王新文中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院　北京　100083

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程建設(shè)

礦物加工機(jī)械的課堂教學(xué)與實(shí)踐

王新文
中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院北京100083

礦物加工機(jī)械是礦物加工工程本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課程，內(nèi)容涉及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論。隨著現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境和教學(xué)資源的不斷改善及合理配置，教學(xué)方式和手段也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。作為傳統(tǒng)多媒體教學(xué)的補(bǔ)充，利用Solidworks軟件，繪制各種機(jī)械設(shè)備的三維圖，組建了立體圖庫，不僅使學(xué)生可以觀察機(jī)械設(shè)備外觀，而且可以看到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的裝配關(guān)系以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)生看得見、記憶深。

礦物加工機(jī)械；三維圖庫；教學(xué)

礦物加工機(jī)械是礦物加工工程的重要組成部分。礦物加工的過程是由多種機(jī)械設(shè)備共同完成的，機(jī)械設(shè)備彼此銜接并承擔(dān)各自不同的任務(wù)，其性能和能力決定礦物加工產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，礦物加工機(jī)械是保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的十分重要的環(huán)節(jié)。[1-3]

礦物加工工程是中國礦業(yè)大學(xué)(北京)的傳統(tǒng)學(xué)科，旨在培養(yǎng)從事礦物分選和礦產(chǎn)資源綜合利用領(lǐng)域的科研、技術(shù)和管理人才。礦物加工機(jī)械是礦物加工工程本科專業(yè)的必修課程之一，主要包括運(yùn)輸提升機(jī)械、篩分破碎機(jī)械和脫水機(jī)械三大部分。

1　三維立體模型庫的建立

一直以來，實(shí)習(xí)是學(xué)生認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)礦物加工機(jī)械的主要環(huán)節(jié)。4年共有3次實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，包括認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)以及畢業(yè)實(shí)習(xí)。隨著現(xiàn)代化企業(yè)規(guī)章制度的建立，安全生產(chǎn)和環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，選煤廠的安全防護(hù)和防塵等級(jí)不斷提高，有關(guān)措施得到有效落實(shí)，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件大都安裝了防護(hù)罩或隔離網(wǎng)；物料的轉(zhuǎn)接點(diǎn)等起塵處都裝有防塵密封或集塵罩。學(xué)生參觀實(shí)習(xí)只是表觀印象，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)模糊不清，近些年，學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)收獲有下降的趨勢(shì)。

從歷史上看，機(jī)械課堂授課經(jīng)常采用工程平面圖進(jìn)行講解。實(shí)踐表明，教學(xué)中的平面圖，由于篇幅和資料來源的局限，往往是有總圖而沒有零部件圖，有主視圖而沒有左視和俯視圖，視圖信息嚴(yán)重不足。因此，大量的教學(xué)時(shí)間花費(fèi)在師生共同猜圖上，學(xué)生意識(shí)里很難建立正確的三維立體感模型。[4，5]

為了有利于礦物加工機(jī)械的“教”與“學(xué)”，我院師生共同行動(dòng)，到洗煤廠和機(jī)械設(shè)備制造廠深入調(diào)研學(xué)習(xí)和收集圖紙資料。對(duì)于沒有資料借鑒的進(jìn)行了測(cè)繪和設(shè)計(jì)，經(jīng)過多年的努力，建立了礦物加工機(jī)械三維模型圖庫，圖庫由三大模塊組成。

(1)運(yùn)輸提升模塊：膠帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、斗子提升機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)和螺旋輸送機(jī)等。

(2)篩分破碎模塊：雙齒輥破碎機(jī)和圓振動(dòng)篩等。

(3)脫水模塊：臥式刮刀離心機(jī)、臥式振動(dòng)離心機(jī)、大型香蕉篩、一般直線振動(dòng)篩等。

圖1　大型香蕉篩三維立體模型圖

2　三維立體模型的教學(xué)

礦物加工機(jī)械的授課主要是講述機(jī)械設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論。首先要講述機(jī)械設(shè)備的用途，也就是加工什么物料？從哪里進(jìn)入該機(jī)械設(shè)備？是怎么樣加工的？加工完成后，又是從哪里出去的？

例如，在講述選煤常用機(jī)械設(shè)備的大型香蕉篩時(shí)，首先讓學(xué)生觀看香蕉篩工作視頻，注意3個(gè)過程：來料、加工以及出料，掌握香蕉篩的用途。在講述香蕉篩的結(jié)構(gòu)時(shí)，利用三維立體圖演示，教學(xué)效果非常明顯，具有其他手段不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2.1旋轉(zhuǎn)和縮放

如圖1所示，利用旋轉(zhuǎn)和縮放功能觀看機(jī)械設(shè)備，其方便性和快捷性的特點(diǎn)非常突出，就像在機(jī)械制造廠用多部吊車配合提升、翻轉(zhuǎn)、走進(jìn)、遠(yuǎn)離的觀察。在工廠里幾小時(shí)的學(xué)習(xí)過程，在課堂上幾分鐘就從各個(gè)視角觀看了機(jī)械設(shè)備的全部外貌。

