時間：2022-09-27 21:23:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械臂設(shè)計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】機器人；手臂關(guān)節(jié)；機械設(shè)計
1.引言
從機械手臂投入商用起，已經(jīng)有了幾十年的應(yīng)用和發(fā)展歷史。將模塊化的設(shè)計思路與理念引入機械手臂的設(shè)計中，能夠充分發(fā)揮其靈活、可拆分、可組合的特點，并將其應(yīng)用于更多的場合，包括服務(wù)機器人，工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域等等。本文結(jié)合機械臂設(shè)計的模塊化理念，著重對其進行系統(tǒng)分析和設(shè)計，包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傳動系統(tǒng)、減速系統(tǒng)進行實現(xiàn)，具有比較好的理論價值與實踐意義。
2.機器人手臂關(guān)節(jié)機械設(shè)計
2.1手臂關(guān)節(jié)模塊
手臂關(guān)節(jié)模塊包含了許多零部件，主要有旋轉(zhuǎn)電機、減速器和反饋單元等。在手臂關(guān)節(jié)的內(nèi)部固定了控制單元和傳動系統(tǒng)，以二級減速傳動作為傳動模式，即齒輪減速傳動與諧波減速傳動，這種傳動模式可以支持手臂關(guān)節(jié)自由度之內(nèi)的回轉(zhuǎn)運動。下面具體闡述其設(shè)計方案：
(l)模塊外殼方案
手臂關(guān)節(jié)的外殼能夠為電機、制動器、滾動軸承提供必要的機械支撐，并起到必要的保護作用。在手臂關(guān)節(jié)運動的過程中，模塊的外殼也承受了期間多產(chǎn)生的種種應(yīng)力，因此模塊的外殼必須滿足一定的剛度。模塊外殼的主要構(gòu)成部分包括：底蓋、電機、齒輪蓋、主殼體、軸承、制動器等。其中，底蓋位于結(jié)構(gòu)的底端，其作用是為整個旋轉(zhuǎn)模塊的各個部件提供支撐與連接；主殼體構(gòu)成此部件單元的外殼，對單元當(dāng)中的電機、制動器等子單元起到連接和支撐作用；齒輪蓋覆蓋于模塊的齒輪傳動單元之上，起到保護和連接作用，而且能夠支持諧波齒輪減速器的安裝。為保證機械臂有足夠的強度，模塊外殼選取的制作材料為鋁合金，并將壁體設(shè)計為圓桶狀的抗壓結(jié)構(gòu)，為防止氧化與腐蝕，表面結(jié)果特殊處理。
(2)減速齒輪方案
減速齒輪方案的主要構(gòu)成部分包括：電機連接齒輪、中心齒輪、中心軸以及制動連接齒輪等。其實現(xiàn)方式簡述如下：通過小齒輪來連接直流電機的輸出端，然后通過與小齒輪相咬合的中心齒輪互相連接；同理，通過另一個小齒輪來連接斷電制動器的輸出端，然后通過與小齒輪相咬合的中心齒輪互相連接。在這種嚙合模式下，當(dāng)減速齒輪單元加電后，便由系統(tǒng)的電機來作為動力源輸出，而當(dāng)減速齒輪單元端電后，便由系統(tǒng)的制動器來作為阻力源輸出。考慮到機械臂的關(guān)節(jié)在不同運動時，會使減速齒輪持續(xù)維持高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)，因此必須有足量的劑。又因為該減速齒輪不是封閉結(jié)構(gòu)，因此本文以滑脂來起到齒輪的作用。
(3)中軸傳動方案
中軸的傳動方案是整個機械臂設(shè)計中非常關(guān)鍵的一個組成部分。中軸傳動的作用是，首先支持來自中心齒輪的動力，其次還要為波發(fā)射器高效傳遞動力。考慮到中軸會承接一定比例的來自軸向的受力和很大比例的徑向應(yīng)力，因此為支持中軸，引入了角接觸軸承。中軸傳動單元主要由旋轉(zhuǎn)模塊、斷電制動器、卡簧、角接觸軸承、中心齒輪、主軸、連接法蘭以及波發(fā)射器組成。
因為中軸傳動單元在設(shè)計上要求同軸度與圓柱度都在較高的水準(zhǔn)，因此尤其應(yīng)注重其材料選擇和參數(shù)控制。本研究所設(shè)計的中軸用以45號鋼才作為原料，并在成型后淬火，從而保證單元在表面具備一定的硬度。
在中軸傳動方案中，最關(guān)鍵的是旋轉(zhuǎn)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計思路是：將其轉(zhuǎn)軸與中心軸線重合，并以電機驅(qū)動。在模塊上部署有電磁編碼器，用于周期性地檢測角位移和角速度。將之與直流伺服電機相聯(lián)。結(jié)合具體的應(yīng)用環(huán)境與需求，直流伺服電機也可以加裝起到減速增力作用的行星減速箱，共同起到動力輸出的作用。而后通過小齒輪與中心齒輪的咬合，以正齒輪傳動方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的減速增力功能。
斷電制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是中軸傳動方案中的關(guān)鍵，斷電制動器有兩方面的作用，首先在旋轉(zhuǎn)模塊進行位置搜索時能夠起到保持作用，其次，在旋轉(zhuǎn)模塊因故失去電源之后也能發(fā)揮保護的功能。在中軸中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)單元加電，并處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)的時候，斷電制動單元便會隨著系統(tǒng)的小齒輪單元傳遞過來的中心齒輪作用而轉(zhuǎn)動，而在斷電制動器運動的時候，其輸出軸的動力也來自小齒輪單元。在本文所涉及的機械臂中，電機與制動器全部布置于電機底座，并且將電機底也作為旋轉(zhuǎn)單元外殼的一部分，其好處在于保護內(nèi)部零部件。
2.2連接件模塊
連接件的主要功能是在機械臂中連接旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不同的單元，因此是機械臂的重要組合部分，對機械臂的組合與功能的發(fā)揮均有著不容忽視的作用。由于機械臂的各個模塊單元是相對獨立的關(guān)系，因此只要將不同的模塊單元互相組合，起可以發(fā)揮機器人的機械臂基本功能。因此本文結(jié)合具體的需求，設(shè)計開發(fā)了數(shù)種類型不同的連接結(jié)構(gòu)。
機器人的機械臂在實際操作中，連接件實現(xiàn)了不同部件單元之間的力矩傳遞，而其質(zhì)量的大小也關(guān)系到機械臂整體重量和輕便程度，因此在實際設(shè)計中，一方面應(yīng)保證改模塊單元具有足夠的機械強度，另一方面也應(yīng)考慮到減輕其質(zhì)量。本文在設(shè)計中，考慮到鋁合金屬于高強度低密度的材料，同時具有比較好的可塑性，因此以鋁合金作為連接件的制作材料。
2.3模塊手抓單元
考慮到機械臂必須部署在一個可以移動的平臺上，來在現(xiàn)場抓取物體，因此模塊手抓單元的末端執(zhí)行器是其中最重要的組件。為了滿足這個系統(tǒng)的模塊化的設(shè)計，末端執(zhí)行器必須具備一定的應(yīng)用和擴展功能。假若模塊手抓單元附加多指靈巧手，其實能夠抓取更多類型的對象，本課題的研究只需模塊手抓單元能夠抓取簡單對象，因此使用了圖中的簡單的夾鉗手抓，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、容易控制。
3.結(jié)束語
機器人的機械臂設(shè)計與開發(fā)屬于機電一體化領(lǐng)域的高精尖課題。考慮到機械臂的結(jié)構(gòu)具有比較高的復(fù)雜性，本文闡述的設(shè)計方案充分顧及了模塊設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品的通用性，從而能夠良好的滿足模塊之間的替代性特征需求，因而也能夠保障機器人的機械臂在實際應(yīng)用中能夠滿足用戶的要求。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：采摘機械手臂；蘋果；結(jié)構(gòu)設(shè)計
引言
水果采摘季節(jié)性強、費用高且勞動量大[1]。加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，實施“精確”農(nóng)業(yè)，廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)機器人，提高資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出率，降低勞動強度，提高經(jīng)濟效率將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。研究采摘機械人，對于降低人工勞動強度和采摘成本、保證水果適時采收，具有重大的意義[2]。我國從上世紀(jì)70年代開始研究水果蔬菜類的采摘機械，并且也逐漸起步，如上海交通大學(xué)已經(jīng)開始了對黃瓜采摘機器人的研制[3]，浙江大學(xué)對番茄采摘機器人進行了結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的優(yōu)化[4]，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)對采摘機器人的視覺識別裝置進行了研究[5]。目前，我國研究的采摘機器人還有西紅柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘機器人等[6-8]。文章對蘋果采摘機械手臂進行選型，進一步進行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后對設(shè)計結(jié)果進行試驗驗證。
1 機械人機構(gòu)選型及自由度的確定
由于采摘機械人的作業(yè)對象是蘋果，質(zhì)量輕，體積小，故而可選擇較為簡單、靈活、緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
根據(jù)機械人手臂的動作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可將機械人手臂部分分為以下四類[9]：直角坐標(biāo)型機械手；圓柱坐標(biāo)型機械手；球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型機械手；多關(guān)節(jié)型機械手。采摘機械臂的結(jié)構(gòu)型式選取主要取決于機械人的活動范圍、靈活性、重復(fù)定位精度、持重能力和控制難易等要求。以上四種型式，它們的活動范圍和靈活度逐漸增大。經(jīng)過對蘋果采摘空間的研究，結(jié)果表明，蘋果樹樹冠和底部的蘋果分布極少，大多分布在樹冠中部，大約有80%以上的蘋果分布在距地面垂直高度1-2m、距樹干左右方向1-2m的空間范圍內(nèi)，且陰陽兩面的蘋果分布率并無明顯的差異。這就要求采摘機械手應(yīng)當(dāng)具有較大的工作空間，因此選用多關(guān)節(jié)型機械手較為合適，且其占地面積較小，更加適合蘋果采摘作業(yè)。
實際中，蘋果生長位置隨機分布，這就要求機械臂的末端執(zhí)行器能夠以準(zhǔn)確的位置和姿態(tài)移動到指定點，因此，采摘機械人還應(yīng)具有一定數(shù)量的自由度。機械臂的自由度是設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，其數(shù)目應(yīng)該與所要完成的任務(wù)相匹配。一般來說，自由度數(shù)量越多，機械臂的靈活性、避障能力越好，通用性也越廣，但增加一個自由度就相當(dāng)于增加了一級驅(qū)動，會使得機器人的成本上升，而對于農(nóng)業(yè)機器人而言，成本高將會大大的減緩其機械商品化實用化進程，同時增加自由度會相應(yīng)增加機器人的控制難度，降低機器人的可靠性。綜合考慮，將自由度數(shù)目定為六個，這樣不僅能夠使得末端執(zhí)行器具有較為完善的功能，而且到達(dá)采摘空間中的任意位置，而且不會出現(xiàn)冗余問題。
2 采摘機械臂工作原理
圖1 機械人結(jié)構(gòu)簡圖
