《液壓與氣動技術(shù)》課程是技工學(xué)校機械類、電氣類技工層次學(xué)生的一門必修課程,筆者自2008 年起開始從事《液壓與氣動技術(shù)》課程的教學(xué)工作,授課時所用的教材有很多,既有勞動出版社出版的《液壓技術(shù)》,也有高等教育出版社出版的《液壓與氣壓傳動》。但不管是哪種教材,課本所涉及的僅僅是液壓與氣壓的相關(guān)知識,對于液壓及氣壓回路的控制原理都沒有講述。而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常會詢問液壓與氣壓回路的相應(yīng)電氣控制是如何實現(xiàn)的,他們雖然學(xué)習(xí)《電工學(xué)》《電力拖動控制線路》等相關(guān)的電氣課程,但對于將液壓與氣動回路與電氣控制原理結(jié)合起來并不了解。在生產(chǎn)實際中,液壓與氣動系統(tǒng)也都是和電氣控制部分密切在一起的。因此,在傳授液壓與氣動相關(guān)知識的同時結(jié)合相關(guān)的電氣控制知識進行跨學(xué)科教學(xué)是非常必要的。
1 溫故知新,復(fù)習(xí)相關(guān)電氣知識
《液壓與氣動技術(shù)》課程依據(jù)我校教學(xué)計劃安排在學(xué)生在校學(xué)習(xí)的后一個學(xué)期,大部分電氣課程學(xué)生已在前幾個學(xué)期完成學(xué)習(xí),所以在講授液壓與氣壓回路相關(guān)的電氣知識時,還應(yīng)該先復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容,特別是電氣元件的國家標(biāo)準(zhǔn)符號及其功能、作用。
在液壓回路中運用廣泛的就是中間繼電器及其輔助觸點、按鈕等,因此筆者讓學(xué)生分析并比較圖1a、1b 兩圖的功能及作用,后筆者進行總結(jié)并分別對中間繼電器及其輔助觸點、按鈕的功能以及它們在回路中的作用進行講解。
圖1a 圖1b
圖2
2 由淺入手,運用電氣控制回路
因?qū)W生是次接觸液壓回路及相關(guān)的電氣回路設(shè)計,所以筆者一開始利用圖1a 將燈換成了換向閥的電磁鐵,此回路是一個非常簡單的回路(如圖2 所示),它能實現(xiàn)的功能是:采用手動按鈕控制液壓缸的往返運動,通過1SB 按鈕的分合控制,電磁鐵1YA 失電得電,從而使電磁操縱機構(gòu)的換向閥進行位置的切換,終控制了液壓油的流向讓液壓缸活塞進行前進或后退運動。
通過這個簡單的液壓回路的設(shè)計及制作,學(xué)生開始初步接觸液壓回路與電氣回路相結(jié)合的模式,讓學(xué)生了解其實通過電氣來控制液壓回路的動作并不困難,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
在整個的回路設(shè)計過程中,筆者并不是讓學(xué)生進行手動繪圖,而是利用液壓軟件進行設(shè)計,實現(xiàn)了回路動作的仿真,仿真時電氣回路動作帶動了液壓回路的相應(yīng)動作,學(xué)生能直觀地看到自己設(shè)計出來的回路能否實現(xiàn)所需功能。在電腦上設(shè)計成功之后,再讓學(xué)生到液壓實訓(xùn)臺上進行液壓回路及電氣回路的組裝,鍛煉他們的看圖、識圖及動手能力,將液壓及電氣原理圖與實物一一對應(yīng)起來。
3 逐步深入,增加電氣控制難度
在圖2 完成的基礎(chǔ)上,筆者增加難度,讓學(xué)生設(shè)計自動控制液壓缸往返運動回路(如圖3 所示),它能實現(xiàn)的功能是:采用按鈕、中間繼電器、行程開關(guān)實現(xiàn)液壓缸的自動往返運動,通過1SB 按鈕的分合控制及行程開關(guān)1S、2S 的條件限定,從而控制了電磁操縱機構(gòu)換向閥電磁鐵1YA 的得電與失電,終同樣控制了液壓油的流向讓液壓缸活塞進行前進或后退運動。該回路液壓部分基本沒有改動,僅增加了2 個行程開關(guān),但電氣部分作了較大改動。
