机械驱动

机械驱动（精选十篇）

机械驱动 篇1

《教育规划纲要》提出要实现高等教育的可持续发展, 培养有创新精神的复合型、应用性人才, 同时提出要培养学生学习兴趣的要求, 表明了兴趣教学这一问题的重要性和紧迫性, 也使传统的兴趣说和兴趣教学重新提到了当前教育研究和学校教学的议事日程[1]。

《机械制图》课程为高等学校工科类专业必修的一门专业基础课, 在高等职业技术院校, 该课程的学习和应用也尤为重要。该课程不仅注重让学生对理论进行理解, 还应重视锻炼学生的抽象思维能力, 其旨在培养学生的读图能力、制图能力、空间想象等基本技能。从而为后续专业课程和理论课程的学习打下坚实的理论基础和实践基础。本文分析了驱动教学法和兴趣教学法的特点, 并将其应用到《机械制图》课程的教学中, 注重通过学习任务引导学生产生学习兴趣。

1 兴趣驱动教学和任务驱动教学

1.1 兴趣驱动教学法

兴趣驱动教学法, 是在教学设计和过程中, 以激发学生的学习兴趣为主要原则, 让学生由被动式的接受学习转变为积极主动的自愿自主学习为最终目标的一种教学方法。

1.2 任务驱动教学法

任务驱动教学, 就是教师将所要学习的新知识隐含于一个或多个“任务”中, 通过创建真实的教学情境, 激发学生的学习兴趣, 让学生在完成学习任务的过程中, 主动地掌握知识和技能的一种教学方法。它是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法, 是一种具有“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”基本特征的教学模式.任务教学的实现分为4个阶段:创设情景, 确定问题, 自主学习、协作学习, 效果评价[2,3,4,5,6]。

本文主要是基于任务驱动教学模式, 结合了兴趣驱动的优点。在设计教学和学习任务时, 着重考虑激发学生的学习兴趣, 并探讨了结合两种方法在《机械制图》教学中的应用。

2 高职院校中《机械制图》课程存在的问题

2.1 传统教学方法教学形式单一、教学过程枯燥

传统的教学方法是以老师为中心, 学生为被动接受者的模式。教学的形式无外于教师的讲授, 教学的过程就是“教师讲, 学生听”。并且大多是按照教材内容按部就班逐节逐章进行授课。这种局部设计、就事论事的教学模式, 使得学生对整个课程没有直观的认识, 并且知识点过于离散, 学生即便是对每节内容都熟悉, 也不能很好地综合运用。久而久之, 会是此课程的学习出现枯燥、乏味。

2.2 学生的学习主动性不高、学习困难较大

《机械制图》课程由于具有系统理论性, 且强调空间思维能力, 而在职业院校中, 这门课程往往是面向大一新生开设, 加上职业院校的学生基础知识上有所欠缺, 因此, 大部分学生在刚接触这门课时, 感觉学习难度较大, 往往会产生惧怕的学习心理, 学习主动性不高。

2.3 教学的重点不清晰

在职业技术院校的大部分专业中, 机械制图课程侧重的是学生的实际读图和画图及空间想象能力的培养。在实际教学中, 可能由于教材的选用不合理、教学大纲的设置不合理等, 很难针对职业院校学生的就业导向达到预期的教学目标。文献[6]认为对于职业院校学生的就业目标, 应该注重培养学生的读图、识图能力, 而制图部分不应占用大量的教学时间, 应该采用高效的教学方法, 快速提高学生的识图能力, 从而为学生今后的就业服务。

2.4 现代教育技术与教学艺术结合相对欠缺

目前, 很多院校的《机械制图》教学多采用多媒体教学, 有些教师对媒体课件设计不合理, 有些课件在动画的使用上没有把握好分寸, 使用动画比较随意, 一些动态课件虽然在视觉上冲击较为强烈, 对人能吸引学生的兴趣, 但影响了学生对教学内容的思考和理解。学生在这种快速的动态课件教学中, 除了思维跟不上教师的讲解或信息呈现的速度, 也无法完整地做笔记, 严重影响其对所学内容的复习和巩固。多媒体教学过程中, 教师板书、课堂提问和启发式教学等也相应地减少, 更谈不上良好的教学情境的营造。教师在授课时可能会相对轻松, 但是久而久之, 随着教学知识点和内容信息量得加大, 最终会导致学生失去这门课程的学习兴趣。

3 结合兴趣驱动和任务驱动的《机械制图》教学应用

3.1 布置任务

布置任务是任务驱动法的第一个环节, 此环节很关键, 应注意任务的难度。如果太简单了, 学生的能力并不能得到什么提高, 会使学生“高估”自己的能力, 不能促进学生的学习动机, 也不利于培养学生钻研的精神。如果太难了, 则会让学生丧失信心, 失去学习的兴趣, 会对学生的前进产生极大的阻力, 也不利于学生的提高。所以, 我觉得任务的难度应该符合学生目前的学习情况的平均, 但在此基础上可以灵活地加入一些拓展内容, 供不同学习水平的学生选择。结合兴趣驱动, 任务的步骤除了紧扣教学大纲外, 还应考虑任务能够激发学生的学习兴趣。因此, 任务的内容也要贴近学生的生活, 这样才能激发学生的兴趣。

3.2 合理组建学习小组

实施任务驱动教学应该体现自主学习和协作学习。结合班级的学生情况, 在让学生完成布置的任务时, 应该将分为一些学习小组。小组的分配, 应该体现兴趣驱动教学, 每个小组里应该至少有一到两名对《机械制图》有浓厚学习兴趣和该门课程学习能力较强和学习成绩优秀的学生。这样的分配, 在任务的完成过程中, 通过协作学习, 学习成绩优秀和学习兴趣浓厚的学生能够带动其他学生学习, 并能够激发其他学生的学习兴趣。

3.3 效果评价

设置一定的激励机制同样可以激发学生的学习兴趣。学习小组完成学习任务后, 每个小组应该轮流由不同的学生进行汇报。教师对每个小组的任务完成情况进行评价分析, 并对每个小组进行打分, 打分的成绩计入小组成员的平时成绩;对汇报的学生也打分计入该学生的平时成绩。通过这样的激励机制, 能够驱动学生的学习兴趣, 和学习的主动性。教师在整个过程中起到了主导的作用, 学生在整个过程中, 真正地成为了学习的主体。

3.4 应注意的问题

在运用兴趣驱动和任务驱动的过程中, 应该突出重点, 以学生的就业目标为导向。在任务的设置时, 应该注意时间和阶段, 应该在学生掌握一定的基础知识后, 再设置任务, 如果在课程一开始, 就布置任务, 这样会让学生感觉到很大的学习压力, 例如, 应该在几何画法、绘图基础知识和装配图等知识点简单讲解完成后, 在投影基础及如何从平面图想象出立体的实物形状等内容部分设置任务, 让学生在学习过程中激发学习兴趣, 不断诱导他们培养空间想象能力, 在注重培养学生的读图能力的同时, 提高他们的制图能力。

参考文献

[1]郭戈.关于兴趣教学原则的若干思考[J].教育研究, 2012 (3) .

[2]钟玉生.任务驱动法在《机械制图》教学中的运用与思考[J].考试周刊, 2010, (23) :224-225.

[3]王大林.机械制图教学过程中学生兴趣的培养[J].山西广播电视大学学报, 2007 (4) .

[4]杜丙新, 秦国防.基于兴趣驱动的数据结构课程教学探索[J].电脑知识与技术, 2011, 7 (21) :5171-5172, 5174.

[5]叶建刚.任务驱动法在机械制图创新教学中的应用研究[J].漯河职业技术学院学报, 2009, 8 (5) :122-123.

液压驱动机械设计及仿真研究论文 篇2

摘要：驱动机械发挥的作用不断加重，使得更多的设计人员参与到机械的设计和仿真研究工作中来。本文根据笔者长时间对机械工作的总结和研究，对机械设计和仿真技术进行了深入思考，并对其如何指导实际工作，如何合理设计进行了细致地分析。

关键词：液压驱动；机械；仿真设计

随着科学技术的进一步发展，液压驱动机械在生产活动中发挥着越来越重要的作用。机械可以代替人类从事危险、繁重、重复的工作，大大提高了工作效率和精度。液压驱动机械设计及其仿真的深入研究可以更加有效地发挥机械的作用，减少人类的工作负担。在设计研究阶段，需要将多方面的内容考虑在内，计算机技术、仿真技术、工作原理等多个板块内容整合在一起。本文研究的内容重点在机械的具体设计和如何在SolidWorks软件中实现对机械部件的仿真模拟。

