大創項目與自制實驗設備的深度融合

郝光香，李明珠，徐京明

大創項目與自制實驗設備的深度融合

郝光香，李明珠，徐京明

（齊齊哈爾大學 機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

依托大學生創新創業訓練項目，過程裝備與控制工程實驗室提供創新實踐活動平臺，以實驗室現有條件為基礎，發揮創新團隊主觀能動性和創新精神，設計及制作了外壓容器失穩實驗裝置和壓力容器爆破實驗裝置．實驗裝置應用在學生實驗教學中，獲得較好的實驗效果．

外壓容器失穩實驗裝置；壓力容器爆破實驗裝置；自制設備；實驗教學

為了適應知識經濟時代對人才培養的要求，需要更新教育觀念，努力探索新的人才培養模式，加強對學生素質教育和創新能力的培養[1-3]．培養學生的創新能力需要從培養學生的創新意識、提高創造力和加強創新實踐訓練幾個方面入手．讓學生從創新實驗設計開發與應用著手，發揮其想象力、創造力，培養其創新意識，激發學習興趣．

本文依托大學生創新創業訓練項目，實驗室提供創新實踐活動平臺，以實驗室現有實驗條件為基礎，由學生參與外壓容器失穩、壓力容器爆破等實驗裝備的改造、創新設計開發與制作，使大創項目與自制實驗設備進行深度融合．其中外壓容器實驗裝置的改造與外壓容器的創新設計制作已經應用到學生實驗中，高壓容器爆破實驗裝置的創新設計與制作測試完成，已投入使用．

1 外壓容器失穩裝置創新設計與制作

大創項目“外壓容器失穩裝置創新設計”與自制設備“外壓失穩裝置制作”相互融合完成外壓容器失穩實驗創新與發展．外壓容器的失穩實驗是過程裝備與控制工程專業學生必開的重要實驗之一[4-6]．此前只有一臺1986年購置的外壓容器失穩實驗臺，設備陳舊，且經常出現故障，勉強維持學生的外壓容器失穩實驗，滿足不了正常實驗教學要求．自行設計和制作外壓失穩實驗臺，可以緩解現有外壓失穩實驗臺的不足，讓每位學生都有動手做實驗的機會，改善實驗教學條件，提高實驗效果．

在設備自制過程中學生積極參與，加深了學生對理論課程的理解和掌握，達到實驗教學要注重對學生動手能力培養的目標．實驗臺的設計思路符合大創項目外壓容器失穩裝置創新設計理論，滿足外壓容器失穩實驗教學內容，有助于解決教學中的難點和重點，培養學生的創新意識、參與意識和實踐能力．

傳統外壓容器失穩實驗臺是利用空氣壓縮機在試件外部通壓縮空氣，形成外壓容器、測試試件失穩時的臨界壓力和波形數．創新設計和制作的實驗臺以鋁制易拉罐為失穩試件，采用真空泵對試件抽真空的方法，讓試件產生負壓，形成外壓容器（見圖1～4），觀察試件的失穩過程和失穩破壞時臨界壓力及失穩后的波形數．顛覆傳統設計外壓容器失穩實驗臺的理念，是一項大膽的創新嘗試．此實驗臺制作完成后用于實驗教學，拓展學生的知識面，開闊了學生的視野，激發學生做實驗的興趣．

圖1 外壓失穩實驗裝置

圖2 外壓失穩實驗裝置局部圖

圖3 失穩前試件

圖4 失穩后試件

實驗臺構思新穎，取材容易，便于自制，結構簡單，易于操作和維護，安全可靠，堅固耐用，造價低廉．所用的試件是廢棄的鋁制飲料桶，試件來源廣泛，不用花費購買試件的費用，降低了實驗成本，具有良好的應用前景和推廣價值．此實驗臺不足之處是采用U型管壓差計用水柱高度表示臨界壓力值，由于失穩過程太快，臨界壓力值太小，無法準確記錄水柱高度，而且由水柱高度換算成國際單位兆帕比較麻煩．后續計劃將壓差計改裝成壓力表，這樣實驗數據容易觀察和記錄，壓力調試和數據整理更簡便，能取得更好的實驗效果，所以需要進一步完善實驗裝置．

