小型马路清扫机毕业论文

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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。

摘要 ： 信息时代的高新技术推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术：全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等。本文主要分析和综述了这些新技术的基本原理、特点以及应用现状等。 关键词：伺服驱动技术，直线电机，可编程计算机控制器，运动控制 1 引言 信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。 随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。 在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术（Full Closed AC Servo）、直线电机驱动技术（Linear Motor Driving）、可编程序计算机控制器（Programmable Computer Controller，PCC）和运动控制卡（Motion Controlling Board）等几项具有代表性的新技术。2 全闭环交流伺服驱动技术 在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。 一般情况下，这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（如：光栅尺、光电编码器等），即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）。这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统 ， 使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)，作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齿轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等），实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。 3 直线电机驱动技术 直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。 在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。 1. 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。 2. 精度 直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。 3. 动刚度高 由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。 4. 速度快、加减速过程短 由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有～。5. 行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。 6. 运动动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。 7. 效率高 由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。 直线传动电机的发展也越来越快，在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品，其中美国科尔摩根公司（Kollmorgen）的 PLATINNM DDL系列直线电机和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。4 可编程计算机控制器技术 自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器（Programming Logical Controller，PLC）问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。 与传统的PLC相比较，PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。 基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。 PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流，虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中，它正日益显示出不可低估的发展潜力。5 运动控制卡 运动控制卡是一种基于工业PC机 、 用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。它的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。 运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地 ， 运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 （ 例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。 这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行，运动控制卡也形成了一个独立的专门行业，具有代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现，如成都步进机电有限公司的DMC300系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上。6 结束语 计算机技术和微电子技术的快速发展，推动着工业运动控制技术不断进步，出现了诸如全闭环交流伺服驱动系统、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等许多先进的实用技术，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段。这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高。