研制一体化教学设备 提高一体化教学效果

　　摘要：本文论述一种创新型一体化教学设备——液压系统演示台的研制和工作原理及其应用于模块化、一体化教学中所取得的效果。
　　 关键词：一体化教学；液压系统演示台；教学设备
　　
　　 技工学校的教学模式已向模块化——一体化教学转变，我校根据各专业的实际情况已广泛地推行模块化、一体化教学，为了对液压模块的教学内容顺利地开展一体化教学，在2003年上半年，我研制出一种与技工统编教材机械基础中液压内容相适应的新型教学设备——液压系统演示台，此液压系统演示台制造简单、实用性广，既能结合理论讲授，又可以给学生进行实操训练。在一体化教学中，取得很好的教学效果，是一种值得大力推广的一体化教学设备，有助于改革传统的教学模式。
　　 一、 液压教学在我校过去的教学情况
　　液压内容是技工学校机械类专业的主要教学内容之一。据了解，在液压教学安排上，有的技校仅进行机械基础液压内容讲授，不进行液压技能训练。有的技校，以理论讲授为主，实操上只作见习，而我校既按教学大纲进行理论讲授，又进行技能训练，理论方面是以机械基础的液压内容为主，实操主要进行液压元件的结构拆装和对各种液压机床的液压系统作现场分析。但是，由于教学场地和教学设备的限制，在进行实训时，所利用到的液压机床往往易与机床操作项目实习的班级相冲突，在没有机床时，只能利用相应机床的液压系统原理图作黑板上分析，直观性差，学生难以接受。另外，我校的传统教学安排是采用两段式，即一半专业班级上理论课，另一半进行实操训练，时间为半学期对调，这样，先进行实操训练的班级还没有进行液压理论学习就进入实训，使得实操时讲授内容繁多、时间长、效果差，并易出现理论和实操内容脱节或重复讲授现象，与现行的教学改革模式不相适应。为此，本人按照一体化教学的特点，自行研制出一种创新型教学设备——液压系统演示台。
　　二、 液压系统演示台的研制
　　1. 设计要求
　　 以机械基础教材为蓝本，与教材中液压内容相配套，能进行各类液压元件的工作原理和性能的试验，能对多种液压基本回路原理进行演示，能进行液压系统维护、故障诊断和故障排除。液压传动系统要完成两缸顺序动作：缸I工进——缸Ⅱ快进——缸Ⅱ工进——缸Ⅱ快退——缸I快退的工作循环。为了系统结构清晰、直观，使学生一目了然，液压元件配置方式采用板式配置，为了使系统和基本回路的动作控制能相对独立，采用电气全自动控制和点动控制，液压缸工作顺序动作控制采用位置开关控制，液压缸不带负载。
　　2. 液压系统原理图（见图1）和动作顺序（见表1）
　　3. 液压系统的工作情况
　　 （1）液压泵卸载
　　 准备演示时，按下起动按钮，电动机起动，压力油经过滤器2，进入液压泵3，泵出的油通过单向阀6、二位二通电磁换向阀22流回油箱，液压泵处于卸载状态。
　　 （2）系统工作状态
　　①全自动工作状态：按下加载按钮，二位二通电磁换向阀22的5DT通电，系统处于工作状态。将电气控制按钮放于自动位置，按下自动按钮，三位四通电磁换向阀13的2DT通电，压力油经单向阀6、三位四通换向阀13的左位、减压阀14、液控单向阀15，进入液压缸18的上腔推动活塞杆下行，液压缸18下腔的油，经单向节流阀17、液控单向阀16、三位四通电磁换向阀13的左位流回油箱。液压缸18活塞杆下行速度由单向节流阀17调整。
　　 当液压缸18的活塞杆下行达时间继电器预先调定时间的时候，三位四通电磁换向阀13的2DT断电，阀处于中间位置，液压缸18停止下行，但三位四通电磁换向阀7的6DT通电，压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀7的右边位置，进入液压缸10的右腔，推动活塞杆左行，液压缸10左腔的油经二位二通电磁换向阀9下位、三位四通电磁换向阀7的右位回油箱，实现快速左行。当活塞杆挡铁压下行程开关1×K时，二位二通电磁换向阀9的3DT通电，二位二通电磁换向阀9处于上位状态，使油路断开。液压缸10左腔的油经单向节流阀8、三位四通电磁换向阀7流回油箱，此时，液压缸10的活塞杆可通过单向节流阀8调整来实现慢速。
