融電氣知識于《液壓與氣壓傳動》的優化教學

陳俊英

一、前言

隨著自動化生產技術的迅速發展，液壓與氣壓技術也得到迅猛發展，并逐漸滲透到社會生產的各個領域。因此，《液壓與氣動技術》課程是中職學校機械類、電氣類專業學生必修的一門專業課程。但這門課程的內容涉及面廣、綜合性強，理論和抽象的概念多，要求學生有一定的實踐性、應用性和綜合分析能力，但中職學生的學習基礎普遍較差并且對液（氣）壓元件接觸少，缺乏感性認識。如果在教學過程中，教師還是采用傳統教學方式，往往使學生覺得這門課很枯燥，不容易理解，越學越糊涂，越學越沒興趣。其實許多知識體系在認知結構上是相通的，但學生知識掌握廣度不足，不能產生新舊知識聯系，這需要教師在教學過程中引導學生運用聯想推理，找出新舊知識體系之間的相關性。學生已學習《電工學》《電力拖動控制》《PLC控制系統》等相關的電氣課程，而液壓與氣壓傳動與電氣傳動在本質上有一定的相似性，并且在生產實際中，液壓與氣動系統也都是和電氣控制部分密切聯系的。但學生對于液壓與氣動回路與電氣知識的關系并不理解，因此，在講授《液壓與氣動技術》課程時，將相關的電氣控制技術有機結合在一起，進行跨學科教學就顯得非常必要。

二、比較學習，輕松邁過《液壓與氣壓傳動》課程學習的門檻

《液壓與氣動技術》課程一般安排在第三或第四學期，大部分電氣課程學生已完成學習。在學習液壓傳動系統時，可從學生很熟悉的電風扇的電氣系統與液壓傳動系統進行比較教學。在液壓系統的認識學習時，將風扇電氣系統由電機、電扇、控制調節裝置（開關、變壓器、調速器）及電線組成，與液壓傳動系統由動力元件、執行元件、控制元件和輔助元件組成進行比較分析：液壓泵相當于電機，液壓缸相當于風扇，液壓控制元件相當于風扇的控制調節裝置，油管則相當于電線，液壓油相當于電流;同樣在學習液壓系統的參數時，也可將壓力和流量與電氣系統中電壓和電流進行比較學習。通過比較，使液壓系統的一些概念的含義變得容易理解和掌握，學生很快擺脫了新知識的陌生感和距離感，輕松邁過該課程的學習門檻。

三、嫁接電氣知識，激活《液壓與氣壓傳動》課程

中職院校《液壓與氣壓傳動》課程具有較強的實踐性，在教學中應強化實踐教學環節。所以液壓與氣壓傳動課采用一體化教學模式是必須的，將理論知識融入實踐動手操作中，讓學生直觀地了解理論知識，并在實踐操作環境中將理論知識與實物聯系起來，進而加深學生對液壓與氣壓傳動相關原理的理解和掌握。在液壓與氣壓一體化教學中，學生在學習相關知識點后，進入實踐環節在FluidSIM-H液壓仿真系統中連接回路，在實訓臺搭建實際回路驗證。但學生在搭建回路過程中經常會問到液壓及氣動回路的控制過程是如何實現的，所以在液壓與氣壓課教學中要融入有關電氣控制的知識，來解決實踐過程中遇到的問題。

1.牛刀初試

雖然學生在前面已學過大部分電氣課程，但中職學生對知識遺忘較快，運用知識的能力不強，所以液壓回路搭建時還應該先復習電氣相關內容，特別是電氣元件的國家標準符號及其功能、作用。

在液壓回路中運用最廣泛的就是中間繼電器及其輔助觸點、按鈕等，通過分析并比較圖1中a、b 兩圖的功能及作用，最后學生總結中間繼電器及其輔助觸點、按鈕的功能以及它們在回路中的作用。

在搭建換向回路時，因學生是第一次接觸液壓回路及相關的電氣回路設計，先讓學生利用圖1a 將燈換成了換向閥的電磁鐵（如圖2 所示），利用液壓軟件FluidSIM-H進行設計，實現了回路動作的仿真，仿真時電氣回路動作帶動了液壓回路的相應動作，學生能直觀地看到自己設計出來的回路能否實現采用手動按鈕控制液壓缸的往返運動。通過1SB 按鈕的分合控制，電磁鐵1YA 失電得電，從而使電磁操縱機構的換向閥進行位置的切換，最終控制了液壓油的流向，讓液壓缸活塞進行前進或后退運動。仿真成功之后，再讓學生到液壓實訓臺上進行液壓回路及電氣回路的組裝，鍛煉他們的看圖、識圖及動手能力，將液壓及電氣原理圖與實物一一對應起來。