一、机械设计研究的必要性

复杂的液压机械是在计算机程序的操控下进行一系列自动化操作，完成预定指令和预定任务。机械设计是机械性能好坏的关键，合理的设计可以大大简化机器人的工作程序，加快速度，减少资源和能源的浪费。机器的思维方式是程序，是起初的设计方案。出色的设计可以减少生产周期，提高产品的整体质量，增加收益，反之，得不到预计效果，影响整体发展水平。现代社会正处于快速发展阶段，各国制造行业得到了快速地发展，不同领域的技术和设备都展开了长期竞赛，使得简单、粗糙的成品地位不断下降。我国机械发展得到了空前提高，计算机技术获得快速发展，国内技术设计者也可以创造出世界一流水平的产品。为了更加快速地整个发展领域的实力，必须加大对机械设计的研究力度，从多个技术层面和空间发展机械动力，使得液压驱动机械在实际生产生活中发挥更加突出的作用。机械设计研究的意义在于提高精准性，实现简易化操作。国内机械设计的过程中主要考虑到机械设计、实体建模以及计算机技术的综合运用。机械设计阶段需要根据自身的工作需要以及机械给实际工作来的便利来思考如何进行设计。机械的不同部位也需要进行不断改进性的探索，尤其是是运动路线和传递路线。总之，机械设计的目的是简化机械运动的步骤，方便操作者的生产使用。具体的机械设计还会有具体的设计细则规定，必须按照规定合理性设计，否则就可能走弯路，影响企业效益。

二、SolidWorks软件如何实现驱动机械零件的仿真模拟

SolidWorks软件是一款专门为驱动机械的设计服务的软件。通过这款软件，设计者可以清晰地看到机械具体的运作情况，进而将其中不合理或是不简洁的部分剔除，进行重新设计。SolidWorks软件系统对理论要求比较低，可以直观、快速、简洁的观看机械运动的效果，给从业者提供了巨大的帮助。机械设计应该从理论层面进行分析，对曲面、圆弧以及旋转、拉伸等多种特殊造型进行精细化考虑，力求设计的机械产品简洁高效。具体分析几种常见的模型造型：第一：爪型。在软件的“草图绘制”命令下找到爪型图案，并对爪型按照机械的设计要求进行进一步的改动。在改动的过程中，可以在任何一个方向上进行伸缩变化，角度旋转变换，也可以添加其他的图形进行图形合并，设计出新的造型。总之，设计者利用软件中的基本元素进行后期处理达到机械设计的目的，合理表达机械运动的部件。软件可以显示具体的长度、角度以及倾斜度，设计者应该在设计中对爪型部件的各个要素进行明确规定，这样才可以在软件展示中得到应有的效果。第二：齿轮。齿轮是多种基本图形的综合设计图。齿轮的规格、形状以及具体的用途十分宽泛，齿轮模型也需要设计者进行修改。在修改过程中，需要选择基准线、基准面同时配合多种拉伸、旋转、混合技术，甚至通过颜色深浅的不同进行齿轮不同位置的设计，以便更好的达到利用效果。齿轮是驱动机械中不同部件相互作用的关键性连接点，需要设计者从三个角度设计好齿轮的规格，提高制作工艺。第三：螺丝。为了机械后期维修的便捷性，复杂的机械设备也需要进行采用螺丝连接不同板块，使得各个相对独立的整体形成一个完整性的驱动设备。SolidWorks软件的螺丝设计模型是按照我国《机械设计手册设计》要求的.，可以较好的适用于较多的机械场合。软件呈现的是三维效果，螺丝设计是否得当，各个部件是否很好的切合在一起就可以直接看出来。除此之外，机械设计过程中还会遇到更多、更复杂的模型，设计者都应进行精密性的计算和规划，否则就无法达到产品要求的质量。软件不仅可以将各个精细的部件表现到位，还可以实现机械的动态模拟，帮助设计者在动态流程中发现不足设计的不足。轴承、螺柱等都是精密的部件，并且不同部位的具体设计尺寸存在着差别，需要具体问题具体分析。软件可以为机械设计者提供准确、清晰的仿真依据和仿真模型，为设计者提供直接性的帮助。在可视化的软件中，机械的设计内容可以在不同角度得到完美展示，对机械设计的改造也可以起到提示作用。

三、有限元法辅助机械设计

有限元法可以有效地支出设计者进行创新性设计。有限元法将众多数据问题转为为数学问题，利用计算机数学模型的计算处理能力，快速将大批量数据处理为具体的动态分析模型。复杂机械设计可以利用有限元法将困难的模型分离开，并逐个进行研究，以便顺利完成整个模型的设计。分析有限元的过程是计算机软件分析过程，在这个过程中材料的选取、零件的位置以及约束条件都会被一一表示出来，对应力和变力的处理能力和承受能力也会进行数据测试，并形成一个整体效果图，供设计者进行二次改进或是简化，以便提高工作效率。机械中的小部件和零碎部件的分析需要十分关注。驱动机械质量问题的源头往往是小部件引起。个别部件的损坏将给整个设计带来严重的后果，因此，需要在设计中充分重视小部件的设计合理性，对小部件的应力和受力情况进行正确的分析，以便在使用中不会超出其承受范围。

四、结束语

在液压机械越来越重要的今天，机械设计及其仿真的研究对机械设计的突破性创造有着十分重要的意义。加大对液压机械的关注力度，扩大研究投资都可以有效地支持液压机械的设计发展，为液压机械的设计技术提供更好的平台，使得我国的机械设计和研究能力不断突破。

参考文献:

[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,.

[2]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京:国防工业出版社,:59~124.

机械驱动 篇3

关键词：机械设计基础；项目式教学；任务驱动教学；素质教育

作者简介：张燕燕（1981-），女，河南洛阳人，黄河科技学院工学院，讲师；马小玲（1978-），女，河南洛阳人，黄河科技学院工学院，讲师。（河南?郑州?450063）

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）26-0071-01

“机械设计基础”是一门专业基础课，在机械类、近机类的学科安排中起着承上启下的作用，学习这门课能使学生将之前所学习的“机械制图”、“工程力学”、“公差配合与测量”等课程的内容有机连接起来，也为后续课程的学习打下基础。所以说“机械设计基础”课程是从理论性、系统性很强专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点。然而目前三本院校学生学习机械设计基础课程时主要表现出如下特点：理论基础较差，不愿意上纯理论课程；没有良好的自主学习习惯和学习方法；头脑灵活，喜欢动手；主动学习和总结能力不高；希望掌握较高的职业技能，谋求较好的职业岗位；多数学生自信心不足等。针对大部分学生表现出的这些特点，本文从项目式教学法和任务驱动式教学法入手，探讨了这两种方法在机械设计基础课程中的应用，为课程教学方法的改革做了有益的研究。

一、项目教学法和任务驱动教学法的联系和区别

对于机械专业来说，项目教学法是师生通过共同解决一个完整的设计问题而进行的教学活动，从传动方案的选择到动力参数的选取到设计出真正的机器，学生通过某个项目的实施，了解并掌握整个设计过程及每一个环节中的具体要求，项目结束后有一个可见的结果，如图纸或者实物。

任务驱动教学法与传统的教学方法有相似性，它是以教师为主体，教师将教学内容环环相扣，以某个实例为先导，提出问题让学生思考，让学生通过学和做来掌握教学内容。

这两种方法看似一样，其实各有利弊，如果让两种方法结合起来进行机械设计基础课程内容的学习，效果将非常理想：设计任务驱动法比项目教学法容易，通过任务驱动法的锻炼后再来设计系统的项目教学法，老师将更易于领会其中的实质要素；在学生基础欠缺的情况下实施项目法，由学生独立设计与完成项目是不合适的，应先使用任务驱动法使学生得到新知识和新技能，之后再先易后难地实施项目教学法，学生就会适应并达到良好的教学效果。[1]

在机械设计制造自动化专业中的“机械设计基础”课程包括弹簧、联轴器减速器在内大约有十六章的内容，教材中的内容可采用任务驱动法进行课程讲解，在每一章的内容讲授完成后，设计一到两个小的项目进行穿插教学，锻炼学生能力。当全书的内容学习结束后，可设计例如“卷扬机的设计”这样较大型的项目进行教学，达到两种教学方法综合使用培养学生动手能力的目的。

二、教学过程举例

以“机械设计基础”课程中的“平面机构自由度”这部分的内容为例，任务和项目的实施过程如表1所示：

在进入本部分内容学习之前，先给学生布置一个小的项目——颚式破碎机机构运动简图和自由度的计算，完成这个小项目所需的内容知识点很多并且细碎，所以在掌握这部分内容之前将相关的知识点设计成三个任务：了解构件与运动副的表示方法；掌握机构运动简图的绘制；掌握机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件。

刚接到项目之后学生会无从下手，完成项目必须先驱动学生掌握上三个任务，这三个任务环环相扣，由简到难。在这三个任务的完成过程中，学生对知识的接受不再是单纯得听课、复习、作业，而是在教师的组织和引导下，通过对所要完成的任务进行分析、讨论，明确任务要解决的问题是什么，需要应用哪些知识，并找出哪些是已学知识，哪些是新知识，从而找出解决问题的方法。

