韓翠娥 劉鵬遠 李 兵 米雙山軍械工程學(xué)院 河北石家莊 050003

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裝備液壓系統(tǒng)課程教學(xué)研究與實踐

韓翠娥 劉鵬遠 李 兵 米雙山
軍械工程學(xué)院 河北石家莊 050003

摘 要：在武器裝備液壓傳動與控制課程教學(xué)實施中，通過有針對性地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采取適合的教學(xué)方法，融入豐富多樣的教學(xué)手段，大大提高了課堂的授課質(zhì)量，同時特別是仿真軟件的引入對培養(yǎng)學(xué)員學(xué)以致用的能力具有顯著作用。關(guān)鍵詞：教學(xué)研究；教學(xué)實踐；液壓傳動與控制

液壓技術(shù)以其自身的優(yōu)越性在大型武器裝備中得到了非常廣泛的應(yīng)用，比如導(dǎo)彈的裝填、發(fā)射平臺及載車調(diào)平等。然而，在目前的武器裝備液壓傳動與控制課程教學(xué)中，面臨著兩個問題：一方面學(xué)時減少(目前，該課程僅有20學(xué)時)；另一方面，裝備液壓回路、系統(tǒng)的組成元件較多，回路復(fù)雜，回路中油液流動方向錯綜復(fù)雜，不便于學(xué)員理解和掌握。那么，如何在如此有限的學(xué)時內(nèi)，既完成課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，又能使學(xué)員真正掌握、理解武器裝備液壓系統(tǒng)的基本原理和工作情況，是目前本門課程教學(xué)所面臨的一個難題。為此，課程組成員在課程教學(xué)實踐過程中融入了多種教學(xué)方法和手段來提高課堂的授課質(zhì)量與授課效果，受到學(xué)員及督導(dǎo)組的一致好評。具體做法如下。

1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計

該門課程的針對性很強，即課程主體針對的是武器裝備的液壓系統(tǒng)，所以，鑒于學(xué)時的限制，不能按照通用教材的內(nèi)容進行講授，即既不能按照傳統(tǒng)的從流體力學(xué)基礎(chǔ)→液壓元件→液壓基本回路→典型液壓系統(tǒng)的內(nèi)容組織方式來講解(這樣學(xué)時不夠，使學(xué)員對裝備液壓系統(tǒng)的掌握只能停留于表面)；也不能舍棄基礎(chǔ)知識，直接講裝備液壓系統(tǒng)(沒有液壓基本知識作背景，學(xué)員對裝備液壓系統(tǒng)的學(xué)習(xí)就會變得困難)。綜合兩方面考慮，本課程將教學(xué)內(nèi)容劃分為：液壓元件、武器裝備液壓系統(tǒng)兩大模塊，以分析武器裝備液壓系統(tǒng)原理，排除武器裝備液壓系統(tǒng)故障為牽引，遵循“由元件到系統(tǒng)”的縱向主線來安排內(nèi)容；橫向上，圍繞著“從原理到應(yīng)用”的思路來設(shè)計每一模塊的內(nèi)容，理論與實踐緊密結(jié)合，既提高了授課質(zhì)量，又提升了學(xué)員的動手能力。

2 教學(xué)方法因材而變

武器裝備液壓傳動與控制課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，因此在傳統(tǒng)的課堂講授的基礎(chǔ)上，針對不同的教學(xué)內(nèi)容必須采用不同的教學(xué)方法，豐富課程教學(xué)。

2.1 類比教學(xué) 觸類旁通

液壓系統(tǒng)的特點就是油液在密閉的不可視的管路內(nèi)流動，課程中的許多概念比較抽象、不好理解，使學(xué)員缺乏感性的認(rèn)識。為使學(xué)員更好地理解和掌握本門課程，在教學(xué)過程中采用了類比教學(xué)，助力學(xué)員的理解。

比如，將液壓元件與學(xué)員熟知的電路元件進行功能上的類比，收到了較好的教學(xué)效果。如液壓泵與發(fā)電機，都是在回路中的動力源；蓄能器與電容器，在回路中都作為儲能元件；油壓與電壓類似，流量與電流類似，因此串并聯(lián)電路中的電壓特性、電流特性同樣適用于液壓串并聯(lián)回路中的油壓特性和流量特性；

