CN109345943B - 一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统，涉及互联网教学技术领域，本发明基于液压元件教学现状，将互联网控制技术、学校多媒体教学系统、远程控制技术、液压伺服控制系统、液压元件理论教学、实验室系统、学生的学习终端等有机的结合起来。本发明使教师在多媒体教室，通过系统上的课件讲授理论知识，同时可以现场操纵实验台进行编程、实验，经视频音像系统，在课堂讲授理论知识的同时，直观验证所讲知识，且在一个实验台上可以做多个液压元件的多个性能实验，满足教师液压元件课程的教学要求及学生学习、实验要求，克服了高校实验室建设经费困难，实现高校液压元件课程的理论教学与实验系统的有机结合和共同分享。
Description
技术领域
本发明涉及互联网教学技术领域，特别涉及一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统。
背景技术
液压元件课程是机械类专业的重要基础课程,是机械类流体传动与控制专业方向的核心课程。教学内容是讲授各种液压元件的工作原理、结构特点、性能及元件的设计，并通过液压元件的实验，理解、巩固、完善教学内容。液压元件种类繁多、结构复杂多样，涵盖机械、流体、控制等多个学科知识内容，具有很强的学科交叉性及工程实践背景。
随着国家人才培养计划的调整，各高校进行了专业课程大纲的修订，各高校越来越重视教师课堂讲授环节的效果和实践环节学生的实际操作能力、理论与实践的结合能力。这就迫切需要教师在讲授液压元件课程知识的过程中，将理论、实验有机的结合起来，充分调动学生的学习兴趣及自主学习能力。
液压元件课程由于自身的特点，目前在课堂讲授和实验环节都存在诸多的问题，主要体现在一下方面：(1)理论教学知识繁杂，学生理解困难，教学挂图、教学模型、元件实物模等教辅设备笨重易损，学生对元件的三维空间想象难以建立。使得教学过程枯燥乏味，教学效果差，影响了教师讲授和学生学习的兴趣、主动性、积极性；(2)工矿企业用液压元件性能试验台针对性、专业性太强，主要完成液压元件的型式试验、出厂试验、验证试验，试验台压力高、流量大、精度等级要求高、占地面积大、价格昂贵，难以适用于学校的教学实验要求。教学用液压元件实验台目前欠缺系统的规划、研究；实验设备缺乏，实验项目少、实验内容单一、固化，实验危险性大；(3)实验过程，乃至实验课本身也都存在不少弊端，实验效果差。学生在实验课上，只是看、听、记录，不能很好地理论联系实际，主动思考问题、解决问题，实验主动性差。教师教授的每个理论知识难以和实际直接、直观地联系，理论教学和实验教学完全分割开来，使得理论教学效果也差，学生难以深刻理解所学知识，所以需要一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统，用以解决现有技术中存在的问题。
一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统，包括远程控制终端、无线或有线传输模块和液压元件综合性能实验台模块，所述远程控制终端通过无线或有线传输模块控制液压元件综合性能实验台模块；
所述液压元件综合性能实验台模块包括液压元件模块一和液压元件模块二，所述液压元件模块一包括截止阀一，所述截止阀一通过管道连接三位四通电磁换向阀一，所述三位四通电磁换向阀一的一个端口通过管道连接压力继电器一、直动式溢流阀一、截止阀二和先导式顺序阀，所述先导式顺序阀通过管道连接截止阀六和两位四通电磁换向阀一；
所述截止阀二通过管道连接单向阀，所述单向阀通过管道连接调速阀和截止阀五，所述调速阀通过管道连接截止阀三，所述截止阀五通过管道连接截止阀四、截止阀六和截止阀七，所述截止阀七通过管道连接流量计一，所述流量计一通过管道连接截止阀八、直动式溢流阀一和所述三位四通电磁换向阀一的一个端口；
