多功能健身机毕业论文

电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统

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透析吉林大学刘谊宾、汪秀山、马文星、吕景忠之《振动清雪铲静动态强度分析》和最新除雪机械技术王锡山本人于2000年着重研发除雪设备，是“振动”除雪铲的发明人。研究设计除雪机械设备首先要保证除冰雪机械设备的使用性和性能的实现，现就吉林大学刘谊宾、汪秀山、马文星、吕景忠等教授之《振动清雪铲静动态强度分析》进行透析，并对除雪机械设备在设计中必须具备的结构加以简要说明，本人尽量达到语言通俗易懂，已引导研发机械设备除雪领域的思维不入误区，促进产品的发展。吉林大学刘谊宾、汪秀山、马文星、吕景忠之《振动清雪铲静动态强度分析》（简称：《分析》），来源于2011年春天吉林大学受白山市一家企业之托，为该企业改进振动除雪铲的生产工艺的基础之上，该《分析》和实际相差很远。《分析》在【摘要】中提到的“振动”、“冰雪振碎”、“自动越障”以及【正文快照】中提到的“清雪铲可对压实的冰雪冲击破碎并予以清除”实属不切合实际。《分析》本身的概念和论述有误，其内容固然偏离实际，本人就此加以透析，以便对研发除冰雪机械起到正确引导作用，充实研发中的理论和实际依据，更好的服务于人民群众和社会。 一、除冰雪机械设备性能现状 目前在国内外没有一台真正意义上能够除掉路面上积冰的机械设备，原因之一是除雪机械相对其他机械发展的比较晚，各国没有对路面形成的冰必须清除等特别要求。原因二是冰的形成是典型的物质三态，即从液态水遇冷之后在路面上形成了固态，所以冰和路面的亲和力非常强，冰和沥青的硬度又基本相符，要想把两者硬度相符的物体剥离且不损坏路面，是机械力难以实现的，本人正在对路面冰的有效去除进行研发并有突破性进展，不久产品将会面世。世界各国对路面积雪的清除都根据国情的不同有着不同的除雪机械设备，并有实际除雪效果。就我国冬季路面的积雪有一定的特殊性，碾压过的压实雪占70%以上，碾压过的压实雪在路面上的附着力非常强且具有一定的亲和力，目前国内外没有性能稳定的除压实雪机械设备。我国的城市路面和公路路面均有不同的凸出物体，这就迫使各种除雪机械设备必须要有很好的避让性，在这方面的性能所有的除雪机械都不是很理想，就是有避让性能的除雪机械设备其除雪效果也达不到要求。吉林捷盈研发生产的各种除雪机械设备经过市场验证，其除压实雪、冰雪混合物（雪没有完全形成冰）、自然积雪的效果非常好，当遇到路面凸出物体时能够自行越过，越过后伺服复位继续作业，这方面值得业内研究借鉴并值得重组扩大生产服务于社会。二、透析吉林大学刘谊宾、汪秀山、马文星、吕景忠之《振动清雪铲静动态强度分析》（简称：《分析》）的概念 该《分析》在【摘要】中提到的“振动”、“冰雪振碎”、“自动越障”，的确不切合实际，除冰根本不能实现。1、“振动”透析 除压实雪机械设备具有震动性能确实有一定效果但绝不是“振动”，震动与“振动”不是一个概念。震动是指机械设备整体有源震动，除雪铲作业执行结构部分是铲刃，铲刃具有震动频率超过5000次/min以上的功能并且和路面形成一定角度，对除冰雪能起到很好的作用，本人经过多年的研发已经完成这种震动铲并很快问世，这种震动铲能把冰雪震碎加以清除。“振动”是指机械设备有源往复运动的一种形式，“振动”对各种机械设备要有一定限制，“振动”的频率不能过高否则机械设备产生共振使设备无法作业。在除雪机械设备中，如果铲刃和路面形成的夹角适合除雪、“振动”连接部分结构的质量为300kg、“振动”往复8mm、频率600次/min、除雪机械整体不产生共振在相对平衡值的情况下，按着这组数据计算则铲刃单向“振动”线速度为4800mm/min，如果整体除雪机械设备作业速度设定50000 mm/min（3km/h），则铲刃没有实现往复“振动”，也就是“振动”在除雪作业中就没有实现 “冰雪振碎”的性能，所以【正文快照】中提到的“清雪铲可对压实的冰雪冲击破碎并予以清除”实属不切合实际。