基于校企合作的QCS014A液压实验台改进设计与应用

张明军

（江苏师范大学科文学院，江苏徐州 221132）

0 引言

液压实验是高等院校的常设课程，其教学质量的好坏直接影响着学生对专业知识的掌握及进入工作岗位后的适应性，用人单位也非常期望机械专业的毕业生能够短时间适应岗位需求，减少二次培训，提高工作质量和效率。而通用的液压实验台则只能完成较为基本的回路实验，与企业产品关联不大，学生学习兴趣不高，学习效果欠佳。如何深化校企合作，对现有液压实验台进行优化改进，提高教学质量，是从事液压实验教学的老师共同思考的问题。

本文以QCS014A液压实验台为例，在调研某集团各企业需求的基础上，与实验设备生产厂家共同完成改进与设计，力求实现培养目标产品化，缩短学生到企业的适应期，实现校企合作零距离。

1 QCS014A液压实验台优缺点

1.1 优点

图1所示为QCS014A液压实验台的外形，该实验台经过多年的使用与改进，已经基本满足了液压基本回路实验的使用要求，并且不断地进行改进与优化，相对于同类产品也有着其独特的优势，本文列举如下，仅供参考。

图1 QCS014A液压实验台外形Fig.1 Outline diagram of QCS014A hydraulic test bench

（1）整机重约1.3 t，稳固扎实，能够适应较大的使用强度，维修成本低，耐用性好；

（2）所有的液压元件接口均在实验台背面，大大提高了实验的安全性；

（3）采用双泵供油，变量与定量相匹配，提高了液压实验的适用性和可靠性；

（4）工控机集成控制，电气线路操作简单，安装可靠，有效提高了实验效率和安全性；

（5）液压及电气元件配套齐全，可完成的回路实验较多且灵活性好。

1.2 缺点

通过企业调研并结合多年的教学经验和企业工作经历，随着生产需求对液压实验台的要求越来越高，QCS014A液压实验台在一些专业性要求较高的场合也表现出了一些不尽如人意的地方，具体如下。

（1）先导溢流阀的远程控制口未开放出来，如果要想进行远程卸荷或远程调压实验就必须把系统自带溢流阀调至高压，另接溢流阀进行回路连接与调试，较为不便，也存在着较大的安全隐患。

（2）随着液压技术的发展，先导控制技术越来越普遍，如果能增加先导手柄控制液控阀，便能模拟实际产品上的先导控制系统实验，从而实现实验教学与企业产品相衔接。

（3）工控机集成度较高，未能将PLC开放出来，不利于学生电液复合能力的培养[1－3]。

（4）执行机构仅为油缸，无液压马达[4]，仅能完成较为简单的方向、压力或流量控制控制回路，至多完成两缸顺序动作回路，缺乏较为形象的动作演示，无法有效提高学生的学习积极性；回路也较为简单，不利于学生综合能力的培养。

（5）无手动换向阀，无法完成多回路的手动换向回路安装与调试，且采用板式阀占用空间过多，集成度欠佳。

（6）橡胶软管均存放在实验台上或下面的柜子中，既不美观又不方便存取[5]。

2 QCS014A液压实验台改进与设计

基于第1节分析，本文提出了如下改进与设计思路。

（1）将先导溢流阀的远程控制口开放出来，直接利用该控制口与电磁阀和远程调压阀一起实现远程卸荷或远程调压。

（2）在实验台的左侧区域安装先导手柄，在右侧的阀板区域增加液控阀，二者连接实现先导控制系统的安装与调试。

（3）工控机区域进行改进，将PLC开放出来，与计算机结合，让学生通过编程与电气线路连接完成自动控制，实现液电复合。

（4）开发工程机械中较为典型的装载机、挖掘机和汽车起重机执行机构，并根据其产品液压系统配置液压控制阀，并模拟阀前补偿的先进控制技术。

（5）在实验台的右下方集中布置阀块安装手动换向阀，共用进油和回油口，实现手动控制系统的集中控制和安装调试。

（6）单独制作油管挂架，长管与短管分类存放，上方设置存放接头的区域，底部布置拖盘储存残油。

3 QCS014A液压实验台改进效果与应用

3.1 改进效果

学校、用人企业和生产厂家全面进行校企合作，在明确改进思路的基础上，详细制定了实验台生产技术要求并付诸实施，成功制作了QCS014D液压教学实验台，如图2所示。

图2 QCS014D液压实验台外形Fig.2 QCS014D hydraulic test bench outline

（1）在实验台的左下方设置了3个先导手柄，与右侧阀板上的液动阀组合实现先导控制，正常情况下是使用2个手柄，对于动作较多的工程机械主机产品，可以使用第3个手柄或采用电磁阀进行分流切换。