圖1是本次設(shè)計的球類水果采摘機械人的結(jié)構(gòu)簡圖。該結(jié)構(gòu)為六自由度機構(gòu)，可劃分為底座、大臂、小臂、腕部和手五個部分。機械臂的底座通過舵機帶動傳動系統(tǒng)實現(xiàn)各個部分之間的相對轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)。其中的各個轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)均是通過電機驅(qū)動螺旋絲桿來實現(xiàn)。該設(shè)計機械臂的傳動如下：（1）底座旋轉(zhuǎn)。確定與底座平面互相垂直的目標(biāo)采摘物所在的平面。（2）大臂轉(zhuǎn)動。移動至目標(biāo)采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂轉(zhuǎn)動。將采摘機械手送至目標(biāo)采摘物的附近。（4）手腕轉(zhuǎn)動及旋轉(zhuǎn)。調(diào)整機械手末端采摘機構(gòu)的姿態(tài)，使其處于一個合適的位置，保證采摘任務(wù)能夠合理完成。（5）手夾緊放松，完成對目標(biāo)采摘物的采摘任務(wù)。此外，將末端執(zhí)行器設(shè)計為關(guān)節(jié)型的兩只手指，通過舵機6（舵機分配情況見圖2）、齒輪的嚙合及連桿機構(gòu)實現(xiàn)對目標(biāo)采摘物的夾緊與放松。
由以上分析得出：機械手的空間位姿由各個關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)來決定，即當(dāng)機械手的各個舵機的坐標(biāo)確定的時候，就可以確定機械手的空間位姿。而決定舵機坐標(biāo)的因素就是臂長及臂的轉(zhuǎn)動角度，而在這兩個參數(shù)中，設(shè)計結(jié)束后臂長是確定的常量，角度為變量。在模型當(dāng)中，舵機1、2的相對位置固定不變，控制末端執(zhí)行器的舵機6用來調(diào)整手的姿態(tài)，因此可以先忽略舵機1、6，將舵機2軸線中心的位置設(shè)為坐標(biāo)系原點。
圖2 舵機分配方框圖
3 機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計
首先用Pro/E軟件中的零件模塊對機械人各個零件進行繪制，然后再對零件進行自下而上的裝配，以及進行零件圖及裝配圖的繪制。大臂、小臂和腕部、機械手零件圖以及裝配圖分別見圖3、圖4、圖5、圖6和圖7（單位均為mm）。
4 試驗臺搭建與抓取效果實驗
根據(jù)零件圖及裝配圖進行試驗臺搭建。由于設(shè)計尺寸較大，故將整體尺寸縮小4倍來進行搭建。實物如圖8所示。通過操作上位機控制軟件指令信號，可給伺服舵機控制器發(fā)送控制指令信號，從而實現(xiàn)機械人在空間中精確作業(yè)。試驗結(jié)果表明：機械人能夠較為平穩(wěn)、準(zhǔn)確地對目標(biāo)物進行夾取、移動、放置等任務(wù)。證明設(shè)計合理，試驗臺搭建正確。
5 結(jié)束語
通過對水果采摘作業(yè)的分析，設(shè)計了一套六自由度關(guān)節(jié)型采摘機械人。其運動范圍覆蓋了水果果實的分布范圍，末端執(zhí)行器能夠執(zhí)行對水果的采摘任務(wù)。在采摘過程中，只需對舵機進行控制，在一定程度上降低了控制的難度和復(fù)雜性。當(dāng)然，設(shè)計中也存在不足，例如缺少對果實的切割裝置，而且對葡萄等較小、較軟的果實采摘技術(shù)不成熟，有待進一步的改善。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：輪胎機械手 ADMAS 工作原理 動態(tài)仿真
隨著礦山設(shè)備的發(fā)展，礦用車輛輪胎機械手也不斷更新發(fā)展，逐漸向大型化，自動化方向發(fā)展，這給輪胎機械手的設(shè)計帶來了諸多的挑戰(zhàn)和難題。設(shè)計一種能夠代替人力，操作簡單，安全實用，適用于大型輪胎拆裝、搬運需求的設(shè)備成為當(dāng)務(wù)之急。這有利于提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，保證作用安全。研究表明85%的輪胎機械手的破壞發(fā)生在連桿機構(gòu)，這種破壞主要是連桿機構(gòu)在動態(tài)載荷下發(fā)生的疲勞失效或者應(yīng)力屈服破壞。為了解決輪胎機械手連桿機構(gòu)的破壞難題，本文將對該連桿機構(gòu)進行動態(tài)應(yīng)力仿真，考場連桿機構(gòu)在動態(tài)載荷的作用下連桿所發(fā)生的變化，并提出連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案。
1、輪胎機械手發(fā)展?fàn)顩r
國外的輪胎機械手的發(fā)展已經(jīng)十分成熟。第一臺輪胎機械手由美國佩蒂伯恩公司生產(chǎn)的Super 20型輪胎夾裝機，該機械手具備更換運輸卡車和重型設(shè)備輪胎的作用，還可以當(dāng)做叉車使用；該設(shè)備顯著的特點是高效，大量減少勞動量。改型輪胎機械手主要由以下幾個部分組成：前伸式夾持裝置，四輪驅(qū)動裝置，四輪空氣制動裝置和一臺GM型柴油機組成。該裝置的最大夾持承載能力在伸出時為4309kg，縮回時為6804kg，夾持裝置能夠向兩側(cè)轉(zhuǎn)動45°，叉架能夠左右移動127mm，以準(zhǔn)確完成輪胎的定位。此裝置能夠平穩(wěn)的夾起輪胎，并將輪胎準(zhǔn)確的定位在輪轂螺栓上。
同國外相比，國內(nèi)輪胎機械手發(fā)展起步比較晚，還處于生產(chǎn)小型輪胎拆裝機階段，對于大型輪胎拆裝設(shè)備的研發(fā)還很少。廣西柳工集團生產(chǎn)的ZL40B型裝載機，使用規(guī)格為20.5-25的輪胎，充氣后質(zhì)量為0.4t，最大直徑為1.55m。該型裝載機的工作機構(gòu)可以完成動臂的提升和鏟斗的旋轉(zhuǎn)動作。拆下鏟斗，在動臂斗銷的位置上安裝水平放置的兩只夾持臂。兩只夾持臂由液壓缸提供動力，可以實現(xiàn)張開和閉合動作。這樣，裝載機自身動臂的提升、鏟斗的旋轉(zhuǎn)外加夾持臂的開合動作就可以滿足輪胎拆裝的需求，具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠等優(yōu)點。
2、ADMAS軟件的介紹
ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。
3、輪胎機械手結(jié)構(gòu)組成
輪胎機械手的主要功能是實現(xiàn)礦山大型車輛輪胎的拆裝和搬運。動力源為液壓缸，并要求液壓動力在適當(dāng)?shù)暮奢d下運作，才能使液壓工作件高效、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的完成液壓元件的各項操作動作；而且液壓動力源的各項操作可以通過電液伺服控制技術(shù)使提高該系統(tǒng)的自動化控制水平。輪胎機械手可以安裝在裝載機或叉車上，利用裝載機和叉車可以將物體舉高的現(xiàn)有動作實現(xiàn)垂直地面方向的移動，輪胎機械手自身可以完成對輪胎的夾持、水平移動和兩個方向的翻轉(zhuǎn)動作以滿足大型輪胎的拆裝和搬運過程中所需的各種動作。輪胎機械手執(zhí)行機構(gòu)大致由手盤、手臂、轉(zhuǎn)動架、平動架和固定板組成。
4、輪胎機械手工作原理
輪胎機械手的執(zhí)行是通過手臂上的兩支液壓缸的伸縮，產(chǎn)生一定的夾緊力同時對兩支手臂同步完成手臂的張開和閉合動作，其中最大的夾緊重量為5900kg，夾持距離為1092mm~4060mm；另外手臂上的手盤能夠在360°的范圍內(nèi)帶動負(fù)載以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)力矩和要求轉(zhuǎn)速由安裝在手臂的液壓馬達(dá)經(jīng)過減速器產(chǎn)生，要求旋轉(zhuǎn)過程不能發(fā)生打滑現(xiàn)象；同樣轉(zhuǎn)動架以2r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)360°，且旋轉(zhuǎn)所需的力矩是由安裝在平動架上的液壓馬達(dá)提供；而平動架在水平左右移動所需的動力又安裝在平動架和固定板之間的平動液壓缸提供，并且可以在300mm的范圍里移動；最后，整個裝置由固定板安裝在裝載機或叉車上。
5、動態(tài)應(yīng)力仿真
由研究表明，85%的輪胎機械手主要在連桿機構(gòu)處發(fā)生破壞，而破壞的原因主要是因為動載荷受力不均勻，導(dǎo)致連桿機構(gòu)疲勞失效和破壞。針對連桿機構(gòu)的在動載荷下的破壞，探究桿件在受到動載荷時桿件的應(yīng)力情況。動態(tài)應(yīng)力仿真的步驟是：首先建立輪胎機械手的虛擬樣機模型；然后導(dǎo)入到動態(tài)分析軟件ADAMS中，對樣機模型進行約束、驅(qū)動使模型模擬整個機械手的運動；最后在ADAMS中記錄模型在受到動載荷下，模型的運動狀況以及桿件所產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力。
通過動態(tài)軟件ADAMS仿真可以直觀的輪胎機械手的動作過程，通過修改參數(shù)可以看出該機械手的連桿機構(gòu)在不同載荷下所受到的動應(yīng)力，根據(jù)該動應(yīng)力的情況設(shè)計合理的連桿機構(gòu)，同時對改進輪胎機械手提供了依據(jù)。同時仿真模型和運動過程參數(shù)可以為整個機構(gòu)的優(yōu)化提供理論依據(jù)，繼而為快速、準(zhǔn)確方便的設(shè)計和制造物理樣機奠定基礎(chǔ)。
同國外相比，國內(nèi)輪胎機械手發(fā)展起步比較晚，還處于生產(chǎn)小型輪胎拆裝機階段，對于大型輪胎機械手的研發(fā)還很少。主要原因是國內(nèi)輪胎機械手的設(shè)計中，很少考慮連桿機構(gòu)在動態(tài)載荷下的應(yīng)力變化情況，在對輪胎機械手的改進和研究過程中我們要充分考慮動態(tài)載荷情況，根據(jù)動態(tài)載荷運用動態(tài)仿真軟件來模擬其實際情況，這樣能節(jié)約成本，縮短開發(fā)周期。
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關(guān)鍵詞：動臂塔式起重機 關(guān)鍵技術(shù) 濟南論文 開題報告
一、選題的來源及依據(jù)
選題題目 動臂塔式起重機的關(guān)鍵技術(shù)研究
1.文獻綜述(選題的依據(jù)，課題研究的主要內(nèi)容和目的，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)，主要參考文獻)
1.1 選題的依據(jù)
動臂式塔機是歷史上最早出現(xiàn)的塔式起重機，其經(jīng)歷過輝煌的時代，從20世紀(jì)70年代開始，小車變幅塔式起重機取代了動臂式塔機。
然而隨著經(jīng)濟的發(fā)展，建筑樓群的密集，使塔機的工作空間受限。基于高層建筑的發(fā)展，新制定的領(lǐng)空權(quán)許可制度及跨占鄰居領(lǐng)地產(chǎn)生的糾紛等因素，迫使人們改變已有的傳統(tǒng)觀念，從小車變幅改為臂架俯仰。
之所以動臂式從新受到人們的歡迎和重視，是因為動臂塔機有其獨特的優(yōu)勢：
(1)起升高度明顯提高。與小車變幅相比，動臂塔機的起升高度不止塔身高度，其臂架俯仰時，臂架對起升高度有一定的貢獻量。
(2)回轉(zhuǎn)半徑小。當(dāng)其俯仰角比較大時回轉(zhuǎn)半徑大幅度縮小，回轉(zhuǎn)靈活。
(3)可以避開別人的領(lǐng)空，避免由于跨占鄰居領(lǐng)空領(lǐng)地而產(chǎn)生的糾紛。
(4)適應(yīng)狹小空間。隨著經(jīng)濟發(fā)展，建筑樓群越來越密集，塔機的工作空間不在像過去那樣寬闊，而是越來越窄小，動臂塔機由于其獨特的變幅方式，可以在狹小的工作空間靈活運作。
然而目前動臂塔機一個突出的問題就是，同噸位的動臂塔機要比小車變幅塔機貴很多、重很多。原因如下：
對于動臂塔機來講，其俯仰變幅過程中，起重臂的重心也在變化，這樣和小車變幅相比其對塔身產(chǎn)生了一個變化的附加彎矩，使得塔身的受力更加復(fù)雜， 尤其對于大塔，起重臂的自重非常大，由此產(chǎn)生的附加彎矩迫使塔身做的很粗壯;不但浪費材料，增加了整機的自重，極大限制了起重能力，還給塔機的安裝運輸和拆卸帶來極大地不便。以山東富友公司的125動臂塔機為例，在最小工作幅度5.5米(仰角83o)時起重臂對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的力矩為68410n.m，最大工作幅度50米(仰角50)時起重臂對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的力矩為932910 n.m，也就是由起重臂本身的俯仰產(chǎn)生的力矩變化為864500 n.m是本機的最大起重力矩(1350000 n.m)的0.64倍。
對動臂塔機而言，平衡由起重臂俯仰變幅產(chǎn)生的附加力矩會大大提高塔機的起重能力。在機械上的解決方法就是采用移動配重技術(shù)，即吊臂仰起時，使配重移向塔身;吊臂俯降時，使配重遠(yuǎn)離塔身。這樣做的好處是動臂產(chǎn)生的靜載力矩可由移動的配重抵消。然而，如果采用移動配重，又往往會使設(shè)計及生產(chǎn)成本大大提高。本課題研究目標(biāo)就是設(shè)計簡單實現(xiàn)成本又低的活動配重結(jié)構(gòu)，并對其優(yōu)化，使塔身承受的力矩變化最小，所需用料最省，并結(jié)合有限元方法對塔身的優(yōu)化方法進行研究，尋求一種快捷有效的塔身及其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，使塔身的結(jié)構(gòu)最優(yōu)，使整機的自重再次減輕，成本再次降低。