论述本身性能概念有误，其《分析》中的内容固然偏离实际。2、“自动越障”描述不清 除雪铲除雪作业越过路面凸出物体性能很关键，这个性能决定了该除雪铲是否能够进行除雪作业。吉林大学照搬吉林白山企业生产的除雪铲结构、并申请的实用新型专利（），所阐述的主要结构和他人早在2010年申请的国家专利（）完全一样，该结构除雪铲在慢速除雪作业时可自动越过路面凸出物体，越过后不能自动复位，需要作业人员伺服复位，其“自动越障”的描述极易误导业内人士和使用者对性能的真实理解。本人设计的全自动越障复位除压实雪铲即将面向市场。三、除雪机械设备在结构设计中的基本要求1、除雪机械现状 我国冬季降雪的城市基本是降雪的同时车辆在道路上不间断行驶，这样城市道路上都是以压实雪为主，目前除了吉林捷盈生产的除雪铲外，没有性能稳定的除压实雪机械设备。因为铲刃和路面夹角的设计不合理、越障方面设计上的不足，导致各种除雪铲在作业时基本都对向下压力有限制，使除雪铲达不到除雪性能。整机除雪行走机械更是因为消耗件消耗太快、结构设计上有欠缺等因素导致性能不稳定。由于除雪机械的市场需求很大、又有一定的利润空间、一般的制造手段就可以实现等因素，就促使了有一定条件单位或个人有一个想法就生产并销售，使除雪机械设备市场鱼目混珠。2、除雪机械设备在结构设计中的基本要求 越障结构设计和铲刃与路面夹角的设计直接影响除雪机械的性能。根据多年试验和对各种积雪的研究，城市道路除雪以除雪铲为最佳选择，根据路况和雪情的不同铲刃与路面的夹角30°—50°（形成的锐角）、铲刃越障结构以后翻滚式为最佳设计。压实雪的硬度和一般硬化路面的硬度差别很大，根据铁锹人工除雪的力学分析，除雪铲刃必须具备三点受力，这样铲刃就像人工除雪一样把压实雪从路面上剥离，但铲刃的材料要求很高，通过实验其硬度应在HRC52—58且要具有一定的抗冲击性，除雪铲除雪作业速度适合在5Km/h-30Km/h。公路或高速公路除雪速度相对要求高、除净率比城市道路要相对低，因此铲刃与路面的夹角适合75°—80°（形成的锐角）、除雪作业速度适合在15Km/h-60Km/h。由于除雪设备的作业环境比较恶劣，在设计中要使设备整体能够承受各方面的承受力、材料的选择要使设备受力后具有一定的弹性变形。吉林捷盈生产的城市道路除雪铲和公路除雪铲是比较成功的设计，相关结构可以参考，但因知识产权原因不能仿制。3、除雪滚刷 除雪机械设备中滚刷是不可或缺的设备，滚刷最大的优点是除净率高但只限于清除相对较少的降雪量的自然积雪。目前由于滚刷在结构设计上存在欠缺，在作业时滚刷对地面的压力不等，导致于转数或高或低甚至停车，刷丝的磨损也很大或从根部断裂，这是因为路面的不平整和挂载车辆轮胎气压的变化所导致，因此滚刷在结构设计上要消除或补偿这些因素带来的不利作用。城市道路两侧是人行道，高架桥也很多，滚刷或其他除雪机械设备清除的积雪不能向两侧抛送或堆放，更不能重复作业，因此除雪机械设备要具有把清除的积雪直接抛送到运输车辆上的性能。透析汪秀山之《多功能振动清雪铲研究》与最新除雪机械技术王锡山本人于2000年着重研发除雪设备，是“振动”除雪铲的发明人。研究设计除雪机械设备首先要保证除冰雪机械设备的使用性和性能的实现，现就吉林大学汪秀山之《多功能振动清雪铲研究》进行透析，并对除雪机械设备在今后设计中必须具备的结构加以简要说明，本人尽量达到语言通俗易懂，已引导研发机械设备除雪领域的思维不入误区，促进产品的发展。吉林大学汪秀山之《多功能振动清雪铲研究》（简称：《论文》）的论文，来源于2011年春天吉林大学受白山市一家企业之托，为该企业改进振动除雪铲的生产工艺的基础之上，该《论文》和实际相差很远。