除此之外，在液壓控制元件中，如溢流閥、減壓閥、順序閥三者雖然用途不同，但是其結(jié)構(gòu)原理圖非常相似，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)員特別容易混淆。針對這一情況，在講授過程中，在重點講授先導(dǎo)式溢流閥的基礎(chǔ)上，將其他兩個與其對比講授，最后由學(xué)員歸納總結(jié)三種閥的異同點，如它們工作的本質(zhì)都是：閥芯的開啟都是利用液壓作用力與彈簧力相平衡的原理來實現(xiàn)的；不同點表現(xiàn)在圖形符號、進出油口的狀態(tài)(常開還是常閉)、控制油源、泄漏形式，穩(wěn)定的是入口油壓還是出口油壓；閥出口處的連接情況等。通過重點講解，對比分析和引導(dǎo)討論之后，學(xué)員不僅對溢流閥、順序閥、減壓閥三個典型的液壓元件之間的區(qū)別與聯(lián)系有了深刻地理解，同時也啟迪了學(xué)員分析問題的思路。

2.2 研討教學(xué) 激發(fā)創(chuàng)新

在課堂上針對某些教學(xué)內(nèi)容，不是直接呈現(xiàn)給學(xué)員，而是由學(xué)員分析討論之后自然得出結(jié)論從而引出相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。比如單向閥的內(nèi)容，包括：普通單向閥、液控單向閥和雙向液壓鎖等三大類。如果按部就班把這些內(nèi)容直接灌輸給學(xué)員，顯然起不到讓學(xué)員深度思考的作用。相反，如果采用在講解普通單向閥的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)員思考，如果要使液流能夠反向流動該怎么辦呢？使學(xué)員在思考中尋找解決方案，從而可以很自然地引出液控單向閥——可以在外部油液的控制下實現(xiàn)油液的雙向流動；講完液控單向閥，在其應(yīng)用回路——鎖緊回路中，存在著單方向鎖緊的特點，針對這一情況，如果要在某些回路中需要實現(xiàn)雙向鎖緊又該怎么辦呢？在此基礎(chǔ)上更進一步引導(dǎo)學(xué)員思考，在學(xué)員的討論中激發(fā)靈感，在回路的實現(xiàn)上可得到雙向液壓鎖的結(jié)構(gòu)方案，從而引出該部分內(nèi)容。顯然這種層層遞進的思考既加深了學(xué)員對教學(xué)內(nèi)容的深層次理解和掌握，更提高了學(xué)員分析問題解決問題的能力。

2.3 項目驅(qū)動 鍛煉能力

對于裝備液壓系統(tǒng)這部分內(nèi)容，打破常規(guī)的由“結(jié)構(gòu)組成→工作原理→工作過程”的“直敘式”結(jié)構(gòu)講授方式，代之以系統(tǒng)功能為牽引(即以實現(xiàn)裝備系統(tǒng)功能為項目驅(qū)動)，一步步引導(dǎo)學(xué)員分析采用什么樣的回路來實現(xiàn)這一功能，步步深入，層層遞進，以此來激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新思維，突出學(xué)為主體的教育理念。

例如在講解某裝備舵機液壓伺服系統(tǒng)控制回路時，并不直接給出該伺服系統(tǒng)液壓回路進行講解，而是根據(jù)舵機所實現(xiàn)基本功能——根據(jù)輸入電信號的大小控制舵面偏轉(zhuǎn)的角度，讓學(xué)員自行思考，可以很容易搭出一個基本回路，包括：油源、電液伺服閥、液壓缸以及其他輔助元件等；接下來，根據(jù)實際情況，對這個基本回路進行改進，逐步引出回路中其他重要的部件，一步步逼近實際的裝備回路。如：從結(jié)構(gòu)緊湊、對油液的清潔度要求非常高的角度，可將開式回路→閉式回路；在此基礎(chǔ)上，執(zhí)行元件的回油直接被液壓泵吸入，是不是這樣就不需要油箱了？當(dāng)然不是，答案是不光需要，還需要改進，從而引出增壓油箱(類比增壓油缸，去引導(dǎo)學(xué)員建立增壓油箱的基本結(jié)構(gòu))；從系統(tǒng)安全的角度出發(fā)，增加低壓安全閥和高壓安全閥。至此基本完成了驅(qū)動舵機偏轉(zhuǎn)的液壓回路的原理設(shè)計。

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，這種將裝備案例作為一個具體項目引導(dǎo)學(xué)員不斷思考逐步構(gòu)建裝備液壓回路的過程，比起直接將內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)員按照回路的組成、各部分的作用、回路的工作原理的教學(xué)思路，更能激發(fā)學(xué)員的思維和創(chuàng)新能力，同時也鍛煉了學(xué)員系統(tǒng)設(shè)計的能力。

3 教學(xué)手段豐富多樣

在教學(xué)過程中通過采用多種教學(xué)手段豐富課堂教學(xué)，如在課堂講授中采用多媒體動畫對元件和系統(tǒng)的工作情況進行動態(tài)模擬，從而將較為機械抽象的內(nèi)容變得更加具體、生動、形象和直觀。課堂講授之外，通過實驗教學(xué)還原課堂理論，鍛煉學(xué)員的動手能力，同時也增加了感性認(rèn)識。同時，在課堂上引入液壓仿真軟件對某些液壓回路進行仿真，為培養(yǎng)學(xué)員的系統(tǒng)設(shè)計能力奠定基礎(chǔ)。