1.2 課題研究的主要內(nèi)容和及目的
課題研究的內(nèi)容
1)分析不同形式動臂塔機的優(yōu)劣并進行選型作為研究對象，包括：塔帽形式的選擇，動臂臂根鉸點的位置選擇等。
2) 根據(jù)選擇好的機型，對移動配重的實現(xiàn)進行方案確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計。并對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使塔身受到的來自動臂的附加力矩最小。
3) 根據(jù)2)中優(yōu)化好的方案本著以塔身受力最小的原則進行力矩曲線繪制方法的確定。
4) 通過有限元軟件ansys和可視化編程軟件vb的結(jié)合，生成專門的軟件，對塔身進行優(yōu)化，尋找一種塔身的最快最佳優(yōu)化流程，使塔身既滿足強度和穩(wěn)定性要求又能使塔身的用料最省，并且使優(yōu)化過程簡單快捷，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
課題研究的目的
1) 是設(shè)計一種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)抵消由起重臂俯仰變幅產(chǎn)生的靜載附加力矩，并對此結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其對附加力矩的抵消效果最佳，從而使動臂塔機的塔身受到的彎矩最小。從而使塔身材料最省，自重最輕，提高整機的起重性能。
2) 確定更科學(xué)的力矩曲線的繪制方法，使力矩曲線更加準(zhǔn)確的反應(yīng)塔機的起重特性
3)在ansys和vb的基礎(chǔ)上設(shè)計專門軟件，能自動生成動臂塔機塔身的有限元優(yōu)化文件，并設(shè)計好優(yōu)化流程，實現(xiàn)對塔身的有效快捷優(yōu)化，再次降低塔身的自重和成本。
1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)
1.3.1 現(xiàn)有的采用移動配重方式的動臂塔機，其功能實現(xiàn)主要有以下幾種方式：
(1) 鋼絲繩移動配重方式
這是最早采用的配重移動形式，即將配重通過鋼絲繩與臂架相連接，鋼絲繩的總長是一定的，隨著臂架的俯仰，配重即跟著前后移動。通常這種情況會設(shè)置配重小車和專門的移動滑道，滑道的傾斜角度、長度以及鋼絲繩的路徑等都是根據(jù)該結(jié)構(gòu)配重重心位置隨臂架仰角的變化規(guī)律設(shè)計的。典型的采用鋼絲繩移動配重方式的動臂塔機有pecco公司的sn系列塔機，其結(jié)構(gòu)形式如圖所示。
(2) 連桿機構(gòu)
由于鋼絲繩在使用過程中容易磨損，移動配重技術(shù)緊跟著又出現(xiàn)了連桿機構(gòu)移動方式。即將臂架作為主動連架桿，配重懸掛在搖桿的末端，并且為使配重保持平動，不宜將其與搖桿固定連接。這種實現(xiàn)方式不需設(shè)置配重小車及其滑道，也不需另外增加輔助動力驅(qū)動。典型的采用連桿機構(gòu)移動配重方式的動臂塔機有利勃海爾的500hc系列塔機，其結(jié)構(gòu)形式如圖2.2所示。
(3)在塔吊后臂上設(shè)有軌道，軌道中設(shè)置滾輪，配重通過滾輪與后臂相接。本實用新型的設(shè)計思想就是將塔吊后臂上原有固定不變的配重，改變成為可在后臂上往復(fù)移動的配重。這樣，當(dāng)塔吊起吊重物時，將配重移動到與起吊重物相匹配的平衡位置;當(dāng)塔吊不工作時，可將配重移動到后臂的緊靠塔身一端，以最大限度地減輕配重對塔吊的偏沉負(fù)重作用。由此使原有的固定配重變成了塔吊移動平衡尾陀。在這種結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的工作方式下，就可以使塔吊時刻保持平衡狀態(tài)，既保證了塔吊工作時的穩(wěn)定性，又消除了塔吊不工作時的負(fù)重偏沉狀態(tài)，并使塔吊的工作機理更為合理，使用壽命得以延長。
(4)在起重臂上鉸接一連桿，連桿的另一端與搖桿鉸接，搖桿中部與平衡臂鉸接，另一端聯(lián)結(jié)平衡臂框架，由起重臂、連桿、搖桿和平衡臂組成一鉸鏈四桿機構(gòu)，起重臂即為主動連架桿，搖桿為從動連架桿，平衡臂為機架，當(dāng)起重臂做俯仰動作時，搖桿繞其與平衡臂聯(lián)結(jié)的鉸鏈搖動，平衡臂的位置隨搖桿的搖動而做相應(yīng)改變，從而實現(xiàn)對平衡臂的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
(5)無基礎(chǔ)自動配重全自動塔吊裝置
(6)除了以上幾種方式，還有就是專門增加一個輔助的動力驅(qū)動機構(gòu)，用以實現(xiàn)配重的移動。通常這種型式成本高，需要額外的檢查及維護保養(yǎng)，機構(gòu)比較復(fù)雜。
1.3.2 關(guān)于動臂塔機力矩曲線繪制的研究現(xiàn)狀
(1) 對于沒有移動配重的動臂塔機的力矩曲線方程：
(q+t)r=c
其中q：吊重
t：變幅滑輪組、起重臂、吊具和鋼絲繩在臂端的積重
r：幅度
c：恒力矩
(2)對于有移動配重的動臂塔機的力矩曲線，根據(jù)不同的實現(xiàn)方式，其確定的方法不同，而且都不成熟，值得探討。力矩曲線的確定于力矩限制器的選用有直接關(guān)系，本次論文擬采用恒力矩力矩限制器，所以確定力矩曲線的方法應(yīng)該采用保證恒力矩的方法。
1.3.3 關(guān)于動臂塔機結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究
文獻【10】論述了用ansys的adpl語言進行動臂塔機優(yōu)化的方法，但其只是將設(shè)計變量參數(shù)化，對其他已定的尺寸，例如塔身寬度，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度等并沒有參數(shù)化，這樣處理ansys優(yōu)化的常規(guī)做法。這樣做的缺陷是，生成優(yōu)化文件的過程比較復(fù)雜，對形式類似的塔機需要重復(fù)性的編寫優(yōu)化文件，比較耗時。本研究課題擬在借鑒文獻【10】的基礎(chǔ)上，不但將設(shè)計變量參數(shù)化，而且將非設(shè)計變量也參數(shù)化，對于不同形式的塔身都做成專門的adpl程序模塊，生成專門的軟件，工程師只需要根據(jù)塔身的形式在對應(yīng)的截面輸入非設(shè)計變量的參數(shù)，即可生產(chǎn)對應(yīng)的優(yōu)化文件
1.4主要參考文獻：
【 1 】 cuidandan crane arm some key technical research dalian university of master degree theses
【 2 】 meikun arm type tower several design question discussion construction machinery 2009.10 (semimonthly)
[3] zhangxuehong a crane mobile balance tail tuo patent number 01276775.
【4】李海青 塔式起重機平衡重自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置 專利號200720026287.1
【5】陳志軍 自動平衡塔吊 專利號02290276.7
【6】曲永治 動臂變幅起升補償組合機構(gòu) 專利號02118284.1
【7】梅琨 一種新型動臂塔機起重力矩限制器的設(shè)計 遼寧建材2001.no.4
【8】萬維柔 無基礎(chǔ)自動配重全自動塔吊裝置 專利號200420063917.8
【9】戴廣成 金永強 南通市第四建筑安裝工程公司 機械式塔吊力矩限制器
【10】劉洪波 指導(dǎo)教師：林貴瑜 動臂塔式起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文
2.學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路、擬解決的關(guān)鍵技術(shù)
本課題針對目前動臂塔機存在的問題進行分析，突出表現(xiàn)就是同等噸位的動臂塔機比小車變幅塔機自重大，成本高。對此問題本質(zhì)進行分析，總結(jié)其原因是動臂引起的附加力矩迫使塔身必須粗壯才能滿足要求，解決此矛盾的思路可以有兩方面：一是減小動臂引起的附加力矩，二是對塔身本身進行更合理的優(yōu)化，使其材料最省并且滿足強度要求。
要解決的關(guān)鍵技術(shù)就是用最低的成本實現(xiàn)配重的移動，來平衡動臂的附加力矩。并且利用有限元方法設(shè)計一種更有效的塔身的優(yōu)化流程，使塔身既滿足強度和穩(wěn)定性要求，又不浪費材料。
3.所閱文獻的查閱范圍及手段
本課題的文獻檢索是在校圖書館網(wǎng)站的以下數(shù)據(jù)庫完成
1)萬方數(shù)據(jù)期刊全文
2)自建特色數(shù)據(jù)庫：碩士論文庫
3)中宏數(shù)據(jù)庫 教育版
4)中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(萬方)
5)讀秀知識庫
6)中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(清華同方)
7)中國年鑒全文數(shù)據(jù)庫
8)維普數(shù)據(jù)庫
9)萬方科技文獻數(shù)據(jù)庫
10)中國重要會議論文集全文數(shù)據(jù)
關(guān)鍵詞 動臂 力矩限制器 移動配重
二、選題的理論意義、推廣價值及預(yù)期成果
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，建筑樓群的密集，使塔機的工作空間受限。目前高層建筑越來越多，新制定的領(lǐng)空權(quán)許可制度及跨占鄰居領(lǐng)地產(chǎn)生的糾紛等因素，使得動臂塔機的角色越來越重要，然而同樣噸位的塔機，動臂變幅的比小車變幅的制作費用要高，很大程度上是因為由于起重臂俯仰產(chǎn)生的附加彎矩使得塔身較大，如果用移動配重，結(jié)構(gòu)又比較復(fù)雜，使得動臂變幅塔機的費用降不下來。
本課題研究意義就在于使同等噸位動臂塔機和小車變幅塔機之間的成本差降到最低，使動臂塔機的發(fā)展不再受到成本的限制，在經(jīng)濟建設(shè)中的優(yōu)勢發(fā)揮得更加充分，對動臂塔機的推廣有著重要意義。
預(yù)期成果：
1)設(shè)計出更加簡單經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)配重的移動，較好的平衡掉動臂產(chǎn)生的附加力矩。使動臂塔機的起重能力大大提高。
2)尋找到一種更加快捷有效的塔身優(yōu)化方法，并有可能將這種優(yōu)化方法應(yīng)用到其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
3)對動臂塔機的其他設(shè)計問題的成功解決。
三、選題的可行性分析
1.擬采取的研究方法、技術(shù)路線、研究方案及可行性分析
本課題是在山東富友公司技術(shù)部完成，以現(xiàn)有圖紙的結(jié)構(gòu)為參考進行理論研究，對結(jié)構(gòu)進行探討并且設(shè)計自己的結(jié)構(gòu)，對新結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并采用有限元方法進行結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性的驗證。并且將有限元分析軟件ansys和可視化編程軟件vb結(jié)合，通過編程實現(xiàn)塔身及其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化文件的自動生成。
可行性分析：
(1)本課題是在導(dǎo)師宋世軍老師和副導(dǎo)師王積永老師以及山東富友公司技術(shù)部經(jīng)理毛閏年老師的指導(dǎo)下，在富友公司技術(shù)部和學(xué)校實驗室完成，有強大的技術(shù)支持，該公司已經(jīng)有十余年的塔機研發(fā)經(jīng)歷和有著多年研發(fā)經(jīng)驗的工程師隊伍，為本課題的研究提供了技術(shù)支持。
(2)本課題涉及到的金屬結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)及有限元分析等方面的知識，經(jīng)過前段時間的學(xué)習(xí)已基本具備。