《论文》在【摘要】中提到的“抛扬效果”、“振动”、“越障高度”等理论，与实际设计理论相差很大，具有很大的片面性，任何机械设备只有最新的设计没有最好的设计，本人本着对技术负责、对产品负责、对社会负责的态度就此加以透析，以便对研发除冰雪机械起到正确引导作用，充实研发中的理论和实际依据，更好的服务于人民群众和社会，同时本人也把最新研发设计的产品技术及性能加以介绍。 一、除冰雪机械设备性能现状 目前在国内外没有一台真正意义上能够除掉路面上积冰的机械设备，原因之一是除雪机械相对其他机械发展的比较晚，各国没有对路面形成的冰必须清除等特别要求。原因二是冰的形成是典型的物质三态，即从液态水遇冷之后在路面上形成了固态，所以冰和路面的亲和力非常强，冰和沥青的硬度又基本相符，要想把两者硬度相符的物体剥离且不损坏路面，是机械力难以实现的，本人正在对路面冰的有效去除进行研发并有突破性进展，不久产品将会面世。世界各国对路面积雪的清除都根据国情的不同有着不同的除雪机械设备，并有实际除雪效果。就我国冬季路面的积雪有一定的特殊性，碾压过的压实雪占70%以上，碾压过的压实雪在路面上的附着力非常强且具有一定的亲和力，目前国内外没有性能稳定的除压实雪机械设备。我国的城市路面和公路路面均有不同的凸出物体，这就迫使各种除雪机械设备必须要有很好的避让性，在这方面的性能所有的除雪机械都不是很理想，就是有避让性能的除雪机械设备其除雪效果也达不到要求。吉林捷营研发生产的各种除雪机械设备经过市场验证，其除压实雪、冰雪混合物（雪没有完全形成冰）、自然积雪的效果非常好，当遇到路面凸出物体时能够自行越过，越过后伺服复位继续作业，这方面值得业内研究借鉴并值得重组扩大生产服务于社会。二、透析吉林大学汪秀山《多功能振动清雪铲研究》（简称：《论文》）的概念 《论文》在【摘要】中提到的“抛扬效果”、“振动”、“越障高度”等理论，与实际设计概念相差很大，具有很大的片面性。1、“振动”透析 除压实雪机械设备具有震动性能确实有一定效果但绝不是“振动”，震动与“振动”不是一个概念。清除压实雪的铲主要在于铲刃和路面夹角的设计和越障结构的设计。震动是指机械设备整体有源震动，除雪铲作业执行结构部分是铲刃，铲刃具有震动频率超过5000次/min以上的功能并且和路面形成一定角度，对除冰雪能起到很好的作用（本人经过多年的研发已经完成这种震动铲并很快问世，这种震动铲能把冰雪震碎加以清除）。“振动”是指机械设备有源往复运动的一种形式，“振动”对各种机械设备要有一定限制，“振动”的频率不能过高否则机械设备产生共振使设备无法作业。在除雪机械设备中，如果铲刃和路面形成的夹角适合除雪、“振动”连接部分结构的质量为300kg、“振动”往复8mm、频率600次/min、除雪机械整体不产生共振在相对平衡值的情况下，按着这组数据计算则铲刃单向“振动”线速度为4800mm/min，如果整体除雪机械设备作业速度设定50000 mm/min（3km/h），则铲刃没有实现往复“振动”，也就是“振动”在除雪作业中就没有实现 “冰雪振碎”的性能，所以【摘要】中提到的“通过振动铲破冰除雪试验得出：对于不同的冰雪密度，振动铲的除净率均能达到95%，满足现代清雪的要求”实属虚构和想象。2、“越障试验”描述片面 除雪铲除雪作业越过路面凸出物体性能很关键，这个性能决定了该除雪铲是否能够进行除雪作业。吉林大学照搬吉林白山企业生产的除雪铲结构、并申请的实用新型专利（）（汪秀山是参与人之一），所阐述的主要结构和他人早在2010年申请的国家专利（）完全一样，铲刃越障高度取决于其他相关结构件的尺寸，越障高度是以系列数据链的终端数据。随着铲刃不断在作业中的磨损，其越障高度也随之改变，除雪作业中任何时候都要随时有越障现象，所以《论文》中阐述“通过铲刃越障试验验证了清雪铲能够越过障碍物的最大高度为140mm”非常片面。