泵控液压缸技术 教学大纲

《泵控液压缸技术》教学大纲课程基本信息课程类别：专业教育课程课程名称：泵控液压缸技术开课单位：机械工程学院总学时：32学分：2适用专业：机械电子工程先修课程：流体动力学、机械设计、机械制造基础、液压与气压传动二、课程简介“泵控液压缸技术”是机械电子工程专业的专业教育课程。泵控液压缸技术是液压传动领域的创新技术，目的是提高机械装备液压传动系统能效与航空航天装备可靠性，是未来机械设备设计、使用和维护所必须掌握的技术和知识。本课程的教学目的，是让学生掌握泵控液压缸技术的基础知识，掌握所涉及液压泵、电动机、电液动力源、液压辅件与液压缸等元件的工作原理、特点、和选用方法，熟悉典型泵控液压缸系统的基本回路原理、组成和应用场合，了解泵控液压缸技术的国内外先进技术进展及应用。通过泵控液压缸技术课程的讲授，使学生掌握与泵控液压缸技术相关的元件与系统基础理论与计算方法，为后续的课程学习、设计训练和毕业后的工作实践奠定基础。要求学生达到如下基本要求：掌握泵控液压缸技术的基本理论和知识；掌握初步分析泵控液压缸系统的能力；掌握设计典型泵控液压缸系统的初步能力。《泵控液压缸技术》课程围绕泵直接驱动液压缸系统这一主题，划分基本元部件及其特性、闭式泵控液压缸系统和泵控液压缸系统典型应用三部分共11章，分别从泵控液压缸系统关键元部件特性、系统集成方案的和泵控液压缸技术在航天航空、工程装备等领域的典型应用三个层面，对这一技术进行全面、广泛、深入的分析。全书围绕装备驱动热点，内容包含元件、系统及应用，给出了当前国际最新前沿技术，内容全面，取材新颖，注重创新能力的培养，图文并茂，并附有思考题，引导学生深入思考液压传动技术的发展方向。三、课程教学目标课程教学目标支撑人才培养规格指标点支撑人才培养规格知识目标目标1：使学生了解和掌握泵控液压缸技术的基本知识，液压泵、液压缸、液压辅件的结构特点和工作原理，泵控液压缸基本回路的组成，典型泵控液压缸系统回路的工作原理掌握机电、传动、控制类基础和专业知识，能够对智能控制系统的运行进行分析、设计；1.工程知识能力目标目标2：培养学生对典型泵控液压缸系统回路的阅读、分析、设计能力，使学生具备根据功能需求设计出相应液压、控制系统的能力。能够通过工程原理、工程方法和文献检索综合对泵控缸液压缸系统复杂工程问题解决方案进行分析和验证，并形成可靠的结论。2.问题分析素质目标目标3：通过学习，使学生具有分析解决泵控液压缸系统复杂工程问题的能力，培养学生学习专业知识和理论联系实际的能力，树立严谨的工作态度，为将来从事专业技术工作打下基础。能够针对泵控液压缸技术系统回路的设计方案，进行元件结构设计、计算、建模和仿真分析等。3.设计/开发解决方案四、课程主要教学内容、学时安排及教学策略（一）理论教学教学模块学时主要教学内容与策略学习任务安排支撑课程目标液压泵2重点：（1）容积泵工作原理、液压泵的分类及性能参数；（2）齿轮泵、叶片泵、柱塞泵工作原理及结构特点；（3）新型液压泵的结构原理、特性及应用。难点：液压泵的工作原理、流量压力特性及应用、液压泵的参数计算。思政元素：针对液压泵的选用，引导学生要掌握针对不同问题要选择合适工具去解决。教学方法与策略：课堂讲授、模型动画演示说明，课后作业。课前：预习。课堂：理解常用液压泵的工作原理及结构特点；理解限压式变量叶片泵工作原理、流量压力特性及应用。课后：复习、作业。