課題驅(qū)動的液力傳動課程改革研究
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【摘要】本文對工程機(jī)械專業(yè)的專業(yè)課“液力傳動”課程改革進(jìn)行以課題驅(qū)動為基礎(chǔ)的探討研究。首先分析該課程在教學(xué)培養(yǎng)中的必要性以及現(xiàn)階段國內(nèi)外該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出對教學(xué)單元內(nèi)容設(shè)計單獨(dú)的課題來提高課堂效率，激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力。并針對具體課題設(shè)計了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)施方案，來體現(xiàn)教師主導(dǎo)學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體的現(xiàn)代教學(xué)特征。
引言
液力傳動作為區(qū)別于液壓傳動的特殊傳動方式，以其獨(dú)有的原理、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)廣泛運(yùn)用在汽車傳動、船舶以及工程機(jī)械中，相比較于液壓傳動，液力傳動需要學(xué)生具備的理論基礎(chǔ)知識更為廣泛與專業(yè)，針對教育部提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，需要用新穎的教學(xué)方式來提高學(xué)生對于課程的全面掌握以及對于實(shí)際工程案例的分析解決問題的能力。目前傳統(tǒng)的液力傳動課程的教學(xué)方法即講授式教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合難以滿足對于“卓越”人才的培養(yǎng)要求。
一、課程現(xiàn)狀分析
國內(nèi)高校中開展該門課程的工科院校較少，原因在于液力傳動屬于液壓傳動的一個分支，在工程機(jī)械中應(yīng)用廣泛但難以作為通用型專業(yè)課，而我院設(shè)有工程機(jī)械專業(yè)方向，旨在培養(yǎng)可在科研院所或工程機(jī)械裝備和智能制造裝備領(lǐng)域內(nèi)從事工程機(jī)械設(shè)計、制造、集成維護(hù)以及管理營銷等方面的工作的本科生。而隨著現(xiàn)代設(shè)計工具的不斷更新，課堂中也需要與工業(yè)實(shí)際前沿結(jié)合，突出了使用現(xiàn)代工具的重要性，即在扎實(shí)的理論基礎(chǔ)上，能夠針對工程機(jī)械裝備、智能制造裝備等的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對裝備制造過程進(jìn)行建模、預(yù)測、模擬與優(yōu)化，并能夠理解其局限性。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)與學(xué)習(xí)興趣，目前在課堂上廣泛采用了問題導(dǎo)向式教學(xué)，例如項(xiàng)目驅(qū)動法以及任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容向?qū)W生下達(dá)任務(wù)需求，使學(xué)生在完成于教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的任務(wù)過程中，掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的知識與應(yīng)用。而如果對每一個教學(xué)內(nèi)容設(shè)計出單獨(dú)的學(xué)習(xí)單元課題，通過明確任務(wù)目標(biāo)，學(xué)生分組討論，學(xué)生自主查閱資料并在教師指導(dǎo)下完成任務(wù)的具體方式，體現(xiàn)了教師主導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生為學(xué)習(xí)主體的特征。國外自20世紀(jì)40年代起在汽車行業(yè)大規(guī)模采用液力傳動裝置，并在工程機(jī)械中不斷推廣，而目前我國的液力傳動行業(yè)，自主研發(fā)能力不足，存在的最大問題就是人才極度匱乏。在現(xiàn)有的課堂中，單純的講解書本中的理論知識，學(xué)生較難在24個課時中掌握并運(yùn)用，因此，本文采用理論知識與現(xiàn)代仿真工具結(jié)合，并用實(shí)際工程機(jī)械案例結(jié)合課本內(nèi)容，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時有更為具象化的理解，并且深入地掌握理論與工程實(shí)際的結(jié)合運(yùn)用。
二、課程主體設(shè)計