3.1 引入多媒體動畫 內(nèi)容形象直觀

液壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)不可視，而且裝備液壓回路、系統(tǒng)的組成元件較多，回路中油液流動方向錯綜復(fù)雜，不便于學(xué)員理解和掌握。所以在教學(xué)中，把教學(xué)內(nèi)容中的難點、不利于學(xué)員理解和掌握的內(nèi)容，均利用Flash軟件制作成動畫，可以把文字、圖形和動畫有機地結(jié)合在一起，大大提高了課堂的授課質(zhì)量和效果。為此，在本課程的教學(xué)過程中，我們將所有的液壓元件的結(jié)構(gòu)及工作原理都制作成了Flash動畫(連同液壓回路Flash動畫共計83個)，以先導(dǎo)式減壓閥為例，如圖1所示。

圖1 先導(dǎo)式減壓閥結(jié)構(gòu)及工作原理演示

3.2 通過實驗教學(xué) 鍛煉動手能力

為增強學(xué)員動手能力，特別購置了由吉林大學(xué)設(shè)計的YJS-05型快速插接式多功能液壓教學(xué)實驗臺。該實驗臺全部采用積木組合，學(xué)員可根據(jù)教學(xué)要求在不使用任何工具的情況下快速靈活地組建實驗所需要的回路，它提供了各種元件的靜、動態(tài)實驗、各類液壓基本回路實驗，也可對簡單裝備液壓回路進行搭建。在課堂理論的基礎(chǔ)上，通過學(xué)員自己動手搭建回路進行嘗試，從而對理論知識有了更深一層的理解，用理論去指導(dǎo)實踐，最終由實踐又驗證了課堂理論教學(xué)，并鍛煉了學(xué)員的動手能力。

圖2 YJS-05型液壓教學(xué)實驗臺

3.3 引入液壓仿真 培養(yǎng)設(shè)計能力

雖然在授課過程中大量采用了多媒體動畫來演示液壓回路的工作過程和工作原理，但是這些動畫都是我們事先設(shè)計好的，回路的工作情況是按照我們的意愿來工作，對于所設(shè)計的液壓回路而言，是否存在什么問題并不能夠展現(xiàn)出來。因此為了培養(yǎng)學(xué)員系統(tǒng)設(shè)計的能力，在課堂上首次引入了FluidSIM仿真軟件，它不光能夠反映系統(tǒng)的工作過程，并且還可以對元件進行參數(shù)設(shè)置等動態(tài)設(shè)計，如果回路設(shè)計不合理，系統(tǒng)就不能正常工作(執(zhí)行元件無反應(yīng))，所以這款軟件具有動畫軟件所無法比擬的優(yōu)點。如圖3所示為利用該軟件對某型車輛調(diào)平系統(tǒng)液壓原理圖進行的仿真演示。該軟件的應(yīng)用一方面可以作為多媒體動畫的一個有意義的補充，另一方面對于學(xué)員將來從事相關(guān)設(shè)計工作以及對裝備液壓系統(tǒng)進行故障排除都具有很強的指導(dǎo)意義。

圖3 某車輛調(diào)平系統(tǒng)液壓仿真原理圖

4 結(jié)束語

課程改革后，經(jīng)過兩期的教學(xué)實踐，學(xué)員一致反應(yīng)對本門課程有了更深刻的認(rèn)識。研討教學(xué)鍛煉了學(xué)員的思維能力，在相互的討論中激發(fā)出靈感；多媒體教學(xué)手段更是豐富了課堂教學(xué)，加深了學(xué)員對知識的理解和掌握；項目驅(qū)動教學(xué)以及FluidSim軟件的引入對于培養(yǎng)學(xué)員系統(tǒng)設(shè)計的能力具有很強的指導(dǎo)意義，真正做到了學(xué)以致用。

參考文獻

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材料科學(xué)課程教學(xué)專題

Teaching Research and Practice on Hydraulic System Course for Equipment

Han Cuie, Liu Pengyuan, Li Bing, Mi Shuangshan
Ordnance Engineering College, Shijiazhuang, 050003, China

Abstract:During teaching practice of hydraulic drive and control course for weapon equipment, teaching quality in class has been improved greatly by optimizing the specific teaching content, adopting appropriate teaching method, and bringing various teaching measures into the classroom. Specifically, the students can use what they have learned expertly in their future work through introducing simulation software in the classroom.

Key words:teaching research; teaching practice; hydraulic drive and control

作者簡介：韓翠娥，碩士，講師。

收稿日期：2015-11-14