目标1目标3电动机4重点：（1）电动机基本组成及工作原理；（2）电动机转角、转速、转矩控制原理；（3）电动机特性曲线与选型方法；（4）电动机能量转换关系高速电动机;（5）电动机分类及实际应用。难点：交流电机变频原理、电动机调速方式。思政元素：掌握透过现象分析原因的方法，掌握我国电动机发展历程与趋势。教学方法与策略：课堂讲授，采用模型、实物说明，课后作业。课前：预习课堂：掌握交流电动机原理；了解电动机恒转矩、恒功率、矢量调速方法，理解直接转矩控制原理及发展趋势，掌握电动机类型及高速电动机发展趋势。课后：复习、作业。目标1目标2电液动力源3重点：（1）电液动力源的类型、核心构成及工作原理；（2）电液动力源流量、压力、功率控制方法；（3）电液动力源的性能指标与应用场景；（4）新型电液动力源类型及应用领域。难点：电液动力源压力、流量和功率控制方法。思政元素：聚焦“双碳”目标，引导学生树立绿色发展理念。教学方法与策略：课堂讲授、模型动画演示说明、教学实验，课后作业。课前：预习。课堂：理解电液动力源类型及工作原理；掌握电液动力源控制方法；明确电液动力源性能指标、类型及应用领域。课后：复习、作业。目标1目标3液压缸3重点：（1）液压缸的结构形式；（2）常见液压缸的工作原理及结构特点；（3）液压缸活塞运动速度、推力等参数的计算及液压马达的参数计算；（4）液压缸密封原理及密封形式；（5）液压缸发展趋势。难点：液压缸参数计算。思政元素：结合机械装备轻量化与绿色化发展需求，说明抬升液压缸技术水平重要性，激发学生创新与奋斗意识。教学方法与策略：课堂讲授、动画演示、图片说明，课堂讨论。课前：预习课堂：理解液压缸的结构形式、工作原理，液压缸参数的计算。课后：复习、作业。目标1目标2补油系统关键元件及其特性2重点：（1）补油系统功能及特性；（2）液控单向阀流量平衡回路性能；（3）液控换向阀流量平衡回路性能；（4）电控换向阀流量平衡回路性能分析。难点：补油系统参数的计算。思政元素：个人成长需在团队协作中动态调整，以弥补不足。正如社会发展中，个体唯有融入集体，在协作中实现价值。教学方法与策略：课堂讲授、动画演示、图片说明，课堂讨论。课前：预习课堂：理解液压缸的结构形式、工作原理，液压缸参数的计算。课后：复习、作业。目标1目标2目标3单泵控双出杆液压缸4重点：（1）了解泵控双出杆液压缸系统的回路原理、工作原理、变转速与变排量控制的区别；（2）掌握泵控双出杆液压缸系统传递函数推导过程，明确影响其特性的因素，理解其动态特性提升方法；（3）了解电静液作动器原理、应用及其发展趋势。难点：泵控双出杆液压缸系统工作原理与设计方法；泵控双出杆液压缸系统动态特性提升方法。思政元素：结合电静液作动器在航空航天领域的应用，以及我国与国外差距，让学生意识到我国装备强国的必要性，激发学生爱国情怀。教学方法与策略：课堂讲授、动画、视频演示，课后作业。课前：预习。课堂：理解并掌握泵控双出杆液压缸工作原理、电静液执行器结构特点及应用、泵控双出杆液压缸系统设计方法。课后：复习、作业。目标1目标2目标3泵直驱单出杆液压缸系统4重点：（1）定转速变排量泵直驱系统、（2）变转速定排量泵直驱系统、（3）变转速变排量泵直驱系统难点：泵直驱单出杆液压缸系统流量补偿的方案的优缺点及改进方案思政元素：遗憾是成长的动力，人生也需在反思中校准方向。每一次挫折都是系统自我修正的契机，唯有正视遗憾、主动补偿，才能在动态平衡中实现人生价值的最大化。体现了工程技术智慧，彰显了马克思主义哲学中否定之否定的发展规律。