所述液压元件模块二包括截止阀九、所述截止阀九通过管道连接三位四通电磁换向阀二，所述三位四通电磁换向阀二的一个端口通过管道连接压力继电器二、截止阀十、截止阀十一、截止阀十二、截止阀十四、先导式溢流阀和直动式溢流阀二，所述先导式溢流阀通过管道连接截止阀十五；
所述截止阀十一通过管道连接先导减压阀，所述先导减压阀和所述截止阀十二均通过管道连接三位四通电磁换向阀三的一个端口，所述先导减压阀通过管道连接两位四通电磁换向阀二，所述三位四通电磁换向阀三通过管道连接截止阀十三，所述截止阀十三通过管道连接截止阀十四、截止阀十五和截止阀十六，所述截止阀十六通过管道连接流量计二，所述流量计二通过管道连接截止阀十七、所述直动式溢流阀二和所述截止阀九的一个端口，所述截止阀十通过管道连接蓄能器；
所述三位四通电磁换向阀一和所述截止阀二之间通过管道连接压力传感器一和压力表一，所述单向阀和所述调速阀之间通过管道连接压力传感器二和压力表二，所述先导式顺序阀和所述截止阀六之间通过管道连接压力传感器三和压力表三，所述截止阀九和所述截止阀十之间通过管道连接压力传感器四和压力表四，所述先导式溢流阀和所述截止阀十五之间通过管道连接压力传感器五和压力表五，所述截止阀十二和所述三位四通电磁换向阀三之间通过管道连接压力传感器六和压力表六，所述三位四通电磁换向阀三的两个端口分别通过管道连接压力传感器七和压力表七，以及压力传感器八和压力表八后连接伺服加载系统；
所述伺服加载系统包括先导式减压阀二，所述先导式减压阀二通过管道连接三位四通电液伺服阀，所述三位四通电液伺服阀的两个端口通过管道分别连接双作用双杆液压缸的两个端口以及两位两通电磁卸荷阀的两个端口。
较佳地，其特征在于，所述远程控制终端包括：管理设备终端、教师终端和学生终端。
本发明有益效果：本发明使教师在多媒体教室，通过系统上的课件讲授理论知识，同时可以现场操纵实验台进行编程、实验，经视频音像系统，在课堂讲授理论知识的同时，直观验证所讲知识，且在一个实验台上可以做多个液压元件的多个性能实验，满足教师液压元件课程的教学要求及学生学习、实验要求，克服了高校实验室建设经费困难，实现高校液压元件课程的理论教学与实验系统的有机结合和共同分享。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统的液压元件综合性能实验台模块的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统的伺服加载系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统的溢流阀性能实验原理结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统的实验台控制结构示意图。
附图标记说明：
1-截止阀一，2-三位四通电磁换向阀一，3-压力继电器一，4-直动式溢流阀一，5-截止阀二，6-单向阀，7-调速阀，8-截止阀三，9-截止阀四，10-截止阀五，11-先导式顺序阀，12-截止阀六，13-两位四通电磁换向阀一，14-截止阀七，15-流量计一，16-截止阀八，17-截止阀九，18-三位四通电磁换向阀二，19-压力继电器二，20-截止阀十，21-截止阀十一，22-先导减压阀一，23-截止阀十二，24-三位四通电磁换向阀三，25-截止阀十三，26-两位四通电磁换向阀二，27-截止阀十四，28-先导式溢流阀，29-截止阀十五，30-截止阀十六，31-直动式溢流阀二，32-流量计二，33-截止阀十七，34-蓄能器，35-压力传感器一，36-压力传感器二，37-压力传感器三，38-压力传感器四，39-压力传感器五，40-压力传感器六，41-压力传感器七，42-压力传感器八，43-先导式减压阀二，44-三位四通电液伺服阀，45-双作用双杆液压缸，46-两位两通电磁卸荷阀。
具体实施方式
