張世亮 尹凝霞 李偉洪 梁景松

[摘 要]針對(duì)液壓傳動(dòng)課程教學(xué)中如何面向工程實(shí)踐應(yīng)用開展教學(xué)，提出了通過課堂理論講述、液壓元件實(shí)體結(jié)構(gòu)展示、液壓回路動(dòng)態(tài)工況分析、液壓元件拆裝、液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)操實(shí)驗(yàn)、工程應(yīng)用案例分析、液壓課程設(shè)計(jì)等多種教學(xué)手段并舉的措施，這能實(shí)現(xiàn)學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)中的循序漸進(jìn)、機(jī)電液融合，能讓學(xué)生逐步具備解決工程實(shí)踐問題的能力，確保本課程教學(xué)質(zhì)量的總體目標(biāo)，可以為類似課程教學(xué)工作的有效、順利開展提供有益參考。

[關(guān)鍵詞]液壓傳動(dòng)；教學(xué)手段；機(jī)電融合；工程實(shí)踐

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）06-0057-03

一、概述

液壓傳動(dòng)課程是機(jī)械制造類、機(jī)電類等本、?？茖I(yè)學(xué)生課程體系中一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程是機(jī)械技術(shù)和電氣控制技術(shù)的中間橋梁，在機(jī)電一體化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)中占有重要位置。一臺(tái)完整的機(jī)電設(shè)備其控制部分的功能由計(jì)算機(jī)、傳感檢測(cè)和電氣控制等系統(tǒng)來完成，執(zhí)行裝置的動(dòng)作由機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來完成，而控制部分與執(zhí)行裝置之間的指令傳達(dá)、信息轉(zhuǎn)換與能量傳遞則可以由液壓傳動(dòng)裝置來完成。一臺(tái)完整的機(jī)電設(shè)備就像完好的人體一樣：人體的軀干和四肢是機(jī)械結(jié)構(gòu)，能完成人的各種動(dòng)作；人體的大腦是控制系統(tǒng)，可向四肢發(fā)出各種動(dòng)作指令并有效控制運(yùn)動(dòng)；而實(shí)現(xiàn)大腦指令向四肢動(dòng)作傳輸并提供能量的是人體的血液循環(huán)和控制系統(tǒng)，如人體的心臟、動(dòng)脈、毛細(xì)血管、靜脈、血液流動(dòng)方向和大小等，這些就對(duì)應(yīng)著液壓系統(tǒng)的液壓泵、壓力油路、回油路、三類控制閥（壓力閥、流量閥、方向閥）。

總體來看，液壓傳動(dòng)課程具有內(nèi)容多、難點(diǎn)多、知識(shí)跨度大、實(shí)際應(yīng)用廣、機(jī)電融合度高、理論與實(shí)踐結(jié)合緊密、工程實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng)的特點(diǎn)[1]（具體見圖1、圖2、圖3）。液壓傳動(dòng)課程的理論是液壓流體力學(xué)，設(shè)備外形和執(zhí)行裝置的動(dòng)作是機(jī)械機(jī)構(gòu)和裝置，整個(gè)系統(tǒng)的工作方式是回路循環(huán)（與電路的工作方式相同）。因此，該課程的教學(xué)既有理論性很強(qiáng)的抽象內(nèi)容，機(jī)電設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)又多種多樣，這些加大了學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)和消化難度，學(xué)生容易出現(xiàn)畏難情緒。為此，對(duì)該課程必須采取機(jī)電知識(shí)融合、多種教學(xué)方法并舉、多種教學(xué)手段共用、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、課程內(nèi)容循序漸進(jìn)的綜合教學(xué)方式開展教學(xué)，這樣才能取得良好的教學(xué)效果。