教学方法与策略：课堂讲授、动画、视频演示，分组讨论、实验训练，课后作业。课前：预习。课堂：了解泵直驱单出杆液压缸系统分类、原理和优缺点。思考流量补偿系统的改进方案。课后：复习。目标1目标2目标3双泵控单出杆液压缸2重点：（1）双泵控单出杆液压缸系统构型；（2）总压力控制原理；（3）系统回路动静态特性分析。难点：系统回路动静态特性分析。思政元素：结合学科前沿和我国产业发展现状，启发学生运用所学知识分析和解决实际问题，激励学生投身科技报国。教学方法与策略：课堂讲授、动画、视频演示，分组讨论，课后作业。课前：预习。课堂：理解双泵直驱单出杆液压缸系统多种构型和各自优缺点；理解总压力控制原理；学会双泵控单出杆液压缸系统动静态特性分析。课后：复习、作业。目标1目标2目标3分腔容积直驱液压缸2重点：（1）分腔容积直驱液压缸系统基本原理；（2）分腔容积直驱多执行器系统；难点：分腔容积直驱液压缸系统基本原理。思政元素：结合学科前沿和我国产业发展现状，以实际科研故事为案例，让学生在解决实际问题中真学真懂真体悟。教学方法与策略：课堂讲授、动画、视频分析，小结，课后作业。课前：预习。课堂：掌握分腔容积直驱液压缸系统基本原理。课后：复习。目标1目标2非对称泵控单出杆液压缸4重点：（1）非对称柱塞泵结构原理；（2）非对称柱塞泵基本设计理论；（3）非对称柱塞泵控单出杆液压缸基本原理；（4）非对称柱塞泵控单出杆液压缸性能。难点：非对称柱塞泵结构原理与基础理论。思政元素：结合泵控液压缸技术瓶颈，讲述非对称柱塞泵控系统创新原理，培养学生对复杂问题的创新解决能力。教学方法与策略：课堂讲授、动画、视频分析，小结，课后作业。课前：预习。课堂：了解非对称柱塞泵结构原理；掌握非对称柱塞泵设计原理；了解非对称柱塞泵控单出杆液压缸基本原理及性能。思考不同面积比非对称柱塞泵设计。课后：复习。目标1目标2泵控液压缸技术应用2重点：（1）泵控液压缸技术在工业装备领域应用；（2）泵控液压缸技术在工程机械领域应用；（3）泵控液压缸技术在机器人等其他领域应用。难点：泵控液压缸技术在不同应用领域解决的技术难点。思政元素：结合泵控液压缸技术应用优势，培养学生投身国家装备强国的使命感。教学方法与策略：课堂讲授、动画、视频分析，小结，课后作业。课前：预习。课堂：了解泵控液压缸技术在不同领域的应用情况、优势和特点；了解泵控液压缸技术应用面临的挑战。课后：复习。目标1目标3（二）实践教学实践类型项目名称学时主要教学内容项目类型项目要求支撑课程目标实验液压缸的性能测试2重点：了解液压缸核心零部件与结构原理，学会液压缸测试流程。明确液压缸起动压力、动摩擦力、泄漏特性和运行能效。难点：能量效率与摩擦力测定。思政元素：理论联系实际、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。验证按设备台套数，合理分组，完成实验和实验报告。目标2目标3实验液压泵与电液动力源性能2重点：了解液压泵核心零部件及结构原理，了解电液动力源基本组成及控制方法，掌握液压泵与电液动力源性能测试方法，分析电液动力源的流量、压力、能效等性能。难点：电液动力源与液压泵性能测试思政元素：通过液压泵压力、流量、容积效率、机械效率等数据的分析，培养学生严谨求实的治学态度。验证按设备台套数，合理分组，完成实验和实验报告。目标1目标3实验单泵直驱单出杆液压缸系统2重点：差动回路的特点，比较差动回路同普通回路速度的大小；泵直驱单出杆液压缸系统流量补偿的方案的优缺点及改进方案。