2.所需實驗手段、研究條件和實驗條件(開展課題研究的地點、可利用的設(shè)備等)
實驗手段是用有限元方法進行驗證，研究條件是實驗室和計算機以及相關(guān)的技術(shù)支持。
開展課題研究的地點是實驗室和富友技術(shù)部，可利用的設(shè)備是計算機和參考圖紙。
3.所需經(jīng)費，包含經(jīng)費來源、開支預(yù)算(工程設(shè)備、材料須填寫名稱、規(guī)格、數(shù)量)
估計所需費用大約2萬塊錢，包括：
試驗差旅費：8000
會議資料費：7000
調(diào)研費：3000
其它費用：2000
針對“雨水自動感應(yīng)晾衣架”，在百度學(xué)術(shù)中可以搜索到多篇碩士學(xué)術(shù)論文，有的甚至洋洋灑灑七八十頁。解決方案中大多運用到單片機、運放等小學(xué)生甚至中學(xué)生都無法厘清的概念和內(nèi)容。如何讓這個項目“落地”成為小學(xué)生“跳”一下能夠到的案例，一直是我腦中縈繞的問題。Arduino開源硬件與眾多傳感器的絕佳組合讓這個“落地”問題迎刃而解。Arduino開源硬件不需要學(xué)生懂得單片機、運放的原理，只需大致了解傳感器的種類用途即可。某碩士論文涉及的電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、按鍵電路等可以一概忽略。當(dāng)然，每個問題的解決都不會一帆風(fēng)順，期間曲曲折折在所難免。
曲折之一：方案如何優(yōu)化細(xì)化
課堂上，我事先作了“翻轉(zhuǎn)”設(shè)計，課前拋出問題讓學(xué)生百度各種解決方案，包括淘寶上的成品自動雨水感應(yīng)晾衣架，然后在課堂上集思廣益，比一比誰的方案能在眾多方案里勝出？還是需要優(yōu)勢組合？最終學(xué)生們形成的設(shè)計預(yù)案如下。
設(shè)計一個雨水感應(yīng)自動收衣裝置，當(dāng)雨水感應(yīng)器上滴到雨滴或者天色明顯變暗時，啟動機械臂把衣服收進陽臺。如果雨水感應(yīng)器上的水滴被曬干（雨轉(zhuǎn)多云），光線又足夠亮?xí)r，衣服再次曬出。主人可以設(shè)置預(yù)約收衣時間。并且對是否雨后重新曬出作出預(yù)設(shè)。S4A控制畫面同步運行。
以上要求進一步分解后具體要達(dá)到以下控制：（1）有雨或者光線明顯變暗時，收衣服。（2）當(dāng)天空放晴、光線變亮，且傳感器上雨水被曬干時，衣服重新曬出。（3）主人可以預(yù)設(shè)收衣時間。此時無論天氣如何，衣服強制收回。（4）主人可以手動收衣或者定r收衣，此兩種模式收好衣服后不再晾出。
此環(huán)節(jié)的產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計思維訓(xùn)練得到了充分的體現(xiàn)，學(xué)生要針對在自己周圍每天都要發(fā)生的問題模擬產(chǎn)品設(shè)計工程師進行設(shè)計及分解。
曲折之二：機械傳動如何設(shè)計
學(xué)生在設(shè)計方案時碰到的第一個攔路虎，不是來自電子線路，而是機械傳動部分。圖1所示開窗器按供電模式分有24V直流、220V交流兩種，其中按開窗器機械臂行程長短又有100mm到1500mm等不同種類。本例所有24V直流電，當(dāng)正接時機械臂伸出，反之縮回。
圖2看似簡單的機械結(jié)構(gòu)，是社團學(xué)生溝通、爭論了很久才有的結(jié)果。首先，淘寶上對開窗器的介紹寥寥數(shù)字，很多具體問題需要直接跟淘寶店主溝通。比如，產(chǎn)品大都與配套的升降（或開合）控制盒一起銷售，能否拆分購買等具體問題；沒有控制盒，Arduino 又如何擔(dān)當(dāng)起智能控制的重任？
曲折之三：S4A控制的畫面如何同步變化
下載3DMAX陽臺模型（可直接使用軟件包中模型）、衣架模型后，利用標(biāo)準(zhǔn)基本體構(gòu)建衣架及開窗器機械臂模型。由于MAX模型中的元素較多，建議按圖3所示對衣架進行“成組”操作。
按F10對衣架運動中的幾個關(guān)鍵幀分別渲染，注意本例下載的模型須安裝V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中選擇V-RAY渲染器。
曲折之四：如何實現(xiàn)開窗器機械手的伸縮
當(dāng)了解到24V直流電機正負(fù)極倒置后伸縮方向即相反后，有學(xué)生搜索關(guān)鍵詞“直流電機正反轉(zhuǎn) 繼電器”繪制出圖4所示控制線路。經(jīng)反復(fù)推演各種可能，均不會造成短路事故。
曲折之五：開窗機的電機本身沒有到位后自動停止功能，如果開窗或者貫穿機械臂到位后繼續(xù)加電，將對電機造成傷害，此問題如何破解
有學(xué)生稱可以設(shè)置時間，但是馬上又有學(xué)生質(zhì)疑，當(dāng)掛的衣服重量不同時，造成的阻力不同，時間不是一個定量。后來有學(xué)生詢問淘寶商家后找到了解決辦法，如圖5在數(shù)字口2、3分別安裝兩個磁感應(yīng)開關(guān)，相關(guān)的動臂上安裝永磁鐵。當(dāng)檢測到機械臂運作到位后，立即停止供電。
曲折之六：腳本如何設(shè)計
曬衣部分腳本：當(dāng)綠旗被點擊時，當(dāng)系統(tǒng)檢測到接在模擬口0的光線傳感器數(shù)值大于800，光線充足，并且接在模擬口5的雨水傳感器上無水滴，數(shù)值小于50，則廣播曬衣服。
收衣部分腳本：分三個條件語句，第一是檢測光線數(shù)值小于150則收衣。第二是檢測雨水傳感器數(shù)值大于100則收衣。第三是按鈕傳感器大于1000即接通狀態(tài)則自動收衣。
預(yù)約收衣部分腳本：當(dāng)綠旗被點擊時，先詢問預(yù)約多少小時后收衣，然后將輸入值賦予變量t，計時器歸零。計時器單位為秒，因此變量t須乘3600。當(dāng)計時器數(shù)值大于預(yù)設(shè)時間，廣播收衣服。
曲折之七：學(xué)生開始編制腳本時發(fā)現(xiàn)繼電器反復(fù)被觸發(fā)，“噠噠”聲不斷，這對繼電器及控制終端都不是好事，如何解決
為了防止繼電器反復(fù)被觸發(fā)，損傷電機及其他器件，分別設(shè)置變量k、m，當(dāng)條件已符合時分別設(shè)定為1。然后將相關(guān)變量不等于1，即等于1不成立，作為條件語句的必備條件之一。
當(dāng)曬衣觸發(fā)時，變量K為1，當(dāng)收衣觸發(fā)時變量M為1。如果系統(tǒng)對兩個事件依次觸發(fā)一遍。如果不對相關(guān)變量清零，則造成太陽出來后或者下雨了系統(tǒng)不再有響應(yīng)。所以要對K賦值1的同時，要對M清零。反之也一樣。
由于手動收衣及定時收衣要求之后即使符合曬衣條件時也不再觸發(fā)，所以不再對M清零操作。為保險起見，建議在對K賦值1的同時，添加給變量M賦值1的語句。
美國機器人協(xié)會給機器人下的定義是：一種可以重新設(shè)定程序、多功能的機械手，經(jīng)由事先設(shè)計好的各種可變動作，搬運材料、零件、工具或其他特殊裝置，以執(zhí)行不同的工作任務(wù)。機器人在面對變化與不確定的工作環(huán)境與程序時，具有一定的判斷能力。從這個機器人的定義上看，“雨水感應(yīng)收衣裝置”也可以視為一個機器人項目。學(xué)生在這個項目的學(xué)習(xí)過程中遇到的問題事實上遠(yuǎn)不止以上所列，但是在教學(xué)一線將會感受到學(xué)生的潛力遠(yuǎn)超你的想象：沒有短接線，學(xué)生將廢舊網(wǎng)絡(luò)線“開膛破肚”，開窗器沒有電源，學(xué)生搬來家里的鋰電池，機械手沒人愿意接手加工，學(xué)生找到親戚幫忙。有的學(xué)生在家里是“專業(yè)”負(fù)責(zé)淘寶的，因此跟店家的“旺旺”交流使問題“豁然開朗”，比如，磁感應(yīng)裝置就是學(xué)生從“店小二”那里問來的。當(dāng)然，在“工作坊”教學(xué)模式下，教師必要的協(xié)助與引導(dǎo)，也會如及時雨般解決問題。
關(guān)鍵詞：三菱M60S；加工中心；盤式刀庫；機械手；大直徑刀；換刀
1 圓盤式刀庫大端面刀換刀問題分析和設(shè)計
首先，圓盤式刀庫換刀只需要將目標(biāo)刀與主軸到交換，它不同與斗笠式刀庫必須處理還刀，所以為縮短換刀找刀時間可用T碼命令先讓刀庫備好刀，程序執(zhí)行到換刀名令時直接就可以進行換刀動作。程序T碼控制刀盤將目標(biāo)刀找到并將到套倒下來。當(dāng)程序遇到M06命令時，Z軸回到第二參考點主軸準(zhǔn)停定位->機械手刀臂旋轉(zhuǎn)抓刀->氣缸松刀->刀臂旋轉(zhuǎn)換刀->汽缸緊刀->刀臂回原點->換刀完成。
其次，隨機找刀、機械手換刀控制基本原理：Txx代碼激活刀庫控制。PLC根據(jù)編程刀具號計算出該刀具所在的刀套位置，以及就近找刀的方向。位置通過PLC指令[S.ATC K1]方向?qū)ふ遥ㄟ^指令[S.ROT K1]尋找。由PLC程序控制刀庫按就近方向轉(zhuǎn)動到編程刀具所在的位置，等待換刀。最后，M06啟動PLC換刀，換刀過程說明：步驟一：刀套倒刀；步驟二：機械手扣刀；步驟三：主軸松刀；步驟四：機械手交換刀具；步驟五：主軸緊刀；步驟六：機械手回原點；步驟七：刀套回刀，換刀步驟通過PLC程序控制，刀具交換通過[S.ATC K4]指令。
2 大小刀的換刀控制的分析研究
由于用戶在使用機床時常會用到端面飛刀等大直徑的刀具（簡稱大刀），這些刀具裝入刀庫后左右相臨的刀套內(nèi)就無法放入刀具。圓盤式（機械手）刀庫采用的是隨機換刀，刀具所在的刀套并不固定，如果換大直徑的刀就有可能和相臨的刀具發(fā)生碰撞，所以PLC需要對此種情況進行處理。PLC程序設(shè)計思路和解決方法：要解決此問題最關(guān)鍵的就是要讓大刀兩側(cè)的刀位空出來，當(dāng)換刀時首先把大刀放入兩側(cè)是空刀的刀套里。本次設(shè)計的刀庫為24把刀的圓盤式刀庫，由于大刀要占用左右的刀套位，極限情況下24位可以裝下11把刀，但由于實際使用中幾乎不會要使用到如此多的大刀，故本次設(shè)計最大大刀容量為9九把（可修改成11把）刀庫容量也可以增加。PLC定義T0～T24為小刀刀號，T51～T59為大刀刀號，刀套空位為99。刀號的設(shè)定須在刀庫登錄表里，刀庫登錄表根據(jù)實際使用情況設(shè)置。特別注意：允許的大刀最大直徑必須小于刀庫允許普通刀具直徑的的兩倍（目前使用的刀具都小于允許直徑的兩倍），否則大刀與大刀之間交換會發(fā)生碰撞，刀具重量不能超過刀庫允許重量。大刀交換規(guī)則：小刀可放進大刀的刀套內(nèi)，大刀不可放進小刀刀套內(nèi)。換刀情況分析有以下四種：主軸小刀和刀庫小刀交換，一次性換刀；主軸小刀和刀庫大刀交換，一次性換刀，主軸小刀放進大刀刀套中；主軸大刀和刀庫小刀交換，先將原大刀刀套中的小刀換到主軸上，在將小刀與小刀交換；主軸大刀和刀庫大刀交換，一次性換刀。換刀相關(guān)保護和報警①換刀前判斷刀臂是否在原點，否則報警不執(zhí)行換刀。②刀套和打刀缸的動作受到PLC監(jiān)控，超出時間會發(fā)出報警，終止換刀。③檢查刀庫表中刀號與主軸刀號是否重復(fù)，發(fā)出報警信號。④大刀換刀時檢查大刀刀套兩側(cè)是否為空刀位，如果不是則發(fā)出報警，終止換刀。⑤檢查當(dāng)前刀套內(nèi)的刀號是否是空刀位，是則不進行換刀，發(fā)出報警。換刀刀號判斷PLC說明。通過D60中的T碼與K實數(shù)進行比較，把比較的結(jié)果送入M1000～M1008。利用比較的結(jié)果M1000～M1008判斷目前換刀的狀態(tài)，將結(jié)果送入M600～M603。M600：T碼小刀與主軸小刀交換；M601：T碼小刀與主軸大刀交換；M602：T碼大刀與主軸小刀交換；M604：T碼大刀與主軸大刀交換；通過判斷的換刀狀態(tài)按照PLC程序框圖的方式執(zhí)行。
3 結(jié)語
用戶在使用機床時常會用到端面飛刀等大直徑的刀具，這些刀具裝入刀庫后左右相臨的刀套內(nèi)就無法放入刀具。根據(jù)公司項目要求并兼顧成本和機床功能，通過系統(tǒng)控制解決了大端面刀等大直徑刀具的換刀問題，為客戶提高生產(chǎn)效率，從而提高其經(jīng)濟效益做出了一定的貢獻。圓盤式（機械手）刀庫采用的是隨機換刀，刀具所在的刀套并不固定，如果換大直徑的刀就有可能和相臨的刀具發(fā)生碰撞，所以PLC需要對此種情況進行處理。要解決此問題最關(guān)鍵的就是要讓大刀兩側(cè)的刀位空出來，當(dāng)換刀時首先把大刀放入兩側(cè)是空刀的刀套里，然后再進行換刀。在此設(shè)計中還為客戶完善了使用過程中的一些輔助功能，使客戶使用更方便、更安全，得到了客戶的認(rèn)可。通過三菱圓盤式（機械手）刀庫加工中心開發(fā)過程，使我收獲頗多，為了讓更多人分享享我的經(jīng)驗所得，特寫這篇論文，供大家參考學(xué)習(xí)。
[參考文獻]
[1]張俊勇，趙小剛.刀庫合理布置在加工中心的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù). 2009（06）.
