装备液压系统课程教学研究与实践

韩翠娥 刘鹏远 李 兵 米双山军械工程学院 河北石家庄 050003



装备液压系统课程教学研究与实践

韩翠娥 刘鹏远 李 兵 米双山
军械工程学院 河北石家庄 050003

摘 要：在武器装备液压传动与控制课程教学实施中，通过有针对性地优化教学内容，采取适合的教学方法，融入丰富多样的教学手段，大大提高了课堂的授课质量，同时特别是仿真软件的引入对培养学员学以致用的能力具有显著作用。关键词：教学研究；教学实践；液压传动与控制

液压技术以其自身的优越性在大型武器装备中得到了非常广泛的应用，比如导弹的装填、发射平台及载车调平等。然而，在目前的武器装备液压传动与控制课程教学中，面临着两个问题：一方面学时减少(目前，该课程仅有20学时)；另一方面，装备液压回路、系统的组成元件较多，回路复杂，回路中油液流动方向错综复杂，不便于学员理解和掌握。那么，如何在如此有限的学时内，既完成课程标准的要求，又能使学员真正掌握、理解武器装备液压系统的基本原理和工作情况，是目前本门课程教学所面临的一个难题。为此，课程组成员在课程教学实践过程中融入了多种教学方法和手段来提高课堂的授课质量与授课效果，受到学员及督导组的一致好评。具体做法如下。

1 教学内容优化设计

该门课程的针对性很强，即课程主体针对的是武器装备的液压系统，所以，鉴于学时的限制，不能按照通用教材的内容进行讲授，即既不能按照传统的从流体力学基础→液压元件→液压基本回路→典型液压系统的内容组织方式来讲解(这样学时不够，使学员对装备液压系统的掌握只能停留于表面)；也不能舍弃基础知识，直接讲装备液压系统(没有液压基本知识作背景，学员对装备液压系统的学习就会变得困难)。综合两方面考虑，本课程将教学内容划分为：液压元件、武器装备液压系统两大模块，以分析武器装备液压系统原理，排除武器装备液压系统故障为牵引，遵循“由元件到系统”的纵向主线来安排内容；横向上，围绕着“从原理到应用”的思路来设计每一模块的内容，理论与实践紧密结合，既提高了授课质量，又提升了学员的动手能力。

2 教学方法因材而变

武器装备液压传动与控制课程是一门理论性和实践性都很强的课程，因此在传统的课堂讲授的基础上，针对不同的教学内容必须采用不同的教学方法，丰富课程教学。

2.1 类比教学 触类旁通

液压系统的特点就是油液在密闭的不可视的管路内流动，课程中的许多概念比较抽象、不好理解，使学员缺乏感性的认识。为使学员更好地理解和掌握本门课程，在教学过程中采用了类比教学，助力学员的理解。

比如，将液压元件与学员熟知的电路元件进行功能上的类比，收到了较好的教学效果。如液压泵与发电机，都是在回路中的动力源；蓄能器与电容器，在回路中都作为储能元件；油压与电压类似，流量与电流类似，因此串并联电路中的电压特性、电流特性同样适用于液压串并联回路中的油压特性和流量特性；

除此之外，在液压控制元件中，如溢流阀、减压阀、顺序阀三者虽然用途不同，但是其结构原理图非常相似，在教学过程中发现学员特别容易混淆。针对这一情况，在讲授过程中，在重点讲授先导式溢流阀的基础上，将其他两个与其对比讲授，最后由学员归纳总结三种阀的异同点，如它们工作的本质都是：阀芯的开启都是利用液压作用力与弹簧力相平衡的原理来实现的；不同点表现在图形符号、进出油口的状态(常开还是常闭)、控制油源、泄漏形式，稳定的是入口油压还是出口油压；阀出口处的连接情况等。通过重点讲解，对比分析和引导讨论之后，学员不仅对溢流阀、顺序阀、减压阀三个典型的液压元件之间的区别与联系有了深刻地理解，同时也启迪了学员分析问题的思路。

2.2 研讨教学 激发创新

在课堂上针对某些教学内容，不是直接呈现给学员，而是由学员分析讨论之后自然得出结论从而引出相关教学内容。比如单向阀的内容，包括：普通单向阀、液控单向阀和双向液压锁等三大类。如果按部就班把这些内容直接灌输给学员，显然起不到让学员深度思考的作用。相反，如果采用在讲解普通单向阀的基础上，启发学员思考，如果要使液流能够反向流动该怎么办呢？使学员在思考中寻找解决方案，从而可以很自然地引出液控单向阀——可以在外部油液的控制下实现油液的双向流动；讲完液控单向阀，在其应用回路——锁紧回路中，存在着单方向锁紧的特点，针对这一情况，如果要在某些回路中需要实现双向锁紧又该怎么办呢？在此基础上更进一步引导学员思考，在学员的讨论中激发灵感，在回路的实现上可得到双向液压锁的结构方案，从而引出该部分内容。显然这种层层递进的思考既加深了学员对教学内容的深层次理解和掌握，更提高了学员分析问题解决问题的能力。

2.3 项目驱动 锻炼能力

对于装备液压系统这部分内容，打破常规的由“结构组成→工作原理→工作过程”的“直叙式”结构讲授方式，代之以系统功能为牵引(即以实现装备系统功能为项目驱动)，一步步引导学员分析采用什么样的回路来实现这一功能，步步深入，层层递进，以此来激发学员的创新思维，突出学为主体的教育理念。