任务完成之后返回到项目，学生就会发现项目的设计不像当初那么难，这时教师引导学生进入到项目的实施，学生观察颚式破碎机和牛头刨床的机构模型，分析其运动路线、确定主动件和从动件、运用在任务驱动中掌握的知识绘制机构简图并计算其自由度、确定机构运动是否确定。为了让学生完全掌握并巩固，教师这时再给出其他一些类似项目，或在破碎机项目上稍加难度的项目，如“牛头刨床机构的运动简图及自由度计算”、“内燃机机构的运动简图及自由度计算”来巩固学生所学知识，最后教师对学生的项目完成情况总结，给出合理的评价。

三、教学过程中应注意的问题

1.“任务”的分割与“项目”的选取是关键

在两种方法的实施过程当中，“任务”的分割与“项目”的选取是关键，尤其是项目的选择要符合教学大纲中的相关要求，覆盖了大纲中规定的基本知识点，并把他们中的大小部分紧密联系在一起，从而更符合职业技能教学的特点；[2]另外，无论项目的难易程度如何，项目本身应是一个整体的小系统，项目的设计应该难易适中，突出理论与实践相结合，因此，教师必须深刻领会和理解这两种教学方法的精神实质，其次，对课程的知识点非常熟悉，对课堂的把握有经验，认真按教学规律去组织引导学生，在教学改革实践中先易后难，环环相扣、逐步推进，设计和实施课程的“任务”与“项目”，向着真正培养较高实践能力的技术人才而努力。

2.合适的教材体系

好的教材会使教学效果事半功倍，所以选择合适的教材也很重要，最好能自己编写适合三本学生的、实践能力强的教材。目前三本院校用的教材大多没有编入零件图的内容，这并不利于学生实践能力的培养。机械类专业的学生绘图识图的能力是基本能力，在绘图的过程中学生要查阅相关的设计手册、熟悉各种零件的选用准则和画法，培养学生的动手能力。教材中的例题应与培养目标相适应，应该是为使学生能更好地领会、理解、巩固所学的相关知识而设计。“机械设计基础”教材中应该编入计算机辅助设计方面的内容，计算机的出现和发展促进了机械工业的猛速发展，与计算机辅助设计相关的设计方法现已大量地使用在工厂企业的设计人员中，为了让学生在校期间所学的知识与企业的实际设计相结合，应适当编入计算机辅助设计方面的内容。[3]

3.合理的考核体系

在学习的过程中，每个学生都希望得到老师和同学的肯定，[4]因此，在项目式、任务驱动式教学方法中，合理地评价学生相当重要。在项目实施的过程中，老师既要着眼于优秀学生的创新也要鼓励其他学生的进步，对学生的进步要表扬和鼓励，加强师生之间互动和交流，充分调动学生的学习兴趣。另外，指导老师对学生项目完成情况的评价要具体问题具体分析，对于一个基础稍差的学生来说，如果他能正确完成任务，教师应该给予优秀的成绩；对于一个中等成绩的学生来说，正确完成任务的同时又能够深入思考，那么教师也应给予高的评价。具体学生具体对待，这样能最大限度地调动学生学习的积极性。[5]

四、结论

将工厂实践中常见的任务和项目与教学内容有机地结合起来，以任务驱动的方式和项目的方式尝试专业基础课“机械设计基础”教学方法的改革，学生通过对每一个任务的完成和对每一个项目的实践总结，让学生学会学习与分析，学会与人合作、学会总结、学会归纳和举一反三，并最终达到活学活用的目的。

另外，两种方法的综合运用，要求教师综合运用知识的能力、创新实践能力较强，这就迫使年轻教师积极努力地工作，对提高教学水平、形成良好的教学习性提供动力。

参考文献：

[1]徐肇杰.任务驱动教学法与项目教学法之比较[J].教育与职业,2008,

(11):36-37.

[2]李海萍,龚晓群,张长英,等.机械设计基础课程的任务驱动式教学方法探索和思考[J].南京工业职业技术学院学报,2010,(2):71-74.

[3]张锦明.对《机械设计基础》教材编写的思考与探索[J].职业教育研究,2010,(8):125-126.

[4]龚晓群.《机械设计基础》课程任务驱动、案例教学模式研究[J].南京工业职业技术学院学报,2008,(2):89-90.

[5]祝林.培养创新能力为主线开展机械系列课程教学[J].机械管理开发,2005,(5):121-122.

绳驱动连续型机械臂设计 篇4

关键词：连续型,机械臂,运动学模型,设计

0引言

在航空制造、核能等工业领域需要一种灵活且细长的机械臂去完成一些简单的修理和检查工作。在医疗领域,近些年较热门的无创、微创手术如胸腔手术、 脑部手术、肠道手术等也需要一种灵活细长的连续型机械臂来代替医生完成检测医疗工作。与传统机械臂相比,连续型机械臂有着细长、灵活、适应环境力强等优点。本文提出一种基于串联球铰关节的连续型机械臂方案,该连续型机械臂采用直线电机拉动钢丝绳进行驱动,具有结构简单、可靠性高等特点。

1连续型机械臂结构设计

连续型机械臂主要由球铰单元加橡胶垫片串联构成。如图1所示,在球面圆盘上部中心处有半球状凸面,底部中心则有内凹陷的球面,两个球面圆盘相互配合,使下面圆盘的半球状凸面与上面圆盘的内凹陷球面相配合,并在配合面上涂上润滑脂,形成转动副。

在球面圆盘上分布有两圈圆孔,在圆盘的外圈周向均布了36个直径为Φ4mm的圆形通孔,用于穿过直径Φ2mm钢丝绳;在圆盘的内圈分布有12个 Φ10 mm的圆形通孔,这些较大的通孔用于与橡胶垫片上的圆柱形突起相配合。

在两个球面圆盘之间的间隙中夹有橡胶垫片,橡胶垫片切面如图1(b)中黑色部分所示。在橡胶垫片的两侧端部均布有多个圆柱形突起,这些圆柱形突起可以插入到上、下球面圆盘的对应圆孔中,起到一定的轴向定位作用。橡胶垫片的截面设计为内凹的弧面, 该设计有利于改善橡胶垫片的受力情况,提升弯曲关节的弯曲性能。

弯曲关节是由多个球铰与橡胶垫片相互串联而成的,如图2所示。本文设计中使用了17个球面圆盘和16个橡胶垫片相间排布组成一段弯曲单元,采用互成120°的3根直径为Φ5mm的不锈钢丝绳拉动弯曲。

本文中的机械臂分为3段弯曲关节,每段弯曲关节有2个自由度,可以单独在任意方向弯曲100°。球铰关节采用3根相互独立的绳缆并联驱动控制。

2连续型臂运动学分析

2.1机械臂运动学分析

根据条件,建立如图3所示的单关节运动学模型。 设α为连杆在基坐标系平面X0OY0内的投影OO′与X轴的夹角,β为连杆末端位置向量P与基坐标系Z轴之间的夹角,连杆长度为l。

从基坐标系的原点O到弯曲段末端P的运动变换可以经过以下3次变换实现:绕基坐标轴Z0旋转α 角;从基坐标原点O平移至末端P,绕轴Y0旋转β角; 绕轴Z0旋转-α角。

单关节变换矩阵为:

2.2驱动空间运动分析

为了完成机械臂的正常控制,还需要完成机械臂从驱动空间到关节空间的转换。以单个弯曲部分为例,建立坐标系X0Y0Z0。

由几何学分析以上各变量之间的关系可得:

其中:ΔLAA′、ΔLBB′和ΔLCC′分别是弧AA′、弧BB′和弧CC′即3根钢丝绳的长度变化量;r为关节弯曲半径。 ΔLAA′+ΔLBB′+ΔLCC′=0,即3根钢丝绳的长度之和始终不变。

3运动学仿真验证

本文设计的连续型机械臂参数为:直径Φ70mm,总长度为600mm,分为3节,每节均为200mm,驱动绳穿孔分布在圆盘直径为Φ40mm的圆上。在初始状态,机械臂三节的弯曲旋转角度均为0°,每条驱动绳均处于张紧状态。第一关节弯曲角度为[0°,100°],旋转角度为[0°,360°];第二关节弯曲角度为[0°,50°],旋转角度为[0°,180°];第三关节弯曲角度为[0°,25°],旋转角度为[0°,90°]。取采样次数为100,暂时取定三关节弯曲旋转角度相同,用MATLAB计算多节运动时的驱动绳变化长度及末端位置的变化曲线,如图4所示。

4原理样机实验及分析

图5为三关节独立运动实验结果,图6为三关节联合运动实验结果。实验结果表明:绳驱动单关节能够在以其基座中心为圆心的任意圆周方向完成两自由度弯曲运动;三关节联合运动时,机械臂具有六自由度弯曲旋转能力,运动灵活。该结果基本验证了机械臂运动学模型及三关节解耦关系等,可以有效地实现对机械臂各关节的连续控制。

同时进行了单关节误差实验分析,分别测试三关节在弯曲不同角度时的误差范围。实验结果表明:三关节分别旋转弯曲90°、180°和270°时的误差均在5°以内,误差率小于5%,在可接受范围内。

