輪機(jī)自動(dòng)化課程的分解式教學(xué)方法

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(天津理工大學(xué) 海運(yùn)學(xué)院,天津 30038)

輪機(jī)自動(dòng)化指用各種自動(dòng)化儀表及控制元件和邏輯元件包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)所組成的各種控制系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)[1]，包含了各種工程參數(shù)如：溫度，壓力，流量，粘度，液位的控制；包含了各種輪機(jī)設(shè)備的控制，動(dòng)力設(shè)備如柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、油馬達(dá)，輔助設(shè)備如鍋爐、分油機(jī)、油水分離器等；包含了各種物理系統(tǒng)，如液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電力電子系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)。按照船舶具體設(shè)備和系統(tǒng)，輪機(jī)自動(dòng)化內(nèi)容主要包括：柴油機(jī)氣缸冷卻水溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，主機(jī)燃油粘度自動(dòng)控制系統(tǒng)，柴油機(jī)貨、油船輔鍋爐、自動(dòng)排渣分油機(jī)、自清洗濾器等的自動(dòng)控制系統(tǒng)[2]，以及主機(jī)遙控系統(tǒng)，船舶自動(dòng)化電站等系統(tǒng)。輪機(jī)自動(dòng)化是對(duì)船舶各種設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行的集成和自動(dòng)控制，提高了船舶設(shè)備控制的可靠性，減輕了船員的勞動(dòng)強(qiáng)度，是船舶技術(shù)的核心之一。

種類繁多的控制系統(tǒng)和各種物理參數(shù)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了諸多不變，既需要懂船上的各種設(shè)備原理，又需要其他學(xué)科的知識(shí)(如自動(dòng)控制技術(shù)，機(jī)械制造，電力電子技術(shù)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù))。輪機(jī)自動(dòng)化課程的教學(xué)改革涉及到多個(gè)方面，涉及到課程體系、教學(xué)方法、和雙語教學(xué)等方面[3-4]。目前還缺乏對(duì)輪機(jī)自動(dòng)化教學(xué)方法進(jìn)行有效的研究，為此，提出輪機(jī)自動(dòng)化的分解式教學(xué)方法。

作者在教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)，輪機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)往往比較復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)一個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候需要引用大量其他學(xué)科的知識(shí)，內(nèi)容繁多。因此，將教案做成圖解式，一方面將具體的輪機(jī)系統(tǒng)搭成框架，這樣需要什么知識(shí)，便在上面加上注釋，這樣學(xué)生就知道該如何分析，這大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和積極性。本文以船舶上常用氣動(dòng)主機(jī)遙控系統(tǒng)為例，對(duì)分解式教學(xué)方法進(jìn)行詳細(xì)介紹[5-6]。

1 氣動(dòng)主機(jī)遙控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

氣動(dòng)主機(jī)遙控系統(tǒng)指駕駛臺(tái)發(fā)送的遙控主機(jī)信號(hào)是氣動(dòng)的，并經(jīng)過全自動(dòng)的氣動(dòng)邏輯回路輸出來操縱主機(jī)。采用具有代表性的Man-V40/54A型柴油機(jī)為例來說明氣動(dòng)主機(jī)遙控系統(tǒng)的分析方法。主機(jī)遙控系統(tǒng)圖非常復(fù)雜，涉及大量的氣動(dòng)管路和閥件，必須熟悉主機(jī)的各種邏輯回路(包括起動(dòng)邏輯回路、換向和制動(dòng)邏輯回路、轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的控制和限制回路)和柴油機(jī)的工作原理。在分析過程要保持思路清醒，并做必要的標(biāo)記。

遙控系統(tǒng)組成有：氣源裝置和操縱部位轉(zhuǎn)換、停油與換向、制動(dòng)、起動(dòng)、調(diào)速、機(jī)旁操縱和模擬試驗(yàn)。每個(gè)部分都需要大量的篇幅來加以介紹，再加上圖形的復(fù)雜(兩張大圖和一些小圖)，往往讓學(xué)生無所適從。分解式教學(xué)方法采用數(shù)學(xué)上常有的邏輯推導(dǎo)方法，使得分析過程簡(jiǎn)潔許多，而且可以將其中一些部分內(nèi)容有機(jī)地與其他部分內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2 分解式分析方法應(yīng)用分析