2 壓力容器爆破實驗裝置的創新設計與制作

大創項目“壓力容器爆破實驗裝置的創新設計”與自制設備“爆破實驗裝置設計制作”的相互融合完成高壓容器爆破實驗．

壓力容器的爆破實驗是壓力容器研究、設計、制造中的一種直觀性很強的綜合性實驗方法，爆破實驗的目的是考核結構材料的各項機械性能，結構設計的合理性、可靠性及安全儲備和其他方面的性能[7-11]．壓力容器的爆破實驗也是過控專業學生必開的重要實驗之一．實驗是對高壓容器進行爆破，在實驗過程中若密封不好就要引起泄露，使實驗無法完成．過控實驗室原有一臺實驗裝置（見圖5），存在加壓時間長，實驗過程中有泄露現象，實驗的成功率很低．為此，自主研究設計一套爆破實驗裝置（見圖6～8）．這套裝置由高壓泵、高壓管線、壓力表、爆破試件、防護筒等組成．高壓泵通過高壓管線將壓縮油輸送給爆破試件，由壓力表壓力的變化情況，觀察爆破試件的彈性變形階段、局部屈服、整體屈服以及爆破情況，測定整體屈服壓力、爆破壓力，繪制壓力和進油量之間的關系曲線，觀察爆破斷口．與原有實驗裝置相比，創新設計爆破實驗裝置具有加壓時間短，密封效果好，實驗過程中沒有泄露，成功率達到百分百，測試數據穩定等特點，達到了理想的實驗效果．

圖5 原有壓力容器爆破實驗裝置

圖6 創新設計爆破實驗裝置

圖7 防護筒

圖8 爆破后的試件

3 結語

通過大創項目“外壓容器失穩裝置的創新設計”與自制設備“外壓失穩裝置的制作”以及大創項目“壓力容器爆破實驗裝置的創新設計”與自制設備“爆破實驗裝置設計制作”相互融合，使學生加深了對理論課程的理解和掌握，學思結合，手腦并用，結合運用所學的知識及實驗技能戰勝困難，有所發明，有所創造．提高了學生實踐能力及綜合素質，達到實驗教學要注重對學生動手能力培養的預期目標．對于提高實驗教學質量，提升實驗教學水平與創新能力，實踐勤儉辦學理念和實現實驗室可持續發展具有重要意義．

[1] 宋樹波．過程裝備與控制工程專業實驗[M]．北京：化學工業出版社，2004：15-19．

[2] 蘆濤．實驗教學改革新模式的探討[J]．實驗室科學，2005（5）：24-26．

[3] 王世剛．應用型機械類專業實驗課程創新教學平臺的構建[J]．實驗室研究與探索，2010（7）：197-200．

[4] 黃華梁．創新思維與創造性技法[M]．北京：高等教育出版社，2007：2-3．

[5] 郝光香．過程裝備與控制工程專業實驗教學改革[J]．高師理科學刊，2007，27（5）：101-103．

[6] 郝光香．開展創新實驗研究 促進實驗教學改革[J]．實驗室研究與探索，2010（7）：204-206．

[7] 鄭津洋．過程設備設計[M]．北京：化學工業出版社，2001．

[8] 郝光香．壓力容器爆破實驗裝置的創新設計與制作[J]．高師理科學刊，2017，37（12）：49-51．

[9] 高志．機械創新設計[M]．北京：高等教育出版社，2010：6-7．

[10] 武麗．機械產品的現代設計方法及其創新[J]．科技創新導報，2008（33）：53-54．

[11] 魏玉新．現代機械設計的創新方法研究[J]．裝備制造，2009（5）：45-47．

Deep integration of college students′ innovation project and self-made experimental equipment

HAO Guangxiang，LI Mingzhu，XU Jingming

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Relying on college students′ innovation training program，the process equipment and control engineering laboratory provides a platform for innovative practice activities．Based on the existing conditions of the laboratory，the subjective initiative and innovative spirit of the team，design and manufacture the external pressure vessel instability experimental device and the pressure vessel explosion experimental device．And it is used in the experimental teaching of students，and obtains a good experimental effect．

external pressure vessel instability experimental device；the pressure vessel explosion experimental device；homemade equipment；experimental teaching

1007-9831（2022）09-0081-03

TH49∶G642.423

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.09.017

2022-03-02

2021黑龍江省（齊齊哈爾大學）教育科學研究項目（GJQTYB202145）

郝光香（1963-），女，黑龍江齊齊哈爾人，高級實驗師，從事過程裝備與控制工程實驗研究．E-mail：hgx196356@126.com