例如在讲解某装备舵机液压伺服系统控制回路时，并不直接给出该伺服系统液压回路进行讲解，而是根据舵机所实现基本功能——根据输入电信号的大小控制舵面偏转的角度，让学员自行思考，可以很容易搭出一个基本回路，包括：油源、电液伺服阀、液压缸以及其他辅助元件等；接下来，根据实际情况，对这个基本回路进行改进，逐步引出回路中其他重要的部件，一步步逼近实际的装备回路。如：从结构紧凑、对油液的清洁度要求非常高的角度，可将开式回路→闭式回路；在此基础上，执行元件的回油直接被液压泵吸入，是不是这样就不需要油箱了？当然不是，答案是不光需要，还需要改进，从而引出增压油箱(类比增压油缸，去引导学员建立增压油箱的基本结构)；从系统安全的角度出发，增加低压安全阀和高压安全阀。至此基本完成了驱动舵机偏转的液压回路的原理设计。

在教学过程中发现，这种将装备案例作为一个具体项目引导学员不断思考逐步构建装备液压回路的过程，比起直接将内容呈现给学员按照回路的组成、各部分的作用、回路的工作原理的教学思路，更能激发学员的思维和创新能力，同时也锻炼了学员系统设计的能力。

3 教学手段丰富多样

在教学过程中通过采用多种教学手段丰富课堂教学，如在课堂讲授中采用多媒体动画对元件和系统的工作情况进行动态模拟，从而将较为机械抽象的内容变得更加具体、生动、形象和直观。课堂讲授之外，通过实验教学还原课堂理论，锻炼学员的动手能力，同时也增加了感性认识。同时，在课堂上引入液压仿真软件对某些液压回路进行仿真，为培养学员的系统设计能力奠定基础。

3.1 引入多媒体动画 内容形象直观

液压阀内部结构不可视，而且装备液压回路、系统的组成元件较多，回路中油液流动方向错综复杂，不便于学员理解和掌握。所以在教学中，把教学内容中的难点、不利于学员理解和掌握的内容，均利用Flash软件制作成动画，可以把文字、图形和动画有机地结合在一起，大大提高了课堂的授课质量和效果。为此，在本课程的教学过程中，我们将所有的液压元件的结构及工作原理都制作成了Flash动画(连同液压回路Flash动画共计83个)，以先导式减压阀为例，如图1所示。

图1 先导式减压阀结构及工作原理演示

3.2 通过实验教学 锻炼动手能力

为增强学员动手能力，特别购置了由吉林大学设计的YJS-05型快速插接式多功能液压教学实验台。该实验台全部采用积木组合，学员可根据教学要求在不使用任何工具的情况下快速灵活地组建实验所需要的回路，它提供了各种元件的静、动态实验、各类液压基本回路实验，也可对简单装备液压回路进行搭建。在课堂理论的基础上，通过学员自己动手搭建回路进行尝试，从而对理论知识有了更深一层的理解，用理论去指导实践，最终由实践又验证了课堂理论教学，并锻炼了学员的动手能力。

图2 YJS-05型液压教学实验台

3.3 引入液压仿真 培养设计能力

虽然在授课过程中大量采用了多媒体动画来演示液压回路的工作过程和工作原理，但是这些动画都是我们事先设计好的，回路的工作情况是按照我们的意愿来工作，对于所设计的液压回路而言，是否存在什么问题并不能够展现出来。因此为了培养学员系统设计的能力，在课堂上首次引入了FluidSIM仿真软件，它不光能够反映系统的工作过程，并且还可以对元件进行参数设置等动态设计，如果回路设计不合理，系统就不能正常工作(执行元件无反应)，所以这款软件具有动画软件所无法比拟的优点。如图3所示为利用该软件对某型车辆调平系统液压原理图进行的仿真演示。该软件的应用一方面可以作为多媒体动画的一个有意义的补充，另一方面对于学员将来从事相关设计工作以及对装备液压系统进行故障排除都具有很强的指导意义。

图3 某车辆调平系统液压仿真原理图

4 结束语

课程改革后，经过两期的教学实践，学员一致反应对本门课程有了更深刻的认识。研讨教学锻炼了学员的思维能力，在相互的讨论中激发出灵感；多媒体教学手段更是丰富了课堂教学，加深了学员对知识的理解和掌握；项目驱动教学以及FluidSim软件的引入对于培养学员系统设计的能力具有很强的指导意义，真正做到了学以致用。

参考文献

[1] 姚春东,高殿荣,刘劲军.液压与气压传动教学改革的探索与实践[J].教学研究,2006,29(2):155-156.

[2] 韩翠娥,籍凤荣.提高《液压传动》课程授课质量的几点做法[J].教师教育与管理,2006(4):74-76.

[3] 米双山,韩翠娥.《液压传动与控制》课程教学改革探索[J].新课程研究,2008(4):60-62.

[4] 郑莉芳,周晓敏.“卓越工程师教育培养计划”下得液压与气压传动教学改革与实践[ J ] .中国现代教育装备,2013(7):32-34.

[5] 梁新平.FluidSIM液压气动仿真软件应用研究[J].价值工程,2011(2):182-183.

材料科学课程教学专题

Teaching Research and Practice on Hydraulic System Course for Equipment

Han Cuie, Liu Pengyuan, Li Bing, Mi Shuangshan
Ordnance Engineering College, Shijiazhuang, 050003, China

Abstract:During teaching practice of hydraulic drive and control course for weapon equipment, teaching quality in class has been improved greatly by optimizing the specific teaching content, adopting appropriate teaching method, and bringing various teaching measures into the classroom. Specifically, the students can use what they have learned expertly in their future work through introducing simulation software in the classroom.

Key words:teaching research; teaching practice; hydraulic drive and control

作者简介：韩翠娥，硕士，讲师。

收稿日期：2015-11-14