　　 若液压缸10的活塞杆挡铁碰到行程开关2×K时，三位四通电磁换向阀7的6DT断电，1DT通电。这时压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀7的左位、单向节流阀8，进入液压缸10的左腔，油经三位四通电磁换向阀7流回油箱，液压缸10快速退回。
　　 当液压缸10的活塞杆挡铁退回压下行程开关3×K时，1DT断电，电磁换向阀7处于中间位置，而三位四通电磁换向阀13的4DT通电，压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀13的右边位置、液控单向阀16、单向节流阀17、进入液压缸18的下腔。上腔的油经液控单向阀15、单向减压阀14、三位四通电磁换向阀13的右边位置流回油箱，液压缸快速退回。一个工作循环结束。
　　②点动工作状态：将电气控制按钮放于手动位置，再按电气控制液压缸的进退按钮即可随意控制液压缸10和18的活塞杆进与退动作，两缸的动作是独立分开的，没有顺序之分，其液压传动情况是：
　　按下18缸进按钮，三位四通电磁换向阀13的2DT通电，压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀13的左位、减压阀14、液控单向阀15、进入液压缸18的上腔，推动活塞杆下行，液压缸18下腔的油经单向节流阀17、液控单向阀16、三位四通电磁换向阀13的左位流回油箱。液压缸18活塞杆下行速度由单向节流阀17调整。当放开按钮，三位四通电磁换向阀13的2DT断电，阀处于中间工作位置，活塞杆停止向下行。
　　 当按下18缸退按钮，三位四通电磁换向阀13的4DT通电，压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀13的右位、液控单向阀16、单向节流阀17、进入液压缸18的下腔，推动活塞杆上行。液压缸18上腔的油经液控单向阀15、减压阀14、三位四通电磁换向阀13的右位流回油箱。当放开按钮，三位四通电磁换向阀13的4DT断电，阀处于中间工作位置，活塞杆停止上行。
　　按下10缸进按钮，三位四通电磁换向阀7的6DT通电，压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀7的右位，进入液压缸10的右腔，推动活塞杆左行，液压缸10左腔的油经二位二通电磁换向阀9下位、三位四通电磁换向阀7的右位流回油箱，活塞杆实现快进动作。当活塞杆左行至压下行程开关1×K时，二位二通电磁换向阀9的3DT通电，二位二通电磁换向阀9处于上位状态，使油路断开，液压缸10左腔的油就经单向节流阀8、三位四通电磁换向阀7流回油箱，此时，液压缸10的活塞杆可通过单向节流阀8调整来实现慢速。当活塞杆挡铁压下行程开关2×K时，三位四通电磁换向阀6DT断电，阀处于中间工作位置，活塞杆停止左行。
　　按下10缸退按钮，三位四通电磁换向阀7的1DT通电、压力油经单向阀6、三位四通电磁换向阀7的左位、单向节流阀8进入液压缸10的左腔，推动活塞杆右行、液压缸10右腔的油经三位四通电磁换向阀7左位流回油箱，实现快速退回，若活塞杆右行到挡铁压下1×K时，二位二通电磁换向阀9的3DT断电，阀9恢复原来状态，若活塞杆退回到挡铁压下3×K时，三位四通电磁换向阀7的1DT断电，阀7处于中间工作状态，活塞杆停止右行。
　　
　　4. 液压元件的选用
　　根据系统设计要求，能