通過該回路的設(shè)計讓學(xué)生了解到液壓回路與電氣控制是密不可分的,電氣控制才是實現(xiàn)液壓回路功能的關(guān)鍵,改動了電氣控制回路就可相應(yīng)改動液壓回路的相應(yīng)功能。
當(dāng)然液壓及電氣回路是多種多樣的,不僅僅是圖3 所示的原理圖能夠?qū)崿F(xiàn)液壓缸的自動往返功能,還有很多回路也能夠?qū)崿F(xiàn)該功能。所以在布置任務(wù)時,筆者僅告知學(xué)生回路需要實現(xiàn)的功能及所需的液壓及電氣元件,他們可在老師給出要求及條件的前提下進行自由發(fā)揮,發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性及主觀能動性。
圖3
4 深化設(shè)計,完善液壓回路功能
上面所設(shè)計液壓缸自動往返回路不能實現(xiàn)停機后液壓缸活塞自動返回原位,但在生產(chǎn)實際當(dāng)中自動復(fù)位功能在大部分機器當(dāng)中是必要的,所以為了與生產(chǎn)實際相結(jié)合,筆者讓學(xué)生在圖3 的基礎(chǔ)上進行進一步深化,完善液壓回路的功能(如圖4所示)。
在圖3 的基礎(chǔ)上,將液壓回路當(dāng)中的兩位四通液壓換向閥(1 個電磁鐵控制)改為三位四通換向閥(2 個電磁鐵控制),并增加中間繼電器進行擴展,增加液壓回路動作條件的進一步限定,從而實現(xiàn)了液壓回路的自動往返及停機功能。通過該回路的設(shè)計及制作,讓學(xué)生了解到其實電氣控制就是根據(jù)液壓回路的功能給出一定的限定條件,讓液壓回路在滿足條件時進行動作,而條件的給出就是通過行程開關(guān)1S、2S 來實現(xiàn)的,但在1S、2S 的觸點不夠時就需要通過中間繼電器進行擴展。
圖4
5 優(yōu)化回路,運用可編程控制器
圖4 雖然可實現(xiàn)液壓缸自動往返及停機復(fù)位功能,但電氣回路復(fù)雜,線路較多,容易出現(xiàn)接錯線的情況。筆者在學(xué)生接線時時刻注意,密切觀察,在學(xué)生出現(xiàn)錯誤時及時指出,讓學(xué)生在實現(xiàn)電氣回路的組裝同時意識到僅通過中間繼電器的電氣回路來實現(xiàn)液壓回路的較復(fù)雜功能是煩瑣的,檢修維護及更改液壓回路是困難的。
那么該如何避免這個問題呢?筆者組裝一個PLC 可編程控制器的電氣回路,通過PLC 可編程控制器的程序改變實現(xiàn)了上述兩種液壓回路的功能,雖然PLC 可編程控制器的電氣回路的成本會有所增加,但通過它可非常靈活地對液壓及氣動回路的功能進行更改,僅需要改動PLC 可編程控制器中的程序就能實現(xiàn)回路功能的轉(zhuǎn)變,而實際的電氣線路的接線不需做任何調(diào)整和改動,讓學(xué)生意識到在復(fù)雜電氣回路中引入PLC 可編程控制器的*性。
在當(dāng)今社會,技校畢業(yè)生所從事的工作大部分是操作工、檢修及維護人員,他們的工作不僅僅只是涉及單純的機械或電氣方面的知識,而是機械和電氣知識的結(jié)合。雖然機械和電氣的相關(guān)課程他們都有所學(xué)習(xí),但他們還不懂得將這些課程互相起來,對于今后的工作也只有片面的了解。在教學(xué)當(dāng)中將機械和電氣方面的知識結(jié)合起來,將生產(chǎn)實際引入教學(xué),有利于學(xué)生快速吸收知識、快速掌握技能、快速成才,他們就業(yè)時就容易上手。
在今后的教學(xué)過程中,筆者仍將不斷摸索并改進教學(xué)方法,調(diào)整已有的教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生在課堂上體會到學(xué)習(xí)的樂趣,在練習(xí)中掌握操作技能。
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