5结论

(1)采用了一种球铰 + 橡胶垫片的串 联组合结 构,以及并联绳驱动方式,组合成三关节连续型机械臂,并实现对其连续控制。

(2)建立了机械臂运动学模型,推导出了弯曲关节参数与绳缆长度之间的关系,并得出了多关节运动解耦算法。

机械驱动 篇5

一、项目驱动法概述

(一)理论基础

项目驱动法的理论基础主要是杜威(JohnDewey)的“做中学”与陶行知的“教学做合一”。美国教育家、心理学家杜威指出，学校即社会，学习就是经验的连续不断的连接。也就是说，学生是学习的主体，我们应该重视其学习兴趣与爱好，让其参与活动，从活动、实践中学习。中国教育家陶行知结合中国教育实践提出，教师的教、学生的学、教学的具体行为应该是一体的，我们需要将三者统一起来，从而提高教学效果和实践能力。项目驱动法正是在这两个理论的基础上诞生的。

(二)内涵

项目驱动法是一种以学生学习兴趣为基础，将课程教学目标与项目任务相结合，师生共同完成项目，使教材的理论知识转化成实践技能的教学方法和教学模式。

与其他教学法相比，项目驱动法具有以下几个特点。第一，实践项目既是激发学生学习的重要动力，也是学生学习的主要途径，贯穿教学过程的始终;第二，以学生的“做”为主，以教师的“教”为辅，“教”与“做”统一于学生的实践行动中;第三，教师引导学生学习，给学生提供实践方法和思路，而具体的项目操作则由学生自己完成;第四，明确的学习目标和项目任务，一切行动以完成目标和任务为导向。

二、项目驱动法在机械设计基础课程教学中的重要意义

(一)有助于实现高等职业教育教学的培养目标

高等职业教育教学的培养目标是通过专业理论教学，引导学生树立正确的服务意识，熟练掌握生产技术，并根据生产实践的具体情况进行合理的技术指导和组织管理，从而提高企业经济、社会效益。随着企业集约化的不断深化，产品生产周期不断缩短，项目生产就成为了众多企业的主旋律，这就要求企业必须大量储备专业基础过硬、项目生产能力强、项目生产理念新的技术人员。所以，在高职教育教学中推行项目驱动法，既是顺应现代企业发展的必然趋势，也吻合了高职教育的最终培养目标。

(二)有助于重新定位机械设计基础课程

作为机械类专业的`主干课程之一，机械设计基础是一门应用性与理论性兼备的课程。现有的教材仍然只设计了原理的解释、运动分析和技能训练等模块，而忽视了具体项目的学习，这严重违反了高职教育的原则。而项目驱动法的引入则解决了这一问题，重新确立了机械设计基础课程的性质与地位，这有利于应用性教学的开展，也有利于降低理论难度，从而使学生在项目操练中学习专业知识与专业理论，并提高自身专业技能。

(三)有助于实现学生“最近发展”

著名心理学家维果茨基(LevVygotsky)指出，学生的发展关键看两个因素：一个是学生的现有基础，一个是通过指导或努力所能达到的发展。这两者之间的差距被维果茨基称为“最近发展区”。由此看来，高职教育教学中，学生的最近发展尤为重要，它可能直接决定着教育目标的实现。

从高中和中等学校分流到高职院校的学生往往存在思维能力较差、理论感不强、学习热情不高等现象。传统的教学方式已经不能引起这些学生的注意和兴趣，机械设计基础课程的教学问题越来越突出。所以，我们必须引入项目驱动法，使学生在项目制作中重获信心，以实践形式强化理论知识，做到学会学习、快乐学习。

三、机械设计基础课程教学现状

(一)没有形成三维教学目标

随着课程理念、教学方法的不断更新，作为机械专业学生的一门必修课，机械设计基础课程改革势在必行，而首先需要改革的则是教学目标。所谓三维教学目标，就是教师在教育教学时应该既注重学生专业知识和专业技能的获得，也要重视学生学习过程与学习方法的培养，还要重视学生学习态度与学习情感的培养。从现有的教育教学情况看，许多教师只注意高职学生专业知识与专业技能的获得，而忽视学生学习动力的维持，以致许多学生学习热情不高、主动性难以发挥。

(二)缺乏可行性操作

许多教师已经注意到实践项目的重要性，也开始有意识地进行实践性的教学。但是，受众多条件的限制，他们的实践性教学缺乏可行性操作，不利于激发学生主动参与实践项目。一方面，教师还没有多媒体教学的意识，仍然采用板书教学，并以简单的二维图形式呈现机械原理;另一方面，抽象的讲解使制图基础较弱的学生看不懂原理图，这一定程度上阻碍了实践项目的有效开展。同时，许多教师设计的实践项目没有可探讨性，只是简单地验证前人的研究成果，这使整个实践项目变得浅显和简单，不利于学生创造性的开发。例如，教师在讲解牛头刨床时，许多学生没有看到真正的实物，仅仅靠黑板上的二维图，学生不能完全理解刨床的内部结构。又如，长期的一级圆柱齿轮减速器的相关实验大大降低了学生对实践项目的兴趣度。

(三)实践项目的局限性较大

许多高职院校还没有相对完备的实践设施，即使在实验课中，许多学生也没有机会动手实验。同时，学校的设备设施破损较为严重，实验的精准度不足，学校的相关设备与工厂的设施相差较远，型号、规格等都存在较大差距。另外，校企合作还没有完全建立起来，大部分实践项目只能在校内进行，而具体的实践效果却没有得到检验，所以，实践项目还没有从学校的小范围实践拓展到工厂企业的一线生产实践中，其局限性较大。

(四)教学评估体系不健全

在机械设计基础课程教学中，许多教师习惯性地通过闭卷考试来检测学生对知识的掌握情况，以致学生机械记忆书本中的理论知识，甚至直接背诵教师事先制定的考试内容。许多教师忽视了学生的实践操作，或直接以固定的一级圆柱齿轮减速器设计作为唯一的实践项目。这种评估方式大大地影响了学生的创造性，不利于学生机械设计能力的培养。所以，高职院校有必要建立健全教学评估体系，让学生注意实践项目，使其在实践中学习，在实践中提高自身的专业技能。

四、运用项目驱动法的基本原则

(一)综合性原则

综合性原则是指教师应该将机械设计基础课程与其他课程相互融合，从而达到突出重点和难点的目的，使学生从做中学、在学中做。项目驱动法不是让学生盲目地操练项目，而是让学生在具体项目中理解和体会机械基础的专业理论，并以理论指导项目实践，在实践中不断深化理论的过程。为解决理论教学与实践教学的矛盾冲突，我们可以将机械设计基础课程与三维软件课程相结合，整合成一门新的课程，实现课程与课程之间的融通，提高综合课程的比例，这样既可以缩短课时，使教师在有限的时间内完成教学内容，也减轻了学生的学习负担，同时还为复合型人才的培养奠定了基础。

(二)实践性原则

实践性原则，就是教师以实践项目引出课题，以实践项目为理论知识讲解的基础和条件，在实践操练中反观专业理论知识，并以实践项目为主要评估方式。首先，教师在引出机械设计基础课程的相关理论时，应该以实际项目作为切入口，这样可以降低理论知识的难度，也有助于提起学生的学习兴趣，使机械设计基础课程的课堂教学灵活而生动。其次，在具体讲授专业理论知识之前，应该将相关课程项目化、模块化，这样既可以降低讲授内容的重复率，也有利于树立实践性的指导思想。再次，具体操作项目时，可以通过学生拆卸和装配相关机械来培养学生的动手能力。最后，以实践项目检验学生的学习情况，让学生将每一个模块的相关知识运用于一个具体项目中，使学生完全掌握机械设计的相关技能。总之，从引出理论知识、讲授专业理论、具体操作实践项目到以实践项目检验学生的学习情况，我们都应该以项目为中心，突出项目实践的重要性，实现实践与理论的高度融合。

(三)探索性原则

探索性原则，就是教师在引导学生进行实践项目操练的过程中，要启发学生，让其全面认识现有的机械设计知识与技能，并在此基础上有所突破、有所创新。在具体的实践项目中，学生会对某些零部件的参数选择、数据处理等产生不同观点，而这些观点和疑问正是学生发现问题和提出问题的重要环节。因此，教师应该鼓励学生进行合理的自我探讨，从发现问题、提出问题、分析问题到解决问题，逐一推进，培养学生的创新精神和创新能力。

五、基于项目驱动法的机械设计基础教学改革途径与方法

(一)树立正确的培养目标

第一，树立好三维教学目标观。学生专业知识与技能、学习过程与方法、学习情感和态度同等重要，都不可偏废。既要让学生掌握一定量的理论知识，也要让学生获得专业技能，同时还要让学生具备持续学习和探索的动力。

第二，树立项目驱动教学观。在开展机械设计基础教学过程中，教师应该以实际项目为中心，使学生在做中学，以做带学，从而培养学生的实践意识和实践能力。

(二)合理设计实践项目

第一，教师应该将教学内容分成若干个项目，每个项目应该体现学生的现有水平和能力，使学生能在真实的环境中合理迁移相关知识与技能。例如，在设计齿轮传动这一模块时，教师可设计制作一个齿轮传动机构，使其包含直齿圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和齿轮齿条传动三个部分，学生通过拆卸和装配了解传动的本质，学会齿轮参数的计算方法、齿侧间隙的测量，从而实现这一模块的教学目标。

