液壓實驗臺研制基于學生主體

1、問題的提出

液壓與氣動是一門理論性與實踐性都很強的專業技術基礎課。作為高職院校機械類專業學生，要讓學生掌握這門課程，僅有理論教學是遠遠不夠的，還必須加強實踐性教學環節，以增加學生的感性認識，提高學生的實踐動手能力，并著重強調動手能力的培養。

因液壓傳動的密閉性，學生對本門課程的學習感到很迷茫，并有一定的畏難情緒，學習興趣不是很濃厚。根據本校學生在液壓和氣動教學中的實際情況，要求學生理論“夠用”并具備一定的實際動手能力，并著重突出實踐環節的教學。

針對上述情況，在本門課的教學中，除了在理論授課內容中對液壓元件、部分典型回路的進行動畫演示外，還根據本校實際情況安排了一些典型液壓元件的現場教學環節。在老師引導下，學生通過對透明液壓元器件進行觀查、拆裝以了解其結構和工作原理。上述措施雖然起到了一定的教學效果，但與生產實際尚有一定差距。

為此，考慮到與實際的切合，擬采用符合標準的液壓元件進行模塊化設計，研制一臺經濟的、能完成速度調節的液壓實驗臺，并要求可在其基本功能基礎上進行擴展，現場教學中由學生自己快速搭建成與教材相配套的大部分典型液壓回路。

2、方案的確定

液壓實驗臺是高校學生在理論知識學習后，進行實踐教學，加深對理論知識的理解，更好地掌握液壓傳動原理的重要手段。隨著計算機及信息技術的發展，現有的液壓實驗臺充分利用其成果，將PLC、單片機技術應用于實驗臺的研制改造中，使其成為機、電、液及計算機一體化綜合控制實驗臺；同時液壓元件采用透明有機玻璃外殼，可以清晰明了地觀察液壓元件內部結構、傳動過程，更利于直觀教學。

上述實驗臺功能先進，實驗時可讓學生直觀、感性地對比了解機、電、液各自具有的特點特色，同時能更好地了解液壓傳動基本工作原理，但普遍結構復雜、造價昂貴，且不能發揮學生在液壓實驗臺設計中的能動性，學生只能被動實驗而非自己參與設計回路。本著以鍛煉學生為主的目的，以培養學生創新思維、工程設計能力，并提高其學習興趣、對液壓系統的調試能力及綜合運用所學專業知識能力。設計一種能完成液壓典型回路的實驗臺，發動學生參與并以學生為主體，其中采用標準的工業級液壓元件及可更換的高壓軟管、快換接頭，使其具有較好的柔性，結構緊湊，進行恰當組合能夠搭接成不同的液壓回路。

圖1 液壓實驗臺原理圖

3、液壓實驗臺的設計

如上所述，該實驗臺要求滿足：使學生對常用液壓元件有感性認識，了解常用液壓元件的結構、工作原理及作用；了解典型回路的類型、工作原理；另準備一些常用液壓閥，由學生按（或老師提出）要求搭建一些典型功能液壓回路；元件的替代，允許學生在現有回路基礎上替換元件完成同樣功能；觀察、發現系統回路設計中存在的不足，并提出解決方案，提高其處理實際液壓傳動問題的能力。如下圖所示是所設計液壓實驗臺的工作原理圖：

圖1 中實際上是兩個液壓回路，即調速回路（以簡稱缸1）和加載回路（以下簡稱缸2），兩個油缸相向安裝。其工作原理如下：
缸1 啟動前閥3 的3YA 通電，由定量泵8 給缸2 補充液壓油，補油完畢后3YA 斷電；閥6 的1YA 得電，缸1 向右快速伸出，頂上缸2 后壓力升高，壓力繼電器控制閥4 動作使4YA 得電，缸1 變為慢進。缸1 速度由單向調速閥5 調節，行程終點壓下行程開關S1，使閥6 的2YA得電，缸1 向左快速退回，行程結束。泵8 的壓力由溢流閥7 調定，負載由溢流閥9 調定。

該實驗臺實際上包括有液壓系統的壓力形成和節流調速兩個基本實驗。實驗中通過觀察壓力變化情況，加深對“壓力由負載決定”這一規律的認識。另通過準備一些標準液壓元件（二位電磁換向閥、順序閥、單向調速閥）及附件（三通、快換接頭、高壓軟管、行程開關、蓄能器、壓力表等）可擴展進行諸如差動回路、兩級調速、卸荷、雙缸順序動作（改變缸2 的安裝方向）、保壓等大部分典型液壓回路。擴展回路實驗由學生自己完成，設計好回路老師檢查無誤后自己搭建。準備一些標準液壓元件還供學生進行現場教學作用，同時拓寬對其他工業液壓元件的感性認識。