教学用液压实验台模块化结构应用研究

蔡　蕾

(天津机电职业技术学院，天津　300350)



教学用液压实验台模块化结构应用研究

蔡蕾

(天津机电职业技术学院，天津300350)

本次研究源于企业真实案例课题，以教学用液压实验台为设计平台，用户为出发点，通过模块化理论的指导，对现有教学用液压实验台进行结构上的创新和功能上的改进，从而大大提升教学用液压实验台的适用性，改善用户的使用感受并改良企业的生产制造模式，提升实际课程推进效果及学生实际操作考核评价模式。

教学用液压试验台；模块化理念；功能有效；结构优化

我国当前国情和经济需要，行业的发展要求工作人员具备坚实的专业理论基础知识、清晰的分析头脑、敏锐的行业发展洞察力之外，还要有适合于职业发展推动所必须的技能以及独立提升技能的空间。在教育培养过程中，教师教授普及学生专业技能是基础工作，同时要建立学生独立分析、自我形成应对能力的技巧。

液压传动技术作为一种传统工业生产的传动技术形式于当今的生产行业、人们的生活环节中屡见不鲜。因此于职业院校机械类专业教学过程中推进这样一门课程，进行基础学科知识技能培养是十分重要的。教学用液压实验台的结构相对操作指示性及基础训练引导性强一些，在教学中对于师生“教——学”关系的引入和推进起到了重要的影响和推动作用。

一、教学用液压实验台的作用分析

教学用液压实验台的作用为学生可根据实验台的构成模式，形象真实地观察且触摸各元件的实际形式、系统组成以及回路连接方式，通过正确的连接完成基本典型回路传动效果，理解且掌握液压传动技术工作原理，解决传动中突发状况的出现和系统故障的查找、分析、研究和维护。但针对教学用液压实验台的改良及模块化构建的优化仍较缺乏。

(一) 国内外教学用液压实验台的特性分析

针对国内外现今教学用液压实验台的特性研究，可以从功能分析，结构分析和形态分析三个方面入手。

1.功能分析(见图1-1)

液压实验台实体化液压传动系统的五大组成部分，形象化系统各工作组成部分的连接，逻辑化传动系统的工作原理，深入强化学生对于课程技能要求的建立和培养，自主了学生独立分析能力和应对突发问题的解决能力。现今的多功能教学用液压实验台的构成已经转变成模块化形式。各元件的标注符号标识在元件本体，元件的背面可与实验台自由连接和拆卸更换，各工作元件的连接透明化，传动系统的逻辑连接以及管路连接通断都可进行自由操作。

图1-1　教学用液压实验台的功能划分

2.结构分析

图1-2　教学用液压实验台的结构划分

图1-3　教学用液压实验台的形态元素划分

教学用液压实验台的接触面板是教师教学、讲授，学生学习、训练中的直观界面。操作界面使用掌握的便捷性、直观性及通用性都是实施过程中需求考虑的关键因素。液压传动中各个元件的存在形式、变换模式、连接方式、执行元件的静止与运动状态；学生的操作使用活动范围、观察范围、数据的记录等以及实验台设备于空间的摆放、挪动和安置等，都成为其存在的重要因素而受到重视。教学环境需要一个相对稳定可行的安全支持，产品的使用输出需要一个严肃安静的课堂秩序，掌握在可控的经济成本范围之内，具有一些创新的元素，构成形式易于学生接受，符合师生的审美和情感需求。

3.形态分析(详细划分内容见图1-3)

材质的触感于用户与产品使用交互的亲和度有着重要的影响作用。在材质方面，目前市场上大部分的教学用液压实验台几乎都是钢材制成，目的是保障使用过程的安全可靠且功能实现的稳定性强。其控制按钮多采用塑料材质，回路连接管路多采用胶制以达到液压回路正确合理连接。试想我们可以在人机交互的主要位置更换传统塑料材质，采用与人接触亲切感强的软性材质，拉近用户与使用对象之间的距离感。控制面板不管作为眼观的显示功能或者是人们需要去用手操作的操控功能，需要用不同材质区分开，达到使用方式的最佳人性化融合。尺度的空间限制和尺寸掌握是为了提升产品对于用户适用范围的增加。以往的实验台设计忽略了操作者在使用过程中操作区尺寸的调节，只是在固定模式下去操控和进行实操。在课程中实验台的利用率较高，用户对象有授课教师和身高差距较大的学生，身材变换范围较大，所以需要产品在满足功能使用效果的前提条件下实现操作尺寸的可调节。

(二)教学用液压实验台的结构相关性分析

教学用液压实验台的结构并不复杂但仍包含了多个部件，各部件之间既有一定的联系又具有分割并重新按照功能和需求排列组合的可能，详细内容见表1-1。利用模块化设计理论指导教学用液压实验台的适用性重构是可行并且合理的。

表1-1　教学用液压实验台的结构分析

二、教学用液压实验台模块化构建

根据分析研究教学用液压实验台特性，其相关功能可以分为基本功能和附加功能两大类，而由于附加功能本身就是作为独立的结构安装于液压实验台的相关部位，对教学用液压实验台进行模块划分时，将附加功能考虑在内且运用新的模式将其融入实验台主体。可以将教学用液压实验台根据功能模块的不同划分为防护结构、支撑结构、运动结构、操作结构和其他必要结构五大块。

在这些组成教学用液压实验台系统的各部分中，首先要考虑的是工作过程中以及效果实现的安全、稳定、可靠性；其次是人机界面操作的适用性；再者是实验台尺寸的可调节性，能够使得实验台在操作的时候更优化使用效果，满足提升使用者适用范围的舒适度；最后就是可以增加功能模块，达到任务效果的多元化、实现实验台功能的增加和学生能力培养的自主性、自助性。