第二，设计项目应该实用而明确。高职学生的年龄特征和学习特点决定了他们不可能在同一时间解决许多问题。所以，教师在设计实践项目的过程中应该充分考虑到学生的实际情况，有的放矢地设计项目，使其在实践中提高机械设计能力。

第三，项目的设计应该围绕着学生创造力而展开。随着机械的不断发展，新技术、新产品不断涌现，原有的机械就面临着淘汰的趋势。教师应该引导学生了解机械行业的前沿动态，以最新的工艺和设备操作实践项目。

(三)合理开展实践项目

第一，合理设计实践项目。在进行项目操作之前，教师应该合理设计好实践项目，介绍本实践项目的相关内容，提前涉及相关理论知识，使学生明确项目操作内容和实施步骤，从整体上了解实践项目;指导学生阅读操作指导书，让学生提前查阅相关资料，准备好项目操作时所需的工具;引导学生按照操作指导书进行合理操作，使其形成正确的职业技能;引导学生根据实践项目完成相应的书面作业，使实践经验上升为理论知识，教师根据学生的操作情况及时验收，完成本模块的教学。

第二，合理实施实践项目。一方面，教师应该让学生了解实践项目的具体操作步骤，使其严格按照项目指导书的相关规定熟悉整个项目的运行;另一方面，教师还应该给学生足够的空间，让其共同讨论和思考，鼓励学生提出问题和解决问题，探究项目实施的其他途径与方法。

(四)建立健全机械设计基础教学评估体系

第一，树立理论与实践相互结合的评估观念。机械设计基础课程包含了许多前人的研究成果，而这些成果往往以理论的方式呈现于教材中，而单纯的理论学习并不能提高学生的机械设计能力。所以，教师应该树立理论与实践相结合的评估观念，让学生在理论学习与实践操作中获得发展。

机械驱动 篇6

【关键词】职业教育 《机械制图》 任务驱动教学法

一、任务驱动教学法在《机械制图》课程教学中运用的优点

所谓任务驱动教学法，就是教师按照教学目标的要求创设出一个真实的任务，学生和教师紧紧围绕一个共同的任务展开学习，在强烈任务问题的驱动下，学生对学习资源进行积极主动的学习，进行自主探索和互动协作学习的教学过程。职业教育采用传统的“灌输式”教育方法难以提高职业学校学生的学习兴趣，使学生的学习目的不明确，理论与实际脱离，知识与实践脱离。

任务驱动教学法在《机械制图》课程教学中运用的优点包括以下几方面的内容：1.增强学生学习的主动参与意识，提高学生的学习兴趣。教师按照教学目标设置一个与实际生活有关的任务，学生为完成任务而自动探索，提高了学生参与的积极性。2.做学一体，理论与实践相结合。职业教育中，单纯理论知识的课堂讲授往往显得枯燥无味，任务驱动教学法以工作任务为中心，实现做学一体、理论与实践的一体化教学。3. 培养学生团队协作精神、创新精神、实践能力和发现问题、解决问题的能力。

二、提高任务驱动教学法教学效果的几个关键点

1.教师要针对教学目标的要求设计好任务

好的任务可以大大激发学生的兴趣。设计任务的时候，要注意任务的合理性、真实性和实用性。合理性就是要根据学生的知识结构情况和教学进度情况，不要设计太多新知识，让学生无从下手；真实性就是符合科学的知识、自然规律；实用性就是跟学生的专业技能或生活技能有关。

2.创造一个良好的任务情境

在上课导入、给学生安排任务的时候，教师可以通过辅助的教具或语言描述等方式创设一个与当前学习任务相关的情境，提高任务的趣味性和实用性。

三、任务驱动教学法实施过程（以教学任务“螺栓连接的画法”为例）

1.创设情境，描述任务

创设情境：教师购买一副螺栓或一些螺栓连接的配合件等等，讲述螺栓的连接作用、优点等方面。描述任务：现在有机械配合件需要用螺栓连接起来，装配师傅需要看螺栓的连接图纸才能准确地购买螺栓和装配，需要同学们把螺栓连接的三视图画出来提供给装配师傅。

2.学生接受任务，分析任务

合理分组，分组情况可以根据任务需要讨论的内容多少或团结协作的内容来确定，由于本任务分工的内容較少，可以两个人作为一组，两人对任务进行分析，进行自主学习，确定螺栓连接画法的要点。

3.新知识学习（教师主导或引导）

教师按照课本新知识的要求讲解，并注意引导学生，将课本知识与任务结合起来。

4.学生制定方案，实施任务

学生进行自主学习或组内讨论，教师进行巡回引导。学生明确任务的要点后，制定方案，就是制定螺栓连接三视图画图的先后顺序，并写明画图注意要点，最后学生独立或协作完成任务。

5.任务评价与总结

教师可以利用一节课的时间对任务开展评价与总结。评价过程包括以下方面的内容：（1）学生自评。教师制定学生自评的原则、学生自评的内容。可以以表格的形式让学生进行填写，或让学生运用语言表达进行自我评价。这样可以了解学生的一些性格或爱好，使以后的教学更加有针对性。（2）学生互评或小组互评。学生互评可以检验学生对知识点把握的程度，并且可以加深学生对知识的理解和记忆，锻炼学生的评价能力。学生通过审核别人的作品然后进行评价，既可以学习别人的长处，又可以看到自己的不足。（3）教师评价。教师评价主要是对学生完成的任务进行分析，可以对完成任务较好的学生进行表扬、鼓励，对学生任务存在的问题进行讲解、纠正，让学生进行改进。（4）总结。教师对本次课实施任务驱动教学法进行总结，包括教学过程存在的问题，有何感悟，对以后实施任务驱动教学法有何建议等。

【参考文献】

[1]戴士弘.职业教育课程教学改革[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]职业技术教育中心研究所. 现代职业教育教学参考丛书[M].北京：经济科学出版社，2009.

[3]江苏省教育厅.科学大众[M].北京：科学大众杂志社，2008.

建筑机械混合驱动技术应用研究 篇7

建筑机械是机电一体化集成化程度非常高的工程施工装备,广泛应用于公路、铁道、桥梁、港口、市政工程等建设中,已成为我国国民经济发展的重要支柱。建筑机械有着燃油经济性较差,能量损耗大,单位作业成本高,环境污染重等缺点,也成为影响国民经济绿色发展的重要因素。针对国家重大工程和基础建设中工程机械能耗高和排放差的严峻现实,依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《国家高技术研究发展计划(863计划)“十一五”发展纲要》,“十一五”863计划先进制造技术领域将“新型混合动力工程机械关键技术及系统”列为重点项目。以混合动力复合方式、动力参数匹配、能量管理系统、能量回收方法等混合动力技术逐渐成为建筑机械的重要研究方向之一[1]。

混合驱动技术是指同时使用两种或两种以上动力源(热动力源与电动力源、液压动力源、气动力源太阳能力源等)供机械工作,以降低机械热动力源能量消耗、减少环境污染、提高经济效益和可靠性的动力技术。鉴于混合驱动技术在汽车领域的成功应用,国内外一些著名建筑机械生产厂家将研究开发转向了混合驱动技术研究[2]。

1 建筑机械应用概述

建筑机械以19世纪西方国家蒸汽机问世为代表,经过了一个多世纪的发展历程后大量投入到工程应用中。特别是20世纪中期以后,随着公路、铁道、桥梁、港口、市政工程等建设的需要,各种控制技术也日益成熟,为建筑机械的迅速发展打下了良好基础。

建筑机械主要分为土方机械、桩工机械、超重机械、钢筋加工机械、混凝土施工机械、装修机械等[3]。其中大部分机械热动力源作为动力系统。在施工过程中存在着能量损耗大、环境污染重、作业成本高、使用寿命短等缺陷,直接影响了经济发展。

2 混合驱动技术研究现状

从上世纪90年代初开始,西方发达国家日益重视混合动力汽车技术的研究,并得取得重大进展。如美国福特公司的Prodigy混合动力电动汽车,克莱斯勒公司的ESX3混合动力电动汽车,通用公司的Precept混合动力电动汽车,日本丰田汽车公司的Prius型5座并联式混合动力汽车,本田汽车公司开发的J-VX混合动力电动汽车概念车,德国公司生产的并联式混合动力电动车Duo,法国雷诺公司研制的VERT和HYMME混合动力汽车等,都达到了较好的节能减排效果。

此后,混合驱动技术在建筑机械领域的应用研究也得到广泛重视。2004年5月,小松公司推出了世界上第一台试验型混合动力液压挖掘机。随后,神户制钢,卡特彼勒等公司也推出了自己的混合动力挖掘机。小松2008年6月宣布,该公司将推出销售PC200-8混合动力挖掘机,是世界上第一台混合型的建筑机械。2008年3月美国拉斯维加斯Conexpo展会上,沃尔沃建设设备公司导出了世界上首台混合动力轮式装载机L220FHybrid。2009年卡特彼勒推出全球首款混合动力履带式推土机D7E。国内的柳工、新黄工、詹阳动力等企业早前也就对混合动力建筑机械进行了研究设计以及试验性生产。

