液压与气压传动课程中溢流阀教学方法的探讨

2012-10-19福州大学

中国轻工教育 2012年5期

□ 福州大学黄彬

溢流阀是压力控制阀的一种，广泛应用于液压系统中，用来保证液压系统的工作压力恒定或限制系统的最高压力[1，2]。由于溢流阀这部分的内容比较抽象，学生在学习过程中对其原理不好理解，其功用也不好掌握。笔者在溢流阀教学过程中采用了一些新的教学方法，并在教学实践中取得了良好的效果。

一、采用直观教学法

1.利用多媒体动画手段

多媒体教学具有图文并茂、声像结合、形象、直观、信息量大等特点，不仅可以显著提高教学效率，而且可以刺激学生的形象思维[3]，使教学内容简单化、形象化，有利于学生接受知识，以实现教学目的。溢流阀的工作原理是溢流阀讲解的重点，也是难点。传统的教学方法是利用挂图讲解，由于学生无法观察到阀芯的移动和油液的流动过程，造成学生理解起来比较困难，教学效果也不理想。笔者在讲解溢流阀的工作原理时，引入多媒体动画手段，将阀的启闭状态、液压油的流动过程可视化地展现在学生的面前。以溢流阀中的先导型溢流阀工作原理动画演示为例（图1和图2为该动画过程的两个截图），借助于动画，可以形象地演示出常态下先导阀和主阀关闭着，随着压力的升高，先导阀开启，溢流阀的进口压力油经阻尼孔、先导阀阀口流回油箱，主阀芯上移开启主阀阀口，压力油经主阀阀口溢流回油箱的整个动态过程。这个直观的动态过程可以帮助学生更好地理解溢流阀的原理，效果比借助于传统的挂图讲授好了很多。

图1 先导型溢流阀工作原理动画1

图2 先导型溢流阀工作原理动画2

2.采用图示法

图示法可以把复杂、抽象的内容变得简明、具体。很多教材在谈到溢流阀的功用时都阐述得比较抽象，学生不好理解。因此，笔者在讲授溢流阀的功用时采用了图示法，通过具体的回路来解释溢流阀的各种功用。例如，讲到溢流阀的保持系统压力恒定作用时，给出图3所示回路，指出在定量泵节流调速系统中，溢流阀处于常开状态，保证了泵的工作压力基本不变。讲到溢流阀的防止系统过载作用时，给出图4所示回路，指出在变量泵调速系统中，系统正常工作时，阀口处于关闭状态，液压泵输出流量全部进入执行元件。当系统超载时，系统的压力达到溢流阀的调定值，溢流阀迅速打开，油液通过阀口回油箱，系统压力不再升高，确保系统安全，此时的溢流阀起安全限压作用，又称为安全阀。讲到溢流阀的远程调压和系统卸荷作用时，给出如图5所示的回路，指出先导型溢流阀可以利用远控口进行远程调压，先导型溢流阀的远程调压口接了一个远程调压阀2，则该阀与主溢流阀的先导阀并联于主阀芯的上腔。设定远程调压阀的调定压力低于先导阀的调定压力，则当二位二通电磁阀失电时，泵的出口压力由溢流阀1调定；当二位二通电磁阀得电时，泵的出口压力由远程调压阀2调定。如将图3中的远程调压阀去除，则当二位二通电磁阀得电时，先导型溢流阀的远程调压口接油箱，溢流阀主阀芯上腔的压力很低（接近于零），又由于主阀弹簧很软，因此，只需很低的压力，即可打开溢流阀溢流，实现系统卸荷。通过这样的讲授，学生对溢流阀功用的理解更加深刻了。

图3 定量泵系统的溢流调压回路

图4 变量泵系统的安全限压回路

图5 先导型溢流阀的远程调压回路

二、采用比较分析法

压力控制阀中的溢流阀、减压阀和顺序阀的图形符号有很多相似之处，如果死记硬背的话，容易将溢流阀、减压阀和顺序阀的图形符号搞混。为帮助学生在理解各种阀的原理的基础上记住阀的图形符号，笔者采用了比较分析法。在讲解溢流阀的图形符号时，将符号的每一部分都与溢流阀的特点对应起来。例如：溢流阀保持进口压力恒定，所以符号中虚线连接在阀的入口处；溢流阀不工作时，阀的进出油口不通，所以符号中阀的入口和出口没有线连起来。这样，学生就很容易记住了。此外，在讲完减压阀和顺序阀后，再将这三种阀放在一起比较，先将阀的图形符号画出，再结合图形符号引导学生归纳出它们之间的差别。例如，笔者结合溢流阀和减压阀的图形符号，引导学生归纳出它们之间的三个差别：一是溢流阀阀口常闭，进出油口不通；减压阀阀口常开，进出油口相通；二是溢流阀为进口压力控制，阀口开启后保证进口压力稳定；减压阀为出口压力控制，阀口关小后保证出口压力稳定；三是溢流阀出口接油箱，先导阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口；减压阀出口压力油去工作，压力不为零，先导阀弹簧腔的泄漏油有单独的油口引回油箱。通过这样的方法，学生对这三种阀的原理、特点以及各自的图形符号记忆深刻。

三、采用实例分析法

利用远程调压阀进行调压时，要注意无论是远程调压阀起作用，还是先导阀起作用，溢流流量始终经主阀阀口回油箱。在教学过程中，笔者发现如果直接给出这个结论则学生的印象不深，有的学生也根本不理解。因此，笔者采用案例分析法，通过一个典型的习题案例来引导学生通过自己的分析得出这个结论，以加深他们的理解和印象。具体如下所示：

图6中，各溢流阀的调定压力分别为 p1＝4MPa，p2＝3MPa，p3＝2MPa，如系统的外负载趋于无限大，问二位二通电磁阀失电与得电时，泵的工作压力各为多少？

图6 先导型溢流阀远程调压的分析回路

学生的分析结果是：当二位二通电磁阀失电时，泵的工作压力等于三个阀的调定压力的最大值，即4Mpa；当二位二通电磁阀得电时，阀2的远程控制口接油箱，阀2的进口压力为零，阀1出来的油液经过阀2的远程控制口流回油箱，阀3不起作用，因此泵的工作压力为p1＝4Mpa。

在学生分析之后，笔者再次回到阀的结构图，用阀的结构图实现图6所示的回路，强调相邻阀的进油口和出油口的连接、强调阀的溢流路。这样，学生明白了溢流阀的出口压力直接反馈到调压弹簧上，因此，溢流阀开启工作时，进口处的压力就要达到调定压力和出口处的压力之和[4]。因此，当二位二通电磁阀失电时，阀1、阀2、阀3串联。阀3导通后，其进口压力为p3＝2MPa，此压力又经阀2内部通道作用于阀2阀芯上端的调压弹簧腔，从而使得阀2的进口压力为p2＋p3＝5Mpa。同理，此压力又经阀1内部通道作用于阀1阀芯上端的调压弹簧腔，从而使得阀1的进口压力为 p1＋p2＋p3＝9Mpa，即此时泵的工作压力为9Mpa；当二位二通电磁阀得电时，阀1出来的油液是经过阀2的溢流口后再通过阀3溢流回油箱的（强调不是经过阀2的远程控制口流回油箱），从而阀1的进口压力为p1＋p3＝6Mpa，即此时泵的工作压力为 6Mpa。这样，学生明白了自己的错误原因，理解得也就更为深刻了。