基于AMESim 的“液压传动”案例教学＊

郑淑娟，许兰贵，吴林峰，姚林晓

（华北水利水电大学机械学院，河南 郑州 450045）

1 引言

“液压传动”是机械类专业学生的一门专业基础课程，在全面实施素质教育和应用型人才培养的大前提下，宽口径、厚基础的培养目标明确。随着技术的发展，“液压传动”课程需解决内容增加但课时压缩的问题，同时更注重培养学生的应用能力。刘乐平[1]提出了案例教学实施时需案例生活化、案例定量化、案例辩证化的三化问题，并举实例进行了教学实践检验。万畅等[2]以剪枝机的液压与气动原理设计作为典型案例，讲述了案例教学的具体实施步骤。李传峰等[3]也指出案例教学的实施有助于培养专业基础知识扎实、实践能力强、具备较高专业综合素质的高级工程应用型人才。液压传动以流体为工作介质，液压元件的动作、状态，流体的流动状态都不可视，抽象性强，学生理解困难，普遍感觉不易掌握。

本文提出借助AMESim 软件的强大建模仿真功能，将案例教学中各元件的状态和流动参数可视化，加深对理论知识的理解。同时仿真的可操作性强，比实验台更易于改变工作状态，参数测试更加方便，能够直观地看到感兴趣的各个参数。对于液压系统，不当操作可能使压力过高，仿真相对于实验操作，安全性更有保障，也是一大优势。在软件AMESim 的基础上进行案例教学，取得了较好的效果。

2 案例教学法及AMESim 简介

案例教学法是教师组织学生通过对案例的调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动，提高学生分析问题和解决问题的能力，本质是理论与实践相结合的互动式教学[4]。案例教学与注入式的传统教学模式不同，改变了教师单向输出的局面，教师是组织者和引导者，教师引导学生对案例进行讨论、分析，加深学生对基本原理、知识的理解，启发学生自主地思考、探索。学生是主体，学生通过小组讨论形成师生互动、生生互动。讨论的过程促进学生积极主动地独立思考，激发学生思维潜能。案例教学法在提高学生素质和培养学生创新能力方面有积极效果，具有重要意义[5]。

案例是案例教学的核心，在案例编写和选择时需围绕教学目标和教学任务来完成，通过对工程案例的思考、分析、讨论，既让学生了解工程背景，又要树立工程观念，增强实践意识，提高其分析问题、解决问题的能力，符合应用型人才需求的的培养目标。案例的核心价值在于应用，除了对其内涵剖析和类别划分之外，更要重视案例的教学应用过程，即便是同一个案例在教学实施的不同阶段任务和要点也各有侧重[6]。

AMESim 为多学科领域复杂系统建模仿真平台，它拥有一套标准且优化的应用库，在液压传动中会涉及到机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库（HCD）、动力传动库、液阻库、电机及驱动库等。用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。把AMESim 软件引入课堂教学中，利用流体系统类应用库搭建液压元件、液压回路、液压系统，将液压传动课程中抽象的液流流动参数、晦涩难懂的液压回路状态转变成直观的数值或变化曲线，通过批处理方式改变回路参数，便于学生直观地观察、比较和分析结果，加深对理论知识的理解和掌握。软件操作便捷，有利于学生专注于对理论的理解和应用，且有益于激发学生的主动性和独立性思维，发挥学生的创新天性。

3 案例教学的实例

通过机床动力滑台的工作循环中工进速度的控制回路的设计的工程案例，使学生掌握采用节流阀的进、回、旁三种节流调速回路的速度负载特性。

针对这一工程案例，结合启发式和任务驱动式教学方法，首先引入基本的动力元件-液压泵和执行元件-液压缸，搭建其液压回路基本框架（如图1 所示）。启发学生调速该怎么进行？加入流量控制阀-节流阀（如图2 所示）。搭建进油口节流调速回路，接着在软件中改变节流口开度的大小，会发现液压缸速度并不发生改变。学生自主思考原因，为什么？查看节流阀不同开度时压力和流量的数值，会发现节流口开度的变化影响了泵的工作压力。原因是节流阀开度的改变，只是改变了液阻，但是进入液压缸的流量并没有发生变化。进一步说明液压泵的工作压力取决于负载。进一步思考可以采取哪些措施？组织学生讨论。从分流的原理入手，在回路中加入溢流阀（如图3 所示）。这时才是完整的进油节流调速回路。这时改变节流口的大小，可绘制出调速回路的速度负载特性和效率特性。相对于传统教学介绍回路时从理论公式推导只能定性地给出抛物线的曲线，现在定量给出具体数值，有助于加深学生的理解。对调速原理进行总结，溢流阀的作用是定压溢流，回路效率低。

接下来要求学生自主设计其他回路，引导学生自主搭建回油路节流调速回路和旁路节流调速回路，并分析它们的速度负载特性。在同样的工作负载要求下，利用软件很容易对三种回路的速度负载特性曲线进行定量比较。这个逐步推进的过程，只需要操作软件就可以完成。

图1 液压回路基本框架

图2 接入节流阀的系统图

图3 进油节流调速回路

整个案例教学的实施过程，引导学生独立思考、自我探究，激发学生的主动性，有助于培养学生独立思考能力和创新能力。而且软件操作改变参数容易，获取参数快捷，测试数据明确，学生容易得出合理的结论并掌握。整个学习过程着眼点主要在学生自我建立一套分析问题、解决问题的思维方式，不受限于学习硬件的操作和理论过程的推导。

4 结语

在“液压传动”课程中借助AMESim 实施案例教学法，使得案例教学法的效果进一步提升，学生的主体性充分体现，结合启发式的提问，进一步巩固学生的理论知识，培养学生探究能力。相对于传统教学中的定性描述，软件方便快捷地对各参数定量描述和比较，有助于树立工程观念，激发学生的独立性思维和创新思维。