郝光香，李明珠，徐京明

大创项目与自制实验设备的深度融合

郝光香，李明珠，徐京明

（齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

依托大学生创新创业训练项目，过程装备与控制工程实验室提供创新实践活动平台，以实验室现有条件为基础，发挥创新团队主观能动性和创新精神，设计及制作了外压容器失稳实验装置和压力容器爆破实验装置．实验装置应用在学生实验教学中，获得较好的实验效果．

外压容器失稳实验装置；压力容器爆破实验装置；自制设备；实验教学

为了适应知识经济时代对人才培养的要求，需要更新教育观念，努力探索新的人才培养模式，加强对学生素质教育和创新能力的培养[1-3]．培养学生的创新能力需要从培养学生的创新意识、提高创造力和加强创新实践训练几个方面入手．让学生从创新实验设计开发与应用着手，发挥其想象力、创造力，培养其创新意识，激发学习兴趣．

本文依托大学生创新创业训练项目，实验室提供创新实践活动平台，以实验室现有实验条件为基础，由学生参与外压容器失稳、压力容器爆破等实验装备的改造、创新设计开发与制作，使大创项目与自制实验设备进行深度融合．其中外压容器实验装置的改造与外压容器的创新设计制作已经应用到学生实验中，高压容器爆破实验装置的创新设计与制作测试完成，已投入使用．

1 外压容器失稳装置创新设计与制作

大创项目“外压容器失稳装置创新设计”与自制设备“外压失稳装置制作”相互融合完成外压容器失稳实验创新与发展．外压容器的失稳实验是过程装备与控制工程专业学生必开的重要实验之一[4-6]．此前只有一台1986年购置的外压容器失稳实验台，设备陈旧，且经常出现故障，勉强维持学生的外压容器失稳实验，满足不了正常实验教学要求．自行设计和制作外压失稳实验台，可以缓解现有外压失稳实验台的不足，让每位学生都有动手做实验的机会，改善实验教学条件，提高实验效果．

在设备自制过程中学生积极参与，加深了学生对理论课程的理解和掌握，达到实验教学要注重对学生动手能力培养的目标．实验台的设计思路符合大创项目外压容器失稳装置创新设计理论，满足外压容器失稳实验教学内容，有助于解决教学中的难点和重点，培养学生的创新意识、参与意识和实践能力．

传统外压容器失稳实验台是利用空气压缩机在试件外部通压缩空气，形成外压容器、测试试件失稳时的临界压力和波形数．创新设计和制作的实验台以铝制易拉罐为失稳试件，采用真空泵对试件抽真空的方法，让试件产生负压，形成外压容器（见图1～4），观察试件的失稳过程和失稳破坏时临界压力及失稳后的波形数．颠覆传统设计外压容器失稳实验台的理念，是一项大胆的创新尝试．此实验台制作完成后用于实验教学，拓展学生的知识面，开阔了学生的视野，激发学生做实验的兴趣．

图1 外压失稳实验装置

图2 外压失稳实验装置局部图

图3 失稳前试件

图4 失稳后试件

实验台构思新颖，取材容易，便于自制，结构简单，易于操作和维护，安全可靠，坚固耐用，造价低廉．所用的试件是废弃的铝制饮料桶，试件来源广泛，不用花费购买试件的费用，降低了实验成本，具有良好的应用前景和推广价值．此实验台不足之处是采用U型管压差计用水柱高度表示临界压力值，由于失稳过程太快，临界压力值太小，无法准确记录水柱高度，而且由水柱高度换算成国际单位兆帕比较麻烦．后续计划将压差计改装成压力表，这样实验数据容易观察和记录，压力调试和数据整理更简便，能取得更好的实验效果，所以需要进一步完善实验装置．