能够使铲刃达到越障效果的机械结构很多种，本人设计的多种铲刃后翻滚式越障、全自动越障复位、无震动或振动除压实雪铲以及公路快速除雪越障除雪铲即将面向市场。3、《论文》中的论述透析 除雪铲把积雪剥离路面后会随着除雪铲主板的弧度、作业行走方向的夹角斜度向一侧滑动排放。滑动排放的速度和高度和铲刃的材料、铲刃与地面的夹角、行走方向的夹角、主板弧度的大小、雪的粘度值、雪粒（块）的大小、雪粒（块）的密度、作业速度快与慢、天气温度高低等有直接关系，此类机械是以作业目的、作业效果、作业成本为终极目标的非标准机械设计，因此该《论文》中对该形式结构除雪铲的数据不符合实际。《论文》中的“清雪铲抛扬效果良好”很片面。抛扬效果应由人行道、建筑物等不受影响而确定，更不能把积雪抛向市内公路高架桥两侧或堆积。三、除雪机械设备在结构设计中的基本要求1、除雪机械现状 我国冬季降雪的城市基本是降雪的同时车辆在道路上不间断行驶，这样城市道路上都是以压实雪为主，目前除了吉林捷营生产的无震动除雪铲外，没有性能稳定的除压实雪机械设备。因为铲刃和路面夹角的设计不合理、越障方面设计上的不足，导致各种除雪铲在作业时基本都对向下压力有限制，使除雪铲达不到除雪性能。整机除雪行走机械更是因为消耗件消耗太快、结构设计上有欠缺等因素导致性能不稳定。由于除雪机械的市场需求很大、又有一定的利润空间、一般的制造手段就可以实现等因素，就促使了有一定条件单位或个人有一个想法就生产并销售，使除雪机械设备市场鱼目混珠。2、除雪机械设备在结构设计中的基本要求 越障结构设计和铲刃与路面夹角的设计直接影响除雪机械的性能。根据多年试验和对各种积雪的研究，城市道路除雪以除雪铲为最佳选择，根据路况和雪情的不同铲刃与路面的夹角30°—50°（形成的锐角）、铲刃越障结构以后翻滚式为最佳设计。压实雪的硬度和一般硬化路面的硬度差别很大，根据铁锹人工除雪的力学分析，除雪铲刃必须具备三点受力，这样铲刃就像人工除雪一样把压实雪从路面上剥离，但铲刃的材料要求很高，通过实验其硬度应在HRC52—58且要具有一定的抗冲击性，除雪铲除雪作业速度适合在5Km/h-30Km/h。公路或高速公路除雪速度相对要求高、除净率比城市道路要相对低，因此铲刃与路面的夹角适合75°—80°（形成的锐角）、除雪作业速度适合在15Km/h-60Km/h。又于除雪设备的作业环境比较恶劣，在设计中要使设备整体能够承受各方面的承受力、材料的选择要使设备受力后具有一定的弹性变形。吉林捷营生产的城市道路除雪铲和公路除雪铲是比较成功的设计，相关结构可以参考，但因知识产权原因不能仿制。3、除雪滚刷 除雪机械设备中滚刷是不可或缺的设备，滚刷最大的优点是除净率高但只限于清除相对较少的降雪量的自然积雪。目前由于滚刷在结构设计上存在欠缺，在作业时滚刷对地面的压力不等，导致于转数或高或低甚至停车，刷丝的磨损也很大或从根部断裂，这是因为路面的不平整和挂载车辆轮胎气压的变化所导致，因此滚刷在结构设计上要消除或补偿这些因素带来的不利作用。城市道路两侧是人行道，高架桥也很多，滚刷或其他除雪机械设备清除的积雪不能向两侧抛送或堆放，更不能重复作业，因此除雪机械设备要具有把清除的积雪直接抛送到运输车辆上的性能。四、本人最新设计的各种除雪机械性能 除雪机械设备的应用，使冬季清雪得到了快捷，但是由于除雪设备的使用环境特别恶劣，使用人群又得不到很好的业务技术培训，促使这个领域的产品要有很好的使用性能和性能的稳定。除雪机械设备的研制，是一个非常复杂难度很大的技术工程，经多年研究生产实验，各种路面除雪机械相继研制成功并问世并得到了市场好评，这些产品技术的问世标志着我国道路除雪机械领域跨越了一个新的发展时期，是一次质的飞跃，也标志着我国在除雪机械领域、路面清洁设备领域领先于国际水平。根据我国道路建设的多样化的格局和我国的雪情，设计研发了全新的各种除雪机械设备，这些系列除雪机械设备能清除各种道路的积雪、压实雪并减少了清雪程序，降低了单位面积清雪成本，节约了清雪费用及降低了作业人员的劳动强度。