下面结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明实现了一个基于互联网的、较为复杂、庞大的液压元件理论教学与实验系统，改变了传统的教学和实验模式，开启了全新的液压元件课程理论教学和实验模式。在网络信号覆盖的任何地方，通过实验台的排队申请管理系统，教师、学生都可实现现场及远程的可视化理论教学、实验和学习。实验台可以通过计算机伺服控制系统和手动两种方式调节，进行多种液压元件的性能教学实验。
参照图1-2，本发明提供了一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统，包括远程控制终端、无线或有线传输模块和液压元件综合性能实验台模块，所述远程控制终端通过无线或有线传输模块控制液压元件综合性能实验台模块；所述远程控制终端包括：管理设备终端、教师终端和学生终端。
所述液压元件综合性能实验台模块包括液压元件模块一和液压元件模块二，所述液压元件模块一包括截止阀一1，所述截止阀一1通过管道连接三位四通电磁换向阀一2，所述三位四通电磁换向阀一2的一个端口通过管道连接压力继电器一3、直动式溢流阀一4、截止阀二5和先导式顺序阀11，所述先导式顺序阀11通过管道连接截止阀六12和两位四通电磁换向阀一13；
所述截止阀二5通过管道连接单向阀6，所述单向阀6通过管道连接调速阀7和截止阀五10，所述调速阀7通过管道连接截止阀三8，所述截止阀五10通过管道连接截止阀四9、截止阀六12和截止阀七14，所述截止阀七14通过管道连接流量计一15，所述流量计一15通过管道连接截止阀八16、直动式溢流阀一4和所述三位四通电磁换向阀一2的一个端口；
所述液压元件模块二包括截止阀九17、所述截止阀九17通过管道连接三位四通电磁换向阀二18，所述三位四通电磁换向阀二18的一个端口通过管道连接压力继电器二19、截止阀十20、截止阀十一21、截止阀十二23、截止阀十四27、先导式溢流阀28和直动式溢流阀二31，所述先导式溢流阀28通过管道连接截止阀十五29；
所述截止阀十一21通过管道连接先导减压阀22，所述先导减压阀22和所述截止阀十二23均通过管道连接三位四通电磁换向阀三24的一个端口，所述先导减压阀22通过管道连接两位四通电磁换向阀二26，所述三位四通电磁换向阀三24通过管道连接截止阀十三25，所述截止阀十三25通过管道连接截止阀十四27、截止阀十五29和截止阀十六30，所述截止阀十六30通过管道连接流量计二32，所述流量计二32通过管道连接截止阀十七33、所述直动式溢流阀二31和所述截止阀九17的一个端口，所述截止阀十20通过管道连接蓄能器34；
所述三位四通电磁换向阀一2和所述截止阀二5之间通过管道连接压力传感器一35和压力表一，所述单向阀6和所述调速阀7之间通过管道连接压力传感器二36和压力表二，所述先导式顺序阀11和所述截止阀六12之间通过管道连接压力传感器三37和压力表三，所述截止阀九17和所述截止阀十20之间通过管道连接压力传感器四38和压力表四，所述先导式溢流阀28和所述截止阀十五29之间通过管道连接压力传感器五39和压力表五，所述截止阀十二23和所述三位四通电磁换向阀三24之间通过管道连接压力传感器六40和压力表六，所述三位四通电磁换向阀三24的两个端口分别通过管道连接压力传感器七41和压力表七，以及压力传感器八42和压力表八后连接伺服加载系统。
所述伺服加载系统包括先导式减压阀二43，所述先导式减压阀二43通过管道连接三位四通电液伺服阀44，所述三位四通电液伺服阀44的两个端口通过管道分别连接双作用双杆液压缸45的两个端口以及两位两通电磁卸荷阀46的两个端口。
参照图3，由于液压元件的部分性能实验需要加上负载进行实验，常规实验台采用调节截止阀开口面积的大小，控制实验系统的载荷。这样的加载方式，调节精度差，难以实现连续的多变的精确加载，难以为实验系统提供更多、更复杂的载荷谱，使得液压元件的很多性能无法测试，也很难通过实验研究液压元件的抗干扰等能力。