（2）在实验台的左上方安装了开放式PLC，并设置了电气插头和操作按钮，可以与配套的计算机一起完成自动控制系统的PLC编程、电气线路连接及自动控制调试。

（3）如图3所示，实现了主溢流阀远程控制口的开放，提高了操作的方便性和安全性，简便了油路连接，提高了实验效率。

图3 远程控制口设计改进前后对比Fig.3 Comparison of remote control port design before and after improvement

（4）在实验台右下方区域集中布置了13路手动换向阀，各个手动换向阀共用P口和T口，满足了多路手动控制系统使用要求。

（5）开发了装载机、挖掘机和汽车起重机执行机构（如图4所示），与原来的单独液压缸相比，执行机构多样，动作直观，较为贴合企业生产实际，其中汽车起重机液压系统还可模拟阀前补偿技术。

图4 装载机、挖掘机和汽车起重机执行机构Fig.4 Actuators for loaders,excavators and truck cranes

（6）设计制作了油管存放架，即方便了存取，又美观整洁，且移动方便、便于搬运。如图5所示。

图5 液压油管架Fig.5 Hydraulic tubing rack

3.2 应用成效

设计改进的QCS014D液压实验台在实际使用中得到学校领导、同行专家及用人单位的一致认可，其教学内容相对之前较为丰富，液压回路的设计可以与实际产品相结合，融入先进液压控制技术，适当增加液压回路的复杂程度，提高学生的设计与应用水平，提高实验教学效果。图6～7所示分别为该实验台所设计的装载机手动和先导液压控制系统原理图及动作顺序表，图8所示为该实验台所设计的装载机电动和自动控制系统液压原理图、动作顺序表、PLC外部接线图及PLC控制程序[6]。总体来讲较为综合，实验效果良好，类似的回路设计还有挖掘机、汽车起重机等，在此就不再一一赘述。

图6 装载机手动控制系统液压原理及动作顺序Fig.6 Loader manual control system hydraulic schematic diagram and action sequence table

图8 装载机电动及自动控制系统液压原理图、动作顺序表、PLC外部接线图及PLC控制程序Fig.8 Loader electric and automatic control system hydraulic schematic diagram,action sequence table,PLC external wiring diagram and PLC control program

这里需要说明，对于控制功能较多的产品，如汽车起重机的上车执行机构有伸缩、变幅、回转、主副卷扬共5个动作，采用2个手柄满足不了控制需求，故在设计中可以采用备用的第三只手柄来进行控制，同时也可以利用增加电磁阀和切换开关对其中一个先导手柄的出油口来进行动作的切换，控制效果相同。

4 结束语

本文通过对QCS014A实验台进行改进设计，开发设计了QCS014D液压实验台，开放了系统溢流阀的远程控制口，实现了远程卸荷和远程调压的直接控制；设置了先导手柄，与液控换向阀组合实现了先导控制系统安装与调试；开放了PLC控制系统，实现了学生完成PLC编程与线路连接的自动控制；增加了手动控制阀集成块，实现了多回路手动控制回路实验需求；单独设计了油管挂架，便于油管存放和搬运；设计了3种执行机构，丰富了液压回路连接，提高了学生的学习积极性，有效促进了实验实训教学质量。从实际运用结果来看，整体效果良好，有效提高了实验教学质量和用人单位的满意度。当然这也只是冰山一角，要想全面提高实验教学质量，学校与企业之间还需要进行更多的合作，共同开发实验设备，共同编制实验内容，努力培养“到企业就能用，一用就能成功”的莘莘学子，望能与各位共同努力提高各自专业的实验教学质量。