工业型液压与气动实训台开发

现今，由于工业自动化以及FMS的发展，液压与气动技术的应用范围越来越广泛，已经逐步发展为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。但是，有调查发现现阶段国内高职院校所使用的液压与气动的实验台性能较为单一，并且实验设备也多以传统的继电接触式控制方式实现机电液气的一体化的控制，这很显然已经远远不能适应现代工业生产实际的需要，也不利于学生学习新的技术。与此同时，也是为了适应我校建设专业—机电一体化技术专业建设项目的需要，围绕高职人才能力培养目标，改革创新实践教学内容、教学方法和教学手段，整合实践教学资源，提高实习实训技术装备水平，加大实践教学比重。
因此，基于将液压与气动技术同先进的计算机技术、工业控制技术集于性一体，其实用性和综合性会大大提高。通过我院专业教师经过专项研究并开发出十台功能全面的工业型的液压与气动实训台。同时，指导学生参与设计、加工制造与安装调试，从而充分挖掘了学生的潜力，也锻炼了教师的生产实践能力。该实训台满足了教学过程的教、学、做一体化要求，能够进行更接近生产实际的实践活动，不仅能够有效提升高校的教学质量，还有利于高校人才技能的提升和完善。
1、实训台的设计
1.1 结构和功能
本液压与气动实训台由铁制主体与铝合金面板等构成，工作台尺寸：长×宽×高=1500mm×1050mm×1450mm（其重量约300kg）。实训台采用正反两面台设计，电气控制系统为右置式，符合操作者生理规律。实训台的正面（如图1 所示）进行气动综合实训操作，反面（如图2 所示）可以进行液压综合实训操作。正反面实现了各自独立的控制，并且每面都分别配有PLC 和继电器两种控制，互不干扰，并采用24V电压安全供电。实训台外形美观，结实耐用，元件布置合理，结构紧凑，操作方便。

实训台液压和气动系统采用先进的模块化设计，可扩展性强，维护简单并且要求所有的元器件都必须采用统一的标准件，如此能够简化实训操作，使实训操作更具可行性。液压泵站采用一台定量叶片泵；气动实训台的气源采用无油静音空气压缩机。
此外，该实训装置，实现了生产型实训的转化。学生能够在铝合金面板上自行变更设计、搭接多种形式的实训回路，如此将大大激发学生实训的积极性和主动性，实训效果事半功倍。
1.2 控制系统
实训台控制系统主要由强电控制系统和弱电控制系统组成。实训台的铝合金面板内部为强电控制部分；在铝合金面板的右上部是弱电控制部分，主要为可编程控制器（PLC）控制系统。这里选用日本三菱FX2N-48MR系列PLC，它是高性能整体式结构的PLC，其输入点和输出点各有二十四个，能够与PC微机通信实现微机智能控制，既具有电气PLC 控制技术的优势，也具有气液技术的优势，可以使学生获得机-电-液（气）控制的直观感觉。

图3 PLC外部接线图

图4 PLC控制梯形图
2、项目化课堂教学设计
对机电一体化技术特色专业的课程体系进行重构，整合并提炼出《液压与气动应用技术》等课程的典型工作任务。将理论教学与实践教学有机地融合起来，突出职业能力的培养，探索以项目任务驱动的教、学、做一体化的教学方法。以典型工作任务为载体，教学内容完全以项目化模式开展，循序渐进，通俗易懂。具体课堂教学模式见表1。

学习情境		学习单元（根据需要设计）	参考学学时
情境名称	学习内容
1. 管道及 辅助元件	1）了解油管、管接头、油 箱、蓄能器的作用、分类和选用及油箱容量计算 2）了解过滤器的作用、类 型和选用	1.1 油管连接及管接头的连接	4	8
		1.2滤油器、液压油 箱清洗，压力表的 安装	4
2. 气压传 动系统	1）了解气压传动的应用， 特点，掌握气压传动原理、 组成、作用 2）了解气动回路的类型， 组成和特点 3）掌握气动回路的作用、 工作原理和应用 4）常用密封件的种类与 选用	2.1 气压源的安装与调试	4	16
		2.2 方向控制阀、方 向控制回路	2
		2.3 气压马达介绍	2
		2.4 气缸的结构分析与拆装	4
		2.5 常用密封件的选用、拆装与清洗	4
3. 液压动 力元件	1）了解液压泵的主要性能 参数和分类 2）理解并掌握齿轮泵、叶 片泵、柱塞泵的工作原理 及结构特点 3）通过液压泵的拆装对其 进行结构分析	3.1 液压泵的工作原理、性能参数、分类、图形符号	2	14
		3.2 齿轮泵的拆装与结构分析	6
		3.3 叶片泵的拆装与结构分析	2
		3.4 柱塞泵的拆装与结构分析	4
4. 压力控制阀与压力控制回路	1） 了解压力控制阀的作 用，分类、组成、工作原理、结构特点 2）掌握压力控制回路分析	4.1 压力控制阀的工作原理及结构分析	2	10
		4.2压力控制回路分析	4
		4.3 阀的拆装及系统压力调节	4
5.方向控 制阀与方 向控制 回路	1） 了解方向控制阀的作 用，分类、组成、工作原理、结构特点 2）掌握方向控制回路分析	5.1 方向控制阀的工 作原理及结构分析	4	8
		5.2 方向控制回路分 析及连接	4
6.流量控制阀及速度控制回路	1） 了解流量控制阀的作 用，分类、组成、工作原理，结构特点 2）掌握速度控制回路的 分析	6.1 流量控制阀的工作原理及结构分析	4	8
		6.2 速度控制回路及节流调速性能分析	4
7.液压与气动系统的使用与维护	1）了解液压油的性质、液 压冲击及气穴现象产生的 原因，危害及采取措施 2）掌握液压油的选用原则 3）掌握典型液压系统的分 析、安装与维护	7.1 液压油的性质、 选用及更换	2	8

表1 课程教学设计
3、实训台应用实例
下面简述该实训台进行模拟组合机床液压系统进给缸和定位缸运动控制系统的应用。画出PLC的输入和输出分配图，如图3 所示。
利用三菱PLC编程软件GPPW8.3C（中文版）绘制该实训项目控制回路的PLC控制程序的梯形图（见图4），自动生成汇编代码，利用串口RS-232 与计算机实现通信，将所编辑控制程序下载到PLC 当中，如此能够满足组合机床液压系统双缸动作自动控制的要求，取得理想的效果。
该液压与气动实训台采用了开放型综合实训台结构，便于扩展，实训内容上实现了高职院校教学上对机、电、气、液的有机结合，而且为学生提供了一个与生产实践相贴近的操作环境，整个过程大大提高了学生的主观能动性。此外，该实训台实现了液压与气动装置在同一个实训台上共用，工业级配件互换性好、检修方便、维护费用低、使用寿命长、大大节约了成本。