液压传动与机电控制综合实验教学改革研究

高自成，李立君，闵淑辉，廖 凯

（中南林业科技大学机电工程学院，长沙，410004）

2012 年，教育部、财政部联合下发了教技〔2012〕6 号文件《教育部财政部关于实施高等学校创新能力提升的意见》，以及教育部下发的教高〔2012〕4 号文件《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》，《意见》着力指出，提高大学生创新能力离不开实践创新教育，离不开新的创新教育理念和方法，在此基础上，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[1-2]。在普通高等学校的教学计划中，机电传动控制与液压传动是机电类本科专业的两门重要的专业基础科和专业课程[3]。在这两门课程中，实验教学占有很大比例，就中南林业科技大学而言，液压传动和机电传动控制两门课程的实验都是8 学时0.5 学分，目前这两门课程的实验的教学都是各自独立分开的，而且分别是在液压传动实验台和机电传动控制实验台上进行实验[4～5]，缺乏将机电传动控制与液压传动进行综合实验的内容。这对于要求学生掌握教材的基础知识是必要和可行的，但是要培养学生的创造能力和综合应用能力，还需要进一步将这两门课程与实际更加进一步的结合。

首先，机电传动课程的培养目标是培养学生掌握常用的电机和电气的工作原理和结构，能够进行基本的电气控制系统设计[6～7]，我校现有的实验控制台购置于浙大求是公司和浙江天煌教学仪器公司，这些设备主要用于对电机和电气的结构认识以及电机的特性验证，电机的基本控制，这些实验对于培养学生对电气的控制能力是必要的。但是这些实验内容对于培养机电类专业的综合高级技术人才还显得不足[8～9]。

其次，液压传动课程的培养目标是使学生掌握液压系统的组成，液压元件的类型和结构，以及液压回路的构成，基本液压回路的设计等[10]，我校现有的实验购自长沙宇航教学仪器公司，设备主要用于液压元件的结构实验，液压元件的性能实验，但是在实际中，大量液压回路是用电气系统来进行控制的，在液压实验台中，对实验过程中涉及的几个简单回路，试验台本身的携带了部分电气控制系统进行控制，因此在做液压实验时，学生不需要将液压回路和电气控制结合起来，这样限制了学生综合应用能力的培养和学生综合素质的提高[11]。

1 实验教学的调整

实验教学改革的初衷旨在针对液压实验和机电传动控制实验相互孤立问题，将这两方面的知识结合起来，在液压实验中，要求学生自己设计液压系统，搭建液压系统，同时采用机电转动控制的知识，对液压的系统的控制电路进行设计，利用实验室现有的继电器和PLC 控制器等电器，组建液压系统的控制电路，提高学生综合应用这两门课程的能力。

具体实施办法是：首先，将机电传动控制和液压传动实验中各拿出4 个学时从事液压传动与机电传动控制的综合实验；第二步，用2 个学时安排学生自己设计液压系统，并设计普通继电器控制系统对学生设计的液压系统进行控制；第三步，安排2个学时让学生设计液压系统，并采用继电器和PLC综合控制来设计液压系统的控制电路，进行PLC 应用编程。通过这样的综合实验，将原来互不相干的实验教学，进行了统一规划，围绕液压控制展开，既锻炼了学生应用液压传动知识设计液压系统的能力，又增长了学生在机电传动控制方面的知识，最终使得学生设计控制电路和PLC 编程的能力得到提升。

为了更好地满足实验开设需要，对原有实验教材进行修订，编写机电传动控制与液压传动综合实验指导书，将8 个学时的实验教学进行科学安排，并完善了实验步骤和考核方法。

2 实验设计

为满足新开实验的需要，设计了2 个代表性液压控制运动综合实验：

2.1 实验1：双作用液压缸往复运动综合实验

目的是要学生掌握综合应用液压传动与机电传动的相关知识、掌握液压系统的基本组成和回路、掌握液压回路的电气控制方法，初步建立液压与电控的关联，如图1 所示为液压控制实验原理图和与之匹配的控制电路图。

图1 液压原理图和控制电路图

要求学生根据液压原理图，设计出基于继电器控制的控制电路图，并在继电器控制的基础上，设计出基于PLC 控制的实验原理图。然后应用液压综合试验台，按原理图和控制电路图进行连接，观察实验结果，将实验台改成PLC 控制模式，将设计出的PLC 控制梯形图导入到PLC 中运行，观察PLC控制条件下的液压缸动作过程。

2.2 实验2：双作用液压缸的电动控制

目的是要学生掌握液压系统的基本组成和回路、掌握综合应用液压传动与机电传动的相关知识。如图2 所示为液压控制实验原理图和与之匹配的控制电路图。

图2 液压原理图和控制电路图

实验过程同实验1，然而控制的复杂程度提高，学生将液压控制原理与机电运动控制结合起来，实现液压运动控制实验的要求。

3 实验教学改革中的思考

实验项目的整合与综合实验项目的开展，将液压控制与机电控制紧密结合在一起，对学生提出了更高的要求，引导学生将做学专业知识点融会贯通，让学生理解和掌握现代电液控制技术。

实验教学中也有以下几点思考：一是充分利用虚拟实验教学平台，运用虚拟仿真技术对液、电工程问题和机构运动控制进行分析，丰富学生解决问题的方法，同时，以解决实际工程问题的方式对知识点进行剖析，引导启发学生进行思维训练，培养学生灵活运用知识的能力。二是以案例式教学模式，将理论知识点穿插在实验案例中对学生进行传授，明确控制的对象和运动实施的方式，让学生懂得自己学习的专业知识体系性对解决实际问题的作用。三是不断拓展自主实验项目，鼓励学生自己设计和实验，真正做到灵活运用液压传动中机电控制的实现方法。