裝備液壓系統課程教學研究與實踐

韓翠娥 劉鵬遠 李 兵 米雙山軍械工程學院 河北石家莊 050003

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裝備液壓系統課程教學研究與實踐

韓翠娥 劉鵬遠 李 兵 米雙山
軍械工程學院 河北石家莊 050003

摘 要：在武器裝備液壓傳動與控制課程教學實施中，通過有針對性地優化教學內容，采取適合的教學方法，融入豐富多樣的教學手段，大大提高了課堂的授課質量，同時特別是仿真軟件的引入對培養學員學以致用的能力具有顯著作用。關鍵詞：教學研究；教學實踐；液壓傳動與控制

液壓技術以其自身的優越性在大型武器裝備中得到了非常廣泛的應用，比如導彈的裝填、發射平臺及載車調平等。然而，在目前的武器裝備液壓傳動與控制課程教學中，面臨著兩個問題：一方面學時減少(目前，該課程僅有20學時)；另一方面，裝備液壓回路、系統的組成元件較多，回路復雜，回路中油液流動方向錯綜復雜，不便于學員理解和掌握。那么，如何在如此有限的學時內，既完成課程標準的要求，又能使學員真正掌握、理解武器裝備液壓系統的基本原理和工作情況，是目前本門課程教學所面臨的一個難題。為此，課程組成員在課程教學實踐過程中融入了多種教學方法和手段來提高課堂的授課質量與授課效果，受到學員及督導組的一致好評。具體做法如下。

1 教學內容優化設計

該門課程的針對性很強，即課程主體針對的是武器裝備的液壓系統，所以，鑒于學時的限制，不能按照通用教材的內容進行講授，即既不能按照傳統的從流體力學基礎→液壓元件→液壓基本回路→典型液壓系統的內容組織方式來講解(這樣學時不夠，使學員對裝備液壓系統的掌握只能停留于表面)；也不能舍棄基礎知識，直接講裝備液壓系統(沒有液壓基本知識作背景，學員對裝備液壓系統的學習就會變得困難)。綜合兩方面考慮，本課程將教學內容劃分為：液壓元件、武器裝備液壓系統兩大模塊，以分析武器裝備液壓系統原理，排除武器裝備液壓系統故障為牽引，遵循“由元件到系統”的縱向主線來安排內容；橫向上，圍繞著“從原理到應用”的思路來設計每一模塊的內容，理論與實踐緊密結合，既提高了授課質量，又提升了學員的動手能力。

2 教學方法因材而變

武器裝備液壓傳動與控制課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，因此在傳統的課堂講授的基礎上，針對不同的教學內容必須采用不同的教學方法，豐富課程教學。

2.1 類比教學 觸類旁通

液壓系統的特點就是油液在密閉的不可視的管路內流動，課程中的許多概念比較抽象、不好理解，使學員缺乏感性的認識。為使學員更好地理解和掌握本門課程，在教學過程中采用了類比教學，助力學員的理解。

比如，將液壓元件與學員熟知的電路元件進行功能上的類比，收到了較好的教學效果。如液壓泵與發電機，都是在回路中的動力源；蓄能器與電容器，在回路中都作為儲能元件；油壓與電壓類似，流量與電流類似，因此串并聯電路中的電壓特性、電流特性同樣適用于液壓串并聯回路中的油壓特性和流量特性；

除此之外，在液壓控制元件中，如溢流閥、減壓閥、順序閥三者雖然用途不同，但是其結構原理圖非常相似，在教學過程中發現學員特別容易混淆。針對這一情況，在講授過程中，在重點講授先導式溢流閥的基礎上，將其他兩個與其對比講授，最后由學員歸納總結三種閥的異同點，如它們工作的本質都是：閥芯的開啟都是利用液壓作用力與彈簧力相平衡的原理來實現的；不同點表現在圖形符號、進出油口的狀態(常開還是常閉)、控制油源、泄漏形式，穩定的是入口油壓還是出口油壓；閥出口處的連接情況等。通過重點講解，對比分析和引導討論之后，學員不僅對溢流閥、順序閥、減壓閥三個典型的液壓元件之間的區別與聯系有了深刻地理解，同時也啟迪了學員分析問題的思路。

2.2 研討教學 激發創新

在課堂上針對某些教學內容，不是直接呈現給學員，而是由學員分析討論之后自然得出結論從而引出相關教學內容。比如單向閥的內容，包括：普通單向閥、液控單向閥和雙向液壓鎖等三大類。如果按部就班把這些內容直接灌輸給學員，顯然起不到讓學員深度思考的作用。相反，如果采用在講解普通單向閥的基礎上，啟發學員思考，如果要使液流能夠反向流動該怎么辦呢？使學員在思考中尋找解決方案，從而可以很自然地引出液控單向閥——可以在外部油液的控制下實現油液的雙向流動；講完液控單向閥，在其應用回路——鎖緊回路中，存在著單方向鎖緊的特點，針對這一情況，如果要在某些回路中需要實現雙向鎖緊又該怎么辦呢？在此基礎上更進一步引導學員思考，在學員的討論中激發靈感，在回路的實現上可得到雙向液壓鎖的結構方案，從而引出該部分內容。顯然這種層層遞進的思考既加深了學員對教學內容的深層次理解和掌握，更提高了學員分析問題解決問題的能力。

2.3 項目驅動 鍛煉能力

對于裝備液壓系統這部分內容，打破常規的由“結構組成→工作原理→工作過程”的“直敘式”結構講授方式，代之以系統功能為牽引(即以實現裝備系統功能為項目驅動)，一步步引導學員分析采用什么樣的回路來實現這一功能，步步深入，層層遞進，以此來激發學員的創新思維，突出學為主體的教育理念。