關(guān)鍵詞：挖掘機工作裝置 比擬法 極限位置 Soildworks實體建模
中圖分類號：TH16 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-02
一方面隨著我國國民經(jīng)濟、建筑機械和生產(chǎn)力水平的不斷提高，正鏟液壓挖掘機在大型土木建設(shè)、大自然改造事業(yè)中與反鏟挖掘機一樣得到了廣泛應(yīng)用。另一方面CAE技術(shù)在機械設(shè)計及制造中不斷發(fā)展。該技術(shù)能夠提高設(shè)計效率，縮短開發(fā)周期有很大的幫助，同時又能大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，可靠性和穩(wěn)定性。最終對整個機械行業(yè)的產(chǎn)品競爭力產(chǎn)生極大的影響.本文便是以比擬法、極限位置分析和據(jù)水平推壓力三種方法結(jié)合計算出挖掘機的尺寸，然后在SOILDWORKS中進行實體建模，再與樣機進行比較，以驗證該分析方法的正確性。如圖1，液壓正鏟挖掘機的工作裝置主要由1-動臂，2-斗桿，3-鏟斗，4-動臂油缸，5-斗桿油缸，6-鏟斗油缸組成。如圖1所示。
為了方便工作裝置的計算，現(xiàn)把工作裝置簡化為圖2，并建立了以水平地面為橫坐標(biāo)，回轉(zhuǎn)中心線為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系，各個絞點符號分別由A、B、C、D、E、G、H、I、J表示，θ1、θ2、θ3分別表示動臂相對水平面的轉(zhuǎn)角，動臂和斗桿的夾角，斗桿和鏟斗之間的夾角。得到液壓正鏟挖掘機工作裝置機構(gòu)簡圖。如圖2所示。
1.1 比擬法確定工作裝置部分尺寸
比擬法：是借助于已有的大型液壓正鏟挖掘機的設(shè)計數(shù)據(jù)，以相似理論為基礎(chǔ)，確定要設(shè)計的尺寸。相似原理是通過對樣機進行放大或縮小以及模型試驗來確定實物結(jié)構(gòu)參數(shù)、系列化產(chǎn)品的理論基礎(chǔ)。
設(shè)
已知美國某公司的挖掘機的整機質(zhì)量為63 t，備有前卸式（斗容量q為3.8 m）鏟斗，通過比擬法可以求解出
斗容量q為4 m時，挖掘機的整機質(zhì)量為66.3 t。根據(jù)經(jīng)驗公式計算法：在概率統(tǒng)計的基礎(chǔ)上得出的以機重為基本參數(shù)的一系列經(jīng)驗公式，公式中的經(jīng)驗系數(shù)可從相關(guān)資料上中查得，線型參數(shù)比例關(guān)系由此可以確定正鏟臂長、斗桿長，即
臂長kl1=（1.1～1.3）取1.2 解得LAB=4.85（m）
斗桿長kl2=（0.8～0.95）取0.9解得LBG=3.645
1.2 由經(jīng)驗公式確定鏟斗參數(shù)
已知斗容量q、鏟斗挖掘半徑Lgj和平均斗寬b、鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角存在如下的關(guān)系
根據(jù)相關(guān)文獻可得LGJ=1.656此外LGI值的選擇原則是要滿足挖掘力要求的情況下，使鏟斗有足夠大的轉(zhuǎn)角范圍，同時還應(yīng)保證鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度和強度，避免鏟斗連桿機構(gòu)的干涉。所以取LGI=（0.3～0.38）×LGJ=0.579
1.3 由極限位置確定尺寸
鉸鏈A點位置可通過AF與水平面的夾角I11和LAF的長度確定。取而且考慮到在轉(zhuǎn)臺上的布置，由相關(guān)樣機參考可得LAF=1.02。
另外，LAF的長度對動臂液壓缸的作用力矩有影響，相應(yīng)的提升力矩、閉鎖力矩也有變化.長度取LAF=（0.5～0.6）L1 min.所以L1 min=1.863。如圖可以根據(jù)工作參數(shù)確定下列極限位置的幾何
關(guān)系。
斗桿轉(zhuǎn)角可以由最大挖掘半徑確定。最大挖掘半徑是指：斗桿油缸全縮，使達(dá)到最大值，此時A、G兩點的距離最遠(yuǎn)，再令A(yù)、G、J三點所在直線平行于水平地面。最大挖掘半徑的各絞點位置示意圖由圖3（A）所示。在圖3（A）中，由可以得知θ2max應(yīng)大于下式。
圖3 極限位置關(guān)系
為最大挖掘半徑取9.06 m代入解得θ2max=115 °。同理可以根據(jù)最小挖掘半徑求出θ2MIN=43 ° L2 min=2.392、L2 max=4.00
根據(jù)最大挖掘高度求得LAGMAX=7.19、θ1MAX=82.3 °
根據(jù)最大挖掘深度求得θ1MAX=64.9 °
2.由水平推壓力確定LBE的尺寸
假設(shè)挖掘機的工況作業(yè)為水平推壓，及鏟斗斗底緊貼地面沿停機面向前運動。首先隔離斗桿和鏟斗，如圖
圖4 挖掘機受水平推壓力
對F點取力矩建立平衡方程：
F2e2+F’3e’3=Far2
式中Fa為斗桿挖掘力（推壓力）由經(jīng)驗算得，F(xiàn)a=393.7。F2為斗桿液壓缸推力，其值等于缸徑乘以系統(tǒng)壓力，算得F2=1039.8然后隔離鏟斗，對Q點建立力矩平衡方程：F’3e’3=Far3sinγ
兩式消去F’3，得到推壓力Fa的計算公式：
式中：r2=3.645 r3=1.27 e3=0.445
解得e’3=LBE=1.47。這樣挖掘機所有的工作裝置的尺寸都已經(jīng)選用完畢。
3 基于Solidworks裝配模型的驗證
Solidworks是一套采用Parasolid圖形核心、基于Windows平臺、采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的CAD/CAM/CAE桌面集成系統(tǒng)。此軟件容易操作，功能強度，可以完成包括很復(fù)雜的曲面建模、三維造型和轉(zhuǎn)配在內(nèi)的操作，并能輕松的生成零件轉(zhuǎn)配圖。能滿足用戶的需求，所以在全球的使用非常廣泛。
圖5 挖掘機轉(zhuǎn)配圖
如圖，根據(jù)以上所計算得到的尺寸值在Solidworks建立三維裝配圖模型，并附上適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動和移動副，通過鼠標(biāo)移動挖掘機的各個部件位置即可大致檢測出設(shè)計的工作尺寸是否合理。通過已有的樣機的對比，該設(shè)計的尺寸與樣機的尺寸相差不多。由此可知此設(shè)計的方法較為合理。
4 結(jié)語
結(jié)合參照樣機比擬法算出挖掘機大體尺寸、在給定極限位置的幾何關(guān)系分析和再根據(jù)水平推壓力的大小、力矩平衡的三種理論方法設(shè)計挖掘機。以上方法綜合了挖掘機各方面的考慮（包括推壓力、極限位置和已有的樣機尺寸），最終設(shè)計出挖掘機工作裝置的尺寸。
并且借助Solidworks三維造型技術(shù)、計算機可視化技術(shù)，觀察設(shè)計的整體效果。為正鏟液壓挖掘機工作裝置尺寸的初步設(shè)計與驗證其合理性提供了理論指導(dǎo)。
參考文獻
[1] 史青錄，林慕義.單斗液壓挖掘機構(gòu)造與設(shè)計[M].北京冶金工業(yè)出版社，2011.
[關(guān)鍵詞]液壓缸 拉桿 放氣 溢流閥
中圖分類號：U653 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）25-0346-02
斗輪取料機是散貨裝卸的重要設(shè)備，作為一種連續(xù)的散料裝卸機械在港口、電廠、礦山以及很多的儲煤基地得到廣泛的應(yīng)用。它最早是在德國、日本、英國等發(fā)達(dá)國家發(fā)展起來的，在我國上世紀(jì)50年代開始使用，大規(guī)模的應(yīng)用主要還是上世紀(jì)七十年代在秦皇島、天津、青島等北方的港口上使用。由于散貨能源物流的快速發(fā)展，而參與物流行業(yè)的大型企業(yè)基本上都是國家的主要經(jīng)濟支柱。這些大企業(yè)在國際經(jīng)濟高速發(fā)展的大環(huán)境下要求企業(yè)的發(fā)展是規(guī)模化、自動化、智能化的發(fā)展，而對散貨裝卸的主要設(shè)備的取料機要求也是如此，因此斗輪取料機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中越來越被廣泛的應(yīng)用，而且對取料機的主要性能要求也越來越高。然而，由于國內(nèi)取料機設(shè)計的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計單位的技術(shù)水平和國外的還有很大的一段差距，雖然國內(nèi)的取料機設(shè)計單位制造單位意識到國內(nèi)這個大的市場需求，但是由于質(zhì)量和安全的考慮，目前還是選擇國外設(shè)計、國內(nèi)制造的建設(shè)模式。這種模式由于設(shè)計是在國外、而制造在國內(nèi)，這樣在用戶和設(shè)計及制造方之間就容易出現(xiàn)很多關(guān)于產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品使用等溝通脫節(jié)的問題，再加上國內(nèi)一般對工程工期的要求比較緊、使用管理等問題，造成設(shè)備存在的問題和缺陷較多，導(dǎo)致產(chǎn)品的修改量加大，產(chǎn)品存在的問題偏多。黃驊港煤碼頭一期工程就是在此基礎(chǔ)上設(shè)計出來的，作為國家北煤南運的第二大億噸輸出大港――黃驊港，黃驊港煤碼頭現(xiàn)有3000T/H取料機4臺、6000T/H取料機7臺、6000T/H堆取料機2臺、4400T/H堆料機6臺8000T/H裝船機4臺、6000T/H裝船機7臺、3000T/H裝船機1臺以及11臺翻車機以及90公里的皮帶機，這些設(shè)備在我國北煤南運市場中發(fā)揮了重要作用，對國民經(jīng)濟的快速發(fā)展起到了極大的推動作用。
取料機主要由行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰機構(gòu)、斗輪機構(gòu)、懸臂皮帶機等組成，其俯仰變幅機構(gòu)是四連桿形式，采用液壓缸或鋼絲繩卷筒驅(qū)動。懸臂皮帶機尾部通過兩個鉸點和主機相連接，懸臂皮帶機中部和頭部通過大小拉桿與配重尾架相連。通過液壓缸的伸縮使懸臂機構(gòu)繞安裝在鉸點位置的關(guān)節(jié)軸承轉(zhuǎn)動，臂架頭部斗輪裝置才能上升或下降，臂架俯仰范圍在-12°～+12°，屬于低速，重負(fù)荷作業(yè)。目前黃驊港一期取料機懸臂已經(jīng)運行15年，完成煤炭裝卸超過4億噸，經(jīng)過長期超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，懸臂尾部鉸點關(guān)節(jié)軸承異響嚴(yán)重，同時引起整機振動，給取料機整機增加沖擊載荷，經(jīng)過判斷和分析，俯仰過程中的異響和震動主要來自臂架俯仰鉸點處的軸承，為了避免大的隱患發(fā)生，需要對其進行改造。
黃驊港煤一期6000T/h斗輪堆取料機的懸臂俯仰機構(gòu)采用雙液壓缸同步升降來實現(xiàn)臂架的支承和提升的。其中一個液壓缸導(dǎo)向套密封件有磨損，造成油缸漏油，因此需要更換液壓缸。此液壓缸單根重達(dá)7噸，吊裝高度大概28m，斗輪堆取料機總重量是1100t，作業(yè)難度比較大。
斗輪取料機的應(yīng)用在我國起步較晚，最早的斗輪取料機設(shè)計可以追溯到1966年。當(dāng)時國內(nèi)部分鋼廠、碼頭急需使用此類設(shè)備，為滿足當(dāng)時的社會需要我國開發(fā)了第一代斗輪取料機。這標(biāo)志著我國己具有制造大型散料輸送機械的能力。20世紀(jì)80年代，由于電力和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，斗輪取料機發(fā)展迅猛，在電力部門、港口使用量劇增。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)斗輪取料機已經(jīng)向更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電廠、各大港口到處都可以看到斗輪取料機。但是國內(nèi)的設(shè)計和研究水平有限，為了縮短與國際先進國家的差距，采取進口和合作制造的方式。進口和引進的國家有日本、美國、德國、奧地利、意大利等國家。國內(nèi)生產(chǎn)的第一臺用于高寒地區(qū)的斗輪堆取料機是DQL1600/1600.35，目前正運行于內(nèi)蒙古的霍林河礦區(qū)。國內(nèi)現(xiàn)在已開始了關(guān)于斗輪取料機自動控制方面的研究，控制水平已經(jīng)達(dá)到20世紀(jì)70年代國際水平。另外，為了使斗輪取料機工作時更加穩(wěn)定、安全、可靠，在設(shè)計過程中引入計算機仿真技術(shù)，圖象處理技術(shù)，故障檢測技術(shù)等各種信息技術(shù)。
這些技術(shù)的引用將使我國在斗輪取料機的設(shè)計和研發(fā)盡快趕上世界先進水平
其更換步驟是首先將機器停在檢修錨定位置，把懸臂回轉(zhuǎn)角度選好以方便吊車起吊液壓缸等其他吊件，把斗輪懸臂放置最低，在需要更換的液壓缸旁各有2個吊耳，把兩個檢修拉桿（隨機備件，堆取料機安裝俯仰液壓缸時用的）借用80t吊車和電動或手動操控2個液壓缸做上升下降動作使檢修拉桿與上下兩個吊耳通過軸銷（φ110×234）相連接。然后再關(guān)閉液壓缸閥塊上面的A口和B口截止閥，同時把A口的插裝式溢流閥旋鈕逆時針調(diào)至最外面，把液壓缸無桿腔和有桿腔中油液的壓力釋放到零，并使用壓力表檢測一下A、B兩處還有有無壓力，這樣兩根檢修拉桿都處在受壓狀態(tài)，此時應(yīng)將該液壓缸的外接管路及壓力傳感器等保護裝置全部拆除，并將管路的接頭處嚴(yán)格包扎，防塵密封。
這種大型復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)，一般需要通過理論計算和現(xiàn)場設(shè)備檢測相結(jié)合。