(一)教学用液压实验台的模块内容构建

对各个模块进行编号和整理，为模块构建的实际实现方式提供了可靠的依据和实现方式的模拟输出，具体内容见表3-7。

表2-1　模块编号和相关内容

2支撑结构实验台框架采用金属材料支撑,可以稳固且保证其在放置状态和工作过程中的安全性,为教学过程和实验操作提供了良好的保障。3运动结构实验台是实训教室中既可固定又可移动的设备器材,利用滚轮的方式可以实现设备的移动,且轮带与地面的摩擦可以满足设备在移动过程中的稳定性。当移动到需要的位置后可以利用轮带外侧的金属卡片,搬动卡片位置来固定轮子的卡定,保证实验台非移动状态的稳定性。4操作结构在液压实验台中存在元件控制操作区,包含液压缸、阀类元件等相关元件的固定。另还有电气控制部分,需要有相关的电路连接位置点和电路连接线的收纳位置。所以在实验台的上方设置了电路控制区,操控台上把缸体固定区和阀类固定区分别设置在不同方向来满足使用功能的操作结构。5其他必要结构实验台下面有存放实验指导书、实验报告和备用元件的抽屉。实验台前方有可放置和收纳的脚踏板,在实验过程中使用,结束后长时间不使用或者挪用设备的时候把脚踏板收回。实验台移动设置上方有收纳脚踏板的框架,位置适于使用。

(二)教学用液压实验台模块的接入可能性构建

对各个新构建的模块进行可实现研究，考虑到模块为实验台的可移动组成部分，实现其连接与更换的接口为进行研究的必要内容之一，具体内容见表2-2。

表2-2　模块接口设计及相关内容

(三)教学用液压实验台的新增功能模块构建

对现有的教学用液压实验台进行模块分组聚类后，可以得出几个有效的模块，每个模块都有接口相同而功能或者造型不同的几类供用户选择，这也大大提高了教学用液压实验台的适用性。

表4-2　教学用液压实验台新增模块设计

三、教学用液压实验台设计研究价值体现

本次研究主要从用户的需求和认知情况出发，选取了模块化设计理论这一科学创新设计方法，对现有教学用液压实验台的功能和结构进行了新的规划。具体的设计研究价值体现为以下方面：

(一)理论意义

课题探讨基于传统液压实验台改进后的现今教学用液压实验台的应有形态和其具备的合理结构。符合当前社会职业化技能需求，顺应了当前液压传动于行业的广泛应用于教学方面的技能普及和推进。更重要的是优化了职业需求技能于学生在学期间技能培养的对接，提出了对教学用液压实验台的优化构建方案。

(二)实际意义

本研究将以高职院校实际情况为例，结合具体课程实施过程中问题出现的可能性，提出具有针对性的问题和可行有效的教学用液压实验台构建理论。改进已有模块的不合理性，增加新的功能模块利于操作障碍的解决，满足教师和学生的实际使用操作要求；模块化理论的运用为教学用液压实验台的改良和优化提供了指导性的方向，使得其在满足教学基本使用的同时最大化地培养了学生的操作技能，更有效的顺应了职业技能的长远需求。

(三)对用户的关注度

本次研究从教学用液压实验台的适用性出发，结合不同用户的生理状况、使用习惯和操作过程中遇到的困难和障碍，分析得到用户的潜在需求，以及被现有用户适应但是不适于人对机器的操控内容点，提出了更优化、更加人性化的适用性设计。新方案融入了模块化理论的适时运用，让用户可以有更多的新奇体验和良好的使用感受。

(四)概念构建具有一定的延伸空间

本次设计研究所提出的概念设计，只涉及当前职业教育模式对于学生人才培养要求内容中技能培养的基础内容，并根据这些基础需求提供了必要的功能模块和创新性结构。但是随着研究的深入，在此概念设计的基础上，可以保持原有基本结构形式及连接形式不变的前提条件下，设计出今后更加适合行业发展大形势下的职业教育人才培养方向和专业技能培养水平。其中模块化设计理论和方法具有很好的适用性，可以在一定范围内通过对模块的不同设计，满足今后更多的功能拓展需求。

[1]朱南南，赵宝驹，王亚峰.液压支架合理选型分析.科技展望，2014，(05)：10.

[2]姚春江，陈小虎，毋文峰，何庆飞.多功能液压实验台设计.液压与气动，2009，(03)：15.

[3]喻楠霖.新型液压教学实验台设计及实现方法的研究.湖南大学，2013，(12)：20.

[4]姚春江，陈小虎，毋文峰，王旭平.液压系统故障模拟方法研究.机床与液压，2009，(12)：15.

[5]李桂桃.液压实验台的维护与常见故障的处理.机床与液压，2003，(04)：30.

Research on Application of Modular Structure of Teaching-Use Hydraulic Test-bed

CAI Lei

(TianjinEngineeringVocationalTechnicalCollege,Tianjin,300131)

derived from real case of enterprises,with the hydraulic test-bed teaching as the design platform,this study carries out structural innovation and functional improvements of the existing teaching-use hydraulic test-bed with the modular theory as instruction and the user as the starting point,thereby the applicability of the teaching-use hydraulic test-bed is greatly enhanced,the user’s experience is improved and enterprise’s manufacturing model is enhanced,the evaluation model of the actual course’s effectiveness and students’ practical operation is promoted.

teaching-use hydraulic test-bed; modular concept; function effectiveness; optimizing of structure

2016-04-12

蔡蕾(1984-)，女，浙江省人，讲师，研究方向：机械设计、液压与气动技术、逆向工程与快速成型。

G484

A

1673-582X(2016)10-0069-06