浅谈《液压传动》课程中的类比教学

浅谈《液压传动》课程中的类比教学

李卡李红秀湖南工业高级技工学校

摘要：本文探讨了《液压传动》课程的类比教学法；对千斤顶的液压传动系统和简单机床液压系统与人体血液循环系统作了类比分析；提出了把人体生理学知识带入液压课堂的新的教学思维。

关键词：液压传动人体类比教学

在多年的教学工作中我发现，很多学生在学习《液压传动》这门课程的时候往往缺乏学习兴趣，单从液压系统纷繁复杂的符号与眼花缭乱的线路就认定这是一门难以掌握的课程，认为液压传动技术是一门高深莫测的技术。基于这种原因，我在该课程教学过程前期加以铺垫，适当降低门槛，把液压传动知识与初中人体生理知识作类化归纳，收到了很好的教学效果。

类似于人类进化，液压传动技术自十八世纪末诞生以来，发展至今已经日趋成熟。它以其安全稳定、灵活可靠、便于调节等特点在多方面替代人力成为现代工业中的大力王。

简单的液压传动机构如液压千斤顶，它是液压传动史上的活化石。其工作原理如下：

图1-1液压千斤顶工作原理图

1—杠杆手柄 2—小油缸 3—小活塞 4，7—单向阀 5—吸油管 6，10—管道? 8—大活塞 9—大油缸 11—截止阀 12—油箱

图1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。

这是最简单的液压传动系统，我们可以把它和人体血液循环系统作个类比。

我们知道，人体中为血液提供动力的是心脏。在这个液压系统中，1+2+3+4+7=心脏。我们来看这个液压心脏是怎么运行的，1（杠杆手柄）和3（小活塞）是心脏的动力源，2（小油缸）是心室，4和7（单向阀）相当于心室中的瓣膜，它的作用是只允许油液从一端向另外一端流动，整个心脏在1（杠杆手柄）的动力作用下，使3（小活塞）在2（心室）内往复运动产生压力与真空。由5、6、10组合成的管道与12油箱构成了一个循环系统。血液循环系统必须保持畅通，一旦封闭将会导致功能障碍。比如常说的脑溢血。液压系统与人体血液循环系统最大的区别就是液压系统需要间歇性地封闭，利用封闭后形成的液压能转换为机械能做功，如在千斤顶中的应用中体现为对重物的托举。

在液压传动的发展史上，液压千斤顶只能算是蹒跚学步的婴儿，下面我们来认识一下液压传动家族中的功能健全的成年人——简单机床的液压传动系统.

以下是经过简化了的机床液压传动系统。

图1-2机床工作台液压系统工作原理图
1—工作台 2—液压缸 3—活塞 4—换向手柄 5—换向阀

6，8，16—回油管 7—节流阀 9—开停手柄 10—开停阀?

11—压力管 12—压力支管 13—溢流阀 14—钢球

15—弹簧 17—液压泵 18—滤油器 19—油箱

液压泵由电动机驱动后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，油液在泵腔中从入口真空（低压）到泵出口高压，在图1-2(a)所示状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞使工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。

如果将换向阀手柄转换成图1-2(b)所示状态，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔、推动活塞使工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。

需要注意的是，在这台简单机床的液压系统中我们引入了更多的液压元件来行使更多的功能，其中包括在液压千斤顶中我们介绍的工作介质（血液）、动力元件17（心脏）、执行元件2（四肢）、辅助元件6，8，16等。液压系统有神经系统吗？当然有，图中换向阀5，节流阀7，开停阀10，溢流阀13就是液压系统中的神经系统，它们零散地分布在液压回路中相互配合来对液压系统进行控制。如换向阀5可以改变油液流动的方向来控制工作台的移动方向，节流阀7可以调节油液的流量来控制液压缸中工作台移动快慢，开停阀10可以控制整个液压系统工作与否，溢流阀13可以排出油液来降低系统压力。

以下是我对部分液压元件与人体器官的比较：

液压元件		人类器官	作用
液压泵		心脏	提供液压系统（血液循环系统）动力
液压缸		肌肉	执行动作
调节控制元件	节流阀	神经系统	调配系统（其它器官）
	换向阀
	溢流阀		维持（系统压力）平衡
辅助装置	油管	主动（静）脉	输送
	滤油器	毛细血管	清理油液（血液）