通過這個簡單的液壓回路和電氣回路的設計及搭建，學生開始初步接觸液壓回路與電氣回路相似思維的思考方法，還能了解通過電氣來控制液壓回路的動作，從而激發學習的積極性。

2.逐步深入

在完成圖2任務后，給學生提出新的任務，即如何實現液壓缸自動控制往返運動（動畫演示）。引導學生觀察，使其發現液壓回路基本沒有改動，僅增加了2 個行程開關，再引導學生利用已學過的電氣知識完成電氣部分的改動（如圖3 所示），通過1SB 按鈕的分合控制，中間繼電器及行程開關1S、2S 的條件限定，從而控制了電磁操縱機構換向閥電磁鐵1YA 的得電與失電，最終同樣控制了液壓油的流向，讓液壓缸活塞進行前進或后退運動。

在生產實際當中，大部分機器有自動復位功能，前面的液壓缸自動往返回路不能實現停機后的液壓缸活塞自動返回原位。為了與生產實際相結合，所以學生在已設計的回路基礎上進行進一步深化，完善液壓回路的功能。液壓回路的優化：將液壓回路當中的兩位四通換向閥（1 個電磁鐵控制）改為三位四通換向閥（2 個電磁鐵控制），并增加中間繼電器進行擴展，增加液壓回路動作條件的進一步限定，從而實現了液壓回路的自動往返及停機功能。

通過這些回路的搭建，學生了解到電氣控制才是實現液壓回路功能的關鍵，改動了電氣控制回路就可相應改動液壓回路的功能。電氣控制就是根據液壓回路的功能給出一定的限定條件，讓液壓回路在滿足條件時進行動作。

這樣通過層層推進，逐步增加電氣控制難度，激發學生的好奇心，調動學生學習的主動性與積極性，學生不再覺得《液壓與氣壓傳動》枯燥無趣。在教學過程中通過讓學生去探索，去發現，培養了他們的創新思維，增強了創新意識。

? ?四、學科合作，提高學生運用知識的能力

前面通過中間繼電器的電氣回路來實現液壓缸自動往返及停機復位功能，但電氣回路復雜，線路較多，容易出現接錯線的情況，此時，學生在進行電氣回路的組裝時會意識到其煩瑣性。我們可以通過不同課程的合作教學引導學生去探討解決這個問題的方法。

我們可以將《液壓與氣壓傳動》與《PLC 控制系統》同時開設，與《PLC 控制系統》課程的老師合作，在PLC 課讓學生根據上述兩種液壓回路的功能編寫PLC 可編程控制器的程序，然后要求學生在液壓實訓臺上進行實物組裝，進行調試驗證。通過實驗，學生發現雖然PLC 可編程控制器的電氣回路的成本會有所增加，但通過它可非常靈活地對液壓及氣動回路的功能進行更改，只要改動PLC 可編程控制器中的程序就能實現回路功能的轉變，而不需要對實際的電氣線路的接線做任何調整和改動。

通過學科合作，學生不僅很好地理解了液壓與氣壓傳動的基礎知識和理論，同時進一步掌握了PLC的相關知識，提高了運用知識的能力。

?五、結束語

中職機械類專業和電氣類專業的學生畢業后的工作崗位大部分是設備操作、檢修及維護工，他們的工作不僅僅只是涉及單一的機械或電氣方面的知識，而是機械和電氣知識的結合。雖然機械和電氣的相關課程他們都學習了，但他們還不能將這些課程互相融合起來，對于今后的工作也只有片面的了解，這會影響他們職業能力的發展。融電氣知識于《液壓與氣壓傳動》課中，讓學生體會液壓與氣壓傳動與電氣控制是密不可分的，進一步理解機電設備的含義，同時，電氣控制設計讓液壓與氣壓實訓內容變得豐富，提高了學生參與學習的積極性，學生的實踐能力得到鍛煉，為走向工作崗位，盡快適應工作打下良好的專業基礎。

責任編輯陳春陽