例如在講解某裝備舵機液壓伺服系統控制回路時，并不直接給出該伺服系統液壓回路進行講解，而是根據舵機所實現基本功能——根據輸入電信號的大小控制舵面偏轉的角度，讓學員自行思考，可以很容易搭出一個基本回路，包括：油源、電液伺服閥、液壓缸以及其他輔助元件等；接下來，根據實際情況，對這個基本回路進行改進，逐步引出回路中其他重要的部件，一步步逼近實際的裝備回路。如：從結構緊湊、對油液的清潔度要求非常高的角度，可將開式回路→閉式回路；在此基礎上，執行元件的回油直接被液壓泵吸入，是不是這樣就不需要油箱了？當然不是，答案是不光需要，還需要改進，從而引出增壓油箱(類比增壓油缸，去引導學員建立增壓油箱的基本結構)；從系統安全的角度出發，增加低壓安全閥和高壓安全閥。至此基本完成了驅動舵機偏轉的液壓回路的原理設計。

在教學過程中發現，這種將裝備案例作為一個具體項目引導學員不斷思考逐步構建裝備液壓回路的過程，比起直接將內容呈現給學員按照回路的組成、各部分的作用、回路的工作原理的教學思路，更能激發學員的思維和創新能力，同時也鍛煉了學員系統設計的能力。

3 教學手段豐富多樣

在教學過程中通過采用多種教學手段豐富課堂教學，如在課堂講授中采用多媒體動畫對元件和系統的工作情況進行動態模擬，從而將較為機械抽象的內容變得更加具體、生動、形象和直觀。課堂講授之外，通過實驗教學還原課堂理論，鍛煉學員的動手能力，同時也增加了感性認識。同時，在課堂上引入液壓仿真軟件對某些液壓回路進行仿真，為培養學員的系統設計能力奠定基礎。

3.1 引入多媒體動畫 內容形象直觀

液壓閥內部結構不可視，而且裝備液壓回路、系統的組成元件較多，回路中油液流動方向錯綜復雜，不便于學員理解和掌握。所以在教學中，把教學內容中的難點、不利于學員理解和掌握的內容，均利用Flash軟件制作成動畫，可以把文字、圖形和動畫有機地結合在一起，大大提高了課堂的授課質量和效果。為此，在本課程的教學過程中，我們將所有的液壓元件的結構及工作原理都制作成了Flash動畫(連同液壓回路Flash動畫共計83個)，以先導式減壓閥為例，如圖1所示。

圖1 先導式減壓閥結構及工作原理演示

3.2 通過實驗教學 鍛煉動手能力

為增強學員動手能力，特別購置了由吉林大學設計的YJS-05型快速插接式多功能液壓教學實驗臺。該實驗臺全部采用積木組合，學員可根據教學要求在不使用任何工具的情況下快速靈活地組建實驗所需要的回路，它提供了各種元件的靜、動態實驗、各類液壓基本回路實驗，也可對簡單裝備液壓回路進行搭建。在課堂理論的基礎上，通過學員自己動手搭建回路進行嘗試，從而對理論知識有了更深一層的理解，用理論去指導實踐，最終由實踐又驗證了課堂理論教學，并鍛煉了學員的動手能力。

圖2 YJS-05型液壓教學實驗臺

3.3 引入液壓仿真 培養設計能力

雖然在授課過程中大量采用了多媒體動畫來演示液壓回路的工作過程和工作原理，但是這些動畫都是我們事先設計好的，回路的工作情況是按照我們的意愿來工作，對于所設計的液壓回路而言，是否存在什么問題并不能夠展現出來。因此為了培養學員系統設計的能力，在課堂上首次引入了FluidSIM仿真軟件，它不光能夠反映系統的工作過程，并且還可以對元件進行參數設置等動態設計，如果回路設計不合理，系統就不能正常工作(執行元件無反應)，所以這款軟件具有動畫軟件所無法比擬的優點。如圖3所示為利用該軟件對某型車輛調平系統液壓原理圖進行的仿真演示。該軟件的應用一方面可以作為多媒體動畫的一個有意義的補充，另一方面對于學員將來從事相關設計工作以及對裝備液壓系統進行故障排除都具有很強的指導意義。

圖3 某車輛調平系統液壓仿真原理圖

4 結束語

課程改革后，經過兩期的教學實踐，學員一致反應對本門課程有了更深刻的認識。研討教學鍛煉了學員的思維能力，在相互的討論中激發出靈感；多媒體教學手段更是豐富了課堂教學，加深了學員對知識的理解和掌握；項目驅動教學以及FluidSim軟件的引入對于培養學員系統設計的能力具有很強的指導意義，真正做到了學以致用。

參考文獻

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材料科學課程教學專題

Teaching Research and Practice on Hydraulic System Course for Equipment

Han Cuie, Liu Pengyuan, Li Bing, Mi Shuangshan
Ordnance Engineering College, Shijiazhuang, 050003, China

Abstract:During teaching practice of hydraulic drive and control course for weapon equipment, teaching quality in class has been improved greatly by optimizing the specific teaching content, adopting appropriate teaching method, and bringing various teaching measures into the classroom. Specifically, the students can use what they have learned expertly in their future work through introducing simulation software in the classroom.

Key words:teaching research; teaching practice; hydraulic drive and control

作者簡介：韓翠娥，碩士，講師。

收稿日期：2015-11-14