基于Solidworks的液压与气动技术实训课程改革——以石家庄职业技术学院为例

赵 磊

(石家庄职业技术学院 机电工程系,河北 石家庄 050081)

液压技术在国家经济发展中有着十分重要的地位,其所涉及的领域包括汽车、农林、医疗、装备制造乃至国防建设等.液压技术已遍布人们生活的各个角落,在各种智能装备中起着关键作用,智能机床、智能机器人、智能生产线等都有液压技术的应用.

作为高职院校机电类专业核心课程,液压与气动技术课程的目标是使学生在掌握液压系统动作循环图、工作原理图、系统安装图的基础上,能够完成液压元件的选型、液压系统的设计和安装.通过对典型的液压系统的调试,使学生对系统参数的设定有深刻的理解,为系统设计、维护维修打下基础.石家庄职业技术学院(以下简称“学院”)在机电工程系开设该课程,在课程的教学过程中进行了基于Solidworks的液压与气动技术实训课程改革.

1 液压与气动技术课程项目化探索

液压与气动技术课程目前在学院的机电一体化技术、数控技术、机械制造及自动化3个专业均有开设,在机器人专业也有开设,是专业基础课程,具有课程学习人数多、技术应用面广泛的特点.

课程在机电一体化专业为64学时,其中40学时为理论教学,24学时为实训教学.理论教学采用项目式,共5个项目,分别是液压传动基础、液压元件识别、液压回路认识、液压图的识别、电液一体化系统设计.教学设计从单一元件认识到整体系统识别,从识图、读图到独立完成液压设计图,层层递进.实训教学共3个项目,分别是典型厂家液压元件选型、液压回路仿真设计、液压系统整体设计,实训的目的是将理论进行实践应用.

教学手段有多媒体、动画、仿真软件、元件实物、实验台综合实验等,其目的是使教学过程更贴近企业的实际应用,体现“面向企业”的课程理念,通过激发学生的学习兴趣,提高课堂效率.

2 液压与气动技术实训课程教学中存在的问题

实训课程内容主要包括液压元件的识别、液压回路(换向回路、调压回路、调速回路)搭建,目的是培养学生的液压元件识别能力、液压回路设计能力.但是实训教学中存在一些问题.

一是液压实训设备落后,难以紧跟液压技术发展.由于液压实训设备价格较高,其更新周期较长,学院的设备难以跟上液压技术的飞速发展,学生无法通过实训掌握最新的液压技术.

二是液压实训设备的安全性问题.在实训教学中,教师需要先讲解液压系统图,告知学生各液压元件的连接方法,而后学生才在实验台上用油管进行正确的连接.虽然液压实训设备使用较低油液压力,但是低压也可能会由于学生操作不当而造成安全事故.例如油管未正确连接、油管破损等,这些都是液压实训中的安全隐患.

三是教学方法的局限性.由于液压实训设备体积较大,价格较高,购买数量较少,往往十几个学生使用一台设备,教学效果不佳.由于液压元件重量较大,考虑到安全性和使用方便性,实训时使用的液压元件均为固定摆放,学生只能在液压实训台进行固定的液压实训.

液压实训方法的局限性还表现在对知识点考察不足,目前在液压系统设计实训中,大多采用现有的液压元件按实训任务要求进行回路搭建,虽然对学生的液压系统设计能力有一定提高,但却忽略对液压元件的选型、阀块的设计等相关知识点的考察,而这些知识点正是在企业实际生产中必须掌握的.如果使用现有实训台完成搭建液压回路、液压元件的选型、阀块的设计等实训任务,则实训室需要储存大量的液压元件供学生选用,而且需要进行阀块的机械加工,因此实施困难.

液压与气动技术实训课程的任务设计难以面向真实应用,而是根据实训室已有的液压元件进行实训,并且实训任务也不能根据液压技术的发展得到及时更新[1].

3 Solidworks软件与液压与气动技术实训课程结合的应用

Solidworks软件课程是学院机电一体化技术专业、数控技术专业、机械制造及自动化专业学生必修的课程,其目的是利用计算机三维设计软件完成机械设计、运动仿真、力学分析等任务,为学生进入机电产品生产企业,满足机械产品设计、分析、制作、安装与维护、管理与营销等岗位需求打下一定的基础.

