一种基于安全的金工实习教学蒸汽机实训模型的制作方法

本实用新型涉及一种教学辅助装置，尤其是涉及一种基于安全的金工实习教学蒸汽机实训模型。

背景技术：

金工实习教学对于学生了解并掌握传统机械制造加工工艺以及现代机械制造加工技术有着至关重要的作用，同时还是培养学生实际操作能力的重要途径。

目前金工实习的基本内容有普车、刨削、焊接、铸造、锻造、钳工、ｃａｄ／ｃａｍ、数控铣、数控车、快速成型等工艺知识及基本操作。

蒸汽机是通过将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械，由机座、汽缸、活塞、连杆曲柄机构、蒸汽分配装置和飞轮等组成，结构相对简单，零部件涉及车、刨、焊、钳等所有工种，非常符合金工实习的学习要求。

在高校金工实践教学中，没有模型，枯燥的理论讲课无法激发学生们的学习兴趣，很难让学生们真正理解蒸汽机的原理和工作过程。

按蒸汽的活塞一侧或两侧工作，蒸汽机可分为单作用和双作用式两种。

双作用式两个双动活塞同时被使用时，一般它们的曲柄的相正好差90度，这样一个引擎在任何时候都做功。经检索，中国专利申请号201220344242.9，申请日为2012.07.17，发明创造名称为：蒸汽机模型，本实用新型公开了一种蒸汽机模型，就是双作用式蒸汽机，可以实现对蒸汽机工作原理和工作状态的完美演示，让学生可以直观的观察，体会到蒸汽的产生和蒸汽通过汽缸带动飞轮转动的过程，使学生易于理解和接受蒸汽机的工作原理，并能激发学生的学习兴趣。然而就教学而言，该专利只能演示蒸汽机的工作原理，无法使学生深入的了解机械原理中存在的不足和缺陷，适用于中小学生认知教育，就大学生而言已经无法满足金工教学使用需求。

单作用式因为蒸汽只在活塞的一侧进汽，结构简单，机械传动原理容易理解。在制造这种蒸汽机时必须特别注意摇摆式汽缸和机架的接触平面与汽缸的摆动的位置关系，否则在汽缸活塞在极限位置时容易因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动；正是因为单作用式蒸汽机存在缺陷及如何解决以上问题，可以引导学生深入思考，启发学生的想象力和创造性思维，进一步的了解机械原理和开发设计过程。

另外目前现有的蒸汽机模型通过酒精喷灯对加热炉进行加热，在上课观摩期间，有众多学生围绕模型观察，存在明火的安全隐患，且酒精喷灯加热效果查，加热过程慢，无法满足金工实习教学的需求。

技术实现要素：

本实用新型针对现有产品的不足，而提供一种基于安全的金工实习教学蒸汽机实训模型。本实用新型所要解决的技术问题是：开发一种适用于高校学生了解机械原理的教学蒸汽机模型。

本实用新型的一种基于安全的金工实习教学蒸汽机实训模型，所述模型包括一个用于安装加热炉支架和蒸汽机支架的底座；一个固定安装在加热炉支架上，用于蒸汽输出的加热炉；

所述的底座通过螺栓和加热炉支架、蒸汽机支架连接，所述的加热炉支架的侧面顶部通过螺栓和加热炉固定连接，所述加热炉支架的内部开设有一号进气管道，所述底座内部开设有二号进气管道，所述蒸汽机支架内部开设有三号进气管道，所述一号进气管道和二号进气管道相互连接、二号进气管道和三号进气管道相互连接，一号进气管道的上端和加热炉的蒸汽出口连接；所述蒸汽机支架的上端安装有转轴，所述转轴的后端安装有飞轮，转轴的前端安装有曲柄，所述曲柄通过连接转轴和摆动座连接，所述摆动座下端安装有汽缸活塞，所述汽缸活塞安装在汽缸内，所述汽缸固定安装在气缸安装座上，所述气缸安装座通过安装座转轴和蒸汽机支架活动连接，所述气缸安装座开设有一个气缸进气通道和一个气缸出气通道，气缸出气通道的出口和蒸汽机支架的排气孔连接，蒸汽机支架的排气孔处装有排气管，气缸进气通道和二号进气管道连接；

