唐珊珊 韋朝坤 張小雪

摘要：液壓傳動利用液體壓力能傳遞能量，有關壓力能的理解，是授課的重點也是難點，為了讓學生更好的理解壓力能，本文設計一套有效的教學環(huán)節(jié)，使用動畫導入，激發(fā)學生學習興趣;結(jié)合實例推導結(jié)論，學生在例題中理解結(jié)論的由來;合理布置練習和思考題，給學生思考的空間，幫助學生全面深入理解液壓系統(tǒng)中壓力的傳遞。

Abstract： Hydraulic transmission uses liquid pressure to transfer energy. The understanding of pressure energy is the focus and difficulty of teaching. In order to let students better understand pressure energy， this article designs a set of effective teaching links. First， use animation import to stimulate students' interest in learning. Second， combine examples to derive conclusions. Students understand the origin of the conclusions in the examples. Third， arrange exercises and thinking questions reasonably to give students room for thinking. This can help students fully understand the pressure transmission in the hydraulic system.

關鍵詞：液壓傳動;傳遞;壓力能

Key words： hydraulic transmission;transmission;pressure energy

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0256-02

0? 引言

液壓傳動是目前應用廣泛的傳動方式之一，它以液體為工作介質(zhì)，利用液體壓力能傳遞動力和進行控制。液壓傳動課程的理論性較強，如何讓學生理解這里的壓力能，是授課的重點，也是難點[1-3]。為了更好的達到教學目的，本文設計的教學過程分為以下幾個環(huán)節(jié)。首先，播放千斤頂?shù)膭赢?，讓學生思考重物是如何被抬起的，對液壓傳動有感性認識。其次，解釋千斤頂?shù)脑硎抢门了箍ǘ?，由感性認識轉(zhuǎn)為理論認知。這里學生可能會出現(xiàn)兩個疑惑，一、壓力為什么能夠傳遞;二、帕斯卡定律中的液體是靜止的，而液壓傳動系統(tǒng)中油液是流動的，定律適不適用。最后借助液體靜壓力基本方程和伯努利方程消除學生的疑惑。

1? 千斤頂動畫導入新課

液壓傳動有功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)等優(yōu)點，應用廣泛。首先播放液壓傳動實例圖片和千斤頂?shù)囊曨l導入新課，激發(fā)學生興趣。圖1為礦井下使用的液壓支架。

播放圖2千斤頂工作原理動畫前讓學生思考兩個問題。①在小液壓缸上施加力為什么可以把大缸上的汽車抬起？②一個不大的力為什么可以抬起很重的汽車？

2? 帕斯卡定律與壓力傳遞

先播放圖3帕斯卡定律實驗視頻，然后帶學生回憶中學時期學習過的帕斯卡定律，“不可壓縮靜止流體中任一點受外力產(chǎn)生壓強增值后，此壓強增值瞬時傳至靜止流體各點”。讓學生對抬起汽車的認識，由感性轉(zhuǎn)到理論。壓力可以傳遞，由于小缸和大缸是相通的，在小缸上施加力，壓力會傳到大缸里，在大缸產(chǎn)生相同的壓強，P1=P2，大缸的有效面積大，是小缸的十幾倍，甚至幾十倍，因此相同的壓強，大缸可以承受更大的力。解釋學生的第一個疑惑，液壓傳動的基本原理為帕斯卡定律，在密閉的容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點。

3? 利用液體靜壓力基本方程解釋帕斯卡定律

3.1 液體靜壓力基本方程

“靜止液體在單位面積上所受的法向作用力稱為靜壓力，在液壓傳動中簡稱壓力，在物理學中則稱為壓強”。通過圖4分析推導可得液體靜壓力基本方程如式（1）所示。

P=P0+ρgh（1）

由公式可知液體內(nèi)部某點壓力包括表壓力和該點以上液面自重所形成的壓力。由于內(nèi)部的壓力包括表面壓力，表面壓力越大，內(nèi)部壓力越大，可以看作表面壓力可以傳到液體內(nèi)部。所施加在液體表面的力可以傳到液體內(nèi)部，壓力能夠傳遞。液體靜壓力基本方程是帕斯卡定律的公式驗證，讓學生從公式層面理解壓力的傳遞。

3.2 自重所形成的壓力

通過圖5例題講解，得出ρgh相對于P0很小，即自重所形成的壓力相對于表壓力很小，可以忽略自重所形成的壓力。那么液體內(nèi)處處壓力相等，等于表壓力。

4? 伯努利方程

靜壓力基本方程中液體是靜止的，液壓傳動中，液體是流動的，對于流動液體，還是利用壓力能傳遞動力嗎？假想的沒有粘性、不可壓縮的液體成為理想液體。伯努利通過實驗和理論推導得出理想液體作恒定流動時，具有壓力能、動能和勢能三種形式的能量，在任一截面上這三種能量可以相互轉(zhuǎn)換，且其總和是常數(shù)，如式（2）所示。

■+h1+■=■+h2+■（2）

實際流體存在粘性，流動時存在能量損失hw，且考慮到截面的速度不均勻性，理想液體的伯努利方程修正為式（3）。

■+h1+■=■+h2+■+hw（3）

通過下面例題（圖6）求解，得出伯努利方程中位置和速度引起的能量變化很小，可以忽略不計，如圖7所示。經(jīng)常把伯努利方程簡化為式（4）。所以，液壓傳動中的能量損失主要為壓力損失，液壓傳動是靠壓力能傳遞動力的，液壓傳動又稱靜壓傳動。

P1=P2+？駐P? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

5? 思政教育

課程中貫穿思政教育，習近平總書記說過：“青年一代有理想，有本領，有擔當，國家就有前途，民族就有希望”。通過舉例子、學文件，熏陶學生，教育學生在學習過程中一步一個腳印，發(fā)揚拼搏奮斗精神。

6? 課后思考

布置課后思考題，“我們知道系統(tǒng)中壓力取決于負載，沒有負載沒有壓力，有負載才有壓力。我們也說過溢流閥可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，那么系統(tǒng)中的壓力是取決于負載還是溢流閥呢？”要求學生查找資料，在學習通APP上提交答案。

7? 結(jié)語

本文通過“一定理兩方程”的學習，讓學生更全面理解壓力的傳遞。帕斯卡定理在理論上理解壓力的傳遞;液體靜壓力基本方程得出壓力傳遞的由來;伯努利方程解釋了液壓傳動也是靜壓傳動。通過壓力能的學習，掌握液壓傳動基本原理，為后續(xù)液壓系統(tǒng)的學習奠定基礎。

參考文獻：

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[3]徐培.課程線上虛擬仿真實驗教學改革研究與實踐——基于“FluidSIM+云課堂”的《液壓與氣動技術》[J].內(nèi)燃機與配件，2020（16）：233-234.