将Solidworks与液压与气动技术实训课程结合,采用三维建模仿真的方式可弥补液压与气动技术实训课程教学的不足,让学生将液压系统设计中选用的液压阀进行三维模型绘制,考察学生对液压阀结构和工作原理的掌握情况.通过对阀块进行三维模型设计,考察学生对液压阀块的设计、液压阀与阀块安装方法等知识点的掌握情况.这种实训方式更加贴近实际应用,有利于提高学生的专业技能[2].

可以将国内外知名液压厂家的样本手册作为液压与气动技术实训课程的参考资料.学生通过查找厂家样本手册,确定所选用液压阀的型号,根据手册中的二维工程图纸使用Solidworks进行三维建模.

4 液压与气动技术课程实训任务设计改革

在分析现有实训课程任务不足的基础上,根据课程目标进行实训任务改革,目的是将理论学习应用于实践,主要考察学生对液压系统设计步骤、液压零件选型方法、液压回路搭建方法、液压元件安装工艺方法的掌握情况[3].本文以压力机液压系统设计实训任务为例进行分析.

原有的压力机液压系统设计实训任务由于实验室液压元件数量不足,无法给出设计参数,仅仅是根据现有的液压元件进行回路设计与搭建,考察知识点不全面.

改革后的实训任务给出了相关设计参数,知识点考察全面.改革前后实训任务见表1.

表1 改革前后的压力机液压系统设计实训任务

学生按改革后的任务要求,对液压回路进行设计,画出液压系统图,见图1.

图1 液压系统图

学生通过理论计算进行液压元件选型,选型结果见表2-表6.

表2 液压缸选型

表3 液压泵选型

表5 换向阀选型

表6 节流阀选型

5 将Solidworks融入液压与气动技术课程实训任务

本文根据改革后的压力机液压系统设计实训任务,说明将Solidworks融入液压与气动技术课程实训的方法.

(1)使用Solidworks对液压元件建模

根据所选择的液压元件型号,查找对应元件二维工程图纸,根据图纸所示尺寸,使用Solidworks对换向阀、溢流阀、节流阀进行三维建模.主要考察学生对其结构的认识,对整体尺寸、安装尺寸的识别,对进油口、回油口、工作油口结构布置的的掌握情况.所建立的三维模型见图2,其中,a为换向阀三维模型,b为溢流阀三维模型,c为节流阀三维模型.

图2 建立的液压元件三维模型

(2)合理设计液压阀块

液压阀块的设计就是将所选取的液压阀合理地放置到液压阀块各面上,并根据液压原理图,进行相关孔道的连通,包含进出油口、工作油口及工艺孔[4].

学生根据阀块在系统中的布置和管路布局初步确定各外接油口在阀块上的位置,并根据流量确定接头规格.根据工作原理、系统布局、各阀本身特性和维护性能初步确定各控制阀在阀块上的安装位置.设计并反复优化各外接口和阀件间的流道,使各流道依据设计原理进行正确、合理的连通[5].

对液压阀块进行三维设计,所设计的阀块外形及内部结构图见图3.

图3 设计的阀块外形及内部结构图

(3)液压系统虚拟安装

在Solidwords中,对所设计的阀块与换向阀、溢流阀、节流阀、油管进行虚拟安装,考察学生对安装位置、安装尺寸、安装方法的掌握情况.液压系统安装图见图4.

图4 液压系统安装图

6 典型液压元件三维模型库的建设

目前课程教学多用动画或二维图进行液压元件的讲解,液压厂家也仅提供二维图,致使教学不直观,学生对液压元件内部构造、液压工作原理不易理解,学习兴趣不高.

学生在液压与气动技术实训课程中构建的三维模型可以应用于课堂教学中,可以做外观、内部结构的全方位展示.

通过每学年对液压与气动技术课程实训任务的更新,让学生对不同型号的液压元件进行建模,利用建模结果建设典型液压元件三维模型库,用于虚拟教学,如液压元件的拆装、液压元件的选型、液压系统的仿真设计、液压回路的搭建等,这样可以使课堂更生动形象,贴近实际[6].

7 结语

将Solidworks软件引入实训课程中,可弥补液压实训设备落后、数量少、安全性低、操作不方便等不足.通过对实训题目的设计,使学生能深入了解液压系统设计方法;国内外知名液压厂家样本手册的使用,使实训内容更贴近企业实际生产,能更好地将理论知识应用于实践;通过每学年对实训题目的更新,可使设计内容紧跟液压技术发展;学生所绘制的三维模型可以充实教学资源,建立典型液压元件三维模型库.在理论教学中进行虚拟教学,可提高学生学习兴趣.