3 混合驱动技术在建筑机械中应用可行性及发展趋势

3.1 混合驱动技术的分类

混合驱动技术按驱动类型,可分为串联、并联、混联三种[4]。

串联混合动力系统主要由内燃机、发电机、电池(组)、电动机、控制系统等组成结构原理如图1所示。内燃机带动发电机发生,当产生电能大于施工功率时,多余部分输入至电池组存储;当电机产生电能小开施工功率时,电池组电能作为补充能源,共同输出到电动机来驱动机械施工作业。串联混合动力系统具有控制系统简单,发动几乎总在最佳工况下工作等特点,但其存在着能量利用率低、设计成本高等不足。

与串联混合动力系统明显不同的是,联混合动力系统以内燃机的热动力源和电机的电动力源经过不同的混合度[5]匹配来驱动机械施工作业。其根据负载功率不同,确定不同的动力混合度,从确定内燃机输出功率的大小,使内燃机工作始终位于经济区或处于关闭状态。具有结构简单、两种动力源可单独或同时驱动机械、能量利用率高、技术较成熟等特点,在建筑机械中得到比较广泛的研究应用,其中以日本小松PC200-8混合动力挖掘机为并联混合动力机械的代表。

混联混合动力系统是串联系统与并联系统的结合,尽量利用两种驱动系统各自的优点。但因其结构过于复杂、优化控制较难、技术不够成熟等,目前其在建筑机械中的应用还有待进一步发展。

3.2 应用可行性

从混合动力汽车的发展历史以及上述分析可知,建筑机械混合驱动技术应用需要解决以下几个的关键性技术问题。

一是对机械动力学性能的准确分析。建筑机械大多工作环境恶劣,负载多变,能源消耗高。对其动力学性能的准确分析及仿真是混合驱动技术应用的前提。

二是能量转换、存储及回收系统。建筑机械的液压系统等是能量损失的主要环节,如何有效回收损失能量是必需要考虑的问题。提高能量转换效率和储能系统效能,才能有效提高内燃机能源利用率和可靠性。

三是优化控制设计。根据混合动力系统自身的特点,及机械作业的不同需求,设计合理的优化控制策略,能有效提高能源利用率。

其他关键技术。如动力耦合器等关键部件在研究,能量回收系统的设计,动力混合度的匹配等,都是影响机械整体性能的因素。

3.3 应用发展趋势

从国内外发展情况来看,目前混合动力建筑机械目前处于试验阶段,还未大量生产并投入使用。不可再生资源的日益枯竭和社会发展对能源更加急切的渴望、人类日益增长的物质文化需求和逐渐严重的环境污染之间的矛盾十分突出。为满足人类社会不断向前发展的需要,混合驱动技术在建筑机械领域的应用前景将日益广泛。

4 结论

1)研究了混合驱动技术的应用现状,根据驱动类型不同,混合动力系统可分为串联式、并联式及混联式三种类型,并联混合动力系统具有能量转换环节少,能量利用率高,可靠性强,技术成熟等优点;

2)混合驱动技术在建筑机械领域的应用需解决机械动力学分析,能量回收、转换、存储系统,优化控制设计等关键技术。随着混合驱动技术发展的进一步成熟,其在建筑机械领域有着广泛的应用前景。

参考文献

[1]李莺莺,孟广良,李学忠.混合动力技术在工程机械上的应用——信息技术在工程机械上的应用综述之三[J].工程机械,2009,40:43-48.

[2]刘昌盛,张大庆,蒋苹,谭青.工程机械混合动力技术的发展与应用[J].建筑机械,2009,5:59-62.

[3]纪士斌,范同顺.建筑机械基础(第二版)[M].北京:清华大学出版社,1995.

[4]王冬云,潘双夏,林潇,管成.基于混合动力技术的液压挖掘机节能方案研究[J].2009,15(1):188-196.

矿用机械行走驱动系统的研究与设计 篇8

一般矿用机械的核心组成部分即是行走驱动系统, 其大概分为四种类型, 即纯机械驱动系统、液力驱动系统、液压传动系统以及电力驱动系统。相较于工作系统, 矿用机械行走驱动系统要保证具有很大的传输功率, 而且组成整套系统所需要的组件具有耐用、高效特性, 从而能够确保系统在变速、调速、转变输出轴旋转方向以及逆向传输动力等方面具有较高特性。

1 矿用机械行走驱动系统类型的确定

目前, 最常用于矿用机械行走驱动系统的类型主要是液压驱动和液力驱动系统两种, 为此, 本文针对这两种类型的驱动系统进行如下比较:

1) 反应性能

利用我国液力机械驱动型ZLD-40装载机进行测试显示, 机械启动加速时间为2s, 制动时间为2.8s, 额定功率下换向时间为2s, 待采用液压驱动系统后, 由于其变速箱具有较大惯量, 因此这些时间都会大大地缩短。

2) 低速性能和驱动效率

液力驱动系统的结构决定了转速的二次方是与变矩器泵轮扭矩成正比的, 电机转速过低则扭矩过小, 因此造成了启动时不能充分加速从而无法发挥变矩器输出扭矩的作用, 假使用于装载机械上, 由于装载机械是工作在低速区的, 因此液力驱动系统是具有一定的局限性的, 而液压驱动系统的转速与扭矩是无关的, 因而可以避免这种情况的发生。在驱动效率方面, 在同一设计工作点上, 虽然液力驱动相较于液压驱动而言有着较高的驱动效率, 但是液压驱动会在较宽的速度范围内保持高效率运行, 由此可知液压驱动在驱动效率上显然要优于液力驱动。

3) 调速、变速性能

在进行矿用机械设计时, 无论是采用液力驱动系统还是采用液压驱动系统, 都需要进行相应的换挡设计, 液力驱动系统往往会被设计为三档或四档, 但液压驱动系统是利用恒功率进行调速变速的, 基本上可以不换挡就可以调速在较宽范围内, 通常设计为两档即可。

4) 其他

此外, 相较于液力驱动系统液压驱动还具有根据外载荷自动改变性能, 改善了发动机运行情况, 避免了在矿井下由于发动机持续低速运转而成大量的有毒气体现象。另外, 液压驱动系统体积较小, 提高了矿用机械的越野性能。

综上所述, 本文主要是针对基于液压驱动系统的矿用机械行走驱动的研究与设计。

2 矿用机械行走驱动系统的研究设计

矿用车辆液压驱动系统的基本构成形式为泵和发动机, 其组成方式有三种类型, 如图1所示, 这套系统的整体性能不单受系统内部各个组件的性能影响, 还受各个组件之间参数是否良好匹配的影响, 因此在进行矿用机械液压驱动系统的设计时, 基本从以下几个方面进行相关设计。

2.1 发动机与液压泵的参数匹配

全程式调速发动机被广泛地用于矿用机械之中, 机械性能主要由燃油效率、机械效率表示。矿用机械正常工作时, 其负荷变化无规律可循, 因此就要使发动机运行在最优情况之下, 要满足使得燃料消耗最低, 机械效率最大以及提高功率利用率, 通常情况下, 按12h标定功率计算, 如公式 (1) 。

其中式 (1) 中∆p为液压泵的进出口压差, qb为泵理论排量, n为泵驱动转速, ηpm为泵机械效率, Pe为发动机驱动泵的净功率。上式没有将补油泵功率消耗计算在内。液压电机的外部负荷扭矩与液压泵的进出口压差呈正比例关系, 在转速输出确定的前提下, 发动机驱动泵净功率极易泵机械效率也是能确定的, 因此泵理论排量表现在作用于发动机的负荷, 其最大值会受到发动机输出功率的约束。

此外泵理论排量也会影响液压泵性能, 其表现在于qb越大, 机械效率和总效率越高。综上若想获得高效率的液压驱动, 就要将各个转速下的最大输出功率作为液压驱动系统的控制对象, 如式 (2) 所示, 液压驱动系统的最佳工作状态就是要满足式 (2) 。发动机扭矩与液压泵的匹配公式如式 (3) 所示, 其中Mb为泵吸收转矩。

2.2 液压泵与驱动电机的参数匹配

针对这一环节主要通过以下四个方面:液压元件压力匹配、液压元件转速的匹配、液压元件效率分析、驱动电机驱动方式的选择与控制。

1) 液压元件压力的匹配:对于液压驱动系统来说, 压力是一个重要的参数, 合理的压力选取与参数匹配可以确保系统的可靠性以及耐用性。其匹配原则是以液压元件最高压力为基准, 选取其0.5~0.6的倍数作为矿用机械行走液压元件额定压力;2) 液压元件转速的匹配:实践表明合理地减小压力和转速可以提高液压元件使用寿命、增加其可靠性和传动效率。其参数匹配原则是忽略液压泵低速时的工作性能, 将驱动电机实用转速向低转速转变。可是低速运行不稳定, 所以不能使斜盘式轴向柱塞电动机持续工作在100rpm~450rpm和斜轴式轴向柱塞电机持续工作在50rpm;3) 液压元件效率分析:液压元件的效率要通过实际试机对现实中的泵和电机工作在不同条件下测试记录, 进行效率分析可以高度发挥和充分利用传动装置的性能;4) 驱动电机驱动方式的选择与控制:驱动电机一般为高压自动变量驱动电机。控制方式要求具体为:在大部分工作时间内, 保持驱动电机和液压系统在中高压范围内工作;对车辆外部负荷变化, 驱动电机应具有相应的自适应能力;任意工况下, 都要确保驱动电机高效率、稳定可靠的工作。