考慮到實際結(jié)構(gòu)的安全性和和設(shè)備改造后再進行持續(xù)改造的困難程度，必須保證設(shè)備改造后的100%的安全可靠，通過此次對取料機回轉(zhuǎn)支撐的研究以及有效解決，為其他6000T/H取料機出現(xiàn)類似問題的研究和解決提供技術(shù)支持和依據(jù)，對該類設(shè)備的安全使用和維護提供參考和借鑒。就目前黃驊港取料機軌道（QU120）出現(xiàn)的開裂、塌陷這種問題，在秦皇島煤港取料機上面也是經(jīng)常出現(xiàn)，國內(nèi)的解決辦法主要就是每年對其壞的QU120部分鋼軌進行原軌簡單的更換，更換后使用的時間也就保料機車輪強度要求的前提下減小車輪的直徑以減輕取料機高度和自重，但是整個機器的臺車造價太高，而且經(jīng)過分析，臺車造價高、周期長，在實施過程中風(fēng)險性很大，增加了很多不安全因素，所以實施性不強。出現(xiàn)軌道變形或開裂，主要是一個壓力跟強度的問題，通過改造臺車增加輪子數(shù)量、減小輪子直在臺車輪壓不變的情況下，單獨改進軌道的性能，增加軌道的抗拉強度，提高其自身所能承受的壓力，或把兩種方法結(jié)合在一塊也是可行的。下面就是黃驊港綜合研究和分析之后采用改進軌道，主要是針對目前使用QU120改為A150的方案。6000T/H取料機的技術(shù)參數(shù)如表1所示。
拆裝液壓缸時，利用千斤頂、拉馬等工具將液壓缸上下兩端的銷軸按順序拆出，安裝新液壓缸（提前給液壓缸兩個腔注滿液壓油）時，先安裝無桿腔這頭的軸銷（φ260×695），然后把新的液壓缸上面閥塊的A口、B口和T口與拆卸的3根液壓管相連接并把新液壓缸上面閥塊上面的2個截止閥打開。再次利用俯仰液壓系統(tǒng)的手動裝置來調(diào)節(jié)新液壓缸的長度，以使液壓缸另外一端吊耳和軸銷（φ220×405）順利就位，同時再手動打壓使兩液壓缸受力從而使兩檢修拉桿卸掉載荷，拆卸檢修拉桿和拉桿軸銷。
新液壓缸就位后，就可以把限位開關(guān)等保護裝置恢復(fù)，系統(tǒng)調(diào)試時，檢查泵站油箱的油位，必要時進行補充。通過俯仰、回轉(zhuǎn)、行走的聯(lián)合運動，將機器駛離錨定位置。繼續(xù)使懸臂在全部正常工作范圍內(nèi)做俯仰運動，利用液壓缸兩腔頭部的放氣閥對2個液壓缸的無桿腔和有桿腔進行排氣，直至噴出霧化油液為止。最后進行系統(tǒng)的全面測試和調(diào)整泵閥等元件的參數(shù)，包括液壓缸的壓力值、電機的電流、泵的排量等。
該工藝要點是：①新液壓缸安裝完成后調(diào)試時需要對有桿和無桿腔進行徹底排氣以防止液壓缸爬行工作。②對于整體俯仰式的大型斗輪堆取料機，液壓缸更換的位置最好是使懸臂回轉(zhuǎn)角度約90°處，這樣在俯仰機構(gòu)的兩側(cè)都能停放大型的吊車進行吊裝。并且其臂架最好放在最低位置盡量使檢修拉桿受壓而不受拉，保證維修的安全性，這需要提前設(shè)計好拉桿的長度。③液壓缸同步回路應(yīng)設(shè)截止閥，以便于逐個更換液壓缸。④液壓缸銷軸應(yīng)該拆裝方便，如設(shè)計銷軸端面蓋板，利用蓋板螺絲孔來為頂推銷軸的千斤頂提供支座的安裝條件。⑤建議在液壓缸的缸桿外露表面設(shè)置防塵套，在拆裝過程中嚴(yán)防硬物砸傷液壓缸活塞桿表面。⑥保持清潔，嚴(yán)禁異物進入油管接頭處。
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頂驅(qū)全稱為頂部驅(qū)動鉆井裝置TDS（TOPDRVIEDRILL⁃INGSYSTEM），常用于頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)。頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)可從井架上部空間直接旋轉(zhuǎn)鉆桿，沿專用導(dǎo)軌向下送進，完成鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進，循環(huán)鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。
2頂驅(qū)液壓系統(tǒng)裝置的組成及優(yōu)點
2.1頂驅(qū)液壓系統(tǒng)裝置的組成部分
根據(jù)其工作原理可知，頂驅(qū)液壓系統(tǒng)裝置的組成雖然型號較多，但其主要的組成結(jié)構(gòu)是相同的。第一，動力驅(qū)動裝置。該部分的組成主要為一臺至兩臺交流、直流電機或者馬達(dá)，運行過程是在行星齒輪機構(gòu)的減速阻力下，達(dá)到提供鉆井動力的目的。第二，傾斜裝置。該裝置的組成部分主要有：吊環(huán)、機械臂、驅(qū)動機構(gòu)，這其中又是由氣動及液動組成驅(qū)動機構(gòu)，主要運作流程是由氣囊或液缸來帶動吊環(huán)擺動。第三，管子處理裝置。這個組成部分是整個驅(qū)動裝置中最具設(shè)計優(yōu)點的，是由扭矩鉗、內(nèi)防噴控制閥及執(zhí)行機構(gòu)組成。運作原理是扭矩鉗在液壓作用的指導(dǎo)下，能夠進行無時間及方向限制的卸扣作業(yè)；而內(nèi)防噴控制閥在停泵時，能夠進行機械臂開關(guān)的自動調(diào)控，從而能夠?qū)崿F(xiàn)井控的目的。第四，扭矩管、平衡系統(tǒng)即冷卻系統(tǒng)。這其中扭矩管的主要作用是在裝置運行過程中，為驅(qū)動機構(gòu)提供軌道，便于其進行上下滑動，具有扶正驅(qū)動裝置的作用；平衡系統(tǒng)的作用是對雙液壓平衡液缸進行控制；冷卻系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)機電運行時的降溫步驟，主要有鼓風(fēng)機、交流電機及導(dǎo)管組成。第五，控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是頂驅(qū)液壓裝置的總控制樞紐，操作人員主要運用該系統(tǒng)進行司鉆控制及儀表控制。
2.2頂驅(qū)液壓鉆井裝置的優(yōu)點
第一，實現(xiàn)接單根時間的減少。該優(yōu)點實現(xiàn)的原理是轉(zhuǎn)盤在進行旋轉(zhuǎn)鉆井時，推動了方鉆桿的同步旋轉(zhuǎn)，同時又可以帶動轉(zhuǎn)盤上的方補芯向下運動。頂驅(qū)液壓裝置在銜接兩根單根方面無需取下鉆桿，采用的是方鉆桿以及立根鉆進的方式，從而節(jié)省了接單根交替的時間。第二，倒戈眼能夠防止卡鉆。立根倒戈眼由于其裝置較長，在運行結(jié)束后，可在不起鉆的情況下將循環(huán)旋轉(zhuǎn)著的鉆具提出井眼，而且在鉆具提出井眼后，鉆桿上的卸扣裝置此時也可以輔助在井架中間進行卸扣操作，這種作業(yè)手法能夠在定向鉆井中減少倒戈眼的起鉆時間，從而節(jié)省總的施工工期。第三，下鉆劃眼方面的優(yōu)勢。此裝置的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在節(jié)省了接方鉆桿過沙橋及縮徑點的工序，特別是在運用TDS進行下鉆時，能夠在短時間內(nèi)完成鉆柱對接，從而可以立即進行劃眼操作，下井劃眼節(jié)省了鉆井施工程序，大幅度避免了卡鉆幾率。第四，定向鉆進及取芯鉆進的效率高。頂驅(qū)液壓裝置的施工距離標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到28米，在通過該距離的立根循環(huán)后，能夠減少定向鉆進時馬達(dá)的規(guī)定時限；而取芯鉆進的優(yōu)勢則是在起鉆次數(shù)降低的情況下提升其成功率。第五，能夠額外增加載荷。頂驅(qū)液壓裝置不同于常規(guī)鉆井裝置還有一點就是載荷量的控制，一般的鉆井在控制鉆頭重量時，主要是通過剎把的操作，而頂驅(qū)鉆井則可運用液壓缸增加額外的載重量，從而實現(xiàn)高效運作。
3頂驅(qū)液壓系統(tǒng)的分析及優(yōu)化設(shè)計
頂驅(qū)液壓裝置運行原理簡單來說就是將各個組件有機地組合起來，并實現(xiàn)有目的性的傳動，最源頭的運行步驟是通過發(fā)電機將動力源轉(zhuǎn)化為液壓來傳送，再經(jīng)執(zhí)行元件實現(xiàn)液壓轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的過程，從而達(dá)到頂驅(qū)多樣鉆井的目的。井下頂驅(qū)鉆井的作業(yè)環(huán)境相對較為復(fù)雜，因此該系統(tǒng)在運作時應(yīng)該符合以下要求：
3.1鉆井工藝要求
第一，對吊環(huán)的要求，應(yīng)保證在放置及取下單根及立根時，吊環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)前傾及后傾速度的自動化調(diào)控，實現(xiàn)其平穩(wěn)運動。第二，保證回轉(zhuǎn)頭能夠向兩個方向調(diào)整旋轉(zhuǎn)，并且做到速度的可控。第三，為防止鉆柱反彈釋放扭矩松脫，鉆具需剎車機構(gòu)對主電機轉(zhuǎn)軸進行制動操作。第四，要求遇到井涌及井噴現(xiàn)象時，裝置能夠進行快速的鉆桿銜接，并對內(nèi)防噴器進行遙控，做到及時關(guān)閉鉆柱通道。第五，在拆卸及銜接單根或者立根時，要求背鉗液壓缸能夠?qū)嵭秀@桿加緊動作，控制主電機進行崩扣或者上扣操作。第六，平衡機構(gòu)的作用是當(dāng)主電機卸扣或上扣時，平衡液壓缸起液壓支撐作用托起頂驅(qū)裝置主體重量，以免在上、卸扣時由于主體重量而引起絲扣的磨損。
3.2環(huán)境要求
第一，頂驅(qū)液壓裝置要能夠適應(yīng)石油鉆井工程的復(fù)雜地質(zhì)情況，而且要能應(yīng)對負(fù)載變化較為激烈，防火、防爆及防腐蝕等特殊施工情況。第二，應(yīng)能夠適應(yīng)野外環(huán)境，提升抗風(fēng)沙及抗污染能力，并且不受晝夜溫差大的影響。
4結(jié)語
【摘要】隨著時代的發(fā)展，科技的進步，虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術(shù)及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢，從而研究它的價值和市場經(jīng)濟效益，并探析了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)/平臺；虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)；實訓(xùn)教學(xué)
一、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究
虛擬仿真系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設(shè)備，進入仿真系統(tǒng)制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環(huán)境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對象，最終達(dá)到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術(shù)構(gòu)建起一個逼真的虛擬系統(tǒng)。從它的組成部分和應(yīng)用程序來看，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應(yīng)當(dāng)對其進行重點研究。虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在工業(yè)機器人上的應(yīng)用設(shè)計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現(xiàn)實標(biāo)準(zhǔn)語言建立虛擬環(huán)境中的實體模型表現(xiàn)出來，最后通過描述它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，快速、真實地顯示三維虛擬工業(yè)機器人，并為工業(yè)機器人控制系統(tǒng)提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究，來發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點和研究其未來的發(fā)展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質(zhì)，調(diào)節(jié)出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運動匹配技術(shù)相結(jié)合，使得虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)所創(chuàng)造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術(shù)在各領(lǐng)域內(nèi)的作用
隨著科技的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在一些高科技等高端領(lǐng)域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與開發(fā)、手機游戲設(shè)計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術(shù)的一種，它應(yīng)用的對象是專業(yè)的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現(xiàn)的比較靈活，易學(xué)易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯(lián)系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)中一個比較不錯的系統(tǒng)軟件。MAX軟件它最開始的應(yīng)用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域，也就是虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)當(dāng)中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領(lǐng)域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術(shù)為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓(xùn)的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)越來越豐富化。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。通過對虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，使得上級和下級、老師和學(xué)生的客戶信息以及實訓(xùn)項目、實訓(xùn)指導(dǎo)、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學(xué)生之間就可以通過客戶機對下級或者學(xué)生之間的實訓(xùn)進行遠(yuǎn)程的指導(dǎo)與管理。
