的理解。

參考文獻(xiàn)

【1】于宏麗,劉艷秋.工程機(jī)械的開展與其現(xiàn)代設(shè)計方法[J].山東工業(yè)技術(shù),2022/r