所述加热炉下方安装有加热机构；加热机构包括箱体、传热板、加热管，所述箱体的上端设置有传热板，所述传热板的下端与箱体的内部相通，所述箱体的内部设置有加热管、通风板和风机，所述加热管的左右端设置有安装座，所述箱体内部左右侧的位置相对应通风板的位置处设置有移动座，所述通风板上开设有通风孔，所述箱体的外部前侧设置有控制器，所述箱体外部后侧设置有安全门，所述箱体的下端设置有底座。

进一步，所述飞轮外侧圆周排列安装有平衡杆，平衡杆转到底部时经过一个放置在底座上的放置泡沫液体的容器。

进一步，所述平衡杆包括连杆和发泡圈，所述连杆的一端和飞轮连接，所述连杆的另一端和发泡圈连接。

进一步，所述排气管包括直管、斜管、角度调节弯头，所述直管和蒸汽机支架的排气孔垂直连接，斜管和直管之间的夹角a为30-60夹角，斜管的出口斜对发泡圈壁。

进一步，所述角度调节弯头包括最里面的管内层，套接在管内层外面的管中层，套接在管中层外面的管外层；管外层采用金属波纹管制成，管中层采用碳钢制成，管内层采用低密度高压聚乙烯软管制成。

进一步，所述风机设置在箱体的内部底端，所述加热管设置在风机的上方，所述通风板设置在风机与加热管之间的位置。

进一步，所述风机设置有三个，所述箱体的左右侧的位置相对应风机的位置均开设有通风框。

进一步，所述箱体的侧壁上设置有合页，所述箱体通过合页与安全门连接，所述安全门上设置有把手。

进一步，所述移动座与移动座的相对应方向的一侧均开设有移动槽，所述通风板的两端分别设置在相对应的移动槽内,所述箱体外侧相对应安装座、移动座的位置均设置有螺栓，所述箱体分别通过螺栓与安装座、移动座螺旋连接。

本实用新型的有益效果是：

1、结构合理，本蒸汽机模型相比双作用式的蒸汽机模型原理更加简单，对于刚接触机械原理的大学生来说，本蒸汽机模型更容易理解机械传动的原理。

2、当汽缸活塞在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动时，可以引导学生分析卡住不动的原因，再通过安装平衡杆利用蒸汽机排气的气流动力，推动发泡圈壁向前摆动进而带动汽缸活塞顺利度过极限位置，引导学生深入思考，提出自己的解决办法，启发学生的想象力和创造性思维。

3、所有的进气管道均采用内孔加工，蒸汽机模型没有外置气管，更容易引起学生好奇，拆卸之后，可以让学生了解钻孔的工艺及部件之间密封件的使用。

4、解决了教学用蒸汽机模型的加热机构中内部工作效率低且加热效率低的问题，便于操作，且消除了上课过程中使用明火的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的纵向a-a剖视图。

图3为本实用新型的横向剖视图。

图4为本实用新型的排气管的结构示意图。

图5为本实用新型的角度调节弯头的结构示意图。

图6为本实用新型图的加热机构内部结构图。

图7为本实用新型图的加热机构外部侧视结构图。

图8为本实用新型图的加热机构外部后视结构图。

图9为本实用新型图的加热机构外部正视结构图。

图中：底座1、加热炉2、加热炉支架3、曲柄4、蒸汽机支架5、转轴6、飞轮7、平衡杆8、排气管9、摆动座10、汽缸活塞11、汽缸12、气缸安装座13；一号进气管道31、二号进气管道32、三号进气管道33；直管91、斜管92、角度调节弯头93、管外层931、管中层932、管内层933；加热机构100、箱体101、传热板102、加热管103、安装座104、移动座105、底座106、通风板107、风机108、通风孔109、螺栓110、通风框111、安全门112、合页113、把手114、控制器115、移动槽116。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