2.3 行走机构与滑转曲线的匹配

滑转率是车辆行走时与地面的相对滑转程度, 在一定程度上影响着车辆牵引性能。通过实验和实践方法可绘制出滑转率随牵引力变化的关系, 具体可解释为滑转率一定时, 牵引力高的附着性能强, 也可解释为若地面相等牵引力时, 滑转率低的附着性能强, 其关系可用式 (4) 表示。

其中Fkp味机车有效牵引力, Gφ为单位附着重力, 它们的比值即为额定牵引力, 然后通过绘制的滑转率随牵引力变化的关系求得相对应的滑转率, 完成行走机构与滑转曲线的匹配工作。

摘要：本文通过对比确定了矿用机械行走驱动系统所采用的驱动类型, 然后通过发动机与液压泵的参数匹配、液压泵与驱动电机的参数匹配和行走机构与滑转曲线的匹配详细地阐述了矿用机械行走驱动系统的研究与设计。

关键词：矿用机械,液压驱动,行走驱动

参考文献

[1]沈晓刚.矿用机械行走驱动系统性能匹配研究与应用[D].沈阳:东北大学, 2008.

基于知识驱动的机械零件设计系统 篇9

传统的机械零件设计过程中主要包括以下两方面:(1)根据不同的工作情况,在图表或者机械手册中选择不同的参数值,通过计算得到各种计算指标;(2)在完成参数选择后还需要用Auto CAD绘制设计结果的示意力或者结构图,绘制工作繁重。

解决这一问题最好的方法就是通过程序语言对大量标准化、规范化的参数计算进行智能控制和知识驱动,并完成相关绘图。

二、系统总体设计方案

(一)系统总体设计思想

建立机械零件设计的知识库,创建机械零件设计的流程图,利用VB事件驱动机制和图形用户界面的开发方法,由使用者输入或选择输入参数,由计算机完成复杂的计算和校核过程,实现机械零件设计的知识化和自动化,适当过滤非法参数,提高程序的错误处理能力。

(二)系统总体方案设计

系统总体设计方案见下图1:

(三)输入已知参数

已知参数为解决实际问题而提供的数据,需要使用者输入到程序的指定部分。已知参数的输入有以下几种方法:(1)通过文本框输入;(2)通过单选按钮输入;(3)在组合框中选择输入。

(四)参数计算

参数计算是为了计算出未知参数。未知参数是使用者希望通过系统获得的数据。未知参数通过操作按钮等控件的驱动在后台运算,然后显示在前台的文本框中。使用者通过观察数据的变化控制数据的流向,使之向更合理的方向发展。

(五)参数校核

计算出的参数有些在工程上是不可用的,需要检验校核,以得到更合理的值。通过单击校核按钮驱动检验校核程序,使计算出的参数与参数在工程中的实际取值范围比较。合理则通过,不合理则返回,必要时采用询问方式,让使用者根据具体情况确定参数取值。

(六)绘图

机械零件设计最后一步就是要绘出零件图。通过单击绘图按钮驱动绘图程序,使计算机在Auto CAD中画出所需零件图,给使用者节约了更多的时间。而所绘零件图的结构参数是根据前面计算出的结果。

(七)系统结构

基于知识驱动的机械零件设计系统主要是由主界面和设计模块组成,其中以圆柱齿轮传动设计及绘图模块为例。

三、基于知识驱动的V带设计与传统V带设计的区别

(一)传统V带传动的设计方法与步骤

传统的V带传动设计主要包括两个方面:(1)根据不同的工作情况,在图表或机械手册中选择不同的参数值,通过计算得到各种技术指标,并以此为依据选取V带的型号等,这一过程需投入大量的时间和精力;(2)在完成参数选择后还需要用Auto CAD绘制设计结果的示意力或者结构图,绘制工作繁重。

(二)基于知识驱动的V带设计方法与步骤

基于知识驱动的V带传动设计,是在领域知识的指导下,逻辑推理和造型设计并用,抽象思维与形象思维并存,以知识约束驱动产品模型,使设计更具创造性的设计方法。由于得到了领域知识库的支持,设计人员能够快速地设计出既符合工程标准又经过评估和优化的产品。

缺少知识驱动的传统设计方法是先查找相关技术手册进行手工计算、最后完成造型设计。而使用知识驱动模块完成设计过程有两种方案:直接进行造型设计,在造型设计的同时添加自定义知识项或者从知识库中导入相关的知识项,通过知识驱动以获得更为合理的设计参数;从知识库中选择已有的设计实例进行修改以满足新的需要。本设计使用的是第一种方案。

(三)对V带系统的要求

根据V带传动的特点,提出对该模块的要求:能够根据使用者已知条件和参数,确定带轮结构、V带型号、计算出未知参数和绘图。所设计的模块应尽量满足使用的要求,做到方便实用。建立设计流程图。根据设计流程图,将设计的内容进一步划分,以便编写程序。根据各模块的要求编写程序。

四、结论

本项目基于知识驱动概念,考虑到客户具体需求和零件知识的相容关系,以开发指定的机械零部件为例,确定知识驱动优化设计的目标方案,最终实现基于知识驱动的产品设计过程建模。

参考文献

[1]濮良贵,纪名刚.机械设计.高等教育出版社,2006-08:143-161.

[2]宁正元.Visual Basic程序设计教程[M].清华大学出版社,2004-1.

[3]秦汝明.计算机辅助机械设计.西安电子科技大学出版社,2004-1.

[4]耿亚楠,李静,赵红美.基于VB的机械零件设计计算系统开发[J].机械设计,2005(22).

机械驱动 篇10

1932年, 李祉川赴美国普渡大学研究院学习制冷工程, 从业HG维尼曼 (Veneman) 教授, 以《Thermodynamic Properties of Certinfood》 (一些食品的热力学性能) 一文取得硕士学位, 论文的结论和数据均被维尼曼教授所著的《制冷学理论与应用》一书采用。毕业后在富力冷冻机厂工作, 常到乡村及城镇安装制冷设备。

1934年8月, 李祉川回国, 应聘入天津塘沽永利化学工业公司碱厂。当时碱厂生产已趋稳定, 李祉川到厂即从事设备的改进工作。他首先设计并安装了锅炉的连续排污及余热回收装置。该装置投入运转后, 操作平稳, 减轻了工人的劳动强度和操作环境, 经济效益良好, 受到厂方好评。接着又从事冲天炉回收余热空气加温装置的设计。

1935年5月, 李祉川借调到南京永利铔厂 (硫酸铵厂) , 从事国内器材采购和工程配套设计。由于该厂的设备来自世界各国, 所用工程标准很不统一, 安装、检修、备品配件的储存管理等都很不方便, 容易发生差错和混乱。为了改进工作, 李祉川在厂长侯德榜领导下, 制定了与国外设计相配合的、全厂统一的工程标准体系;电机、开关、仪表、阀门、管线、螺丝、电线、疏水器、焊条、钢板、钢管、工具……均按要求规格列成清单, 统一采购标准, 使之规范化, 为生产检修创造了良好的条件, 开创了我国化工工程标准化的先例。

1936年底, 南京永利铔厂基建工程告一段落, 李祉川返回塘沽水利碱厂, 接任技师长。为进一步完善制碱工艺, 提高产品质量, 他投入了盐水精制的试验、设计及施工。不久, 爆发了芦沟桥事变, 塘沽沦陷。公司领导人李烛尘在天津指出:“我们的目标明确:要到后方兴建新厂, 当前任务是整理碱厂设计图纸及资料。”李祉川受命负责此事。他带领8名技师, 不畏艰险, 多次往返于天津市区与塘沽之间, 闯入已陷敌手的碱厂校核实物尺寸、结构及设备布置等, 一丝不苟。历经4个月, 整理出一套完整的纯碱厂竣工图纸资料, 并想方设法, 历尽艰辛, 把这套资料安全运到重庆。

到重庆后, 李祉川和永利同仁在公司总经理范旭东率领下, 立即组织技术工人, 利用拆迁内运的加工机器及五金、钢材, 以最快的速度在嘉陵江边建立起铁工厂, 承包金陵兵工厂的部分军工部件, 投入抗战建国的实践。

