基于工程实践的《液压与气压传动》课程教学案例建设

张 良，万宇杰，方自强，毕 翔

（江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）

引言

《液压与气压传动》课程是机械类专业中重要课程之一，课程包括液压传动与控制、气压传动与控制，是自动化技术的重要组成部分，广泛应用在车辆工程、冶金工程、船舶工程、机械工程等领域，特点是在航空航天、机器人、核电工程等工程装备中得到应用[1-2]。对于液压传动与控制的应用，是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，很多大国重器都能体现液压传动与控制的应用[3]。因此，《液压与气压传动》在机械类专业建设以及人才培养过程中，显得非常重要。该课程是以工程应用为教学目标，突出培养学生的职业能力，是具有专业技术基础性性质的必修课程之一。在常规传统教学方式中，课程教学以理论教学为主，教师以课堂形式将教材知识点面面俱到地传授给学生[4-5]。这样的教学方式很难培养出学生的职业能力，以及创新性，需要对课程教学内容进行改革。

1 《液压与气压传动》课程教学问题分析

1）课程课时严重不足。随着国家对本科教育改革持续深入，为了全面提高学生德智体美劳等方面的素质，各个高校都对人才培养计划做了不同程度的改革，增加了基础性的课程，以提高学生人文修养以及树立正确的人生观，相对地降低了学生对于专业课程的学习深度要求。而对于机械类专业而言，随着课程数量的增加，相应的课程课时需要减少。对于重要的专业基础课《液压与气压传动》而言，课时也相应减少。但是由于课程内容相对较多、较抽象，而且实践性很强，不同的应用工况下液压或气压传动系统组成、原理以及控制方式等都不同，难以在较短时间内完成课程内容，达到教学目标要求。

2）课程内容抽象化。《液压与气压传动》课程教学，大部分教学还是停留在课堂满灌的方式，根据教材内容，仅仅是将教材上的基本概念、基本原理一一讲授给学生，学生只是作为课堂内容的接收者，对液压与气压传动技术了解比较肤浅，只能停留在课本上的内容，停留在课程考试上。经过这样的照本宣科式的教学内容，学生对液压动力元件、执行元件、控制元件等知识点，只会是离散化的状态，没有形成系统化的知识体系，进而难以形成学生的职业能力，更是无法适应以后工作岗位的技能需求。

3）课程教师知识体系不完善。在一些地方高校，由于师资力量薄弱，教学设施不完善，在机械类专业中只设置了一些基础专业课程，没有开设《液压与气压传动》的先导课，比如《流体力学》，教师的教学任务主要是讲授教材内容，缺乏工程实践应用教学案例，教师也没有工程实践经验，无法弥补先导课程的缺位，也难以在教学过程中使学生形成职业能力。

2 《液压与气压传动》课程教学内容改革

要解决《液压与气压传动》课程教学内容现存问题，必须对教学内容进行改革。以培养和提升学生职业能力为目的，在教学内容中融入工程实践案例，构建课程教学资源案例库，丰富教学内容，使教学内容具体化，方便学生理解课程知识点，使学生形成系统的课程知识结构体系。

2.1 液压控制元件

液压元件很多教学案例可以通过建立元件的三维图、爆炸图等教学知识库，这些只是让学生理解元件的结构组成，缺少让学生应用元件的环节。

为了让学生了解液压元件的工程实践应用，以冶金工程中炼铁工艺热风炉系统的液压系统为教学案例。该液压站为12 个闸门提供液压动力，其中6 个闸门工况是全开或者全关状态，即采用两位两通换向阀，另外6 个闸门工况允许闸门在中间位置停留，即采用三位四通换向阀。闸门的液压缸的性能参数根据工况确定。在这12 个闸门控制回路中，有些闸门的控制回路上设置“液压锁”，实现控制回路的保压。通过该案例学习，可以了解换向阀在工程实践中的应用，以及液控单向阀在保压回路中的应用。

结合液压阀现场安装图，如图1 所示。讲解液压元件安装以及调试方法。

图1 液压阀现场安装图

2.2 液压附件元件

液压附件是液压系统组成部分，教材课时不多，但是这些知识点在工程实践中应用广泛，基本知识点讲授给学生，学生可以在案例中不断领悟、提升，最后转化为职业能力。

以冶金工程中炼铁工艺热风炉系统的液压系统泵站部分为教学案例。该泵站内包含液压动力元件—液压泵；液压附件—油箱、蓄能器、液位计、回油过滤器等；液压控制元件—溢流阀，如图2 所示。

图2 液压泵站原理图

案例中，作为冷却系统，可以讲解液压系统的循环冷却系统，该系统是液压系统的重要组成部分，是保证油液质量与纯洁度的重要手段。循环冷却系统中的换热器常采用管式换热器或板式换热器。案例中，还有很多附件原件，比如油箱。油箱不仅作为存储油液的容器，还是散热的容器。以及工程实践中油箱的材质可以是碳钢也可以是不锈钢，详细讲解油箱的结构特点。过滤器是液压系统中重要的附件原件，是保证各个元件能正常工作的重要手段，过滤器种类很多，一般根据实际生产中，对于过滤性能要求而确定。

2.3 液压系统回路

液压系统回路知识时以液压控制元件、辅助元件为基础，综合应用课程知识的课程板块。为了让液压系统回路能更容易被学生掌握，采用建立液压系统回路应用案例库。

以数控机床的卡盘液压系统为教学案例，如图3所示。

图3 卡盘液压系统图

系统的工作原理：在要求卡盘处于正卡（卡爪向内夹紧工件外圆）且在高压大夹紧力状态下时，3YA失电，换向阀5 左位工作，系统选择减压阀3 工作。夹紧力的大小由减压阀3 来调整，夹紧压力由压力表7来显示。

当1YA 通电时，减压阀3 左位工作，系统液压油的流向为：油泵1→单向阀2→减压阀3→换向阀5左位→换向阀6 左位→液压缸右腔。液压缸左腔的油液经换向阀6 左位直接回油箱。这时，活塞杆左移，操纵卡盘夹紧。

当2YA 通电时，换向阀5 右位工作，系统压力油进入到液压缸左腔，液压右腔的油液经换向阀6 直接回油箱。这时，活塞杆右移，操纵卡盘松开。

在要求卡盘处于正卡且在低压小夹紧力状态下时，3YA 通电，换向阀5 处于右工作位，系统选择减压阀4 工作。夹紧力的大小由减压阀4 来调整，夹紧压力也由压力表7 来显示。

卡盘处于反卡（卡爪向外夹紧工件内孔）时，动作与正卡时相反。即反卡的夹紧是正卡的松开；反卡的松开是正卡的夹紧。

3 结语

课程教学改革需要以学生为中心，以促进学生职业能力提升为目的。这要求教师要不断完善教学方法，理论与实践紧密联系。针对《液压与气压传动》课程特点，建立基于工程实践的教学案例，通过具体的工程应用，培养学生的学习积极性，提升学生的综合能力，为课程教学改革提供理论指导。