本系统安装单杆液压缸作为液压系统的执行部件，在性能实验中，采用双杆液压缸的对顶加载方式进行伺服加载。按载荷谱要求，施加适合的精确负载。伺服加载系统的作用有：(1)给性能实验系统提供需要的载荷；(2)使整个教学实验系统增加了伺服阀性能和液压伺服课程的多个实验，增加了系统的功能，提高了实验系统的性价比；(3)在元件的某些性能检测实验中，可通过加载系统，提供特定的干扰(如：压力的脉动或脉冲)，用以检测元件(如蓄能器)消除干扰的性能；(4)给实验台提供实验所需的反向压力和反向供油，完成方向供油的各种性能实验。
伺服加载系统中的减压阀，用于调节系统压力。两位两通电磁换向阀在系统出现故障和危险时，导通，系统卸荷。加载系统安装有拉压力传感器、直线位移传感器，除了为液压元件性能实验按载荷谱要求提供各种负载，还可以进行位置伺服控制，力伺服控制，速度伺服控制等的实验和研究，也可以进行控制方法的理论和实验研究。
参照图4，为了实现系统的远程调节控制和现场的手动操纵实验，系统液压元件采用的常规液压阀，加装了调节机构，不改变液压元件的结构又可以手动和伺服控制调节。实验时，通过调节有关的液压元件，控制系统各液压支路的通断，改变系统液压原理图的结构，使之成为适合进行特定液压元件的某个性能实验的原理图。再调节有关元件进行性能实验。举例：如进行溢流阀性能实验，通过调节液压元件，使图2的液压系统图改变成实现溢流阀性型式实验和出厂实验的液压原理图图4，
本系统通过液压元件的手动和伺服调节，可以完成一项用于教学的液压元件性能实验：(1)溢流阀、减压阀、换向阀、调速阀、顺序阀的型式实验、出厂实验；(2)蓄能器、压力继电器、单向阀、节流阀等元件的部分性能实验。(3)液压伺服系统、电伺服系统的部分实验，及《自动控制原理》的课程实验。
系统设计有油源转换接口，低压力、小流量的教学实验使用安装在实验台底部的实验台自带液压油源。教师科研及学生毕业设计需要大流量、高压力油源时，可切换到实验室的高压油源系统。实验台油源压力可在泵头安装的液压集成块上通过溢流阀和减压阀调节，为液压元件实验系统提供压力油。根据液压元件性能实验系统原理图的设计，设计二个液压阀块，安装在实验台的台面上。
参照图5，基于互联物的液压元件理论与实验同步教学系统依托互联网技术，把课程教学内容与现场实验，在多媒体教室，以声、文、图、像等多种形式、多元立体化地呈现出来。教师远程操纵实验室的实验台、也可通过排队管理系统申请其他高校的液压实验台，在教室利用系统中的教学课件，完成理论与实验相结合的教学。学生利用手机及电脑等学习终端，通过校园互联网可以预约实验，打开系统的教学、实验视频、文档等资料，自主学习和复习。并可操纵实验台，验证所学知识。在实验室可按常规实验方式，手动完成实验。
测控单元主要有两部分：(一)音像视频系统的控制，系统硬件包括：多媒体教室的有关设备、实验台上的云台、高清晰摄像头、拾音器、服务器、工控机等。通过控制软件实现系统画面、音频的调节、控制，以及在远程网络实验室、多媒体教室、学生学习终端间的传递。
(二)实验操纵系统及实验设备的数据采集和控制系统，系统硬件包括：实验台上各种类型的传感器、各种通讯接口、A/D采集卡、D/A转换卡、服务器、工控机等设备。通过控制软件实现系统的授课、实验环节的调节、控制，及有关数据在远程网络实验室、多媒体教室、学生学习终端间的传递。实验台设计有排队等候系统，解决教师、学生同时发出申请，要求授课或实验的排队问题。
本发明突破教学资源空间限制，可以将实验设备、教师教学设备、学生终端设备以及各高校的液压实验设备有机地集合为一体，是一个完全真实物理系统；实现了教师、学生身临其境的同步进行教学、实验、学习。利用本系统在实际教学中取得了很好的教学效果，主要表现在以下三个方面：其一、改变平面文字为主的枯燥教学、实验模式，提高学生的学习兴趣；其二、通过互联网共享实验、教学资源，较大的提高课程信息量；其三、学生可以随时随地的进入系统学习和实验，很容易改变系统原理、结构，极大的方便了学生，鼓励和引导学生勇于实践和创新。