隨著時代的發(fā)展，科技的進步，虛擬仿真技術(shù)在在現(xiàn)代職業(yè)技能教學(xué)中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，將為機器智能實驗課等實訓(xùn)課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應(yīng)用領(lǐng)域在政府、企業(yè)、學(xué)校等這些需要實訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境的地方。
四、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢
作為一項新興的科學(xué)技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當(dāng)中，其發(fā)展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都已經(jīng)認(rèn)識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術(shù)正在與教育、培訓(xùn)等領(lǐng)域不斷地相適應(yīng)和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都已經(jīng)認(rèn)識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都認(rèn)識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術(shù)對計算機及相關(guān)硬件的要求比較高，但是這些方面的發(fā)展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術(shù)的需要，虛擬仿真軟件數(shù)據(jù)是一個龐大的數(shù)據(jù)庫，三維立體仿真軟件的應(yīng)用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統(tǒng)對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關(guān)硬件的發(fā)展有一個更高的要求。最后，教學(xué)類虛擬仿真軟件的質(zhì)量還有待提高、對虛擬仿真技術(shù)的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一和對虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，這些都是需要發(fā)展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術(shù)發(fā)展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的價值和市場經(jīng)濟效益
虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)作為一個高端的科技系統(tǒng)，對政府、企業(yè)、學(xué)校等的發(fā)展，起到了至關(guān)重要的作用，并為其創(chuàng)造了更大的價值。同時虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟利益。
在市場經(jīng)濟為主導(dǎo)的今天，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)也為市場經(jīng)濟的發(fā)展做了一定的貢獻，為市場經(jīng)濟的發(fā)展添磚加瓦，在自己發(fā)展得同時也促進了市場經(jīng)濟的發(fā)展。因此，我們應(yīng)當(dāng)不斷地發(fā)展虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)為人們帶來的價值。
總結(jié)
虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業(yè)、學(xué)校等地方對其的應(yīng)用，也促進了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術(shù)及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的價值和市場經(jīng)濟價值，同時也為虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術(shù)在城市軌道交通工程實訓(xùn)中的應(yīng)用》 吉林大學(xué)交通學(xué)院、吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012年第12期
關(guān)鍵詞：塔吊，安全監(jiān)控，管理
近年來，隨著城市化進程地不斷加快，各地高大建筑興建速度也不斷提升，作為主要擔(dān)負(fù)垂直輸送任務(wù)的塔吊在建筑施工中得到廣泛使用，塔吊具有覆蓋面廣、起升高度大、效率比較高等優(yōu)勢，但同時，因為其自身重心高的原因也給施工帶來了較大危險，每年各地由于塔吊引起的建筑事故頻繁發(fā)生，這不僅造成了人民財產(chǎn)的損失，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致群死群傷等重特大事故。因此，加強對施工過程中塔吊的安裝、使用和拆卸等環(huán)節(jié)的安全監(jiān)控，對于保證施工人員的生命安全，減少建筑工程的事故隱患意義重大，影響深遠(yuǎn)。
綜合分析多年來塔吊事故頻發(fā)的原因，主要存在以下問題：一是塔吊質(zhì)量良莠不齊，有些施工單位為了節(jié)省經(jīng)費，圖省事，對塔吊的質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，維護保養(yǎng)不及時，給施工帶來了重大安全隱患。二是塔吊的操作、管理和指揮等人員素質(zhì)參差不齊，缺乏必要的安全意識，操作過程中經(jīng)常有違章違規(guī)現(xiàn)象發(fā)生，管理人員責(zé)任不明確，不能做到令行禁止等。三是行業(yè)監(jiān)督力度不夠，監(jiān)管單位管理不嚴(yán)，經(jīng)常性監(jiān)督工作不到位。免費論文。針對以上塔吊安全管理存在的安全隱患，應(yīng)重點從以下幾個方面加強對塔吊的安全監(jiān)控管理。
一、選用塔吊要嚴(yán)把質(zhì)量監(jiān)控關(guān)
從源頭上分析，塔吊的生產(chǎn)企業(yè)首先應(yīng)對生產(chǎn)塔吊的原材料索取詳細(xì)的材質(zhì)證明，生產(chǎn)過程中所使用的配套件與各部件必須符合塔吊整體設(shè)計的技術(shù)要求，并能做到對質(zhì)量的全權(quán)負(fù)責(zé)。除此之外，生產(chǎn)廠家還應(yīng)向購買單位出具有關(guān)技術(shù)文件。生產(chǎn)廠家如需為用戶免費安裝，還應(yīng)有相應(yīng)的拆裝專業(yè)承包資質(zhì)。
施工單位在選用塔吊時，要優(yōu)先選擇那些參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)的自升塔吊。在塔吊的全部參數(shù)中，主參數(shù)是最重要的，它包括幅度、起升高度和最大幅度起重量。但是，在主參數(shù)確定后，還應(yīng)根據(jù)建筑要求確定使用哪種形式的塔吊，按照不同劃分標(biāo)準(zhǔn)，塔吊可分為內(nèi)爬式和附著式，又可分為俯仰變幅動臂式和小車變幅水平臂架式，究竟選擇哪種形式應(yīng)根據(jù)該建筑的自身要求和施工單位的經(jīng)濟實力而定。實踐表明，1臺40·tm級的內(nèi)爬塔吊具有和1臺80·tm級的附著式塔吊幾乎一樣的功能。如果使用附著式塔吊，不但要配用較多塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，另外還需必需數(shù)量的附著桿和錨固件，從經(jīng)濟效益的長遠(yuǎn)角度考慮，為節(jié)省資金，建議施工單位選用內(nèi)爬式塔吊。
施工單位在選好塔吊后，應(yīng)將塔吊的相關(guān)資質(zhì)證件，包括生產(chǎn)許可證、產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告、設(shè)備使用說明書、拆裝許可證、特種設(shè)備制造許可證等報給塔吊檢測中心，經(jīng)檢測合格后，才能得到安全使用證。在塔吊安裝完畢后必須同項目經(jīng)理進行交接并作相應(yīng)記錄，在完成塔吊的購買后，必須及時將上述過程中涉及到的材料按要求整理歸檔，嚴(yán)格按照一臺塔吊建立一檔臺帳的要求，把好質(zhì)量監(jiān)控這一關(guān)。
二、對塔吊拆裝應(yīng)實行重點監(jiān)控
歷年來因塔吊拆裝不當(dāng)引發(fā)的事故十分頻繁，這個階段也是事故的高發(fā)階段，必須提高警惕，實行重點監(jiān)控。按照拆裝順序的先后，安裝前對相關(guān)機械設(shè)備進行登記和備案是首先要做好的工作，建設(shè)行政部門對進場施工的單位要進行相關(guān)資格審查，尤其是塔吊基礎(chǔ)，必須驗收合格后才能進行安裝，經(jīng)驗表明，基礎(chǔ)是塔吊穩(wěn)定的根本，基礎(chǔ)不牢，將影響到整個塔吊的穩(wěn)固。有些單位為了加快工程施工進度，盲目搶工期，在澆固混凝土?xí)r忽視混凝土的強度，造成地基不牢，有些單位是沒有認(rèn)真考慮地基的地耐力，還有在地基附近挖溝或有積水，造成地基移位或沉降，類似這樣的現(xiàn)象，都會為安全帶來嚴(yán)重隱患。其次，安裝時要編制安裝項目方案，針對可能引起安全事故的技術(shù)措施進行嚴(yán)格監(jiān)控，比如對塔機的一些吊鉤吊具、金屬結(jié)構(gòu)、聯(lián)結(jié)螺栓等進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)需要維修和報廢的部件，預(yù)先處理。
塔吊在安裝完畢后，進入使用階段。這個階段的監(jiān)控重點應(yīng)首先放在管理制度的完善上。使用過程中應(yīng)有完整的檢修并對檢修結(jié)果進行記錄，相關(guān)操作人員必須進行安全技術(shù)交底。這里要重點強調(diào)一下對塔吊司機的管理，因為塔吊的使用是由塔吊司機直接完成的。司機一旦上崗，整個操作過程的安全就全部系于司機一身。這就要求司機首先要有一個健康的身體條件，不能有恐高癥等疾病，這需要有醫(yī)院的體檢證明來把關(guān)。此外，司機還有相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)考核等上崗證件，對塔吊的機械構(gòu)造和工作原理了然于胸。在上塔吊進行操作前，必須經(jīng)過項目部安全監(jiān)控人員的安全技術(shù)交底，接受后，應(yīng)簽署自己的姓名。塔吊開始使用后要經(jīng)常進行檢查和維護，檢查維護不能流于形式，必須嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程進行 檢修和保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)隱患要立即排除，并進行記錄登記，如果遇到特殊情況不能及時排除，要暫停使用，等專業(yè)人員解決問題后，方能繼續(xù)使用。
塔機的拆除也應(yīng)遵循安全流程，首先是編制拆除方案，根據(jù)方案進行作業(yè)，參與拆除人員也應(yīng)具備相關(guān)資格證書，進行拆卸時必須系安全帶。對于塔吊使用年限雖然各地區(qū)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但對那些年久失修的塔吊必須進行嚴(yán)格鑒定，對于不符合要求的必須淘汰。近年來，有些生產(chǎn)廠家為了追求利益最大化，對搭吊的高度或起重臂隨便加長，給施工的安全管理增加了許多不安全的因素。免費論文。對于這種現(xiàn)象，必須嚴(yán)格監(jiān)控，力爭杜絕此類現(xiàn)象，把事故消滅在未發(fā)之時。
三、加大行業(yè)監(jiān)控管理力度
塔吊的安全管理不應(yīng)該僅僅局限于生產(chǎn)企業(yè)和使用單位，還應(yīng)該不斷加強第三方，也就是各級安全監(jiān)督機構(gòu)和行政主管部門的監(jiān)控管理力度。免費論文。在有些監(jiān)管部門中，相關(guān)檢查人員安全意識不強，檢查監(jiān)督存在“走過場”現(xiàn)象，對于一些安全隱患睜一只眼，閉一只眼，得過且過，為了大家面子上好看或者礙于被檢企業(yè)的“熱情款待”，大事化小，小事化了，也為事故的發(fā)生埋下了隱患，這些都是行業(yè)監(jiān)管不力的表現(xiàn)。為此，應(yīng)對相關(guān)職能部門加大監(jiān)管力度，克服自身存在的問題，把安全工作放到首位，只有嚴(yán)格檢查，才是對生產(chǎn)企業(yè)真正負(fù)責(zé)的表現(xiàn)。
