液压与气压传动开放实验研究

液压气动传动作为三大动力传动方式之一，在机械人才培养计划中占有非常重要的地位。国内大学机械工程及自动化专业、车辆工程专业和机电工程专业均可。液压和气动技术。作为必修的专业基础课
本课程的教学目的是培养学生初步设计和应用液压和气动系统的能力，具有很强的实践性。为了达到教学目标，必须结合一定数量的实践和理论课程。如何开展和完善液压与气动传动的实践教学，如何培养学生的实践能力，如何提高实验教学质量是目前亟待解决的问题。液压和气动技术。课程实践教学的重要内容
1液压与气动技术传统实验教学存在的问题及开放式实验的意义
实验教学是高校本科教学的重要组成部分，是学生理论联系实际的重要途径
当前& ldquo液压和气动技术。大多数课程实验都是验证性实验。在实验过程中，学生只按照实验教学手册中的步骤来验证课堂上讲授的理论知识和数据结果。由于实验部分不要求考试，一些学生对实验课重视不够，实验前没有做好准备，实验中没有独立思考所用方案的构思和技巧，实验后没有认真处理实验数据，相互抄袭实验报告。验证性实验对于在课堂上加强理解和掌握理论知识非常重要，但它们并没有达到培养学生主动性、创造性和科学思维方法的目的，也没有起到培养学生实验能力和创新素质的作用。
开放实验教学与传统实验教学的区别在于学生在实验过程中的自主性和灵活性强，突出了学生在实验中的主体地位，体现了以人为本的教育理念在开放式实验中，教师只提出开放式实验项目的题目。学生根据自己的兴趣选择实验项目，然后通过查阅资料自行设计实验方案。教师审核后，安装调试后提交实验报告，记录并处理数据。在这个过程中，学生们独立思考，并在遇到问题时积极寻找信息。这一过程提高了学生的学习兴趣，增强了学生的实践能力，培养了学生的创新意识和探索精神。
由于传统课程的实验教学受实验课时的限制，大型仪器实验教学设备的数量少，实验过程中通常会有5-7名学生分组，因此不可避免的会有一些学生没有时间独立完成实验。公开实验是在& ldquo内容、时间、工具& rdquo开放式教学方法使学生能够在不同的时间进行不同的实验，不仅解决了大型仪器数量少与学生实验需求大的矛盾，而且充分提高了实验场地和仪器设备的利用率，使大型仪器设备资源充分发挥其效益。
2液压与气动技术开放实验
在现代自动化工业工程中，液压与气动传动具有许多突出的优点，如输出功率大、不受空间位置限制、易于实现自动控制等。它不仅应用于机床、工程机械、冶金机械、半导体制造、汽车生产线、食品加工、医药等领域，还在航空航天、军工、核电、机器人等领域有着重要的应用。在生产过程中，液压和气动技术往往与计算机和微电子技术如继电器控制、单片机控制、PLC控制技术等紧密结合。实现搬运、进料、夹紧和定位、检测、清洗等过程的工业自动化因此，液压与气动传动的实践教学内容应与工业发展的需要保持同步，实验项目的开设应综合运用多门课程的知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。< br/ > 2.1近年来教育部实验设备概述；985 & rdquo在项目等专项资金的支持下，我校引进了先进的电液气动传动与控制教学设备，如力士乐DS4液压教学系统、SMC气动传动教学系统和自动化研究软件。这些实验装置实现了液压与气动传动、电子技术和可编程控制器技术的综合集成，可以从单个模块到整个系统进行综合实验。< br/ > 2.1.1液压传动实验设备概述
力士乐ts-ds4液压教学系统是一套采用工业标准的移动式教学实验平台，如图1所示DS4液压教学系统由1个液压发电站、2个带固定框架的格栅板、1个集成工具箱、1个玻璃量筒和1个软管吊架组成此外，它还配有多根液压软管，可快速插拔，确保实验快速安全进行。DS4液压教学系统配有电气支架，并嵌入电气单元，该电气单元包括功率分配器单元、带常开/常闭触点的开关单元、继电器单元、时间继电器单元、PID控制器单元等。这些电气单元用于控制液压部件，如电磁阀、比例阀等。TS-DS4液压教学系统配备了全套液压元件，能够满足本科生的实验需求。
2.1.2气动传动实验设备概述
SMC气动传动教学系统主要由电源、试验台、实验电路连接板、元件箱、电气控制模块等组成。如图2所示动力源为静音空气压缩机，启动快，噪音低。橡胶轮安装在试验台的底部，可以灵活移动。实验回路的连接板用于封堵气压元件元件箱内有多种气动元件，能满足大学生的实验要求。电气控制模块包括DC 24V电源单元、带常开/常闭触点的按钮开关单元、可编程逻辑控制器单元等学生可以根据需要选择不同的控制方法，如手动控制、电动控制和自动控制。
2.1.3软件概述
AutomationStudio是一款模拟软件，用于设计液压/气动部件、电路和电气控制系统软件包括六个标准模块:液压设计模块、比例和伺服液压模块、气动设计模块、流体传动组件编辑模块、电气控制模块、可编程逻辑控制器梯形图逻辑和数字电子模块。如图3所示，在模拟过程中，所有模块都可以交互使用AutomationStudio允许用户创建模拟真实世界操作的完整系统。用户可以使用AutomationStudio设计、编译数据、模拟和演示各种技术电路，包括液压、气动、电路控制、可编程逻辑控制器(PLC)、顺序功能图等技术。
at & ldquo；液压和气动技术。在开放式实验教学中，学生使用该软件完成液压回路和回路控制回路的设计。