2.2隱藏和剖切

學(xué)生實(shí)習(xí)或參觀看到的都是機(jī)械設(shè)備局部外貌，要搞懂內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只能依靠反復(fù)研究平面圖紙加上空間想象。實(shí)踐證明，在校本科生的視圖和想象力水平較低，掌握復(fù)雜設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是非常困難的，甚至在短期是不可能的。

例如，大型直線振動(dòng)篩的箱式激振器，主要零部件都被密封在箱體內(nèi)，學(xué)生看不到。按傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即使在圖紙齊全的情況下，也要反復(fù)研究圖紙20余張，在時(shí)間有限的課堂上是不可能的。

利用三維模型的零件隱藏和剖視功能，可以將外殼隱去使內(nèi)部暴露，直接讓學(xué)生看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將配合件剖切，可以看到零部件之間的配合。

圖2是激振器三維模型圖，2-a隱去了激振器防護(hù)罩，清楚地看出偏心塊；2-b隱去了激振器的箱體，暴露出了一對(duì)齒輪的嚙合；2-c偏心塊的剖視圖，看出配重塊和銷子的安裝關(guān)系。

圖2　激振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

實(shí)踐表明，利用三維模型的零件隱藏和剖視功能，演示和講述激振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，講解時(shí)間由原來的30分鐘縮減到10分鐘左右，學(xué)生不留疑問，課堂教學(xué)直觀、易懂、省時(shí)。

2.3運(yùn)動(dòng)演示

有些重要機(jī)械設(shè)備或部件，零件較多，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜。例如，臥式刮刀離心機(jī)中的擺線針輪差速器，既是課程教學(xué)重點(diǎn)又是難點(diǎn)。以往用平面圖講述其結(jié)構(gòu)、原理和差速比理論，學(xué)生立體感意識(shí)不清，大多數(shù)學(xué)生似懂非懂。

如圖3所示，應(yīng)用三維模型的運(yùn)動(dòng)演示功能，賦予零部件之間的約束或關(guān)聯(lián)，在輸入軸和外殼上分別施加轉(zhuǎn)速n1和n3，學(xué)生就可以看到輸出軸轉(zhuǎn)速n2，記錄轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，帶入公式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論n1，n2，n3如何變化，計(jì)算的i值總是定值，從而引出并講解差速比的概念，學(xué)生就非常容易理解。

圖3　 擺線針輪差速器三維圖

3　結(jié)束語

隨著教學(xué)環(huán)境和資源的不斷改善，以提升教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，作為多媒體教學(xué)的補(bǔ)充，利用三維模型輔助教學(xué)，經(jīng)過多年的實(shí)踐有以下結(jié)論。

(1)省去了學(xué)生意識(shí)中平面圖到立體的建立過程，直接觀看機(jī)械設(shè)備的外貌和內(nèi)部的立體結(jié)構(gòu)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，由復(fù)雜想象變成了簡(jiǎn)單映射。

(2)三維立體模型直觀教學(xué)，學(xué)生理解和教師闡釋都非常容易，大大節(jié)省教學(xué)時(shí)間，教學(xué)效率高，教學(xué)效果好，學(xué)生印象深。

[1] 王新文.“礦物加工機(jī)械”課程教學(xué)改革與探討[J].煤炭高等教育，2013，31(6):123-125.

[2] 王新文，孫海洋. 三維制圖在“礦物加工機(jī)械”教學(xué)中的應(yīng)用分析[J]. 中國電力教育，2014(1):139-140.

[3] 馬力強(qiáng)，黃波，吳翠平.“礦物加工工程”實(shí)習(xí)教學(xué)改革探索[J].煤炭高等教育，2012，30(3):107-108.

[4] 陶有俊，趙躍民，謝廣元. 礦物加工工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)踐[J].煤炭高等教育，2011，29(1):118-119.

[5] 王侃，楊秀梅.虛擬樣機(jī)技術(shù)綜述[J].新技術(shù)新工藝，2008(3):29-33.

Teaching Reform and Practice ofMineral Processingmachinery

Wang Xinwen
China University ofmining & Technology （Beijing）， Beijing， 100083， China

"Mineral Processingmachinery" is a compulsory course ofmineral processing engineering， involving structures， principles and theories of relatedmachinery. With the continuous improvement ofmodern teaching environment and rational allocation of teaching resources， teachingmethods andmeans should be with the times. Solidworks software which is a supplement for traditionalmultimedia teaching can be used to draw 3D diagram of various devices and to set up dimensional gallery. Not only undergraduate students’ can observe the appearance of equipment but also can see themovement of its internal structure and assembly relationships of its parts. It can be seen by the students， andmemorable.

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2015-02-10

王新文，博士，副教授，黨支部書記。