如图1-3所示，本实用新型的一种基于安全的金工实习教学蒸汽机实训模型，所述模型包括一个用于安装加热炉支架3和蒸汽机支架5的底座1；一个固定安装在加热炉支架3上，用于蒸汽输出的加热炉2。

所述的底座1通过螺栓和加热炉支架3、蒸汽机支架5连接，所述的加热炉支架3的侧面顶部通过螺栓和加热炉2，所述加热炉支架3的内部开设有一号进气管道31，所述底座1内部开设有二号进气管道32，所述蒸汽机支架5内部开设有三号进气管道33，所述一号进气管道31和二号进气管道32相互连接、二号进气管道32和三号进气管道33相互连接，一号进气管道31的上端和加热炉2的蒸汽出口连接；所述蒸汽机支架5的上端安装有转轴6，所述转轴6的后端安装有飞轮7，转轴6的前端安装有曲柄4，所述曲柄4通过连接转轴和摆动座10连接，所述摆动座10下端安装有汽缸活塞11，所述汽缸活塞11安装在汽缸12内，所述汽缸12固定安装在气缸安装座13上，所述气缸安装座13通过安装座转轴和蒸汽机支架5活动连接，所述气缸安装座13开设有一个气缸进气通道和一个气缸出气通道，气缸出气通道的出口和蒸汽机支架5的排气孔连接，蒸汽机支架5的排气孔处装有排气管9，气缸进气通道和二号进气管道32连接。

加热炉支架3底部通过螺栓和底座1固定连接，加热炉支架3的中部开设有通孔，螺栓穿过通孔和加热炉2壁上的螺纹孔固定连接；蒸汽机支架5底部开设有螺纹孔，底座1和蒸汽机支架5底部的螺纹孔对应的位置开设有螺栓安装通孔，螺栓穿过安装通孔和蒸汽机支架5底部的螺纹孔连接；蒸汽机支架5中间位置开设有安装螺纹孔，螺栓穿过安装螺纹孔和缸安装座13连接。

所有的进气管道均是内孔，蒸汽机模型没有外置气管，更容易引起学生好奇，所有的零部件全部可以拆卸组装，拆卸之后，可以让学生了解钻孔的工艺及部件之间密封件的使用。

所述飞轮7外侧圆周排列安装有平衡杆8，平衡杆8转到底部时经过一个放置在底座1上的放置泡沫液体的容器。所述平衡杆8包括连杆和发泡圈，所述连杆的一端和飞轮7连接，所述连杆的另一端和发泡圈连接。平衡杆8通过连杆的螺纹和飞轮7连接，在演示的时候，可以先不安装上去，汽缸活塞11在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动，可以引导学生思考分析卡住不动的原因，再通过安装平衡杆8解决该问题，引导学生深入思考。

如图4所示，所述排气管9包括直管91、斜管92、角度调节弯头93，所述直管91和蒸汽机支架5的排气孔垂直连接，斜管92和直管91之间的夹角a为30-60夹角，斜管92的出口斜对发泡圈壁。斜管92的出口斜对发泡圈壁，利用蒸汽机排气的气流动力，推动发泡圈壁向前摆动，进而解决汽缸活塞11在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动，同时发泡圈转动后进入到泡沫液体的容器内，可以在蒸汽机工作时，气流吹过发泡圈，吹出泡泡，可以根据每分钟泡泡的数量直观的判断蒸汽动力进而调整加热炉2的加热温度和水量。