图3AutomationStudio软件界面< br/ > 2.2实验项目示例
在工业生产线的末端，需要将工件从传送带上提起并放置在托盘中，提升动作由液压缸完成为了缩短时间段，需要更快地完成动作序列。由于工件的重量不断变化，提升时油缸必须以明显较低的速度完成剩余行程，且速度不取决于负载的大小回程必须尽快完成。根据工业应用背景，教师设计了液压缸的快/慢控制实验，要求学生完成液压回路系统的设计。
使用AutomationStudio软件完成实验液压系统的设计，如图4所示该系统采用恒压变量叶片泵供油，一个二位四通电磁换向阀控制液压缸改变方向，另一个二位四通电磁换向阀控制活塞杆一侧的油通过流量控制阀流回油箱。通过控制流量控制阀，可以改变液压缸的伸出速度而不依赖于负载的大小，并且液压缸可以高速完成返回冲程。液压缸的动作周期为:快进& mdash工作进度& mdash快速撤退
(1)快进
按下启动按钮S2时，电磁铁Y1通电，电磁换向阀3切换到左侧位置主油路入口:泵1 & rarr电磁换向阀3左位置& rarr液压缸下腔& rarr电磁换向阀4右位& rarr燃料箱


(2)工人
快速前进到预定位置，液压缸的活塞杆接触限位开关B1，电磁铁Y2通电，电磁换向阀4切换到左侧位置主油路入口:泵1 & rarr电磁换向阀3左位置& rarr液压缸下腔& rarr流量控制阀5 & rarr燃料箱
(3)快速后退
当液压缸以工作速度移动到一定位置时，液压缸活塞杆接触限位开关B2，电磁铁Y1和Y2断电，电磁换向阀3和4切换到正确位置主油路入口:泵1 & rarr电磁换向阀3右位& rarr电磁换向阀4右位& rarr液压缸上腔& rarr燃料箱
使用AutomationStudio软件完成实验电气布线系统的设计，如图5所示< br/ > 2.3教学效果
目前已建立的开放式综合实验包括:
(1)液压缸的快/慢控制，使其不依赖于负载大小；
(2)压力机上液压缸工作系统回路的设计、组装和调试；
(3)饮料灌装机气动传动系统电路设计实验
三个综合实验由学生独立完成，从液压/气动系统的设计、组装和调试到可行性验证。在这个过程中，学生将理论与实践紧密结合，不仅培养了他们获取知识的能力，也培养了他们的实践能力。经过几个学期的学习，证明学生容易接受，实验效果良好。

图4中的辨识模型模拟与实验数据的比较
3结论
通过建立一个液压与气动传动的综合性开放式实验项目等；液压和气动技术。课程实验满足了学生的兴趣需求，激发了学生的学习主动性和实验兴趣，培养了学生的实践能力。开放式实验提高了仪器设备的利用率，更有效地发挥了实验室现有资源的优势，实现了资源共享，实现了实验室的可持续发展。