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摘要：以沥青混合料拌制过程为主线，进行沥青混合料拌和虚拟仿真实验教学项目设计，为加深学生对间歇式沥青拌合站结构组成、工作原理、工作过程、参数调整及沥青混合料生产全过程的学习，以期达到掌握拌合站各结构组成、工作状态，以及与沥青混合料与拌合站烘干筒、振动筛、搅拌缸等工作装置间的相互间作用，以及各参数变化对拌和质量的影响等知识。在此基础上，以沥青混合料拌和虚拟仿真实验项目为例，为其他大型施工类虚拟仿真实验项目的建设提供借鉴。
关键词：沥青混合料拌制；拌合站；虚拟仿真；实验教学
本文引用格式：马登成,等.沥青混合料拌和虚拟仿真实验教学项目建设[J].教育现代化,2019,6(42):134-136,152.
construction of teaching project of virtual simulation Experiment for mixing of asphalt mixture
MA Deng-cheng,ZHANG Xin-rong，HU Yong-biao
(National Virtual Simulation Experiment Teaching Center of Construction Machinery,Chang’an University,Xi’an,Shaanxi)
Abstract:Taking the mixing process of asphalt mixture as the main line,the virtual simulation experiment teaching project of asphalt mixture was designed.In order to improve students‘study on the structure composition,working principle,working process,parameter adjustment and asphalt mixture production process of batch asphalt mixing station,To master the mixing station structure composition,working state,and with the asphalt mixture and mixing station drying drum,vibrating screen,mixing cylinder and other working devices of the interaction,as well as the change of parameters on the mixing quality of knowledge.On this basis,taking the asphalt mixture virtual simulation experiment project as an example,it provides reference for other large-scale construction virtual simulation experiment projects..
Key words:Asphalt mixture mixing；Mixing station；Virtual simulation;Experimental teaching
一 引言
沥青混合料拌和是公路沥青路面铺筑过程中的关键环节，其搅拌质量的高低直接决定了沥青路面铺筑后的整体路用性能与使用寿命。沥青混合料在拌制过程中从冷料仓到烘干筒到振动筛到搅拌锅整个生产过程是封闭式，学生无法在搅拌过程中观察到沥青混合料与拌合站各工作装置间的相互作用，这加大了学生对沥青混合料生产过程的理解难度，而现实实验当中也无法满足内部观察这一要求。为了提高学生对其拌制过程与拌合站内部结构的了解，将理论知识转化为实际技能，实验教学采用虚拟仿真的教学方式，通过建立三维模型，以拌合站内部视角观察沥青混合料拌制整个过程，使学生能够交互式、沉浸式的进行实验，达到身临其境的熟悉现场拌制状况，提高学生对课堂理论知识的掌握与实际解决问题的能力[1-6]。借助虚拟仿真实验能够很好的将理论知识与实际相结合、拓宽学生视野，全面提升学生在实验教学环节中自主学习能力、解决复杂问题的能力、协同合作的能力,达到高层次人才培养的目标[7-15]。本虚拟仿真教学实验项目以提高学生对沥青混合料拌制与拌合站构造的认知与理解为目的，借助虚拟仿真的技术手段，采用二维及三维动画逼真反应沥青混合料在实际拌和过程中各部件、材料、参数变化对沥青混合料拌制的影响，以及包括拌合站各部分组成、构件安装、工作参数调整，实现虚拟设备的人机交互操作，使学生随时随地的进行学习和实际操作，改变了现实条件下，学生无法“钻”进拌合站内部进行观察和实验的限制，加深学生对拌合站溢料、待料现象的认知与对拌和站工作原理的理解与掌握。
二 实验项目建设
（一）实验项目设计
本虚拟实验项目是完整地仿真如何进行沥青混合料拌制的整个过程和真实模拟拌合站结构，对所涉及的拌合站结构、拌合站溢料、待料，沥青混合料材料、及其拌制过程、工艺工序等所要讲授的知识点，形象逼真的传达给学生。同时使学生能够沉浸在逼真的实验环境中动手操作练习所教授的内容，并且加入考核。
1）间歇式拌合站认知
将拌合站各结构部件三维建模，学生能够通过鼠标或者手柄操作结构部件进行360°全方位的观察，并搭配文字说明，提高学生的认知效果；拌合站各组成模块可单独拆装，点击某个部件即可进行结构内部展示、拆装与工作原理学习。
2）沥青混合料拌制工艺学习
按照沥青混合料拌制过程中所涉及到的所有步骤，使学生进入系统后可进行冷料上料、冷料仓、干燥滚筒、热骨料提升机、振动筛、热骨料仓、各计量秤、搅拌缸结构组成、工作原理，以及沥青混合料在以上各部件中的搅拌工艺、流程、注意事项、拌合站工作参数调整等进行选择，能够解决拌合站溢料、待料问题，完成合格沥青混合料的拌制。见图1为拌和站虚拟仿真实验界面。
（二）实验项目建设
1）拌合站各结构组成与工作原理学习
进入实验界面后，首先点击菜单栏中的“设备展示”图标，对拌和站个结构组成进行认知与学习。学生可以学习拌合站的结构组成与工作原理，见图2-图10所示。
2）沥青混合料的拌制
各种集料分类堆放，每个料源均进行试验，按要求的配合比进行配料（配料过程需要学生完成，老师设计配料参数选择）。设备库中选择并设置间歇式沥青混合料拌合站工作参数。实验流程包括：冷骨料配给-骨料烘干加热-热骨料提升-热骨料筛分、储藏与计量-粉料计量-沥青计量、喷洒-混合料拌和与小车运输。实验中学生通过交互，完成对沥青混凝土的原材料和沥青混合料及时进行检测。展示出厂的混合料需均匀一致，无白花料，无粗细料离析和三 实验考核考核要求见表1。
（1）学习态度（占基本实验考核成绩40%。即总评20%），考核内容包括：出勤率，实验结束时仪器设备的维护和实验室的整洁卫生、预习报告、操作时的实验态度、实验报告的完整性。
（2）理论水平（占基本实验考核成绩的30%，总评的15%），包括：实验前抽查口试、设备参数调整、数据分析处理是否正确、实验报告中实验结果结块现象。图11为沥青混合料成品卸料现场。
（3）实验技能（占基本实验考核成绩的30%，总评的15%），包括：熟悉实验步骤、正确规范使用仪器、是否正确的选择施工参数。
四 实验项目实施效果
本实验项目弥补了目前高速公路机械化施工与工程机械构造课程当中对拌和站内部结构与工作原理及沥青混合料拌和工艺无法直观、身临其境的深入学习缺陷，通过3D建模的拌合站内部结构与拌制工艺，使学生生动而真实地掌握拌合站工作原理与内部结构，同时还可以动手操作进行沥青混合料的生产。加深了学生对理论知识的掌握，提高了学生的工程实践能力、丰富了工程实践经验，更能满足目前工程机械类制造企业与公路施工类企业对学生的要求。
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