二、理論教學(xué)中需把握好知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系

液壓傳動(dòng)課程的理論基礎(chǔ)是液壓流體力學(xué)，對(duì)于流體的特點(diǎn)，壓力及其單位，流體的質(zhì)量守恒、伯努利方程、動(dòng)量方程、壓力損失、孔口和縫隙出流等這些重要的理論知識(shí)點(diǎn)，除了要從其本身的性質(zhì)、特點(diǎn)、應(yīng)用講解外，還要多從它們相互之間的關(guān)系與聯(lián)系進(jìn)行講解，更要結(jié)合實(shí)際生活和工程現(xiàn)象用它們的原理加以解釋和分析。比如，河流中的旋渦是怎樣形成的，游泳時(shí)遇到旋渦應(yīng)該怎樣應(yīng)對(duì)？為什么水壩建得越高發(fā)電能力就越強(qiáng)？如果水位高度較低，能用什么方法也可以提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電容量？為什么臺(tái)風(fēng)能夠使建筑物倒塌、船舶傾翻、門窗飛掉？為什么高速行駛的列車可以將車旁的行人卷入車底？流動(dòng)的水流改變方向的時(shí)候會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？一般的液壓設(shè)備為什么運(yùn)動(dòng)的速度都比較慢？大負(fù)載、高精度控制的機(jī)電設(shè)備為什么一般都用液壓系統(tǒng)來控制等。通過將現(xiàn)實(shí)生活和工程中常見的實(shí)例融入課堂的理論教學(xué)中，可以加深學(xué)生對(duì)本課程理論知識(shí)的理解，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)學(xué)生學(xué)習(xí)液壓元件的工作原理打下良好的理論基礎(chǔ)。

三、注重三維實(shí)體、液壓回路動(dòng)畫等多媒體教學(xué)手段的作用[2]

依據(jù)液壓流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)、制造的液壓元件往往具有外形封閉、內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、零件之間的關(guān)系復(fù)雜、零件間的配合精密等特點(diǎn)，僅僅通過液壓元件工作原理圖的講授，過于簡(jiǎn)單抽象，達(dá)不到使學(xué)生熟悉各類液壓元件的特點(diǎn)、性能優(yōu)劣、應(yīng)用場(chǎng)合與實(shí)際使用中如何正確選用液壓元件的目標(biāo)。因此，需要在講述液壓元件工作原理的前提下，充分應(yīng)用多媒體教學(xué)的特點(diǎn)，形象展示出各類液壓元件的三維實(shí)體形態(tài)、處于剖切狀態(tài)下的元件內(nèi)部配合關(guān)系、元件裝配關(guān)系的三維實(shí)體爆炸圖等（具體見圖4、圖5、圖6）。通過對(duì)它們?cè)敿?xì)的解讀與分析，使學(xué)生能夠在掌握液壓元件工作原理的基礎(chǔ)上，深刻理解各類元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系、功能、配合、特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，掌握對(duì)液壓元件中存在的結(jié)構(gòu)問題是怎樣通過技術(shù)手段加以解決的，為后續(xù)正確設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)、合理選擇液壓元件打好基礎(chǔ)。

在液壓回路的教學(xué)中，僅僅通過靜態(tài)液壓回路原理圖的講解，這樣的教學(xué)效果不會(huì)太好，因?yàn)樗故窘o學(xué)生的液壓原理圖是死的、靜態(tài)的（見圖7），而液壓系統(tǒng)工作時(shí)回路是活的、動(dòng)態(tài)的（見圖8、圖9）。如何把死的液壓回路圖讀活，沒有專門、較長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，讓學(xué)生只用靜態(tài)液壓原理圖來分析其工作原理一般是做不到的。因此，在給學(xué)生講解液壓回路的工作原理時(shí)，如有能夠模擬液壓回路真實(shí)工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)回路動(dòng)畫進(jìn)行演示，其教學(xué)效果會(huì)好很多[3]。由于液壓回路的工作形態(tài)與電路相似，在講解液壓回路時(shí)，一定要用電回路的思維和方式進(jìn)行講解，比如：什么是壓力油路和回油路、什么是油路的串聯(lián)和并聯(lián)，什么是負(fù)載串聯(lián)和并聯(lián)、什么是液阻液容、流量節(jié)點(diǎn)、壓力損失、流量相等原則等，這樣學(xué)生才會(huì)自然將液壓回路與電回路聯(lián)系在一起，并理解它們的內(nèi)涵其實(shí)是一樣的。

四、注重工業(yè)產(chǎn)品級(jí)液壓元件實(shí)物教學(xué)的作用[4]

