在《液压传动》授课中以教促研，教研相长

蒋林 向燕慧 陈新元 赵慧 胡琪

1 引言

教学与科研是大学中两个比较重要的方面，科研体现一个高校办学水平，教学是高校之根，教学质量直接影响办学质量。

高水平大学将学科建设、教学、科研相结合，提升大学整体综合实力，增强其社会服务功能，扩大学校的影响力。世界知名高校都是学科建设、教学、科研相结合的典范，如麻省理工学院（MIT）、柏林工业大学和剑桥大学在学校发展过程中重视教学与科研的协调发展，使教学和科研方面一直保持高水平与高质量。

教师的教学内容离不开科学研究成果，有些教学内容本身就是科研成果，科研成果作为教学内容会使教学跟生动更有趣;反过来教学的过程中教师对一些知识、原理与理论会有新的认识，这反过来会促进或指导教师做研究。

2 教学对科研的促进

笔者从事液压传动教学多年，其中有对斜盘式轴向柱塞泵的变量机构的描述，其结构见图1。变量机构由缸筒1，活塞2和伺服阀芯3组成;斜盘4通过拨叉机构5与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角;当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动;同理，当手柄使伺服阀芯3向上移动时，变量活塞向上移动。

图1 斜盘式轴向柱塞泵的变量机构

图2 旋转液压自伺服关节

笔者多次咀嚼这段话的意思，发觉这个设计很巧妙，它利用活塞2的结构与伺服阀芯3配合，使活塞2通过油道c和d，来感知伺服阀芯3的位置，并推动活塞2使其保持对伺服阀芯3的位置跟随，活塞2既实现活塞的功能又作为伺服阀芯3的阀体，这样使该结构很简便;通过机械结构实现了位置的内反馈，这个想法太好了，笔者当时就想若能把变量机构的原理抽象出来，并应用在别处一定能够设计出很多巧妙的机械。这让笔者联想到自己科研上的一个难题，在液压机器人关节中都是用外置的伺服阀加上位置检测传感器来控制，使液压机器人关节结构比较臃肿，要是能把液压机器人关节通过与变量机构原理类似的机械结构实现内反馈就好了，通过一段时间的钻研终于把这种结构实现了，这种结构见图2。

旋转液压自伺服关节的工作原理是：当阀芯相对于阀套静止时，此时阀芯上的矩形槽与阀套上的矩形口都不相通，从而油液不能进入工作腔，旋转液压自伺服关节处于静止状态。当阀芯相对于阀套逆时针旋转位于如图1所示的位置时，高压油会通过进油口进入高压油通道，然后进入阀套P口，再由阀套P口进入阀套A口，最后通过阀体上的第一矩形阀口进入第一工作腔，同时第二工作腔的低压油则通过阀体的第二矩形阀口进入阀套B口，然后进入阀套T口，最后通过低压油通道回到油箱。故高压油会推动叶片逆时针旋转，使阀体（阀套和阀体固定在一起）跟随阀芯运动，随着阀体的转动，阀套与阀芯之间的开口度逐渐变小，直至关闭，从而实现阀体对阀芯的位置跟踪。同理可得，当阀芯相对于阀套顺时针旋转时，高压油会通过进油口进入高压油通道，然后进入阀套P口，再由阀套P口进入阀套B口，最后通过阀体的第二矩形阀口进入第二工作腔，同时第一工作腔的低压油则通过阀体的第一矩形阀口进入阀套A口，然后进入阀套T口，最后通过低压油通道回到油箱。

上述结构中阀芯7与阀体8间通过一些油道与阀口相配合实现阀体8与阀芯7的位置反馈，这个原理与变量机构中的较类似;此中的阀体8也是既作为阀体用又作为缸体中的转子用，一物实现了多种功能，精简了机构，内部实现了机械的内反馈，保证阀体8对阀芯7的位置跟随。

在这基础上笔者申报了国家发明专利近7项，并获得一项国家自然科学基金的支持，这是典型的教学对科研的促进例证，同时笔者产生的科研成果也可以作为上课的教学素材。

3 教研相长

同时在上《控制原理》时讲机械系统的内反馈时同学们老是觉得很抽象，于是笔者就结合旋转液压自伺服关节来讲内反馈，这样同学们一听就懂了。这样通过一个来回，自己的教学与科研都上了一个档次。

高素质与创新性人才的培养需要教学与科研相结合，在教学上需要把一些知识点进行概括、归纳、并抽象其原理实质，并配以科研成果来佐证，使学生看到知识的应用前景;同时对教学中一些抽象其原理的深刻理解也为科研中解决难题提供了创新的动力与源泉。最终达到教研相长，老师与学生相得益彰。

4 结语

以上是对机械类教学改革的初步探索，期望能给教育工笔者一点借鉴。

参考文献：

[1]吴江，张如昕，任建兴，郑莆燕，潘卫国，仇中柱.教学科研相长的热能与动力工程教学团队建设实践.专业教学，2012年，第253期

[2]祝灵敏.教研关系与教研管理.内蒙古财经学院学报（综合版），2012年，第10卷，第6期.

[3]芦站根，周文杰，王敏.教研相长加强植物生物学实践教学.探索与实践，2013年，第15期.

[4]李德菊.高校教学与科研关系的探析.中国电力教育，2011年，第25期.

[5]曾良才，胡琪，蒋林，赵慧.新型旋转液压关节.华中科技大学学报（自然科学），2013年，第41卷，第11期.

[6]陈奎生.液压与气压传动.武汉理工大学出版社，2011年

课题名称：2009年湖北省高等学校省级教学研究项目：依托科研成果开发创新性实验的探索与实践（2009187）