如图5所示，所述角度调节弯头93包括最里面的管内层933，套接在管内层933外面的管中层932，套接在管中层932外面的管外层931；管外层931采用金属波纹管制成，金属波纹管可以使得角度调节弯头93实现任意角度的转弯和伸缩；管中层932采用碳钢制成，可以用于多角度的弯曲后可以承受一定的力度，用来支持直管91、斜管92通过角度调节弯头93调整后的角度后，固定角度不变，管内层933采用低密度高压聚乙烯软管制成，保证气密性能，防止漏气泄压。

有图6-9所示：加热炉2下方安装有加热机构100，加热炉2采用铝合金制成；加热机构100包括箱体101、传热板102、加热管103，所述箱体101的上端设置有传热板102，所述传热板102的下端与箱体101的内部相通，所述箱体101的内部设置有加热管103、通风板107和风机108，所述加热管103的左右端设置有安装座104，所述箱体101内部左右侧的位置相对应通风板107的位置处设置有移动座105，所述通风板107上开设有通风孔109，所述箱体101的外部前侧设置有控制器115，控制器115的型号为mam-330属于现有技术；所述箱体101外部后侧设置有安全门112，所述箱体101的下端设置有底座106；将蒸汽机模型放置在箱体101上端的传热板102上后，通过控制器115控制加热管103工作，通过加热管103对箱体101内部的加热，使得箱体101内部的温度逐渐升高，再通过传热板102将热量吸收在传导到蒸汽机模型上，使得蒸汽机模型工作，由于箱体101内部空气不流通，使得传热板102吸收热量的效率过慢，因此通过控制器115控制风机108的工作，通过通风框111使得风机108所在箱体101内部的空间与外部空气流通，使得风机8工作时所产生的风力会通过通风板107上的通风孔109吹进加热管103所在箱体1内的空间，使得加热管103所在的箱体101内的空间的热流上升，使得传热板2吸收的热量效率增加，当需要将加热管3和通风板7取出维修更换时，首先通过把手114将安全门112打开，再将箱体101内部的加热管103和通风板107稳定位置，将箱体101左右侧的螺栓110拧出，使得安装座104与移动座105与箱体101分离开，能够将安装座104与移动座105取出，再将通风板107从移动座105上的移动槽116内取出；解决了教学用蒸汽机模型的加热机构中内部工作效率低且加热效率低的问题，同时具备了便于操作的好处；解决了教学用蒸汽机模型的加热机构中不具备可拆卸与安装的功能的问题，同时具备结构简单，成本低的好处。

本实用新型的一种基于安全的金工实习教学蒸汽机实训模型，加热机构100在控制器115的控制下加热，加热炉2开始工作，汽缸12的气缸进气通道和三号进气管道33接通开始进气，汽缸12内压力开始膨胀，推动汽缸活塞11向上移动，通过曲柄4带动飞轮7转动；汽缸12持续进气，汽缸活塞11到上极限位置，随着汽缸12的行程加长，汽缸12随着气缸安装座13摆动，汽缸12出气孔和蒸汽机支架5的排气孔接通，排气管9排气，气缸回程；本蒸汽机模型相比双作用式的蒸汽机模型原理更加简单，对于刚接触机械原理的大学生来说，本蒸汽机模型更容易理解机械传动的原理。

通过控制器115控制输出热量，加热炉2的蒸汽输出压力下降，汽缸活塞11在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动时，可以引导学生分析卡住不动的原因，再通过安装平衡杆8利用蒸汽机排气的气流动力，推动发泡圈壁向前摆动进而带动汽缸活塞11顺利度过极限位置，引导学生深入思考。

相比传统的单纯的完美的演示教学，让学生了解教学模型存在不足之处，再给出替代解决方案，更容易激发学生的学习热情，使其了解所有的事物都可以改进，引导学生提出自己的解决办法，启发学生的想象力和创造性思维，使枯燥的理论讲课，变成可以提出自己解决方案进而通过金工实习教学完成需要加工部件，最终完成金工实习理论和实践教学。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。