并在授課過程中不斷向?qū)W生引入目前工業(yè)發(fā)展中的先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用方式，例如，目前國際上先進(jìn)的液力變矩器效率超過90%，國產(chǎn)液力變矩器的效率多在80%左右，要實(shí)現(xiàn)效率的提升，需要在液力元件的協(xié)調(diào)控制、液壓補(bǔ)償系統(tǒng)的精細(xì)控制以及三維流動的優(yōu)化設(shè)計等方面的研究來提高液力變矩器的傳動效率。本門課程安排24個課時，其中采用課題驅(qū)動的課程整體設(shè)計方案如表1所示。在液力偶合器的教學(xué)單元中，提出基于CFD的液力傳動內(nèi)部三維流動的數(shù)值模擬，利用計算機(jī)流體動力學(xué)來進(jìn)行液力偶合器的流場數(shù)值模擬和流場分析，通過流場分析，向?qū)W生展示三維化的流場運(yùn)動狀態(tài)，更加具體形象的理解偶合器內(nèi)部液流的循環(huán)運(yùn)動，描述由相對運(yùn)動和牽連運(yùn)動復(fù)合成的環(huán)流運(yùn)動；可以通過流場分析結(jié)果中液流矢量圖來加深學(xué)生對于速度三角形的理解;通過改變循環(huán)圓的大小以及葉片結(jié)構(gòu)得到的不同的偶合器特性來驗(yàn)證設(shè)計方法。以兩個班80名學(xué)生為例，以8名學(xué)生為1個學(xué)習(xí)小組，分為十組。按組進(jìn)行以下內(nèi)容的任務(wù)安排：1.前期進(jìn)行調(diào)查研究報告，了解目前國內(nèi)外液力偶合器的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，并抓住一兩個值得探討的突出技術(shù)點(diǎn)。2.了解有限元分析軟件以及計算流體力學(xué)仿真分析軟件，結(jié)合課堂上的液力偶合器內(nèi)部液流流動的理論知識，進(jìn)行基于CFD的液力偶合器內(nèi)部三維流動的數(shù)值模擬仿真探索，給出幾組具體的條件變量設(shè)置方案。3.針對計算機(jī)仿真的后處理結(jié)果，分析影響液力偶合器性能的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而驗(yàn)證教材中偶合器的設(shè)計方法。由于在兩周8個課時內(nèi)，要求學(xué)生建模液力偶合器并得出正確的仿真計算結(jié)果難度較大，建議根據(jù)學(xué)生總結(jié)出的條件變量設(shè)置方案，由教師完成計算機(jī)模擬部分，并講計算結(jié)果交由學(xué)生自行分析。在液力變矩器課程單元，同樣按照上一課題中的學(xué)習(xí)小組，但其中的研究對象替換成液力變矩器。在分析了液力變矩器的計算機(jī)仿真結(jié)果后，與液力偶合器的流場進(jìn)行對比，使得學(xué)生對于兩者之間的區(qū)別與相似有更加透徹的理解。在液力傳動裝置課程單元中，引入基于AMESim的工程機(jī)械液力傳動系統(tǒng)設(shè)計與校核作為該教學(xué)單元的拔高課題。根據(jù)前期分配的學(xué)習(xí)小組，進(jìn)行小組課題自我學(xué)習(xí)，要求每一個學(xué)習(xí)小組在課后自行查閱資料，選擇某一種工程機(jī)械的液力傳動系統(tǒng)進(jìn)行綜述性分析，并采取課堂匯報的方式展示學(xué)習(xí)過程，最后嘗試用AMESim仿真平臺搭建模型，具體仿真過程由教師選擇一組進(jìn)行，并在課堂講授結(jié)果分析方法。
三、課題教學(xué)結(jié)果預(yù)期
關(guān)于液力傳動的三維流動模擬在研究領(lǐng)域已經(jīng)開展十余年，液力傳動的內(nèi)部流動情況在現(xiàn)代流動測試技術(shù)的支持下已實(shí)現(xiàn)可視化，應(yīng)當(dāng)將這一成果運(yùn)用到課堂教學(xué)當(dāng)中去，使學(xué)生熟悉了解針對液力傳動裝置的現(xiàn)代設(shè)計方法，對學(xué)生今后的科研與實(shí)際工作具有重要的指導(dǎo)作用。因此，本文提出的基于課題驅(qū)動的課程改革研究契合學(xué)校創(chuàng)新應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)模式，能夠激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和能力。
【參考文獻(xiàn)】
[1]萬磊.新時代下的液力傳動產(chǎn)業(yè)發(fā)展——訪北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院閆清東教授[J].液壓氣動與密封，2018,38(03):90-94.
[2]齊鳳，李新偉，劉桂英.液力傳動裝置在工程船舶領(lǐng)域的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018(01):168-169.
[3]鄭云華,厲成航,李克忠,余鵬程.叉車液力傳動與機(jī)械傳動的對比設(shè)計[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018(17):29-30.
[4]徐蘭英，何寶蘭，伍強(qiáng)，毛世杰，趙鵬.《液壓與液力傳動》課程混合式教學(xué)改革實(shí)踐探索[J].中國教育信息化，2019(18):55-58.
[5]陳鐵軍，左志鋼，劉樹紅，駱毅，莫莉.高速液力偶合器試驗(yàn)平臺設(shè)計及其教學(xué)應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017,34(02):84-87.
[6]馬文星，何延?xùn)|，劉春寶.液力傳動研究現(xiàn)狀分析與展望，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2008.739（7）.
[7]劉春寶，李靜，卜衛(wèi)羊，徐東，徐志軒.尺度解析湍流模擬方法在液力傳動流動數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J].液壓與氣動，2019(06):58-62.
作者:朱牧之 單位:南京工程學(xué)院