2.1 停油

圖1為換向過程的分解過程，其中的有下畫線的地方，是與其他部分關(guān)聯(lián)的地方。

圖1換向過程分解

實(shí)現(xiàn)停油，管27必須是1，信號(hào)才能經(jīng)過停油氣缸024把油門推向零位。這要求A407/1輸出0信號(hào)使閥門A301/4右位通。通過分解式分析方法來說明這個(gè)過程。

→管27為1→停油油缸024，

油門推向零位→M331/1上位通

這樣的推導(dǎo)過程，就像進(jìn)行數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)一樣，簡(jiǎn)潔明了，而且便于把握停油的氣路過程。

2.2 換向

多路閥M221是換向的鑒別邏輯閥，三位四通閥M215是換向條件檢測(cè)閥。

換向過程中，凸輪軸移動(dòng)通過機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)，將M221閥芯從右向左(正車換向)，反饋到Ⅲ位，正車1信號(hào)與接口6通→管62為1，標(biāo)志換向完成，同時(shí)接口2、3通大氣，管9為0，M215鎖定不能換向。換向結(jié)束，M221的反饋凸輪使閥M331/2左位通輸出1，為制動(dòng)做準(zhǔn)備。

2.3 制動(dòng)

該機(jī)型設(shè)有能耗制動(dòng)和強(qiáng)制制動(dòng)兩種功能。二者的區(qū)別是前者要求有應(yīng)急操縱指令和主機(jī)轉(zhuǎn)速高于發(fā)火轉(zhuǎn)速。前者，只需空氣分配器投入工作，后者要求空氣分配器和主起動(dòng)閥均投入工作。當(dāng)制動(dòng)過程結(jié)束，轉(zhuǎn)速降為0，接下來進(jìn)行正常起動(dòng)。按下應(yīng)急按鈕，A373/1通電輸出0，進(jìn)行換向。圖2為制動(dòng)前的換向，圖3為能耗制動(dòng)分析過程。

圖2 制動(dòng)前的換向

來自PH的高壓氣體送空氣分配器，而管33關(guān)閉起動(dòng)閥對(duì)主機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)。

圖3 能耗制動(dòng)分析

強(qiáng)制制動(dòng)過程為：管62=1→M351/4上位(低于發(fā)火轉(zhuǎn)速，上位通)→M301/5右位→M425/1→管8=1→管12=1→M307/2上位(低于發(fā)火轉(zhuǎn)速，上位通) →M301/1下位(管43=0)→管S=1→M379/2下位(自動(dòng)下位通)

則Pl→M301/7右位→M074/2上位→管33=1(M357/1上位通)→打開主起動(dòng)閥。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速下降為0，強(qiáng)制制動(dòng)結(jié)束，進(jìn)行正常起動(dòng)。

3 結(jié)論

分解式教學(xué)方法采用數(shù)學(xué)上的邏輯推導(dǎo)格式，邏輯清晰，便于學(xué)生掌握理解，而且避免了大量文字的說教。此方法對(duì)輪機(jī)自動(dòng)化教學(xué)具有較大的借鑒意義，有利于教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行，也有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和總結(jié)。通過本文的分析，教師和學(xué)生可以參照該方法對(duì)輪機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行分析。

[1] 鄭鳳閣.輪機(jī)自動(dòng)化[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1998.

[2] 李世臣,徐善林.輪機(jī)自動(dòng)化[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2008.

[3] 張亦丁.輪機(jī)自動(dòng)化教學(xué)方法探討[J].交通高校研究,1996(4):68-69.

[4] 王冬捷,陳 鍵.輪機(jī)自動(dòng)化的現(xiàn)代化教學(xué)與實(shí)踐[J].航海教育研究,2000(4):47-48.

[5] 吳志亞.職業(yè)院校專業(yè)課教學(xué)方法探討[J].船海工程，2011，40(4)：98-99.

[6] 楊 昆,吳東旭,賈進(jìn)章.任務(wù)分解式教學(xué)法在檢測(cè)技術(shù)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2012(3):26.