1938年12月, 李祉川奉命同李又新到纽约参加新法制碱 (后称侯氏碱法, 再后称联合制碱) 的试验和设计永利川厂的碱厂。1940年夏, 李祉川回国参加永利川厂建设, 任设计部长, 并与章怀西、谢为杰协助傅冰芝厂长处理日常事务。在抗日战争的艰苦岁月中, 他们同舟共济, 因陋就简建起了吕布兰法纯碱厂、炼油厂、炼焦厂、陶瓷厂、发电厂、机械加工厂、鼎锅山煤矿、深井部、侯氏碱法试验厂, 并建起了碱厂及合成氨厂的主要厂房, 为建设大后方, 发展华西化工作出了贡献。1946年公司总经理侯德榜电令李祉川携塘沽永利碱厂整套竣工图纸赴纽约永利办事处工作, 为实现公司战后十大化工厂的建设规划进行设计、采购设备和培训人员;援助巴西建设碱厂;援助印度塔塔碱厂技术改造。为了完成大量的设计任务, 纽约办事处专门成立了设计组, 由李祉川领导。在美国期间, 李祉川以身作则, 抓紧全组技术人员的培训和管理, 组织大家充分利用良好的环境, 抓紧下厂验收设备等一切机会努力学习新技术, 搜集资料, 武装自己, 准备报效祖国。同时, 李祉川按照侯德榜的意图, 在永利碱厂竣工图纸的基础上, 参照印度塔塔公司的具体情况, 修改出一整套碱厂图纸, 完成了援印设计任务。李祉川还应墨西哥之邀承担了建设盐田工程的技术咨询工作。

中华人民共和国成立后, 国内的大好形势强烈地吸引着李祉川回国参加建设;他珍藏着的整套永利碱厂图纸, 时刻催促他送回大陆, 为祖国建设服务。1951年李祉川毅然放弃在美国华昌公司任职的机会, 假借到英国旅游, 甩掉美国官方控制, 携全家5口悄然离美, 经伦敦转船过埃及、亚丁、新加坡、香港到广州, 于7月回到北京。回国后, 李祉川首先将永利碱厂的全套图纸完璧送回塘沽。

李祉川看到永利公司碱厂和铔厂正百业俱兴, 感奋不已, 愉快接受了永利公司任命的设计部长之职, 主持十大化工厂中四川化工厂和太原化工厂已开始进行的设计工作。

1953年, 李祉川奉调到中央重工业部化工局设计公司 (后改组为化工部化工设计院) 设计总负责人室, 会同大连碱厂和永利碱厂的技术负责人, 共同组织两厂的技术改造与扩建工程的设计与施工。他们采用了许多高效、大型的设备代替原有的小型落后设备:盐水车间采用多层洗泥桶;石灰窑除尘改用了泡沫除尘器和电除尘器;碳化塔和蒸氨塔的直径分别加大到2.5米和2.8米;煅烧炉直径加大到2.5米;滤碱机过滤面积加大到13.5平方米;成品运输和装卸也采用了一些机械化的设备。李祉川在这些机械设备的设计和施工中, 发挥了技术指导和把关的重要作用。这两项工程完工后, 1957年, 两厂产量比1952年提高了3~4倍, 分别达到30.7万和19.4万吨, 企业面貌发生了很大变化。

1957年夏, 化工部决定在大连建设年产35万吨联合制碱生产装置, 派李祉川率设计组到大连现场设计, 任设计组组长, 并任工程技术组副组长, 全面主持设计、科研及施工技术工作。1958年, 设计组与大连化工厂中央试验室合并, 成立大连化工设计研究院, 李祉川先后任副总工程师、总工程师。在此之前, 大连化学厂于1951至1952年在侯德榜指导下, 继承40年代初步研究发明的“侯氏碱法”技术, 曾一度开展了实验室补充试验和日产10吨规模的中间试验, 1956年底又陆续开展试验, 使工艺技术和设备选型等都有很多新的进展和变化, 其中包括李祉川提出和设计的内热式蒸汽煅烧炉等新型设备的试验。

煅烧炉是纯碱生产过程的关键设备之一, 是碱厂中设计制造技术和材质要求比较复杂的设备。纯碱生产中, 经过化学反应、结晶、过滤得到的碳酸氢钠 (俗称重碱) , 必须在煅烧炉内通过高温分解才得到碳酸钠 (即纯碱) 并生成二氧化碳和水, 还要赶出夹带的水分和氨气, 并使二氧化碳和氨能充分回收利用。永利公司建厂之初, 采用船式煅烧炉, 在试车中就烧坏了4台。为了更换外热式回转缎烧炉, 曾使我国纯碱投产时间推迟了2年。但这种外热式回转煅烧炉依靠间接供热, 热能利用率仍很低, 容积利用系数也不高, 40年代以后, 国外开发了更先进的内热式蒸汽缎烧炉, 能源利用率、生产效率及劳动条件都大为提高。李祉川在国外时就很重视这种煅烧炉, 并收集了一些资料, 早就希望能用在国内取代落后的煅烧炉。侯德榜对此十分支持, 决定在联合制碱大生产装置中应用, 并请李祉川亲自设计、指导试制了一台直径1米、长10米的试验炉, 安排在中间试验车间进行试验。在联碱阶段的试验、设计、施工及试生产总共长达7年的过程中, 任副部长的侯德榜除先后10多次亲来现场直接指挥外, 平时主要通过与李祉川书信联系, 检查、指导工作。李祉川紧紧依靠侯德榜的指导, 与有关领导及试验、施工、生产单位密切合作, 充分发挥广大科技人员的作用, 亲自把关定向, 逐步克服了各种困难, 使工程取得进展。1958年底, 通过实验室补充试验和全循环的中间试验, 先后确定了生产流程、工艺条件、设备选型、碳化清洗方法、原盐质量指标、母液平衡等基本框架, 并提出了对防腐蚀和计量的特殊要求, 为设计提供了较完整的依据。1962年, 建成了一条年产16万吨的联合制碱生产线, 并开始试生产。在试生产过程中, 李祉川坚持同技术人员和工人一起参加倒班, 共同研究解决碰到的问题。大型煅烧炉的炉头填料和出碱口的密封问题, 不凝气的排放问题, 大托轮的调整问题等技术难题, 都是在他的努力下解决的。这条生产线经过2年多试生产, 实现了连续运转, 产品质量、产量和经济指标均符合要求。1964年10月, 国家科委在大连召开技术鉴定会, 通过了联合制碱法的鉴定, 认为这一成果可以在全国推广。此后, 我国纯碱生产技术步入了一个新阶段。联合制碱法逐渐成为我国纯碱和氮肥生产的主要方法之一。这次鉴定会上, 还通过了蒸汽煅烧炉的鉴定。自此, 蒸汽煅烧炉很快推广到有关工厂, 取代了我国历来采用的外热式煅烧炉, 使单机能力提高2倍以上, 同时也提高了热效率, 改善了操作环境。这一具有世界水平的技术成果, 受到了前苏联专家的重视。经两国有关单位商定, 列为中苏技术交流项目, 由李祉川组织编写和整理了全套技术资料和制造图纸提供给了苏方。

1972年, 李祉川回到大连化学工业公司, 先在设计处工作, 后任公司副总工程师, 继续为提高公司产品质量, 保护环境做了大量工作。除指导设计人员完成了许多改扩建车间工程设计和设备设计外, 还承担了援越化肥厂和援阿纯碱厂设计文件的审定工作, 以及辽阳化纤厂引进技术资料的翻译复制件的主审工作。

80年代以来, 年逾古稀的李祉川已难在一线奔波, 但其勤奋之志不减。工作之余, 犹积极著述, 先后主编了600万字的《化工厂机械手册》和150万字的《纯碱工学》, 主持翻译了《美国化工厂机械手册》, 继续为促进我国化工机械与纯碱工业的发展出力。他还同陈歆文合著《侯德榜》、合编《侯德榜选集》, 记述和传播他敬仰的这位良师益友的丰功伟绩和高风亮节。在社会工作方面, 李祉川也卓有建树。1960年, 他出任大连 (旅大) 市政协第三届委员, 1978年当选为第五届副主席。1980年以来, 他连续当选为辽宁省政协第四、五、六、七届常委和大连市人民代表大会第八届和第九届常务委员会副主任, 还受聘担任辽宁省和大连市众多社团的理事、理事长、高级顾问等职务。李祉川认真负责, 努力工作, 积极提出意见和建议。仅1988年以来针对辽宁省及大连市农、渔、外宾、机电、邮电、交通、教育方面提出的有份量的建设性提案就达30多件。在担任大连市人大常委会副主任期间, 李祉川分管经济, 在加强标准计量体系和产品质量监督检验机构建设、加强环境保护管理等方面, 做了许多工作, 收到明显成效。为了表彰李祉川的功绩, 《辽宁省人民政协报》曾撰文报道, 大连市连续三年评他为“为四化建功立业积极分子”。李祉川非常关心教育事业, 90年代初曾拿出多年工资和稿酬积蓄, 设立“梅韵教育基金”, 以鼓励三好学生和优秀教师。1995年1月17日李祉川在大连病逝, 临终前留下遗言:将积攒的2.9万元钱捐赠给教育事业。