在檢查過程中，相關(guān)部門要把經(jīng)常性檢查和不定時檢查結(jié)合起來，一旦發(fā)現(xiàn)有不符合技術(shù)指標(biāo)和塔吊使用安全性能的，應(yīng)責(zé)令其立即停止使用，在規(guī)定期限內(nèi)進行整改，如果整改后仍不符合要求，則堅決撤出施工現(xiàn)場。企業(yè)管理部門有使用塔吊前必須對設(shè)備進行檢驗。不具備檢驗資質(zhì)的，要委托有合法資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)進行檢驗。受委托方對檢驗結(jié)果負(fù)全責(zé)，一旦發(fā)生事故，要承擔(dān)相應(yīng)法律責(zé)任。對重大責(zé)任事故的處理，除對相關(guān)責(zé)任人進行嚴(yán)肅處理外，必須嚴(yán)格追究第一責(zé)任人責(zé)任。
小結(jié)
一臺塔吊從設(shè)計制造到出廠，從安裝、使用到報廢是要經(jīng)歷一個比較漫長時間過程的，在此期間，塔吊從時間和空間上都會有很大跨越，要確保塔吊能夠始終安全地工作，需要我們在各個環(huán)節(jié)都要做好安全監(jiān)控管理工作，只要能夠按照上述要求嚴(yán)格執(zhí)行，才能最大限度地降低事故的發(fā)生概率，才能保障施工單位和人員的生命財產(chǎn)安全。
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關(guān)鍵詞：直線壓電驅(qū)動器 尺蠖原理 箝位機構(gòu)；發(fā)展現(xiàn)狀 關(guān)鍵技術(shù)
中圖分類號：TH112 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）02-0105-03
1 引言
驅(qū)動器是機電系統(tǒng)與自動化裝備的重要器件之一，其性能直接影響系統(tǒng)的可靠性、可控性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種驅(qū)動器也向著小型化、易控制化、精密化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的驅(qū)動器重量較重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難、頻率響應(yīng)不高，在很大程度無法滿足現(xiàn)代機電系統(tǒng)的需求，因此以壓電材料為代表的新型功能材料驅(qū)動器引起關(guān)注。根據(jù)壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)制成的壓電驅(qū)動器與其他新型驅(qū)動器相比，具有定位精度高、響應(yīng)迅速、結(jié)構(gòu)簡單、輸出力大、不發(fā)熱和不受磁場影響等特性。壓電驅(qū)動器大多基于尺蠖原理設(shè)計的，即通過模仿自然界中昆蟲的運動，將壓電元件的單步位移轉(zhuǎn)換為輸出機構(gòu)的位移。根據(jù)運動形式，直線型壓電驅(qū)動器有蠕動式、推動式和蠕動-推動式三種類型。本文將重點說明蠕動式和推動式尺蠖壓電驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀、實現(xiàn)方式及關(guān)鍵技術(shù)。
2 蠕動式尺蠖壓電驅(qū)動器
蠕動式直線尺蠖驅(qū)動器本質(zhì)上更接近于自然界的尺蠖，模仿了爬蟲等動物的爬行方式，即將壓電疊堆的微小步距累加，可實現(xiàn)較大行程、高速度的雙向蠕動運動，在精密驅(qū)動領(lǐng)域運用廣泛，由箝位機構(gòu)A、C、驅(qū)動機構(gòu)B和導(dǎo)軌組成，圖1為其運行原理圖，采用“箝位-驅(qū)動-箝位”的方式運行，通過改變所加電壓信號的時序，可實現(xiàn)反向運動，通過改變控制信號的頻率或驅(qū)動機構(gòu)B中壓電疊堆的數(shù)目來控制驅(qū)動器的運行速度。這種驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，易控制，因此該類型驅(qū)動器相關(guān)樣機也較多。
第一個管狀蠕動型尺蠖驅(qū)動器于1968年誕生，用于精密加工中的材料定位。前蘇聯(lián)在1972年研制了第一個完全意義上的蠕動型尺蠖驅(qū)動器，并用于精密定位，后來的許多設(shè)計都以此為原形，圖2所示，是較為典型的構(gòu)型，用層疊的壓電片使結(jié)構(gòu)緊湊，也增加了承載能力、提高了運動速度，達(dá)到微米級的精度，運動速度最高可達(dá)每分鐘幾百毫米。1988年，美國首次利用柔性機構(gòu)放大了壓電致動器的位移，實現(xiàn)箝位機構(gòu)的夾持作用。美國維吉尼亞州理工大學(xué)在驅(qū)動器結(jié)構(gòu)中采用柔性放大機構(gòu)，以此來放大中間驅(qū)動機構(gòu)的步距，提高驅(qū)動器的速度，如圖4，該驅(qū)動器結(jié)構(gòu)較為新穎，值得借鑒。韓國也研制了一種結(jié)構(gòu)新穎的驅(qū)動器，其中間結(jié)構(gòu)為橢圓形，箝位機構(gòu)能同時用來箝位和驅(qū)動，該驅(qū)動器實用性更強。2004年，加拿大Tenzer etal等人提出另外一種內(nèi)部嵌入鉗位壓電疊堆和驅(qū)動壓電疊堆的蠕動式尺鑊型壓電直線驅(qū)動器，并且在驅(qū)動器端部安裝了預(yù)緊機構(gòu)和傳感裝置，如圖3，使得驅(qū)動器運動精度有了一定的提高。
國內(nèi)較早研究蠕動式直線驅(qū)動器的是廣東工學(xué)院機器人研究室的楊宜民教授，楊教授提出了仿生型步進式直線驅(qū)動器，驅(qū)動器由導(dǎo)軌、可動件、輸出軸等組成，可動件左右端的抓爪上貼有摩擦材料，增加了可動件和導(dǎo)軌間的摩擦力，從而提高驅(qū)動器的帶載能力，運行的參數(shù)為：步距0.1-16um、步距誤差
3 推動式尺蠖壓電驅(qū)動器
推動式尺蠖壓電驅(qū)動器的箝位機構(gòu)是尺蠖步進運動實現(xiàn)的關(guān)鍵，箝位機構(gòu)與輸出軸之間要有大的箝位力，箝位力決定驅(qū)動器的輸出力大小，箝位穩(wěn)定性決定驅(qū)動器運動的穩(wěn)定性與精度，工作原理如圖8，首先對箝位機構(gòu)A加正電壓讓其壓緊輸出軸，箝位機構(gòu)A與輸出軸之間產(chǎn)生大的摩擦力，在驅(qū)動機構(gòu)B伸長的作用下會推動箝位機構(gòu)A，箝位機構(gòu)A帶動輸出軸一起向左移動，對箝位機構(gòu)C加正電壓信號時，會伸長壓緊輸出軸，可使運動停止。該類型尺蠖驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單，精度高，運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生振動，并且運動范圍大，推動式尺蠖壓電驅(qū)動器也是目前唯一商業(yè)化的尺蠖驅(qū)動器。
1975年，Bizzigotti和May設(shè)計第一個推動式型的馬達(dá)。之后，Haraetal等人在1986年，以壓電疊堆為驅(qū)動元件，設(shè)計仿照了Bizzigotti設(shè)計的驅(qū)動器開發(fā)了一種尺鑊壓電驅(qū)動器，電壓工作范圍0-200v。1998年，F(xiàn)urutanital等開發(fā)的推動式驅(qū)動器，采用了壓電陶瓷堆對直線動子單側(cè)箱位，并用驅(qū)動壓電陶瓷堆驅(qū)動直線動子的方式，使驅(qū)動器輸出性能穩(wěn)定，更實用。2005年，加拿大Concordia大學(xué)的J.Li研制的推動式驅(qū)動器，采用特制的圓管狀壓電材料配合特殊的機械結(jié)構(gòu)，3個柔性臂、2個支撐環(huán)及2個蓋片組成箝位機構(gòu)，如圖9所示，支撐環(huán)和蓋片將3個柔性臂合成一體，成120°對稱，將壓電疊堆的軸向變形放大為橫向變形，為了保持較大的接觸面積，柔性夾持臂上的凹槽與輸出軸嚴(yán)格配合，其箝位力為60N，載荷為55N。德國PI公司的直線壓電驅(qū)動器已實現(xiàn)模塊化，可以將兩個單自由度的直線模塊組裝到一起，而實現(xiàn)精密的二維直線驅(qū)動，其驅(qū)動器行程達(dá)20mm，速度達(dá)800um/s，分辨率小于0.1um，承受載荷達(dá)0.5kg。
國內(nèi)的推動式壓電驅(qū)動器研究狀況，2004年天津大學(xué)研制了一種基于步進運動原理的大行程納米級步距壓電驅(qū)動器，可實現(xiàn)壓電電動機的連續(xù)勻速輸出，且位移是線性的，在驅(qū)動電壓300v時，運動速度可達(dá)12um/s，最小步距小于6nm，行程大于10mm，該驅(qū)動器分辨率較高。清華大學(xué)設(shè)計的驅(qū)動器，采用周向分布式杠桿放大柔性鉸鏈機構(gòu)進行箝位，如圖10所示，整個輸出軸被箝位機構(gòu)抱死，輸出力大于30N，但結(jié)構(gòu)過大。清華大學(xué)1992年首次提出用電流變材料（簡稱ER液體）來箝位的尺蠖驅(qū)動器，運行速度為1.5um/s，負(fù)載為2.45N，該驅(qū)動器箝位穩(wěn)定，磨損、沖擊的問題不明顯，無需高精密加工，但也顯示出一些不足，如輸出力小、響應(yīng)速度慢、受溫度影響大等。
4 直線壓電驅(qū)動器研究中的關(guān)鍵技術(shù)
雖然壓電陶瓷驅(qū)動器與傳統(tǒng)驅(qū)動相比其優(yōu)勢明顯，其應(yīng)用也越來越廣泛，但是為進一步推動壓電驅(qū)動器技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用，仍需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)，主要涉及結(jié)構(gòu)模型設(shè)計、構(gòu)件加工精度和控制方法等。
在壓電陶瓷驅(qū)動器的設(shè)計方面，由于壓電陶瓷的一些固有特性，如伸長量小，壓電疊堆的輸出位移僅為其本身長度的千分之一左右，通常不超過100um，這就對驅(qū)動器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計、壓電驅(qū)動元件的加工精度等都提出了很高的要求，軸孔配合精度要求也很高，尤其是微小零件，加工工藝難度較大。可采用柔性鉸鏈機構(gòu)，柔性機構(gòu)能夠在一定程度上放大機構(gòu)輸出機構(gòu)的位移，但是輸出剛度和輸出力會減小。如何根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型需要，進一步從動力學(xué)角度改善柔性機構(gòu)的性能，對其進行優(yōu)化設(shè)計，保證剛度的情況下，盡量減小對輸出力和輸出精度的影響，是直線壓電驅(qū)動器研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。
對于直接驅(qū)動箝位機構(gòu)的尺蠖壓電驅(qū)動器，系統(tǒng)的性能受到加工精度的影響較大，法向作用力和摩擦系數(shù)決定了箝位機構(gòu)摩擦力的大小，對輸出軸與箝位機構(gòu)的接觸表面施加預(yù)緊或增加接觸表面的粗糙度均可增大摩擦力，但兩接觸面的自由移動卻受限，因此一般保證兩個接觸面間隙在10um左右。一般，直接驅(qū)動可比采用柔性放大的輸出力更大，盡管如此，壓電尺蠖驅(qū)動器的動態(tài)輸出力仍限制在200N左右，傳統(tǒng)的增大法向夾持力和接觸面積的方法無法滿足需要，因此，迫切需要研制提高摩擦力的方法或者更好的替代方案。
此外，箝位機構(gòu)除采用壓電疊堆箝位，還可采用其他新型材料，如利用電流變流體（ER流體）進行箝位，ER流體能夠在電場作用下，瞬間、可逆的變?yōu)楣虘B(tài)，可利用ER變流體的該特性來實現(xiàn)尺蠖驅(qū)動器的箝位功能，能克服現(xiàn)有壓電驅(qū)動器的磨損和沖擊問題，無需高精密加工工藝，顯示出一些獨特的優(yōu)點；還可以采用MEMS技術(shù)在摩擦表面產(chǎn)生微齒，利用微齒的互鎖替代傳統(tǒng)的摩擦箝位，輸出力大，并且定位精度高，這類新材料或者結(jié)構(gòu)的尺蠖驅(qū)動器應(yīng)引起關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊。
另外，由于壓電陶瓷本身存在遲滯、蠕變、非線性等特點，以及考慮周圍環(huán)境（溫度、振動等）、驅(qū)動器構(gòu)件的加工誤差、孔軸配合精度等一系列因素對尺蠖壓電驅(qū)動器的精度和穩(wěn)定性的影響，可以根據(jù)驅(qū)動器自身特點采用位移監(jiān)測裝置和相應(yīng)的控制方法。常用的位移監(jiān)測方式有電阻式、電感式和激光干涉式等，同時選用閉環(huán)壓電驅(qū)動電源或者用閉環(huán)控制方法對其輸出位移進行補償。
總之，在保證微精細(xì)加工和精密測試的基礎(chǔ)上，合理的壓電驅(qū)動器設(shè)計結(jié)構(gòu)、控制及遲滯補償方法，都能夠在一定程度上尺蠖驅(qū)動器的輸出精度、響應(yīng)頻率，從而改善系統(tǒng)的輸出性能。
5 結(jié)語
直線壓電驅(qū)動器應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，包括機械電子、生物醫(yī)藥、航空航天、精密光學(xué)等，極具發(fā)展?jié)摿ΓS著壓電驅(qū)動器各項技術(shù)的突破，也必將在微驅(qū)動領(lǐng)域獨占鰲頭。但是，綜合國內(nèi)外壓電陶瓷驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀可發(fā)現(xiàn)，還尚缺乏對尺蠖壓電驅(qū)動器系統(tǒng)的研究，現(xiàn)階段大多只是進行驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能測試，由于受加工精度及其他一些關(guān)鍵技術(shù)的限制，研制出的樣機能商業(yè)應(yīng)用的很少，并且我國在這方面的研究與歐美、日韓差距較大，因此，對直線壓電陶瓷驅(qū)動器的研究任重而道遠(yuǎn)。
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