综上所述，本发明使教师在多媒体教室，通过系统上的课件讲授理论知识，同时可以现场操纵实验台进行编程、实验，经视频音像系统，在课堂讲授理论知识的同时，直观验证所讲知识，且在一个实验台上可以做多个液压元件的多个性能实验，满足教师液压元件课程的教学要求及学生学习、实验要求，克服了高校实验室建设经费困难，实现高校液压元件课程的理论教学与实验系统的有机结合和共同分享。
以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统，其特征在于，包括远程控制终端、无线或有线传输模块和液压元件综合性能实验台模块，所述远程控制终端通过无线或有线传输模块控制液压元件综合性能实验台模块；
所述液压元件综合性能实验台模块包括液压元件模块一和液压元件模块二，所述液压元件模块一包括截止阀一(1)，所述截止阀一(1)通过管道连接三位四通电磁换向阀一(2)，所述三位四通电磁换向阀一(2)的一个端口通过管道连接压力继电器一(3)、直动式溢流阀一(4)、截止阀二(5)和先导式顺序阀(11)，所述先导式顺序阀(11)通过管道连接截止阀六(12)和两位四通电磁换向阀一(13)；
所述截止阀二(5)通过管道连接单向阀(6)，所述单向阀(6)通过管道连接调速阀(7)和截止阀五(10)，所述调速阀(7)通过管道连接截止阀三(8)，所述截止阀五(10)通过管道连接截止阀四(9)、截止阀六(12)和截止阀七(14)，所述截止阀七(14)通过管道连接流量计一(15)，所述流量计一(15)通过管道连接截止阀八(16)、直动式溢流阀一(4)和所述三位四通电磁换向阀一(2)的一个端口；
所述液压元件模块二包括截止阀九(17)、所述截止阀九(17)通过管道连接三位四通电磁换向阀二(18)，所述三位四通电磁换向阀二(18)的一个端口通过管道连接压力继电器二(19)、截止阀十(20)、截止阀十一(21)、截止阀十二(23)、截止阀十四(27)、先导式溢流阀(28)和直动式溢流阀二(31)，所述先导式溢流阀(28)通过管道连接截止阀十五(29)；
所述截止阀十一(21)通过管道连接先导减压阀(22)，所述先导减压阀(22)和所述截止阀十二(23)均通过管道连接三位四通电磁换向阀三(24)的一个端口，所述先导减压阀(22)通过管道连接两位四通电磁换向阀二(26)，所述三位四通电磁换向阀三(24)通过管道连接截止阀十三(25)，所述截止阀十三(25)通过管道连接截止阀十四(27)、截止阀十五(29)和截止阀十六(30)，所述截止阀十六(30)通过管道连接流量计二(32)，所述流量计二(32)通过管道连接截止阀十七(33)、所述直动式溢流阀二(31)和所述截止阀九(17)的一个端口，所述截止阀十(20)通过管道连接蓄能器(34)；
所述三位四通电磁换向阀一(2)和所述截止阀二(5)之间通过管道连接压力传感器一(35)和压力表一，所述单向阀(6)和所述调速阀(7)之间通过管道连接压力传感器二(36)和压力表二，所述先导式顺序阀(11)和所述截止阀六(12)之间通过管道连接压力传感器三(37)和压力表三，所述截止阀九(17)和所述截止阀十(20)之间通过管道连接压力传感器四(38)和压力表四，所述先导式溢流阀(28)和所述截止阀十五(29)之间通过管道连接压力传感器五(39)和压力表五，所述截止阀十二(23)和所述三位四通电磁换向阀三(24)之间通过管道连接压力传感器六(40)和压力表六，所述三位四通电磁换向阀三(24)的两个端口分别通过管道连接压力传感器七(41)和压力表七，以及压力传感器八(42)和压力表八后连接伺服加载系统；
所述伺服加载系统包括先导式减压阀二(43)，所述先导式减压阀二(43)通过管道连接三位四通电液伺服阀(44)，所述三位四通电液伺服阀(44)的两个端口通过管道分别连接双作用双杆液压缸(45)的两个端口以及两位两通电磁卸荷阀(46)的两个端口。
2.如权利要求1所述的一种基于互联网的液压元件理论与实验同步教学系统，其特征在于，所述远程控制终端包括：管理设备终端、教师终端和学生终端。
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