液壓傳動(dòng)課程教學(xué)，是以應(yīng)用為主要目標(biāo)的，課程的理論知識(shí)都將以功能化產(chǎn)品的形式展現(xiàn)出來。其中，掌握液壓元件的應(yīng)用是理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵內(nèi)容之一。如果只向?qū)W生簡(jiǎn)單講述三大類液壓元件（液壓泵、液壓閥、液壓缸（馬達(dá)））的工作原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要通過分析各類液壓元件的工作原理、基本組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、連接與安裝方式等，讓學(xué)生能夠熟悉它們，并且學(xué)會(huì)正確地選擇與使用它們。因此，指導(dǎo)學(xué)生完成三類工業(yè)產(chǎn)品級(jí)液壓元件的拆解、分析和裝配等液壓元件拆裝教學(xué)，是本課程必備的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。這就要求指導(dǎo)教師必須熟悉這三類液壓元件，能夠熟練地拆解、講解和分析它們的工作原理、理論依據(jù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。比如：同樣是液壓泵，為什么齒輪泵，有困油現(xiàn)象而雙作用葉片泵就沒有；同樣是液片泵為什么單作用葉片泵能夠變量而雙作用葉片泵就不能變量（具體見圖10、圖11、圖12）。

在先導(dǎo)式溢流閥拆裝教學(xué)中，首先分析先導(dǎo)式溢流閥的外形，找到調(diào)節(jié)手輪、進(jìn)出油口、遠(yuǎn)程控制口，然后分析該閥怎樣在系統(tǒng)中安裝與管路連接，然后將該閥進(jìn)行拆解，找到先導(dǎo)閥、調(diào)壓彈簧、先導(dǎo)閥和主閥彈簧，分析兩個(gè)彈簧的特點(diǎn)、先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)、主閥結(jié)構(gòu)上面的阻尼孔位置和形式、油路的流動(dòng)路線、主閥上的壓差是如何形成的，先導(dǎo)閥的回油是怎樣接到主閥回油口的，以此引出主閥是怎樣巧妙利用其相反面上的壓力差抵消掉作用在其上面絕大多數(shù)油壓力，只需要很小的彈簧力就能夠工作。比如，講授調(diào)速閥時(shí)，需強(qiáng)調(diào)其核心思想是：調(diào)速閥正常工作時(shí)，無論負(fù)載如何變化，通過該閥的流量基本不變的特點(diǎn)，其核心問題就是負(fù)載變化時(shí)調(diào)速閥中節(jié)流口前后的壓力差保持不變，并將閥芯的結(jié)構(gòu)、彈簧參數(shù)設(shè)計(jì)與保持節(jié)流口前后的壓力差有機(jī)聯(lián)系起來等（具體見圖13、圖14、圖15）。

通過產(chǎn)品級(jí)液壓元件實(shí)際拆裝教學(xué)，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)、熟悉各類液壓元件，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)各種液壓元件性能、特點(diǎn)的了解，讓學(xué)生在實(shí)際選擇液壓元件時(shí)，能更有針對(duì)性。

五、通過液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)操液壓設(shè)備的能力

在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生全面認(rèn)識(shí)、熟悉真實(shí)的液壓系統(tǒng)，能夠正確操作使用液壓設(shè)備的重要手段。液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)完全由工業(yè)產(chǎn)品級(jí)的液壓元件和液壓輔件組成，非常接近于生產(chǎn)實(shí)際中機(jī)電設(shè)備的液壓系統(tǒng)。該教學(xué)環(huán)節(jié)可以使學(xué)生能夠正確讀懂實(shí)際液壓設(shè)備中的液壓系統(tǒng)原理圖，找到與液壓原理圖對(duì)應(yīng)的各類液壓元件，能夠正確地使用和操作液壓試驗(yàn)臺(tái)，順利完成對(duì)應(yīng)的液壓泵性能實(shí)驗(yàn)、液壓閥性能實(shí)驗(yàn)和節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己已掌握的機(jī)械、電氣、液壓知識(shí)，在液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成自行設(shè)計(jì)、自己組裝液壓系統(tǒng)、自己操作實(shí)驗(yàn)、測(cè)試系統(tǒng)性能的創(chuàng)新式液壓實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。上述實(shí)操實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)可以使學(xué)生逐漸具備認(rèn)識(shí)、熟悉液壓系統(tǒng)和液壓設(shè)備，正確操作和使用液壓設(shè)備的能力。這樣今后學(xué)生在面對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的液壓設(shè)備時(shí)，就能夠做到不陌生、敢面對(duì)、敢動(dòng)手、能操作。