难点：差动回路推力及速度的计算，流量补偿方案的设计。思政元素：引导学生思考“如何通过优化系统回路、控制方法，提升系统动态性能与控制精度，助力高性能泵控单出杆液压缸系统研发”，激发自主创新意识，树立以技术创新推动产业升级的理念。验证按设备台套数，合理分组，完成实验及报告。目标2目标3五、学生学习成效评估方式及标准考核与评价是对课程教学目标中的知识目标、能力目标和素质目标等进行综合评价。在本课程中，学生的最终成绩是由平时成绩和期末考试两个部分组成。1.平时成绩（占总成绩的30%）：采用百分制。平时成绩分为作业（占10%）、考勤（占10%）和实验（占10%）三部分组成。评分标准如下表：等级评分标准1.作业；2.考勤；3.实验优秀（90～100分）1.作业书写工整、书面整洁；90％以上的习题解答正确。2.无迟到、旷课记录。3.实验报告格式规范、书写认真，数据记录完整有效。良好（80～89分）1.作业书写工整、书面整洁；80％以上的习题解答正确。2.无迟到、旷课记录。3.实验报告格式规范、书写认真，数据记录完整有效。中等（70～79分）1.作业书写较工整、书面较整洁；70％以上的习题解答正确或实验习题结果准确无误。2.有迟到、旷课记录少于等于3次。3.实验报告格式规范、书写认真，数据记录不够完整。及格（60～69分）1.作业书写一般、书面整洁度一般；60％以上的习题解答正确。2.迟到、旷课记录少于等于5次。3.实验报告格式规范，数据记录有缺项。不及格（60以下）1.字迹模糊、卷面书写零乱；超过40％的习题解答不正确。2.迟到、旷课记录次大于5次。3.试验报考书写潦草、数据记录缺失、无效或者不交试验报告。2.期末考试（占总成绩的70%）：采用百分制。期末考试的内容、题型和分值分配情况见下表：考核模块考核内容主要题型支撑目标分值液压泵液压泵的分类，工作压力、排量和流量、功率和效率的概念及计算，齿轮泵工作原理、结构特点及应用，单、双作用叶片泵的工作原理、结构特点及应用；柱塞泵的工作原理、流量压力特性及应用；新型柱塞泵的工作原理、结构特点及应用。选择、填空、判断、目标110电动机直流电动机、交流电动机的结构差异，定子、转子、换向器、电刷等核心部件的功能及适配场景；电动机电能-机械能转化过程，机械损耗、铜损、铁损的产生原因及影响因素；电动机不同调速方法及其原理。选择、填空、判断、简答分析、计算目标110电液动力源电液动力源类型、原理、符号图；电液动力源流量、压力、功率控制原理及方法；电液动力源电动机、液压泵参数匹配；电液动力源类型及发展趋势。选择、填空、判断、简答、分析、计算目标1目标210补油系统关键元件及其特性补油系统补油方案、补油阀、液压蓄能器、溢流阀、油箱等关键部件工作原理，补油系统各部件对补油过程、换热特性等的影响规律，以及协调、匹配泵直驱液压缸技术非驱动腔压力和流量的原理。选择、填空、判断、目标1目标28液压缸液压缸的结构形式，液压缸的工作原理及结构特点，液压缸活塞运动速度、推力等参数的计算，液压缸密封原理与类型,静压支撑密封原理，液压缸轻量化与智能化趋势。选择、填空、判断、简答、分析、计算目标1目标2目标310单泵控双出杆液压缸系统单泵控双出杆液压缸系统的回路原理、工作原理，系统动态性能提升原理及方法；电静液执行器结构原理、应用领域及发展趋势。选择、填空、判断、简答、分析目标110单泵控单出杆液压缸泵直驱单出杆液压缸系统流量补偿的方式与方法，定转速变排量泵直驱系统、变转速定排量泵直驱系统及变转