通过各种力学分析和对各种路面雪情的分析，使各种除雪机械结构设计合理化，确保了系列除雪机械设备的使用性能和性能的稳定性。1、抛雪滚刷 清雪滚刷是道路及时清雪的应急清雪设备，该滚刷自带动力，作业时挂载在各种运输车辆上，清雪对象是自然积雪，适合城市道路、公路、机场清雪作业，作业速度20km/h左右及以下，作业宽度—6m。该滚刷最大特点是路沿石以内的雪都能清除、清雪宽度大，不用人工或其他机械二次处理，节省大量人工和机械重复作业，适合各种工程车辆挂载，除净率90%以上，在清雪的同时能把清除的雪直接抛送进挂载的运输车辆，也可以向道路两侧抛送。当运输车辆的雪满载后，滚刷可挂在第二台运输车辆继续作业，更换挂载时间脱卦不超过一分钟、挂载不超过三分钟非常快捷。2、重型抛雪滚刷 清雪滚刷是道路及时清雪的应急清雪设备，该重型滚刷自带动力，作业时挂载在各种运输车辆上，清雪对象是各种自然积雪或轻度压实雪以及24小时以内的压实雪，适合城市各种道路作业，作业速度20km/h左右及以下，作业宽度2m—。该滚刷最大特点是能够清除轻度压实雪和清除路沿石以内的雪，不用人工或其他机械二次处理，适合各种工程车辆的拖挂，除净率90%以上，在清雪的同时能把清除的雪直接抛送进挂载的运输车辆，也可以向道路两侧抛送。当运输车辆的雪满载后，滚刷可挂在第二台运输车辆继续作业，更换挂载时间脱卦不超过一分钟、挂载不超过三分钟非常快捷节省大量人工和机械重复作业。3、公路除雪铲 公路除雪铲是道路及时清雪的应急清雪设备，能使公路的积雪快速清除，该型公路除雪铲自带动力，作业时挂载在各种运输车辆上，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪，适合城市各种道路、公路、高速公路作业，作业速度30km/h左右及以下，作业宽度2m—。该除雪铲最大特点是能够清除轻度压实雪以内的雪并实现快速清雪，在清雪的同时能把清除的雪直接抛送进挂载的运输车辆，也可以把雪向道路两侧抛送，适合各种工程车辆的挂载，越障性能好、除净率90%以上。当运输车辆的雪满载后，除雪铲可挂在第二台运输车辆继续作业，更换挂载时间脱卦不超过一分钟、挂载不超过三分钟非常快捷。4、城市道路除雪铲 城市道路除雪铲是城市及时清雪的应急清雪设备，能使城市道路的各种积雪及时清除，该型道路除雪铲自带动力，作业时挂载在各种运输车辆上，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪、24小时之内的重度压实雪，适合城市各种道路作业，作业速度15km/h左右及以下，作业宽度2m—。该除雪铲最大特点是能够清除24小时之内的重度压实雪以内的各种积雪，适合各种工程车辆的挂载，越障性能好、除净率90%以上，在清雪的同时能把清除的雪直接抛送进挂载的运输车辆，也可以向道路两侧抛送。当运输车辆的雪满载后，滚刷可挂在第二台运输车辆继续作业，更换挂载时间脱卦不超过一分钟、挂载不超过三分钟非常快捷，节省大量人工和机械重复作业。5、压力角除雪铲 该型道路除雪铲作业时挂载在各种装载机上，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪和重度压实雪，适合城市各种道路作业，作业速度15km/h左右及以下，作业宽度2m—。该除雪铲最大特点是能够清除重度压实雪以内的各种积雪，越障性能好、除净率90%以上。6、刮式清雪铲 该型除雪铲适合公路、高速公路快速清除积雪，挂载在各种装载机上，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪，适合城市各种道路、公路、高速公路作业，作业速度30km/h以上，作业宽度2m—。