基于計算機技術的液壓傳動實驗課程改革思考

譚波 嚴平 劉慧敏

摘要：液壓傳動課程具有涉及學科多、概念原理抽象、各部分內容相對獨立，以及實踐性強等特點，學習過程中需要重點鍛煉學生的動手能力和獨立思考能力，因而實驗教學在液壓傳動課程中具有十分重要的地位，但因實驗條件限制而使教學效果受到影響。針對液壓傳動課程的特點，可將其知識點分為基礎理論類、結構原理類、邏輯動作類等三類，結合不同計算機仿真軟件的特色，在教學的不同階段采用相應的計算機技術進行輔助實驗教學，可開設演示性、綜合性、創新性虛擬實驗，從而彌補實驗教學條件不足的缺陷，改善教學效果。

關鍵詞：液壓傳動;實驗教學;計算機技術

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0254-02

一、液壓傳動課程的特點和實驗教學現狀

（一）液壓傳動課程的特點

液壓傳動課程涉及學科多，各部分內容相對較為獨立，根據本專業實際，目前所授內容主要由四部分組成，即：流體力學基礎知識、液壓傳動元件結構與工作原理、液壓傳動回路、液壓傳動典型回路分析。

從內容設置上看，流體力學基礎知識部分作為整個課程的理論基礎，內容較為抽象，是正確理解液壓傳動現象本質和進行液壓傳動分析的重要前提，但從知識結構上與后續液壓元件結構、液壓回路分析的學習沒有必然聯系;液壓傳動元件部分重點介紹各液壓動力元件、執行元件、控制元件以及輔助元件的結構組成、工作原理，需要學生具有較強的三維空間想象能力，正確掌握各液壓元件的內部結構組成和工作原理;液壓傳動回路部分需要學生具有較強的邏輯思維能力，在熟悉各液壓元件圖形符號及工作機理的基礎上，準確分析液壓油流動方向及液壓元件的動作，熟練掌握液壓傳動基本回路組成和功能;最后液壓傳動典型回路分析部分則要求建立在對上述三部分內容準確理解的基礎上，結合裝設備的功能和動作要求，能夠對典型回路工作過程進行準確分析乃至進行回路設計，要求通過學習使學生具備對典型液壓系統進行分析的綜合素質。

從教學目的看，通過課程學習，學生需要掌握液壓傳動的基本知識，具備對液壓基本回路、典型液壓系統進行綜合分析和實驗研究的初步能力，具備對裝設備液壓系統故障分析和排除的基本素質。

（二）實驗教學現狀

目前實驗室所使用的是秦川機床廠生產的QCS014型液壓實驗臺。該實驗臺由液壓工作臺框架、兩臺液壓泵、二十幾個拆裝式液壓元件閥板和電氣控制柜組成，液壓工作臺框架用于布置和安裝液壓元件閥板，管路與閥板之間采用快換接頭連接，利用液壓泵、拆裝式液壓元件、快換接頭、電氣控制柜構成幾種典型的功能回路，主要可用于進行演示性實驗，此外學生也可在教員的指導下，根據實際需要設計簡單的液壓回路并進行驗證。

經過多年液壓傳動實驗教學實踐，目前實驗教學條件已凸顯出較大的不足，主要表現在如下方面。

1.實驗臺為上世紀80年代設備，設備老化，且嚴重滯后于當前液壓傳動發展水平，已無法滿足現階段液壓傳動教學需求。

2.經過長時間使用，部分液壓元件已出現零部件損壞、閥件堵塞、管路漏油嚴重等問題，由于年代久遠，維修較困難，更換維修又代價過大，原有兩臺實驗臺目前已只有一臺堪用，許多實驗實際上已無法開出。

3.實驗臺臺套數有限，且受教學時數限制，在實驗實施過程中，只有部分掌握教學內容較好的學生能夠動手進行操作，其他學生或因不夠熟練，或因時間有限，只能在旁進行輔助，以“看”實驗為主，動手機會不多，得不到必要的鍛煉。

4.實驗實施過程中，即使部分學生能夠主動動手，但也只是按照實驗指導書給出的實驗步驟進行演示性驗證，很少去思考為什么這樣做，或者無法在現有實驗條件下通過實驗驗證自己的想法，實驗教學效果有限。

5.實驗室缺乏液壓流體力學和液壓元件部分的相應實驗設備，所開出的實驗課主要針對第三部分內容，在實驗授課過程中發現，由于前兩部分課程內容相對較抽象，學生對相關液壓流體力學的概念和液壓元件的結構及工作原理的理解程度參差不齊，因此部分學生在進行實驗時易處于被動地位。

二、計算機仿真技術在液壓傳動實驗教學中的應用

由于液壓設備價格昂貴，維護保養專業化要求較高，在現有條件下，引入液壓教學設備比較困難，為了滿足教學需求，有必要在實驗教學方法和教學手段上進行改革。計算機技術近年來在教學實踐中得到了廣泛應用，作為實驗教學的一種輔助手段，把計算機數值仿真引入液壓傳動的實驗教學是一種彌補實驗條件不足的有效手段。針對液壓傳動課程各部分內容的不同特點，在教學的不同階段采用相應的計算機仿真軟件進行實驗教學，可大大彌補實驗教學條件的不足。

根據對液壓傳動課程特點的分析，可知其知識點主要可分為三類，即基礎理論類知識點，主要包括油液的物理特性、流體動力學、液體流動的壓力損失等;結構原理類知識點，主要包括液壓泵、液壓執行元件、液壓控制閥，以及液壓輔助元件的結構組成及工作原理;邏輯動作類知識點，主要包括液壓基本回路、典型液壓系統回路的邏輯動作、工作原理。針對這三類知識點，可以結合不同軟件的特點，設計相應的仿真實驗。

針對第一類知識點，教員可利用Authorware軟件或類似軟件，制作交互式、多媒體課件，學生通過上機進行演示性實驗。如圖1所示，學生可通過類似實驗，了解相關液壓基礎理論知識，加深對教學內容的理解。通過該類演示性實驗，可在較少的課時掌握基本要點，達到與實作相同的教學效果。

針對第二類知識點，教員可利用Pro/E軟件或類似CAD軟件，制作液壓元件的3D模型，學生可通過軟件的虛擬裝配和運動仿真功能，上機進行綜合性實驗。如圖2所示，學生可通過該類實驗，在計算機上了解元件的內部結構，進行液壓元件裝配，觀察機構運動機理，從而掌握各型液壓元件的結構組成、部件與部件的相對關系，以及液壓元件的工作原理。通過該類實驗，可大大節省實驗支出，提高教學效率，激發學生的創新意識。

針對第三類知識點，教員可利用Fluidsim軟件或類似軟件，搭建液壓回路，學生在初學階段可根據教員提供的工作原理圖，按部就班進行液壓回路的建立，驗證液壓油路及液壓元件的動作;在后階段即可嘗試自行設計回路，開展創新性實驗。如圖3所示，學生可通過該類虛擬實驗，掌握液壓回路的邏輯動作，熟悉液壓回路的組成，培養學生的創新能力。

三、結束語

液壓傳動教學內容包括基礎理論類、結構原理類，以及邏輯動作類知識點，涉及學科多、概念原理較抽象、具有較強的實踐性。針對其知識結構上的特點，可充分結合目前較為成熟的計算機技術，利用各類仿真軟件的特色，開展計算機輔助實驗教學，以彌補目前實驗教學存在的不足。從而增強學生對液壓系統的感性認識，加深對課堂內容的理解，鍛煉其實踐動手能力，真正提高學生的創新意識，培養學生解決實際問題的能力。

參考文獻：

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