液壓傳動與機電控制綜合實驗教學改革研究

高自成，李立君，閔淑輝，廖 凱

（中南林業科技大學機電工程學院，長沙，410004）

2012 年，教育部、財政部聯合下發了教技〔2012〕6 號文件《教育部財政部關于實施高等學校創新能力提升的意見》，以及教育部下發的教高〔2012〕4 號文件《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》，《意見》著力指出，提高大學生創新能力離不開實踐創新教育，離不開新的創新教育理念和方法，在此基礎上，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務[1-2]。在普通高等學校的教學計劃中，機電傳動控制與液壓傳動是機電類本科專業的兩門重要的專業基礎科和專業課程[3]。在這兩門課程中，實驗教學占有很大比例，就中南林業科技大學而言，液壓傳動和機電傳動控制兩門課程的實驗都是8 學時0.5 學分，目前這兩門課程的實驗的教學都是各自獨立分開的，而且分別是在液壓傳動實驗臺和機電傳動控制實驗臺上進行實驗[4～5]，缺乏將機電傳動控制與液壓傳動進行綜合實驗的內容。這對于要求學生掌握教材的基礎知識是必要和可行的，但是要培養學生的創造能力和綜合應用能力，還需要進一步將這兩門課程與實際更加進一步的結合。

首先，機電傳動課程的培養目標是培養學生掌握常用的電機和電氣的工作原理和結構，能夠進行基本的電氣控制系統設計[6～7]，我校現有的實驗控制臺購置于浙大求是公司和浙江天煌教學儀器公司，這些設備主要用于對電機和電氣的結構認識以及電機的特性驗證，電機的基本控制，這些實驗對于培養學生對電氣的控制能力是必要的。但是這些實驗內容對于培養機電類專業的綜合高級技術人才還顯得不足[8～9]。

其次，液壓傳動課程的培養目標是使學生掌握液壓系統的組成，液壓元件的類型和結構，以及液壓回路的構成，基本液壓回路的設計等[10]，我校現有的實驗購自長沙宇航教學儀器公司，設備主要用于液壓元件的結構實驗，液壓元件的性能實驗，但是在實際中，大量液壓回路是用電氣系統來進行控制的，在液壓實驗臺中，對實驗過程中涉及的幾個簡單回路，試驗臺本身的攜帶了部分電氣控制系統進行控制，因此在做液壓實驗時，學生不需要將液壓回路和電氣控制結合起來，這樣限制了學生綜合應用能力的培養和學生綜合素質的提高[11]。

1 實驗教學的調整

實驗教學改革的初衷旨在針對液壓實驗和機電傳動控制實驗相互孤立問題，將這兩方面的知識結合起來，在液壓實驗中，要求學生自己設計液壓系統，搭建液壓系統，同時采用機電轉動控制的知識，對液壓的系統的控制電路進行設計，利用實驗室現有的繼電器和PLC 控制器等電器，組建液壓系統的控制電路，提高學生綜合應用這兩門課程的能力。

具體實施辦法是：首先，將機電傳動控制和液壓傳動實驗中各拿出4 個學時從事液壓傳動與機電傳動控制的綜合實驗；第二步，用2 個學時安排學生自己設計液壓系統，并設計普通繼電器控制系統對學生設計的液壓系統進行控制；第三步，安排2個學時讓學生設計液壓系統，并采用繼電器和PLC綜合控制來設計液壓系統的控制電路，進行PLC 應用編程。通過這樣的綜合實驗，將原來互不相干的實驗教學，進行了統一規劃，圍繞液壓控制展開，既鍛煉了學生應用液壓傳動知識設計液壓系統的能力，又增長了學生在機電傳動控制方面的知識，最終使得學生設計控制電路和PLC 編程的能力得到提升。

為了更好地滿足實驗開設需要，對原有實驗教材進行修訂，編寫機電傳動控制與液壓傳動綜合實驗指導書，將8 個學時的實驗教學進行科學安排，并完善了實驗步驟和考核方法。

2 實驗設計

為滿足新開實驗的需要，設計了2 個代表性液壓控制運動綜合實驗：

2.1 實驗1：雙作用液壓缸往復運動綜合實驗

目的是要學生掌握綜合應用液壓傳動與機電傳動的相關知識、掌握液壓系統的基本組成和回路、掌握液壓回路的電氣控制方法，初步建立液壓與電控的關聯，如圖1 所示為液壓控制實驗原理圖和與之匹配的控制電路圖。

圖1 液壓原理圖和控制電路圖

要求學生根據液壓原理圖，設計出基于繼電器控制的控制電路圖，并在繼電器控制的基礎上，設計出基于PLC 控制的實驗原理圖。然后應用液壓綜合試驗臺，按原理圖和控制電路圖進行連接，觀察實驗結果，將實驗臺改成PLC 控制模式，將設計出的PLC 控制梯形圖導入到PLC 中運行，觀察PLC控制條件下的液壓缸動作過程。

2.2 實驗2：雙作用液壓缸的電動控制

目的是要學生掌握液壓系統的基本組成和回路、掌握綜合應用液壓傳動與機電傳動的相關知識。如圖2 所示為液壓控制實驗原理圖和與之匹配的控制電路圖。

圖2 液壓原理圖和控制電路圖

實驗過程同實驗1，然而控制的復雜程度提高，學生將液壓控制原理與機電運動控制結合起來，實現液壓運動控制實驗的要求。

3 實驗教學改革中的思考

實驗項目的整合與綜合實驗項目的開展，將液壓控制與機電控制緊密結合在一起，對學生提出了更高的要求，引導學生將做學專業知識點融會貫通，讓學生理解和掌握現代電液控制技術。

實驗教學中也有以下幾點思考：一是充分利用虛擬實驗教學平臺，運用虛擬仿真技術對液、電工程問題和機構運動控制進行分析，豐富學生解決問題的方法，同時，以解決實際工程問題的方式對知識點進行剖析，引導啟發學生進行思維訓練，培養學生靈活運用知識的能力。二是以案例式教學模式，將理論知識點穿插在實驗案例中對學生進行傳授，明確控制的對象和運動實施的方式，讓學生懂得自己學習的專業知識體系性對解決實際問題的作用。三是不斷拓展自主實驗項目，鼓勵學生自己設計和實驗，真正做到靈活運用液壓傳動中機電控制的實現方法。