　　满足多种液压元件的性能试
　　验，所选用的液压元件的型号
　　及规格如表2所示。
　　注：根据榆次液压件厂产品样本选择
　　5. 液压系统演示台的结构
　　根据设计要求，为了结构清晰、直观，
　　使学生一目了然，液压系统装置的结构采
　　用台式结构，台的下面配有油箱和电气控
　　制装置，台的上面配置液压元件，液压元
　　件配置方式为板式配置，板的前面是液
　　压元件和相应的液压原理图，后面是管道
　　布置，液压动作控制采用电气全自动控制和点动控制，顺序动作控制采用位置开关控制，如图2所示。
　　三、实验、实训内容
　　利用液压系统演示台进行的液压传动内容教学，不仅能进行液压元件的原理及系统动作的实验，还可进行液压元件的拆装来熟悉结构，对照机械基础液压内容可对应完成如下教学内容。
　　1. 能直接完成液压元件的性能试验及其结构拆装
　　① 液压泵:双作用式叶片泵；
　　② 液压缸:双作用式单活塞杆液压缸；
　　③ 方向控制阀：单向阀、液控单向阀、两位两通和三位四通换向阀；
　　④ 压力控制阀：先导型溢流阀、先导型减压阀；
　　⑤ 流量控制阀:可调单向节流阀。
　　除上述液压系统演示台上的液压元件能直接试验以外，还可以通过一些辅助件来对其他型号的元件进行试验。
　　2. 液压基本回路
　　①方向控制回路
　　换向回路：由7和13两个三位四通电磁换向阀实现换向回路。
　　闭锁回路：a.采用滑阀机能为中间封闭的三位四通电磁换向阀7和13组成的闭锁回路；b.采用液控单向阀15和16组成的闭锁回路。
　　②压力控制回路
　　调压回路：压力调定由溢流阀21组成的调压回路；
　　减压回路：采用减压阀14的减压回路；
　　卸荷回路：采用二位二通换向阀22的卸荷回路。
　　③速度控制回路
　　 调速回路：采用单向节流阀17和8分别组成的两个回油节流调速回路；
　　速度换接回路：慢速与快速的换接回路是采用短接二位二通电磁换向阀9的速度换接回路。
　　④顺序动作回路
　　采用开关控制的顺序动作回路。
　　3. 液压传动系统
　　① 液压传动系统的安装、调试；
　　② 多缸顺序液压传动系统的工作原理分析；
　　③ 各类元件的故障设定和故障排除；
　　④ 油路的故障设定及其故障排除；
　　⑤ 系统动作的故障设定及其故障排除。
　　四、实验、实训的试验效果
　　 1. 性能的试验
　　经过多年的使用，性能良好，安全可靠，适用范围广，完全能够达到上述的教学内容和设计要求，系统尚未发现有事故出现。
　　2. 教学试验的效果
　　从2003级开始，经过2003级、2004级两个年级的教学试验，能适合我校液压模块的一体化教学，增强了直观教学，体现了一体化教学的效果，提高了学生的实验和实际操作的能力，把理论和实操有机地结合起来，避免了理论与实操脱节现象，同时也减少了授课课时（见表3）。同学们学习兴趣明显提高，所有到我校参观指导的兄弟学校或领导均有较高的评价。
　　2003级、2004级已采用演示台进行教学
　　另外，在学以致用上得到验证。2004年，我校的液压牛头刨床的液压系统和液压摇臂钻床出现了故障，为了验证我校液压模块教学的实际应用能力，本人组织学生对此设备进行检修。从故障分析、检查到故障的排除，整个过程均由学生进行，从学生的检修过程看，故障分析得很中肯，判断出故障点，最后用一天的时间，完全修复。由此可见，主要由学生来完成排除液压故障，这是我校进行液压模块一体化教学效果的大检验。
　　 液压系统演示台的研制成功，解决了我校过去液压内容教学所存在的问题，满足了液压模块一体化教学，顺应当前我省教学改革方向，并得到省、市领导和各兄弟学校的一致好评和推广。
　　（湛江市技师学院）
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文