2 压力容器爆破实验装置的创新设计与制作

大创项目“压力容器爆破实验装置的创新设计”与自制设备“爆破实验装置设计制作”的相互融合完成高压容器爆破实验．

压力容器的爆破实验是压力容器研究、设计、制造中的一种直观性很强的综合性实验方法，爆破实验的目的是考核结构材料的各项机械性能，结构设计的合理性、可靠性及安全储备和其他方面的性能[7-11]．压力容器的爆破实验也是过控专业学生必开的重要实验之一．实验是对高压容器进行爆破，在实验过程中若密封不好就要引起泄露，使实验无法完成．过控实验室原有一台实验装置（见图5），存在加压时间长，实验过程中有泄露现象，实验的成功率很低．为此，自主研究设计一套爆破实验装置（见图6～8）．这套装置由高压泵、高压管线、压力表、爆破试件、防护筒等组成．高压泵通过高压管线将压缩油输送给爆破试件，由压力表压力的变化情况，观察爆破试件的弹性变形阶段、局部屈服、整体屈服以及爆破情况，测定整体屈服压力、爆破压力，绘制压力和进油量之间的关系曲线，观察爆破断口．与原有实验装置相比，创新设计爆破实验装置具有加压时间短，密封效果好，实验过程中没有泄露，成功率达到百分百，测试数据稳定等特点，达到了理想的实验效果．

图5 原有压力容器爆破实验装置

图6 创新设计爆破实验装置

图7 防护筒

图8 爆破后的试件

3 结语

通过大创项目“外压容器失稳装置的创新设计”与自制设备“外压失稳装置的制作”以及大创项目“压力容器爆破实验装置的创新设计”与自制设备“爆破实验装置设计制作”相互融合，使学生加深了对理论课程的理解和掌握，学思结合，手脑并用，结合运用所学的知识及实验技能战胜困难，有所发明，有所创造．提高了学生实践能力及综合素质，达到实验教学要注重对学生动手能力培养的预期目标．对于提高实验教学质量，提升实验教学水平与创新能力，实践勤俭办学理念和实现实验室可持续发展具有重要意义．

[1] 宋树波．过程装备与控制工程专业实验[M]．北京：化学工业出版社，2004：15-19．

[2] 芦涛．实验教学改革新模式的探讨[J]．实验室科学，2005（5）：24-26．

[3] 王世刚．应用型机械类专业实验课程创新教学平台的构建[J]．实验室研究与探索，2010（7）：197-200．

[4] 黄华梁．创新思维与创造性技法[M]．北京：高等教育出版社，2007：2-3．

[5] 郝光香．过程装备与控制工程专业实验教学改革[J]．高师理科学刊，2007，27（5）：101-103．

[6] 郝光香．开展创新实验研究 促进实验教学改革[J]．实验室研究与探索，2010（7）：204-206．

[7] 郑津洋．过程设备设计[M]．北京：化学工业出版社，2001．

[8] 郝光香．压力容器爆破实验装置的创新设计与制作[J]．高师理科学刊，2017，37（12）：49-51．

[9] 高志．机械创新设计[M]．北京：高等教育出版社，2010：6-7．

[10] 武丽．机械产品的现代设计方法及其创新[J]．科技创新导报，2008（33）：53-54．

[11] 魏玉新．现代机械设计的创新方法研究[J]．装备制造，2009（5）：45-47．

Deep integration of college students′ innovation project and self-made experimental equipment

HAO Guangxiang，LI Mingzhu，XU Jingming

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Relying on college students′ innovation training program，the process equipment and control engineering laboratory provides a platform for innovative practice activities．Based on the existing conditions of the laboratory，the subjective initiative and innovative spirit of the team，design and manufacture the external pressure vessel instability experimental device and the pressure vessel explosion experimental device．And it is used in the experimental teaching of students，and obtains a good experimental effect．

external pressure vessel instability experimental device；the pressure vessel explosion experimental device；homemade equipment；experimental teaching

1007-9831（2022）09-0081-03

TH49∶G642.423

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.09.017

2022-03-02

2021黑龙江省（齐齐哈尔大学）教育科学研究项目（GJQTYB202145）

郝光香（1963-），女，黑龙江齐齐哈尔人，高级实验师，从事过程装备与控制工程实验研究．E-mail：hgx196356@126.com