该除雪铲最大特点是能够清除轻度压实雪以内的雪并实现快速清雪，越障性能好、除净率90%以上。7、中置大、中型抛雪滚刷清雪机 该系列滚刷清雪机底盘为自行设计专用底盘，符合国家行走机械标准，清雪对象是各种自然积雪或轻度压实雪，适合城市各种道路、公路、机场清雪作业，非作业时速为40km/h，作业速度20km/h左右及以下，作业宽度2m—7m。该滚刷最大特点是能够清除轻度压实雪和清除路沿石以内的雪、清雪宽度大速度快，不用人工或其他机械二次处理，除净率90%以上，清除的雪可抛送到路基以外，抛送距离可根据要求进行调节，实现了实际意义的机械化作业。8、中置轻型、重型除雪机 该系列除雪机底盘为自行设计专用底盘，符合国家行走机械标准，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪、重度压实雪，适合城市各种道路、公路作业，非作业时速为40km/h，作业速度20km/h左右及以下，作业宽度2m—。该除雪机最大特点是能够清除重度压实雪以内的雪，除净率90%以上，清除的雪可直接抛送到运输车辆上或抛送在路基两侧，实现了实际意义的机械化作业。9、前置公路除雪机 该系列除雪机底盘是采用汽车厂生产的二类底盘，符合国家相关标准，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪，适合各种公路、高速公路快速清雪作业，非作业时速为90km/h以上，作业速度30km/h以上，作业宽度2m—。该除雪机最大特点是能够快速清除公路、高速公路上的积雪，除净率90%以上，清除的雪可直接抛送到路基以外区域。10、双向驾驶道路联合除雪机 该系列除雪机为前后双向驾驶，不用更换作业单元总成操作方便，底盘为自行设计专用底盘，符合国家行走机械标准，清雪对象是各种自然积雪、轻度压实雪、重度压实雪，适合城市各种道路、公路、高速公路作业，非作业时速为40km/h以上，作业速度30km/h左右及以下，作业宽度2m—。该除雪机最大特点是前后双向驾驶易操作，转弯半径小，携带清雪滚刷、重型除雪铲以及抛雪机，根据路面雪情不同可选择作业单元进行作业，也可联合作业，能够清除重度压实雪以内的雪，除净率90%以上，清除的雪可直接抛送在道路路基以外，也可把雪装载在运输车辆上，实现了实际意义的机械化作业并一机多用。五、道路清洁车1、无刷无污染清扫车 全新设计无刷无污染夏季道路清扫车，在设计方面采用了独特而高端的结构设计，使道路污染物随着空气的流动被清除。由于结构方面创新，使路面重物体轻松的被收集到垃圾储存仓里。由于是无刷清扫清洁路面，所以给环卫部门减少了很多成本，也给国家节约了大量资金。2、滚刷无污染通用清扫车 该滚刷是采用全新设计无污染一年四季通用道路清扫车，在设计方面采用了独特而高端的结构设计，使道路各种污染物及积雪一次性被清除。由于结构方面创新，使路面重物体及积雪轻松的被收集到储存仓里或道路两侧，实现一机多用给环卫部门减少了成本，也给国家节约了大量资金。3、回收污水道路路面清洗车 目前路面清洗车在清洗路面时不能实际回收污水，路面的污染物最终还存在路面上。该技术生产的路面清洗车，采用合理的特殊结构根据流体力学原理，能够把清洗路面的污水回收到污水箱里，使污染路面的污染物能够彻底从路面上清除，达到实际清洗路面的目的。 环卫机械技术是一个广阔的技术领域，本人愿意探讨这方面的技术交流以便共同提高技术水平，制造出符合市场需求、价格低、性能稳定的产品，可通过邮箱和本人联系探讨。

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液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 全面理解设计要求 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。