六、用工程實(shí)例使學(xué)生深切體會(huì)液壓傳動(dòng)技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的作用[5]

由于液壓傳動(dòng)技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用十分廣泛，不同行業(yè)的液壓設(shè)備特點(diǎn)、性能等有所不同。因此，在學(xué)生系統(tǒng)掌握了液壓傳動(dòng)課程的基本知識(shí)后，需要通過選取不同行業(yè)使用的典型機(jī)電設(shè)備中的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析和解讀。如：金屬切削機(jī)床中的液壓系統(tǒng)，其特點(diǎn)是調(diào)速性能、精確換向性能和低速平穩(wěn)性能要求高；壓力機(jī)中的液壓系統(tǒng)，其特點(diǎn)是如何做到在各個(gè)工況過程中的液壓功率能夠均衡使用，即低壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)大流量供油、高壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保壓卸荷；汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)，其特點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行裝置的聯(lián)動(dòng)、單動(dòng)、壓力與負(fù)載相平衡、急停保壓等功能。通過對(duì)這些不同應(yīng)用領(lǐng)域典型液壓系統(tǒng)的深入分析與解讀，可以使學(xué)生將本課程的知識(shí)做到融會(huì)貫通，靈活使用，讓學(xué)生能有效應(yīng)對(duì)不同實(shí)際需求。另外，要注意在后續(xù)學(xué)生到生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)期間，有意加入有關(guān)機(jī)電設(shè)備中液壓系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的相關(guān)實(shí)習(xí)內(nèi)容。比如：要求每個(gè)實(shí)習(xí)的學(xué)生至少分析一臺(tái)他在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)見到的正在使用的液壓設(shè)備的動(dòng)作要求、液壓系統(tǒng)工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、與本課程對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)等，以進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)的掌握能力和實(shí)際應(yīng)用能力。

七、開設(shè)液壓課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用本課程知識(shí)解決實(shí)際問題的能力

在完成上述各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)后，需要開設(shè)一個(gè)兩周學(xué)時(shí)的“液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)需求，綜合應(yīng)用本課程知識(shí)真實(shí)、完整完成一個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)全過程鍛煉，這能為他們今后走向工作崗位、解決生產(chǎn)實(shí)際液壓?jiǎn)栴}打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。液壓課程設(shè)計(jì)要從所設(shè)計(jì)的液壓裝置動(dòng)作要求、工作參數(shù)入手，分析該液壓系統(tǒng)所完成的動(dòng)作要求、設(shè)計(jì)該裝置的液壓系統(tǒng)原理圖、完成相關(guān)的液壓回路理論計(jì)算、合理選取相關(guān)的液壓元件和液壓輔件、完成該液壓系統(tǒng)裝配圖的設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)完成上述各個(gè)環(huán)節(jié)后，學(xué)生就會(huì)得到一個(gè)全面的鍛煉，這種鍛煉超越了本課程范疇，上升到機(jī)電液一體化知識(shí)綜合應(yīng)用的層面。

八、結(jié)束語

在液壓傳動(dòng)課程教學(xué)中，要想充分體現(xiàn)出其在機(jī)械與電氣的橋梁作用、面向工程實(shí)踐應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)，需要采取多種教學(xué)手段，使用多種教學(xué)環(huán)節(jié)、循序漸進(jìn)、理論與實(shí)際有效結(jié)合、用機(jī)電一體化有機(jī)融合的方式來展開教學(xué)，這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力。這是筆者多年課程實(shí)踐的體會(huì)，希望能夠?qū)︻愃普n程的教學(xué)開展起到借鑒作用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 張世亮.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 李壯云.液壓元件與系統(tǒng)：第三版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3] 秦曾煌.電工學(xué)：第七版[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4] 趙應(yīng)樾.液壓控制閥及其修理[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1999.

[5] 史青錄.液壓挖掘機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[責(zé)任編輯：陳 明]